arktal wrote in otrageniya

Category:

Спрединг, субдукция, плюмы, суперплюмы и прочая геофизика (#1)

Когда я учился в школе, а с тех пор много воды утекло, в учебнике по географии рассказывалось, что складчатость земной коры, т.е. попросту, горы и долины, получились в результате уменьшения объёма Земли при её охлаждении. Земля представлялась как большое печеное яблоко, которое за счёт усыхания покрылось множеством морщин. И это было очень понятно. Современные теории не отличаются такой наглядностью. Более того, некоторые положения этих теорий выглядят невероятными и вызывает удивление сам факт существования такого мира.

Многим ли известно, например, что толщина твердой каменной оболочки нашей планеты, на которой мы строим гигантские небоскребы и копаем глубокие шахты, взрываем бомбы и запускаем ракеты, вполне сравнима с толщиной скорлупы куриного яйца: яичная скорлупа (0.3 - 0.4 мм) составляет порядка 2% радиуса яйца в самом узком месте, тогда как земная кора (8-40 км) - меньше 1% радиуса Земли (6378 км)? Правда, при этом каменная оболочка Земли лежит на довольно вязком расплавленном веществе - верхнем слое земной мантии, которая по мере приближения к центру нагревается ещё больше и становится жидкой (температура ядра Земли предположительно порядка 6000°С). 

К сожалению, всё это недоступно для непосредственного исследования и бóльшая часть информации о мантии получена с помощью измерения сейсмических волн, электропроводности и силе тяжести. Более менее изучен только самый верхний слой Земли, литосфера, толщина которого не превышает 100 - 150 км, (земная кора и часть мантии).

Ко всему сказанному следует добавить ещё одну неприятность - мало того, что наша "земная твердь" всего лишь тоненькая корочка гигантского котла кипящей магмы, температура которой, когда она выливается на поверхность, доходит до 1000-1200°С, эта корочка испещрена многочисленными жерлами вулканов и трещинами 1000-километровой длины, которые образуют так называемые "литосферные плиты". И эти плиты движутся. Они перемещающиеся в пластичном слое верхней мантии относительно друг друга со скоростью порядка 2-3 см в год.

Впервые эту совершенно фантастическую идею - мысль о движении отдельных участков земной коры, высказал немецкий геофизик и метеоролог Альфред Вегенер (1880-1930) в начале прошлого столетия в рамках гипотезы «дрейфа континентов». Но поддержки эта гипотеза в то время не получила. Её возрождение произошло в 1960-х годах, когда в результате исследований рельефа и геологии океанического дна были получены данные, свидетельствующие о процессах расширения (спрединга) океанической коры и пододвигания одних частей коры под другие (субдукции). Объединение этих представлений со старой теорией дрейфа материков породило современную теорию тектоники плит, которая стала общепринятой концепцией в науках о Земле. Её основные положения были сформулированы в 1967-68 группой американских геофизиков — У. Дж. Морганом, К. Ле Пишоном, Дж. Оливером, Дж. Айзексом, Л. Сайксом путем развития более ранних (1961-62) идей американских учёных Г. Хесса (H.H.Hess) и Р. Дица (R.S.Dietz) о расширении (спрединге) ложа океанов.

Так, в 1960-х годах, когда начались исследования океанского дна, выяснилось, что по дну Атлантического океана с севера на юг тянется огромная гряда высотой в 2-2.5 км, и дно по обе стороны от нее опускается до 5 км. Причем порода, из которой сложены эти подводные горы, очень разные по возрасту: базальты на вершине гряды молодые, а по обе стороны много старше и притом тем старше, чем дальше от нее. Это открытие заставляло думать, что гряда прикрывает трещину в океанской коре, через которую снизу к вершине всё время выходит поток горячей магмы. Остывая и превращаясь в базальт, эта магма становится плотнее, т.е. тяжелее, и стекает по склону гряды в обе стороны от нее, а на ее место поступает новая порция магмы. Таким образом, магма, выходящая в рифт - трещину расходящихся плит, создает по обе стороны от себя все новые и новые полосы океанской коры (так наз. Срединно-океанический хребет (СОХ), общая протяженность которых более 70.000 км). В результате кора под океаном непрерывно наращивается и расширяется (спрединг).

Наиболее убедительным доказательством существования спрединга явились так называемые "полосовые магнитные аномалии" — линейные магнитные аномалии океанической коры, параллельные осям срединных океанических хребтов и расположенные симметрично по отношению к ним. Линейные магнитные аномалии в океанах были обнаружены ещё в 50-х годах при геофизическом изучении Тихого океана. Именно это открытие позволило в 1960-ые годы Хессу и Дицу сформулировать теорию спрединга океанического дна, которая стала основой теории тектоники плит.

