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, 06:25 62
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

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded 

When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.