Тектоническая активность Земли имеет невидимый источник

Земля - далеко не сплошная масса камня. Внешний слой нашей планеты - известный как литосфера - состоит из более чем 20 тектонических плит; когда эти гигантские плиты скользят по лицу планеты, мы получаем движение континентов и взаимодействие на границах тектонических плит, где происходит подъем и падение целых горных хребтов и океанических впадин.

Тем не менее, существуют некоторые споры о том, что же заставляет эти гигантские плиты скал перемещаться.

Среди множества гипотез, выдвигавшихся на протяжении веков, в качестве объяснения обсуждались конвекционные токи, генерируемые горячим ядром планеты, но сомнительно, что этот эффект может дать достаточно энергии.

Недавно опубликованное исследование ищет объяснение в небесах. Отмечая, что для перемещения крупных объектов чаще всего используется сила, а не тепло, авторы предполагают, что взаимодействие гравитационных сил Солнца, Луны и Земли может быть ответственно за движение земных тектонических плит.

Ключевым моментом гипотезы является барицентр - центр масс орбитальной системы тел, в данном случае Земли и Луны. Это точка, вокруг которой на самом деле вращается наша Луна, и она не находится непосредственно в центре масс нашей планеты, который мы называем геоцентром.

Вместо этого, расположение барицентра внутри Земли меняется в течение месяца на целых 600 километров (373 мили), поскольку орбита Луны вокруг Земли эллиптична из-за гравитационного притяжения Солнца.

"Поскольку колеблющийся барицентр находится на расстоянии около 4600 километров [2858 миль] от геоцентра, тангенциальное орбитальное ускорение Земли и солнечное притяжение разбалансированы, за исключением барицентра", - говорит геофизик Энн Хофмайстер из Вашингтонского университета в Сент-Луисе.

"Теплые, толстые и прочные внутренние слои планеты могут выдержать эти нагрузки, но тонкая, холодная и хрупкая литосфера отвечает на них трещинами".

Дополнительное напряжение добавляется, когда Земля вращается вокруг своей оси, слегка сплющиваясь от идеальной сферической формы - и эти три напряжения от Луны, Солнца и самой Земли в совокупности вызывают смещение и раскол тектонических плит.

"Различия в выравнивании и величине центробежной силы, сопровождающей солнечное притяжение, когда Земля движется по своей сложной орбите вокруг Солнца, накладывают крайне асимметричные, изменяющиеся во времени силы на Землю, которая и так испытывает стресс от вращения", - пишут исследователи.

Под поверхностью Земли происходит то, что твердая литосфера и твердая верхняя мантия вращаются с разной скоростью из-за этих напряжений и деформаций, сообщают исследователи - и все это благодаря нашей особой конфигурации Земля-Луна-Солнце.

"Наша уникально большая Луна и особое расстояние от Солнца играют важную роль, - говорит Хофмайстер.

Без Луны и вызванных ею сдвигов между барицентром и геоцентром мы не увидели бы той активности тектонических плит, которая наблюдается на поверхности Земли, утверждают исследователи. Поскольку гравитационное притяжение Солнца к Луне в 2,2 раза больше, чем притяжение Земли, в течение следующего миллиарда лет или около того она будет удаляться от нашей планеты.

Тем не менее, для того, чтобы гравитационные силы начали действовать, необходимы горячие недра Земли, утверждают исследователи.

"Мы предполагаем, что тектоника плит является результатом двух различных, но взаимодействующих гравитационных процессов", - пишут они. "Мы подчеркиваем, что внутреннее тепло Земли необходимо для создания теплового и физического пограничного слоя, известного как литосфера, его базального расплава и лежащей под ним низкоскоростной зоны".

Для дальнейшего подтверждения гипотезы, изложенной в их работе, исследователи применили свой анализ к нескольким каменистым планетам и лунам Солнечной системы, ни на одной из которых до сих пор не было подтвержденной тектонической активности. 

Сравнение Земли и других крупных небесных тел Солнечной системы позволяет найти потенциальное объяснение тому, почему мы до сих пор не обнаружили тектонической активности ни на одной из крупных лун или скалистых планет. Однако самой близкой к Земле по всем необходимым параметрам является Плутон.

"Одним из тестов может стать детальное изучение тектоники Плутона, который слишком мал и холоден для конвекции, но имеет гигантскую луну и удивительно молодую поверхность", - говорит Хофмайстер.

Исследование было опубликовано в журнале GSA Special Papers.