Книга Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты - Элизабет Эрвин-Бланкенхайм

она приобрела планетарный масштаб. Исследования, позволяющие более полно понять во всех деталях теорию тектоники плит, продолжаются и по сей день. В 1990-х гг. геофизик Сэйя Уеда (1929–1923), профессор Токайского университета, в своей работе пролил свет на роль глубоководных желобов, считавшихся пассивными структурами, в которых просто встречаются две плиты без активной динамики самого желоба. Другие японские исследователи, в частности Акихо Мийясиро (1920–2008), петролог, специалист по метаморфическим породам из Университета штата Нью-Йорк в Олбани, выяснил, как формируются различные типы метаморфических пород в разной тектонической обстановке, связанной с зонами субдукции (местами, где одна плита пододвигается под другую и погружается в мантию, в результате чего часть материала плиты перерабатывается и уничтожается, что часто приводит к закрытию океанических бассейнов) и островными дугами (длинными цепями вулканических островов, появляющихся в результате поднятия магмы вдоль конвергентных границ плит). В 2000 г. Ричард Гордон (р. 1953), геофизик из Университета Райса, описал зоны диффузных границ плит[272]. Эти зоны отличаются от более привычных границ плит по ширине, степени напряжения и скорости движения в год. Примером диффузной зоны плиты служит Провинция бассейнов и хребтов на западе США.

Геологи установили существование цикла Уилсона в докембрийских горных породах периода гренвиллского горообразования, доказав, что тектонические движения плит происходили еще до мезозойской эры. Этот цикл представляет собой кульминацию глобальной тектоники плит и служит иллюстрацией того, как границы разных плит соединяются, как сталкиваются континенты, как раскрываются бассейны океанов и как в желобах одна плита пододвигается под другую с погружением материала в мантию.

Цикл Уилсона состоит из двух фаз: раскрытия и закрытия (сокращения) океанического бассейна. Во время фазы раскрытия в середине континента, где кора растянута, появляется горячая точка, которая начинает раскалывать массив суши с созданием рифта (пример – Восточно-Африканская рифтовая долина). Уилсон назвал эту стадию эмбриональной. За этой стадией следует раскрытие бассейна, как в случае с Красным морем. Затем происходит полное развитие океана на стадии зрелости, как видно на примере бассейна Атлантического океана. В какой-то момент начинают действовать обратно направленные силы, поскольку расширение не может происходить постоянно из-за фиксированного размера Земли, и начинается фаза сокращения. Зона субдукции формируется в любом месте океанического бассейна, но самым простым примером будет зона субдукции вдоль одного из краев континента. В районе глубоководного желоба одна океаническая плита пододвигается под другую, погружаясь в мантию, и бассейн уменьшается в размерах, как в случае Тихого океана. На заключительных этапах цикла Уилсона продолжается закрытие океанического бассейна с сокращением и поднятием, как в случае Средиземного моря. Во время конечной фазы цикла в начале столкновения блоков могут формироваться горы: зоны субдукции в этом случае действуют как переход для скольжения материала по краю другой плиты. По мере плавления материала погружающейся плиты появляются вулканы. Образование метаморфических пород обычно также связано с этой стадией. Финальная стадия – это реликтовый рубец от столкновения континентов, как можно видеть вдоль тектонического шва (сутуры) Инда-Цангпо в Гималаях, формировавшихся при столкновении Индостанского субконтинента с Евразией, которое началось 50 млн лет назад.

Исследования, проведенные в 1970-х гг. Сэйей Уедой и Дональдом Форсайтом из Лабораторий Ламонта-Доэрти, продемонстрировали более точные детали тектоники плит с точки зрения двух новых представлений: о давлении хребта и тяге погружающейся части плиты (эта часть называется слэбом)[273]. Давление хребта создается в срединно-океанических хребтах в качестве силы, которая отодвигает вновь сформированную океаническую кору от хребта. Многие годы считалось, что глубоководные желоба являются пассивными структурами, которые просто поглощают и перерабатывают кору, погружающуюся в них, но исследования показали, что они играют более активную роль: тянут океаническую кору из зон субдукции – это называется тягой слэба. И давление хребта, и тяга слэба, по-видимому, являются важнейшими движущими механизмами спрединга морского дна под действием сил гравитации, помимо образования коры в районах срединно-океанических хребтов.

Прямые доказательства движения литосферных плит будут получены лишь в 1990-х гг. с внедрением GPS, точность данных которого по иронии судьбы зависит от геодезии. Именно такой вид доказательств стремился получить Вегенер. К концу XX в. вегенеровские теории были доказаны: континенты действительно дрейфуют, и основой дрейфа является механизм конвективных течений глубоко в астеносфере. Если Земля – это песня, то тектоника плит – ее самая изящная мелодия.

6

Тектоника плит: океаны, континенты, плиты и их взаимодействие

Тектоника плит, второй из основополагающих принципов геологии, представляет собой великую объединяющую теорию Земли, которая объясняет множество событий и процессов на планете: местоположение эпицентров землетрясений и вулканов; места залегания конкретных горных пород; возраст океанического дна; положение континентов и океанических бассейнов; залежи минералов и руд, имеющих промышленное значение; положение горных цепей; распределение ископаемых остатков, а также причину возникновения горных хребтов и разных типов разломов в определенных местах. Эта теория произвела революцию в геологии и в понимании строения Земли.

Как определяет тектоника плит, землетрясения происходят в особых зонах, где взаимодействуют края плит или где формируются новые плиты. В отличие от ситуации, существовавшей всего несколько десятков лет назад, в наши дни геологи могут предсказывать местоположение вулканов и гор, потому что оно связано с плитами. До появления теории тектоники плит местонахождение залежей минералов было непонятным. Теперь, исходя из нового теоретического знания о давлении и температурах в различных геологических границах, геологи могут более полно объяснить цикл горных пород: как происходит превращение пород из одного типа в другой (магматических в осадочные, осадочных в метаморфические, метаморфических в магматические) в результате таких процессов, как захоронение, плавление, поднятие, выветривание, а также под действием высоких температур и давления. Среди многих областей практического применения геотектоники, например, выделяются методы более точного прогнозирования месторождений руд, имеющих промышленное значение.

Существует несколько способов, используемых учеными для определения величины землетрясений для их сравнения. Один из способов оценки магнитуды землетрясений известен большинству людей – это шкала Рихтера, названная так по имени сейсмолога и физика из Калифорнийского технологического института Чарлза Рихера (1900–1985), который разработал ее в 1935 г. для количественной оценки землетрясений в Южной Калифорнии[274]. Шкала Рихтера основана на высоте (амплитуде) сейсмических волн, генерируемых в ходе конкретного землетрясения и регистрируемых сейсмометром (прибором для записи сейсмических волн). Высота волны сопоставляется с расстоянием сейсмометра от эпицентра для вычисления магнитуды землетрясения. Шкала Рихтера – логарифмическая: например, изменение магнитуды с 4,0 до 5,0 по шкале Рихтера означает примерно в 10 раз бо́льшую силу землетрясения, тогда как землетрясение с магнитудой 6,0 в 1000 раз сильнее, чем землетрясение с магнитудой 4,0.

По мере увеличения количества сейсмометров по всему миру ученые осознали, что шкала Рихтера не в полной мере описывает все регистрируемые землетрясения, и, в частности, недооценивается магнитуда землетрясений в зонах субдукции. В последующие годы после создания