Почему раскалываются континенты, а их части расходятся?

"Наука и жизнь" май 1999г

Сегодня каждый школьник знает, что кажущиеся неподвижными материки и острова находятся в непрерывном движении. Правда, странствуют континенты не сами по себе, как это представлял немецкий геофизик Альфред Вегенер - автор первой научно разработанной гипотезы (1912 год) дрейфа материков. Они перемещаются вместе с прилегающими к ним участками океанского дна. Сила, движущая гигантские плиты, - это восходящие потоки расплавленной магмы, которая нагревается в глубинных слоях Земли. Поднимаясь вверх, потоки наталкиваются на нижнюю поверхность земной коры. При этом они расходятся и тащат вместе с собой в разные стороны лежащие над ними тектонические плиты. Вся земная кора состоит из таких плит. Получается что-то вроде подвижной мозаики. Ее фрагменты сталкиваются друг с другом, одна плита погружается под другую - "подныривает".

Измерения, которые проводились со спутников, показали, что континенты перемещаются в среднем не на 1-5 см в год, как полагали раньше, а гораздо быстрее. Например, южная часть Латинской Америки движется в сторону Тихого океана со скоростью 17 см в год.

Теория дрейфа материков - "Тектоника плит" - сегодня уже помогла понять многие феномены в геологии Земли. Объяснения некоторых загадочных явлений на нашей планете получены геотектониками совсем недавно.

На смену одной гипотезе приходит другая. 180 миллионов лет назад все нынешние континенты составляли единый гигантский материк Пангею. Потом он раскололся и дал жизнь двум огромным континентам - Гондване и Лавразии. Те, в свою очередь, тоже распались, тогда родились теперешние материки. Отчего раскололась Пангея? Была ли она жертвой своих чрезвычайно огромных размеров? Некоторые ученые сравнивают нашу планету в этой ситуации с автомобильной шиной, у которой с одного бока появилось огромное вздутие. Неравенство центробежных сил привело к расколу литосферы, после чего ее части "расползлись" по планете.

Сейчас на вопрос: почему раскалываются континенты? - найден другой ответ. Если поток горячей магмы при своем восходящем движении наталкивается на массивную континентальную кору толщиной от 30 до 70 км, то он ведет себя иначе, нежели когда упирается в океаническую кору, толщина которой всего 5-10 км. В зоне океанов тепло, которое несет с собой магма, поглощается не только корой, но и водой океана. Под континентами, где толщина коры несколько десятков километров, тепло скапливается. И оно начинает воздействовать снизу на кору, примерно как газовый резак на металл: расплавляет, режет ее на части. Потоки магмы в своем движении захватывают с собой эти части континента и разводят их друг от друга.

Как выглядела молодая земля? Океанское дно ученым представляется как заснеженная местность охотнику: здесь полно следов и предательских ям. Следы, которые оставило магнитное поле Земли на дне океана в молодых породах, до того как они затвердели, могут показать скорость и направление движения той или иной океанической плиты. Кора в океане не бывает старше 200 миллионов лет. По сравнению с возрастом самой Земли (4,5 миллиарда лет) это как две недели и целый год. И все же, изучая океаническую кору, мы как бы возвращаемся на 180 миллионов лет назад и видим, как выглядела Земля во времена Пангеи. А можно ли еще дальше углубить это путешествие в прошлое?

Палеонтологи пытаются это сделать. Но тут в ход уже идут и не очень надежные данные, и детективные предположения. Исследуют осколки пород, на которых в момент их остывания отпечатались линии магнитного поля. Это дает сведения, на какой широте первоначально лежал камень. Потом находят схожие данные в других камнях. И предполагают, что они остывали где-то рядом и одновременно с первым образцом, хотя впоследствии их могло развести на тысячи километров друг от друга. Кое-что могут сказать находки биологической природы. Но здесь тоже временное ограничение, потому что ранее, чем 550 миллионов лет назад, на Земле не было живых существ. Если не считать одноклеточных.

Американский геолог Б. Морфи предполагает, что все континенты каждые 500 миллионов лет сходятся и, следовательно, Пангея рождалась многократно. Ученый основывается на том, что именно в таком ритме на Земле возникли все крупные горные цепи. Они образовались в результате столкновения континентов. В этой гипотезе есть слабое место: всегда ли, как ныне, действовали законы, по которым теперь дрейфуют плиты? Возраст самых давних свидетелей тектонической активности - 1,8 миллиарда лет. Это плиты, на которых расположены Балтийский и Канадский щиты. Ученые убеждены, что происхождение их связано с процессами столкновения и погружения. Но происходило все это в очень ранние годы нашей Земли, когда могли действовать иные законы плитотектоники.

Профессор В. Фриш из университета в Тюбингене (Германия) выдвинул новую гипотезу: на Земле в ее юношескую пору породы, как и теперь, претерпевали изменения, но тогда все происходило много быстрее. Потому что больше энергии поступало на поверхность из глубинных недр. Горячая планета много раз покрывалась корой, которая быстро разрушалась потоками магмы, идущими снизу. Часть обломков тонула, а более легкие оставались наверху. Эти циклы многократно повторялись, легкие породы скапливались. Из них сформировались континенты.

Дно океанов исчезает, но куда? Тонкая кора под земными океанами играет роль заслонки - закрывает щели между плитами, когда массивные континенты расходятся. А если континенты идут друг на друга, она исчезает под ними. Еще в пятидесятых годах ученым казалось невероятным, что океанское дно толщиной в несколько километров играет такую короткую роль и после этого исчезает в расплавленных глубинах. С тех пор геологам удалось получить много неоспоримых доказательств, что зоны погружения океанского дна действительно существуют.

Куда уходит ставшее уже ненужным океанское дно? Этот вопрос породил длительный спор между специалистами. Вначале, когда сейсмологические изыскания показывали, что погружающиеся плиты на глубине около 670 км разламываются, словно натолкнувшись на массивную "стенку", многие исследователи приняли это за окончательный ответ на вопрос. Но профессор Геттингенского университета У. Кристенсен на этом не остановился. С помощью компьютерной модели он показал, что относительно холодные каменные части плит в начале погружения действительно задерживаются на определенной глубине, но затем снова начинают медленно погружаться.

Сейсмическая томография также показала, что, по крайней мере, часть погруженной плиты пробивает "стенку" на глубине 670 км и опускается ниже. Ряд ученых придерживается мнения, что бывшее океанское дно уходит на глубину 2900 километров - к границе между мантией и внешним ядром планеты. Там из этого материала откладываются "кучи" толщиной от 200 до 400 километров. На внешнем ядре, омываемом конвекционными потоками магмы, есть застойные места, там и собирается материал, пришедший сверху.

Геологи называют эти места "кладбищами плит", поскольку утонувшая порода может здесь пролежать миллиарды лет, пока поднимающийся конвекционный поток не увлечет материал снова наверх.