Во что превратится поверхность нашей планеты в будущем?

Земля находится в постоянном движении. Она вращается вокруг своей оси, вращается вокруг Солнца. Постоянно двигаются и ее части, выходя из земных недр на поверхность и изменяя облик планеты.

На протяжении миллиардов лет Земля постоянно трансформировалась. Огромные массы поднимались из ее глубин, перемещались по поверхности и вновь уходили обратно на глубину. Ученые назвали этот процесс тектоникой плит.

Мы не ощущаем эти изменения. Тем не менее, они оказывают огромное влияние на окружающий нас мир. Перемещение литосферных плит может вызвать изменение климата, землетрясения или извержения вулканов; оно даже может изменить облик целого континента. Но ученые все еще не знают всех деталей того, как меняется поверхность Земли.

Проведенные исследования выявили лишь несколько законов перемещения литосферных плит. В частности, ученые выяснили, что роль «слоя желе», помогающего плитам скользить, выполняет расплавленный камень. Также были найдены доказательства того, что тектоника плит меняла облик нашей планеты на протяжении более 2,5 миллиарда лет.

Земля, сваренная «вкрутую»

Слово «тектоника» произошло от греческого слова «строить». Тектонические плиты – это огромные перемещающиеся пласты земной поверхности, которые вместе образуют верхний слой планеты. Некоторые из них простираются на километры. Считается, что земную поверхность покрывают 12 огромных литосферных плит.

Тектонические плиты перемещаются в разломе Сан-Андреас, который проходит через большую часть Западной Калифорнии. Фото с сайта wikimedia.org

Строение Земли можно сравнить со структурой сваренного вкрутую яйца. Литосферные плиты в этом сравнении выполняют функцию скорлупы. Плиты «очень твердые», как отмечает геолог из Института океанографии Скриппса Самер Наиф.

Литосферные плиты относительно тонкие – примерно 80 километров толщиной. Они постоянно перемещаются по верхнему слою земной мантии. В нашем сравнении мантия будет выполнять функцию сваренного яичного белка. Ее температура варьируется от 1000 до 3700 градусов Цельсия.

«Высокое давление внутри мантии позволяет камню оставаться твердым, хотя он очень горячий», – объясняет геофизик из Гавайского университета в Маноа Клинт Конрад.

Ядро, располагающееся внутри мантии, обладает еще более высокими плотностью и температурой. Оно напоминает желток сваренного вкрутую яйца. Внешняя оболочка ядра жидкая, а центр его состоит в основном из твердого железа.

Внутренности нашей Земли постоянно перемещаются. Как отмечает геолог Марк Бен из Океанографического института в Массачусетсе, так происходит, потому что вещества, обладающие более высокой температурой, имеют более низкую плотность. Поэтому горячие вещества из внутренней части Земли поднимаются вверх, достигают земной поверхности, охлаждаются и вновь возвращаются на глубину. Ученые назвали процесс самопроизвольного движения веществ с разной температурой конвекцией, а процесс восхождения расплавленного камня из глубин мантии к поверхности Земли – апвеллингом. Апвеллинг служит источником вещества, образующего литосферные плиты.

В июне 2013 года Клинт Конрад и другие ученые опубликовали результаты своего исследования горячих областей мантии, расположенных под Африкой и центральной частью Тихого океана, в журнале Nature. В ходе исследования они пришли к выводу, что на данной территории расположены главные районы апвеллинга.

Ученые готовятся спускать сканирующее оборудование на дно Тихого океана в местности, где одна пластина проходит под другой. Фото с сайта usgs.gov

С течением времени охлажденная внешняя часть земной коры становится толще и тяжелее. Спустя миллионы лет самые старые и холодные ее части начнут погружаться обратно в мантию. Этот процесс происходит на расстоянии сотен или даже тысяч километров от района апвеллинга. Погружение холодного и тяжелого края литосферной плиты заставляет противоположный ее край, располагающийся ближе к источнику апвеллинга и, соответственно, более теплый, приподняться, что, в свою очередь, позволяет выйти из глубин Земли большему количеству расплавленного камня.

Геофизик Керри Кей из Института океанографии Скриппса отмечает, что средняя скорость движения плит составляет примерно 2,5 сантиметра в год. За миллионы лет, однако, пройденное плитами расстояние становится заметным.

Сегодня мы знаем, что поверхность Земли сильно изменилась. Примерно 250 миллионов лет назад на нашей планете был только один гигантский материк – Пангея. За 50 миллионов лет Пангея разделилась на два континента – Лавразию и Гондвану. Литосферные плиты Земли продолжали свое движение и в итоге образовались материки современных очертаний.

В марте 2013 года Керри Кей и Самер Наиф совместно с другими учеными провели еще одно исследование, в ходе которого выяснили, как движутся литосферные плиты. Они передвигаются за счет пласта расплавленного железа примерно в 25 километров (16 миль) толщиной. Выводы ученых основывались на анализе данных датчиков, определивших проводимость электричества на дне Тихого океана.

Вода заполняет восточноафриканскую зону разломов. Фото с сайта usgs.gov

Химическая сигнатура как отпечатки пальцев

Геохимик из Бостонского университета в Массачусетсе Рита Кабрал со своей командой ученых обнаружила уникальную химическую сигнатуру в серосодержащих образцах горных пород Мангая – одного из островов Кука в южной части Тихого океана.

В данном случае сигнатура показала, что сера острова подверглась химическому воздействию в начале истории Земли. Ученые пришли к выводу, что наличие этого типа серы в молодом вулканическом острове является первым прямым доказательством того, что цикл обращения коры существует. Как говорит Кабрал, находка также служит подтверждением того, что данный цикл «начался более 2,5 миллиарда лет назад».

Последствия перемещения литосферных плит колоссальны для нашего мира. При столкновении друг с другом плиты могут раздавить друг друга, и на месте столкновения формируются горы. Таким способом образовались Гималаи в Азии. Если одна плита плотнее и тяжелее, она буквально проскользнет по краю поверхности другой; в итоге на поверхности планеты могут появиться как горные цепи, так и вулканы. В результате такого скольжения образовались Каскадные горы в Америке, вулканы Сент-Хеленс и Маунт-Рейнир. И, естественно, столкновение плит сопровождают землетрясения.

Вулканы и землетрясения приводят к масштабным разрушениям. Чем больше ученые узнают о тектонике плит, тем лучше могут понять эти явления. Если бы ученые знали о времени катаклизмов, они смогли бы предупредить людские потери и наносимый стихийными бедствиями материальный ущерб.

Перед ученым миром стоит много вопросов. Какие процессы происходят с литосферной плитой после ее погружения в мантию? Насколько велик обнаруженный слой расплавленного камня? Простирается ли он под всей тектонической плитой?

«Мы не знаем ответов», – говорит Керри Кей. Но он и другие ученые намерены найти их: «Мы хотим сложить всю мозаику».