В соответствии с теорией спрединга горячее расплавленное мантийное вещество поднимается на поверхность по рифтовым трещинам, раздвигая края рифта и, застывая, наращивает их изнутри. Хесс писал: "Этот процесс несколько отличается от обычного дрейфа материков. Континенты не прокладывают себе путь сквозь океаническое дно под воздействием какой-то неведомой силы, а пассивно плывут в мантийном материале, который поднимается вверх под гребнем хребта и затем распространяется от него в обе стороны." 

Таким образом, на поверхность планеты выходят восходящие конвекционные токи, какие можно наблюдать в кастрюле, где варится молочный кисель или каша. Материк же (в рамках такой аналогии) является пенкой на этом киселе. Но аналогия далеко не полная, так как кипящая масса довольно однородная и в пенке нет трещин, по которым происходит субдукция (если только принудительно не погружать пенку обратно в кипящий кисель).

На рисунке справа показана карта дна Атлантического океана. Красным выделена самая молодая часть Срединно-Атлантического хребта. Магма поднимается по трещине вдоль хребта. заполняя расширяющийся промежуток между удаляющимися друг от друга плитами - Северо- и Южно-Американской, с одной стороны (к западу от гряды) и Евразийской и Африканской, с другой стороны - на восток от гряды. 

Такие же подводные гряды тянутся по дну других океанов. В Тихом океане наблюдения ученых открыли другую сторону процесса движения плит. Непрерывное прибавление коры в СОХ под Тихим океаном влечет за собой движение Тихоокеанской плиты на запад, в сторону Австралийской плиты, а с востока от СОХ под Южно-Американскую плиту подплывает океанская плита Наска. 

И в том месте, где плиты соприкасаются, более тяжелая и плотная океанская плита начинает изгибаться вниз, уползая огромным длинным «языком» под более легкую континентальную плиту, либо слегка приподымая её (Восточно-Тихоокеанское поднятие около Австралии), либо создавая серьёзные напряжения, которые освобождаются в виде извержений вулканов и землетрясений, как это происходит в Андах. Иными словами, Тихоокеанская плита прирастая на востоке компенсирует этот прирост тем, что ее западная сторона все время уходит под литосферу Австралийской плиты, а прирастание плиты Наска, компенсируется её погружением под Южно-Американскую плиту. Это явление называется субдукцией.

В настоящее время главные процессы субдукции на Земле происходит по краям Тихоокеанской плиты, и это грандиозное (хотя и невидимое нам явление) сопровождается извержениями и землетрясениями – не случайно они происходят, в основном, по периферии этого океана. А ушедшие в глубину тяжелые базальты океанской коры тонут в астеносфере (иногда опускаясь даже в нижнюю мантию, где проходят переплавку и возвращаются (путем конвекции) обратно в трещины между плитами. Этот процесс занимает около 200 млн лет, поэтому океанская кора не бывает старше этого возраста. С другой стороны, континентальные (легкие) плиты всегда остаются наверху («наплаву»), их состав не меняется, сейсмическая активность очень низкая и поэтому геологи сегодня обнаруживают на Земле скалы возрастом в 3-2.5 млрд лет.

Интересно, что совсем недавно ученые поняли, что уникальная Афарская котловина (Данакильская котловина, Афарский треугольник) — геологическая депрессия на Африканском Роге, одно из немногих мест в мире (известны только два таких места - здесь и в Исландии), где океанические хребты могут быть изучены на суше. Тектоническое движение в котловине (1-2 см в год) приводит к постоянным землетрясениям и образованию щелей на поверхности (на границах плит) до 8 метров. Здесь, на дне огромной кальдеры находится лавовое озеро Эрта Але. Постоянный поток магмы, поднимающийся в кратере из недр Земли продолжается с 1967 года. При этом периодически отсюда изливаются потоки раскалённой лавы и с каждым своим извержением он поднимается всё выше над впадиной Данакиль. Сейчас его высота — уже 613 м, но 3-4 миллиона лет назад он находился под водой. Кстати, на основе палеореконструкции Сибирский континент мигрировал над этим потоком мантийного вещества - над Африканской мантийной провинцией, - 570 млн лет назад, в результате чего родились Сибирские траппы, которые слагают плато Путорана -

(окончание в следующей публикации — Спрединг, субдукция, плюмы, суперплюмы и прочая геофизика  — #2 )

promo otrageniya april 14, 2019 06:25 69
Buy for 40 tokens
Привет всем участникам Отражений и нашим гостям! С настоящего момента вступают в силу изменения в правила, поэтому прошу авторов ознакомиться с нижеследующим. 1. Каждый участник может опубликовать один пост в день. Чтобы иметь возможность публиковать до трех тем в день, участник должен соблюсти…

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded