ИЗК СО РАН — Институт земной коры СО РАН

Более месяца назад в лентах новостей появились «сенсационные» сообщения: новосибирские ученые спрогнозировали, что через 20 миллионов лет Байкал станет океаном, а сам континент Евразия расколется на две части. Однако на самом деле новость оказалось не новостью — к выводу о вероятном расколе материка по озеру Байкал иркутские ученые пришли еще 30 лет назад.

 

Поводом для появления новостей о зарождении океана на месте озера Байкал послужила статья в известном зарубежном журнале Gondwana Research, в которой говорится о результатах работы ученых из Института геологии и минералогии им. В.С.Соболева СО РАН. Связывая между собой тектонические процессы и накопление осадков во впадинах Байкальской рифтовой зоны, новосибирские ученые прогнозируют его будущее. Так, по их мнению, Байкальская рифтовая зона — огромный раскол в земной коре, находящийся посередине Евразии, — постепенно расширяется, и, если не изменится геодинамическая обстановка, через несколько десятков миллионов лет самый большой континент разорвется на две части, а на месте Байкала появится новый океан.

 

Движение идет

Между тем такой сценарий нашего очень далекого будущего уже был описан иркутскими учеными. Первую статью о вероятном зарождении океана на месте озера Байкал ученые Кирилл Леви и Семен Шерман из Института земной коры СО РАН опубликовали еще в середине 70-х годов.

— Под воздействием высоких температур и давления верхней мантии все континенты, все литосферные плиты пребывают в постоянном движении относительно друг друга. Это давно известный факт, — поясняет Кирилл Леви, профессор, доктор геолого-минералогических наук, сотрудник Института земной коры СО РАН. — Байкальская рифтовая зона находится на стыке двух литосферных плит: Сибирской и Забайкальской, по-другому — Амурской. Первая пребывает в относительном покое — она смещается в сторону севера, но крайне медленно. Ее движению мешает североатлантический рифт. Вторая, Забайкальская, движется куда более активно, смещаясь к востоку в сторону Тихого океана.

Изучением Байкальской рифтовой зоны с точки зрения тектоники литосферных плит Кирилл Леви и его коллеги — известные талантливые ученые Семен Шерман, Михаил Кузьмин и Лев Зоненшайн — начали заниматься в 70-х годах. Тогда наряду с изучением тектонических процессов ученые активно работали на берегах Байкала, исследуя признаки смещения плит.

— Мы искали молодые движения. Но не в скальных породах, где определить их практически невозможно, а в глинистых. И обнаружили, — рассказывает Кирилл Леви. — Оказалось, что в глинах, которые лежат поверх байкальских разломов, встречаются трещинки с шелковистыми штрихами скольжения. Причем не только вертикальными штрихами, которые легко объяснить вероятными оползнями, но и, самое главное, горизонтальными. Последние и стали еще одним подтверждением того, что породы смещаются, движение идет.

 

Шире на 3—4 мм в год

Первая публикация о том, что представляет собой Байкальская рифтовая зона, какие процессы способствуют ее раскрытию, вышла у Семена Шермана и Кирилла Леви в 1976 году. Далее, продолжая заниматься геодинамикой, ученые работали над картированием, над анализом сейсмических данных, над точными расчетами линии «раскола».

— За двадцать с лишним лет у нас вышло немало монографий и статей, посвященных геодинамике Байкальской рифтовой зоны. Мы неоднократно публиковались, выступали на международных симпозиумах, конференциях, — поясняет Кирилл Леви. — В середине 90-х здесь, в Иркутске, вышли в свет два атласа по Байкалу, в работе над которыми я принимал участие. В них впервые были представлены схемы рифтовой зоны с подробными пояснениями того, какие перемены ожидают Байкал в будущем, если тектонические процессы в недрах Земли будут проявлять себя по-прежнему.

Так, согласно данным ученых Института земной коры СО РАН, озеро становится шире примерно на 3—4 мм в год. Соответственно, на эти же значения увеличивается расстояние между Иркутском и Улан-Удэ. Для преобразования Байкала в соленый океан потребуется по меньшей мере 60 миллионов лет.

— В целом же новость о том, что Байкал — это будущий океан, которая преподносится сейчас как открытие новосибирских ученых, скажу честно, вызывает лишь недоумение, — говорит Кирилл Леви. — Публикацию коллег из Института геологии и минералогии им. В.С.Соболева в журнале Gondwana Research я читал в оригинале и был крайне удивлен, что в длинном списке научных статей, на которые ссылаются авторы, нет ни единого упоминания о той команде специалистов, которая работала над изучением геодинамики Байкальской рифтовой зоны.

 

Источник: ИА «Байкал Инфо»

Фрагменты литосферных плит не только погружаются в мантию Земли, но и поднимаются из нее вновь

Группа геохимиков из Национальной лаборатории сильного магнитного поля в Университете штата Флорида сумела проследить судьбу фрагментов океанической коры, погрузившихся в недра земной мантии. Оказалось, что часть современной океанической коры составляют фрагменты литосферных плит, которые ранее уже погрузились в мантию, а затем вновь оказались на поверхности.

Обычно океаническая кора формируется из материала мантии, поступающего на поверхность через срединно-океанические хребты. Она формирует расходящиеся от хребтов литосферные плиты, которые достигают зон субдукции и погружаются вглубь мантии. Поэтому океаническая кора, как считается, имеет сравнительно небольшой возраст — не более 20 миллионов лет.

Согласно новому исследованию, хотя большая часть земной коры действительно является относительно новой, небольшой ее процент состоит из древних фрагментов, которые давно погрузились в мантию, а затем всплыли на поверхность. Основываясь на количестве этой «переработанной» коры, авторы исследования обнаружили, что тектоника плит на Земле существовала с момента ее формирования 4,5 миллиарда лет назад. «Подобно лососю, возвращающемуся в нерестилища, некоторая океаническая кора возвращается к месту появления на свет — вулканическим хребтам, где рождается свежая кора, — говорит профессор Мунир Хумаюн (Munir Humayun). — Мы использовали новую технику, чтобы показать, что этот процесс по сути является замкнутым циклом.

Фото: Caroline McNiel/National MagLab

Предположение, что погрузившаяся океаническая кора появляется на поверхности вновь, уже выдвигалось ранее на основании обнаружения в срединно-океанических хребтах так называемых «обогащенных базальтов», в составе которых повышено содержание ряда химических элементов. Также исследователи обнаружили, что в «переработанной» коре ниже содержание германия и кремния, чем в «первичных базальтах». В ходе нынешнего исследования был проведен анализ 500 образцов базальта, собранных в 30 точках срединно-океанических хребтов. При этом во всех образцах «обогащенных базальтов», независимо от их географического происхождения, содержание германия и кремния было ниже, что подтверждает их происхождение из древних участков коры.

Основываясь на количестве обогащенных базальтов, обнаруженных в срединно-океанических хребтах, ученые подсчитали, что около 5–6 % мантии Земли состоит из переработанной коры, а это позволяет оценить время, в течение которого на Земле происходит тектоника плит.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

География: Тектоника литосферных плит

   Тектоника плит – современная геологическая теория о движении и взаимодействии литосферных плит.
Слово «тектоника» происходит от греческого «тектон» — «строитель» или «плотник», плитами же в тектонике называют гигантские блоки литосферы.
Согласно этой теории, вся литосфера делится на части – литосферные плиты, которые разделены глубокими тектоническими разломами и перемещаются по вязкому слою астеносферы относительно друг друга со скоростью 2-16 см в год.
Существует 7 крупных литосферных плит и около 10 плит меньшего размера (количество плит в разных источниках разное).  При столкновении литосферных плит земная кора разрушается, а при их расхождении образуется новая. По краям плит, где напряжение внутри Земли наиболее сильное, происходят различные процессы: сильные землетрясения, извержения вулканов и образование гор. Именно по краям литосферных плит образуются самые крупные формы рельефа – горные цепи и глубоководные желоба.

Почему передвигаются литосферные плиты?
На направление и движение литосферных плит влияют внутренние процессы, происходящие в верхней мантии — перемещение вещества в мантии.
Когда литосферные плиты в одном месте расходятся, то в другом месте их противоположные края сталкиваются с другими литосферными плитами.

Схождение (конвергенция) океанической и материковой литосферных плит

Более тонкая океаническая литосферная плита “подныривает” под мощную материковую литосферную плиту, создавая на поверхности глубокую впадину или жёлоб.
Зона, где это происходит, называется субдуктивной. Погружаясь в мантию плита начинает плавиться. Кора верхней плиты сдавливается и на ней вырастают горы. Некоторые из них представляют собой вулканы, образованные магмой.

Литосферные плиты и современный рельеф

Литосферные плиты и вулканы на контурной карте. Названия крупнейших литосферных плит

Тектоника плит – современная геологическая теория о движении и взаимодействии литосферных плит.
Слово «тектоника» происходит от греческого

«тектон» — «строитель» или «плотник», плитами же в тектонике называют гигантские блоки литосферы.
Согласно этой теории, вся литосфера делится на части – литосферные плиты, которые разделены глубокими тектоническими разломами и перемещаются по вязкому слою астеносферы относительно друг друга со скоростью 2-16 см в год.
Существует 7 крупных литосферных плит и около 10 плит меньшего размера (количество плит в разных источниках разное).

При столкновении литосферных плит земная кора разрушается, а при их расхождении образуется новая. По краям плит, где напряжение внутри Земли наиболее сильное, происходят различные процессы: сильные землетрясения, извержения вулканов и образование гор. Именно по краям литосферных плит образуются самые крупные формы рельефа – горные цепи и глубоководные желоба.

Почему передвигаются литосферные плиты?
На направление и движение литосферных плит влияют внутренние процессы, происходящие в верхней мантии — перемещение вещества в мантии.
Когда литосферные плиты в одном месте расходятся, то в другом месте их противоположные края сталкиваются с другими литосферными плитами.

Схождение (конвергенция) океанической и материковой литосферных плит

Более тонкая океаническая литосферная плита “подныривает” под мощную материковую литосферную плиту, создавая на поверхности глубокую впадину или жёлоб.
Зона, где это происходит, называется субдуктивной . Погружаясь в мантию плита начинает плавиться. Кора верхней плиты сдавливается и на ней вырастают горы. Некоторые из них представляют собой вулканы, образованные магмой.

Литосферные плиты

Вместе с частью верхней мантии состоит из нескольких очень больших блоков, которые называются литосферными плитами. Их толщина различна — от 60 до 100 км. Большинство плит включают в себя как материковую, так и океаническую кору. Выделяют 13 основных плит, из них 7 наиболее крупных: Американская, Африканская, Индо- , Амурская.

Плиты лежат на пластичном слое верхней мантии (астеносфере) и медленно движутся друг относительно друга со скоростью 1-6 см в год. Этот факт был установлен в результате сопоставления снимков, сделанных с искусственных спутников Земли. Они позволяют предположить, что конфигурация в будущем может быть совершенно отличной от современной, так как известно, что Американская литосферная плита движется навстречу Тихоокеанской, а Евразийская сближается с Африканской, Индо-Австралийской, а также с Тихоокеанской. Американская и Африканская литосферные плиты медленно расходятся.

Силы, которые вызывают расхождение литосферных плит, возникают при перемещении вещества мантии. Мощные восходящие потоки этого вещества расталкивают плиты, разрывают земную кору, образуя в ней глубинные разломы. За счет подводных излияний лав по разломам формируются толщи . Застывая, они как бы залечивают раны — трещины. Однако растяжение вновь усиливается, и снова возникают разрывы. Так, постепенно наращиваясь, литосферные плиты расходятся в разные стороны.

Зоны разломов есть на суше, но больше всего их в океанических хребтах на , где земная кора тоньше. Наиболее крупный разлом на суше располагается на востоке . Он протянулся на 4000 км. Ширина этого разлома — 80-120 км. Его окраины усеяны потухшими и действующими .

Вдоль других границ плит наблюдается их столкновение. Оно происходит по-разному. Если плиты, одна из которых имеет океаническую кору, а другая материковую, сближаются, то литосферная плита, покрытая морем, погружается под материковую. При этом возникают , дуги () или горные хребты (). Если сталкиваются две плиты, имеющие материковую кору, то происходит смятие в складки горных пород края этих плит, и образование горных областей. Так возникли, например, на границе Евразийской и Индо-Австралийской плиты . Наличие горных областей во внутренних частях литосферной плиты говорит о том, что когда-то здесь проходила граница двух плит, прочно спаявшихся друг с другом и превратившихся в единую, более крупную литосферную плиту.Таким образом, можно сделать общий вывод: границы литосферных плит — подвижные области, к которым приурочены вулканы, зоны , горные области, срединно-океанические хребты, глубоководные впадины и желоба. Именно на границе литосферных плит образуются , происхождение которых связано с магматизмом.

Литосферные плиты — это крупные блоки земной коры и части верхней мантии, из которых сложена литосфера.

Чем сложена литосфера.

В это время на противоположной от разлома границе происходит столкновение литосферных плит . Столкновение это может протекать по-разному в зависимости от видов сталкивающихся плит.

• Если сталкиваются океаническая и материковая плиты, то первая погружается под вторую. При этом возникают глубоководные желоба, островные дуги (Японские острова) или горные хребты (Анды).
• Если сталкиваются две материковые литосферные плиты, то на этом месте края плит сминаются в складки, что ведет к образованию вулканов и горных хребтов . Таким образом на границе Евразийской и Индо-Австралийской плиты возникли Гималаи. Вообще, если в центре материка имеются горы, это значит, что когда-то это было местом столкновения двух спаявшихся в одну литосферных плит.

Таким образом, земная кора находится в постоянном движении. В её необратимом развитии подвижные области — геосинклинали — превращаются путём длительных преобразований в относительно спокойные области — платформы .

Литосферные плиты России.

Россия расположена на четырех литосферных плитах.

• Евроазиатская плита – большая часть западной и северной части страны,
• Северо-Американская плита – северо-восточная часть России,
• Амурская литосферная плита – юг Сибири,
• Охотоморская плита – Охотское море и его побережье.

Рис 2. Карта литосферных плит России.

В строении литосферных плит выделяются относительно ровные древние платформы и подвижные складчатые пояса. На стабильных участках платформ расположены равнины, а в области складчатых поясов находятся горные хребты.

Рис 3. Тектоническое строение России.

Россия расположена на двух древних платформах (Восточно-Европейской и Сибирской). В пределах платформ выделяются плиты и щиты . Плита – это участок земной коры, складчатая основа которой покрыта слоем осадочных пород. Щиты , в противоположность плитам, имеют очень мало осадочных отложений и только тонкий слой почвы.

В России выделяют Балтийский щит на Восточно-Европейской платформе и Алданский и Анабарский щиты на Сибирской платформе.

Рис 4. Платформы, плиты и щиты на территории России.

Тогда наверняка вы бы хотели знать, что такое литосферные плиты .

Итак, литосферные плиты представляют собой огромные блоки, на которые делится твердый поверхностный слой земли. Учитывая тот факт, что скальные породы под ними расплавлены, плиты медленно, со скоростью от 1 до 10 сантиметров в год, двигаются.

На сегодняшний день насчитывают 13 крупнейших литосферных плит, которые покрывают 90% земной поверхности.

Крупнейшие литосферные плиты:

• Австралийская плита — 47 000 000 км²
• Антарктическая плита — 60 900 000 км²
• Аравийский субконтинент — 5 000 000 км²
• Африканская плита — 61 300 000 км²
• Евразийская плита — 67 800 000 км²
• Индостанская плита — 11 900 000 км²
• Плита Кокос — 2 900 000 км²
• Плита Наска — 15 600 000 км²
• Тихоокеанская плита — 103 300 000 км²
• Северо-Американская плита — 75 900 000 км²
• Сомалийская плита — 16 700 000 км²
• Южно-Американская плита — 43 600 000 км²
• Филиппинская плита — 5 500 000 км²

Тут надо сказать, что существует земная кора континентальная и океаническая. Некоторые плиты состоят исключительно из одного типа коры (например, тихоокеанская плита), а некоторые из смешанных типов, когда плита начинается в океане и плавно переходит на континент. Толщина этих пластов составляет 70-100 километров.

Карта литосферных плит

Крупнейшие литосферные плиты (13 шт.)

В начале XX века американец Ф.Б. Тейлор и немец Альфред Вегенер одновременно пришли к выводу, что расположение континентов медленно изменяется. К слову сказать, именно это, в большой степени, является . Но ученые не смогли объяснить, как это происходит, до 60 годов двадцатого века, пока не выработалось учение о геологических процессах на морском дне.

Карта расположения литосферных плит

Именно ископаемые сыграли здесь главную роль. На разных материках были найдены окаменелые останки животных, которые явно не могли переплывать океан. Это вызвало предположение о том, что когда-то все материки были соединены и животные спокойно переходили между ними.

Подписывайтесь на . У нас много интересных фактов и увлекательных историй из жизни людей.

Открытие дрейфа континентов.

Карта мира, показывающая расположение главных литосферных плит. Каждая плита окружена океаническими хребтами,
от осей которых идёт растяжение (жирные линии), зонами столкновения и субдукции (зазубренные линии) и/или
трансформными разломами (тонкие линии).Названия приведены только для некоторых из самых крупных плит.
Стрелки указывают направления относительных движений плит.

В начале XX века немецкий метеоролог Альфред Вегенер стал собирать и изучать сведения о флоре и фауне континентов, разделённых Атлантическим океаном. Он также тщательно исследовал всё, что было тогда известно об их геологии и палеонтологии, о найденных на них ископаемых остатках организмов. Проанализировав полученные данные, Венегер пришёл к выводу, что различные континенты, включая Южную Америку и Африку, в далёком прошлом составляли единое целое. Он открыл, например, что некоторые геологические строения Южной Америки, которые резко обрываются береговой линией Атлантического океана, имеют как бы продолжение в Африке. Он вырезал из карты эти континенты, сдвинул эти вырезки навстречу друг другу и увидел, что геологические особенности этих континентов совпали, как бы продолжив друг друга.

Он также обнаружил, что существуют геологические признаки древнего оледенения, охватившего примерно в одно и то же время Австралию, Индию и Южную Африку, и заметил, что можно совместить эти континенты таким образом, что районы их обледенений образовали бы единую площадь. На основании своих исследований Вегенер опубликовал в Германии книгу “Происхождение континентов и океанов” (1915г.), в которой выдвинул свою теорию “континентального дрейфа”. Но автор этой книги не смог достаточно убедительно защитить свою теорию, некоторые факты в её поддержку он отбирал весьма произвольно. В значительной степени по этим причинам его гипотеза в то время не была принята большинством учёных. Например, выдающиеся физики того времени заявили, что континенты не могут дрейфовать как корабли в море, поскольку внешние части литосферы очень жесткие. Они указали также, что центробежные силы, возникающие в результате вращения Земли вокруг своей оси, слишком слабы для того, чтобы передвигать континенты, как это предполагал Вегенер.

Но Вегенер был всё-таки на правильном пути. Возрождение идей Вегенера в виде теории тектоники плит произошло в 1950-х — 1960-х годах. В эти годы были выполнены исследования океанского дна, начатые ещё во время Второй мировой войны. Американский Военно-морской флот, развивая подводные лодки, был очень заинтересован в том, чтобы узнать об океанском дне как можно больше. Пожалуй, это тот редкий случай, когда военные интересы пошли на пользу науке. В то время и даже до 1960-х годов дно океанов было почти неизученной территорией. Геологи говорили тогда, что мы больше знаем об обращенной к нам поверхности Луны, чем о морском дне. Флотское начальство США было щедрым и хорошо оплачивало работу. Океанографические исследования быстро приобрели большой размах. Хотя значительная часть результатов исследований была засекречена, всё же сделанные открытия подтолкнули науку о Земле на новый, более высокий уровень понимания протекающих на Земле процессов.

Одним из главных результатов интенсивного исследования дна океанов стали новые знания о его топографии. Знания о морском дне, полученные до этого, собранные за долгую историю морских путешествий, были крайне недостаточны. Самые первые измерения глубин производились простейшими методами — измерительными тросами. Лот бросали за борт и отмеряли длину вытравленного троса. Но и эти измерения ограничивались мелководными, прибрежными районами.

В начале XX века на кораблях появились эхолоты, которые непрерывно совершенствовались. Проведённые в 1950-е — 1960-е годы с помощью эхолотов измерения дали много информации о рельефе океанского дна. Принцип работы эхолота заключается в измерении времени, необходимого для прохождения звукового импульса от корабля до морского дна и обратно. Зная скорость звука в морской воде, легко вычислить глубину моря в любом месте. Эхолот может работать непрерывно, круглые сутки, независимо от того, что делает корабль.

В настоящее время топографию океанского дна стало легче наносить на карту: аппаратура, установленная на спутниках Земли, точно измеряет “высоту” морской поверхности. Отпадает надобность посылать корабли в море. Интересно, что различия в уровне моря от места к месту в точности отображают топографию морского дна. Объясняется это тем, что лёгкие вариации земного притяжения, дна, влияют на уровень поверхности моря в конкретном месте. Например, над местом, где имеется крупный вулкан огромной массы, уровень моря повышается по сравнению с соседними районами. Наоборот, над глубоким рвом, котловиной уровень моря ниже, чем над поднятыми районами морского дна. Такие подробности рельефа морского дна при его исследовании с борта кораблей “рассмотреть” было невозможно.

Результаты исследования морского дна в 60-х годахXX века поставили перед наукой немало вопросов. До этого времени учёные считали, что дно глубоких морей представляет собой спокойные, с плоским рельефом участки земной поверхности, покрытые мощным слоем ила и других осадков, смываемых с континентов в течение бесконечно долгого времени.

Однако поступившие материалы исследований показали, что морское дно имеет совсем иной рельеф: вместо плоской поверхности на дне океанов обнаружены горные хребты огромной протяженности, глубокие рвы (рифты), крутые обрывы и крупнейшие вулканы. В частности, Атлантический океан точно посередине рассекается Срединно-Атлантическим хребтом, который повторяет все выступы и впадины береговой линии на каждой стороне океана. Хребет возвышается в среднем на 2,5 км над наиболее глубокими местами океана; почти на всём его протяжении, по осевой линии хребта проходит рифт, т.е. ущелье или долина с крутыми склонами. В северной части Атлантического океана Срединно-Атлантический хребет поднимается над поверхностью океана, образуя остров Исландию.

Этот хребет является лишь частью системы хребтов, которая протягивается через все океаны. Хребты окружают Антарктиду, выходят двумя ветвями в Индийский океан и до Аравийского моря, изгибаются вдоль берегов восточной части Тихого океана, подходят к нижней Калифорнии, появляются у берегов северо-запада Соединённых Штатов.

Почему эта система подводных хребтов не оказалась погребённой под слоем осадков, вынесенных из континентов? Какова связь между этими хребтами и дрейфом континентов и тектонических плит?

Ответы на эти вопросы получены из результатов исследования … магнитных свойств пород, слагающих океаническое дно. Геофизики, желая знать как можно больше о морском дне, наряду с другими работами занимались измерениями магнитного поля вдоль многочисленных маршрутов исследовательских судов. Было обнаружено, что в отличие от структуры магнитного поля континентов, которая обычно очень сложная, рисунок магнитных аномалий на дне океанов отличается определённой закономерностью. Причина такого явления сначала была непонятна. И вот в 60-х годах XX века американские учёные провели воздушную магнитную съёмку акватории Атлантического океана к югу от Исландии. Результаты были поразительными: узоры магнитного поля над морским дном изменяются симметрично относительно осевой линии хребта. При этом график изменения магнитного поля вдоль маршрута, пересекающего хребет, был на разных маршрутах в основном одинаков. Когда точки замера и измеренные значения напряжённости магнитного поля были нанесены на карту и проведены изолинии (линии равных значений характеристик магнитного поля), то они образовали полосатый зеброподобный узор. Подобный узор, но с менее выраженной симметрией раньше был получен при исследовании магнитного поля в северо-восточной части Тихого океана. И здесь характер поля резко отличался от структуры поля над континентами. По мере накопления научных данных становилось ясно, что симметрия узора магнитного поля наблюдается всюду вдоль системы океанических хребтов. Причина такого явления кроется в следующих физических процессах.

Извергаемые из недр Земли породы охлаждаются из исходного расплавленного состояния, и железосодержащие материалы, образующиеся в них, намагничиваются земным магнитным полем. Все элементарные магнитики этих минералов ориентируются одинаково под воздействием окружающего магнитного поля Земли. Это намагничивание является непрерывным во времени процессом. Значит, график магнитного поля вдоль маршрута, пересекающего хребет, представляет собой своего рода ископаемую запись изменений магнитного поля в процессе образования пород. Запись эта сохраняется в течение долгого времени. Как и следовало ожидать, геофизические съёмки вдоль маршрутов, направленных перпендикулярно расположению Срединно-Атлантического хребта, показали, что породы, находящиеся точно над осью хребта, сильно намагничены в направлении современного магнитного поля Земли. Симметричная зеброобразная картина магнитного поля указывает на то, что морское дно намагничено по-разному в разных участках, параллельных направлению хребта. Речь идёт не только о различной напряженности (интенсивности) магнитного поля различных участков морского дна, но и о различном направлении их намагниченности. Это стало уже крупным научным открытием: оказалось, что магнитное поле Земли в течение геологического времени неоднократно меняло свою полярность. Доказательства периодической смены магнитных полюсов Земли были получены также при исследовании намагниченности горных пород на континентах. Было установлено, что в районах скопления больших базальтовых масс одна часть базальтовых потоков имеет направление намагниченности, соответствующее направлению современного магнитного поля Земли, а другие потоки намагничены прямо противоположно.

Исследователям стало ясно, что магнитные полосы морского дна, колебания магнитной полярности и дрейф континентов — все эти явления взаимосвязаны. Зеброобразная картина распределения намагниченности горных пород морского дна отражает последовательность смены полярности земного магнитного поля. Большинство геологов теперь убеждены, что раздвиг морского дна в стороны от океанических разломов — это реальность.

Новая океаническая кора образуется лавой, непрерывно поступающей из глубины в осевых частях океанических хребтов. Магнитный узор пород морского дна симметричен по обе стороны оси хребта потому, что вновь поступившая порция лавы намагничивается при своём застывании в твёрдую породу и равномерно расширяется по обе стороны от срединного разлома. Поскольку даты изменения полярности магнитного поля Земли стали известны в результате анализа горных пород на суше, магнитные полосы океанского дна можно рассматривать в качестве своеобразной шкалы времени.

Во время своего извержения вдоль хребта и последующего затвердевания базальт намагничивается
под воздействием магнитного поля Земли и затем расходится в стороны от разлома.

Скорость возникновения нового участка морского дна можно достаточно просто рассчитать, если измерить расстояние от оси хребта, где возраст морского дна равен нулю, до полос, соответствующих известным периодам смены полярности магнитного поля.

Скорость образования морского дна меняется от места к месту, её величина, вычисленная по расположению магнитных полос, составляет в среднем несколько сантиметров в год. Континенты, расположенные по разные стороны Атлантического океана, отдаляются друг от друга с этой скоростью. По этой причине океаны и не засыпаны толстым слоем осадков, они (океаны) в геологическом масштабе очень молоды. При скорости несколько сантиметров в год (это очень медленно, конечно) Атлантический океан мог образоваться за двести миллионов лет, а это по геологическим меркам не так уж много. Дно любого из существующих на Земле океанов не намного старше. По сравнению же с горными породами континентов возраст океанского дна значительно моложе.

Таким образом доказано, что континенты по обе стороны Атлантического океана расходятся в стороны со скоростью, зависящей от скорости образования новых участков морского дна на оси Срединно-Атлантического хребта. И континенты, и океаническая кора движутся вместе, как одно целое, т.к. они являются частями одной литосферной плиты.

Владимир Каланов,
“Знания-сила”

Литосферные плиты — теория, движение, скорость

Земная кора не является цельной, она делится разломами на огромные изолированные блоки – литосферные плиты, которые достигают верхних отделов мантии. Таким образом, литосферные плиты представляют собой крупные стабильные части земной коры литосферы. По теории тектоники плит, их границами являются зоны вулканической, сейсмической и тектонической активности. Различают такие типы границ плит, как ковергентные, дивергентные, трансформные. Все плиты состоят из материковой или океанической земной коры. Некоторые могут быть сложены из массива континентальной коры, связанной с океанической. В связи с тем, что вес земной коры меньше веса мантии нашей планеты, кора, состоящая из плит, как будто «плавает» на астеносфере от зон расширения (срединно-океанические хребты и континентальные рифты) до зон субдукции (зоны Беньофа). В этих участках происходит столкновение литосферных плит между собой, и, как следствие, надвигание плит одна на другую или погружение одних блоков коры под другие. Движение плит объясняется также мантийными теплогравитационными течениями – конвекциями, которые появляются, благодаря разности температур во внутренней части Земли и на ее поверхности. Литосферные плиты постоянно движутся друг относительно друга в горизонтальном направлении, в настоящее время со скоростью от 1 до 16 см в год. Материки и океаны В результате движения плит образовались материки и океаны. Современные очертания материков в прошлом выглядели по-другому. Более 0,5 млн. лет назад на Земле был один материк Пангея и один океан. Позднее как следствие передвижения литосферных плит единственный материк распался, в результате чего в северном полушарии появился материк Лавразия, объединявший современную Евразию и Северную Америку, а в южном материк Гондвана, который объединил остальные нынешние материки. Примерно 250 млн. лет назад Гондвана и Лавразия раскололись с формированием современных континентов. Параллельно формированию материков образовались океанические впадины. Почти 90% планеты покрывают восемь крупнейших литосферных плит: Евразийская, Африканская, Австралийская, Тихоокеанская, Индостанская, Антарктическая, Северо-Американская, Южно-Американская. К плитам среднего размера относятся Аравийская, Хуан де Фука, Кокос и ряд других, также имеется множество малых плит. Очертания литосферных плит непрерывно изменяются, так как они могут раскалываться в процессе рифтинга или объединяться в ходе коллизии с формированием из двух одной плиты. Иногда литосферные плиты погружаются в мантию и исчезают с поверхности Земли. Похожие материалы:

Несколько миллиметров за год: как распадается Африка и что образуется между двумя ее частями | Громадское телевидение

NBC News опубликовал материал под названием «Африканский континент очень медленно расслаивается. Ученые говорят, что рождается новый океан». В нем говорится, что через миллионы лет африканский континент распадется на две части, которые будут разделены океаном. Статью перепечатали различные СМИ во многих странах. hromadske разобралось, почему это важно и действительно ли новая эта информация.

Откуда берутся научные новости

Обычно научные новости на различные темы появляются в СМИ после публикации научных статей в специализированных журналах. Это означает, что ученые провели исследования и напечатали новые результаты согласно правилам научного сообщества. На основе таких специализированных статей СМИ готовят свои материалы, где научная информация подается в упрощенном виде, доступном для понимания людьми без специальных знаний.

Иногда ученые сообщают о каких-то интересных результатах еще до их публикации, когда хотят привлечь к своей работе больше внимания со стороны общества. Но вскоре (или даже одновременно с пресс-конференцией) всё равно выходит научная публикация.

О ситуации с новым океаном и разделением Африки на два континента свежих научных публикаций нет. Но эксперты, которых цитирует NBC News, занимаются этой проблемой. В общем авторы статьи рассказывают о вещах, которые давно известны специалистам и тем, кто следит за их работой.

Плиты, которые движутся

Чтобы понять, о чем идет речь, следует вспомнить из школьного курса географии строение верхней оболочки земли, или литосферы. По современным представлениям, она состоит из так называемых тектонических, или литосферных плит разного размера. Благодаря процессам, которые происходят под ними, эти плиты очень медленно двигаются — взаимно удаляются, приближаются или скользят друг относительно друга. Теория, объясняющая эти процессы, развивается уже более полвека.

Так как плиты движутся, изменяется форма континентов и их взаимное расположение, возникают новые геологические структуры. Например, в результате столкновения Индостанской и Евразийской плит образовались Гималаи — высочайшая горная система на планете. Такие процессы продолжаются на протяжении многих миллионов лет и в масштабах человеческой истории они незаметны. Но сегодня их можно зафиксировать с высокой точностью с помощью спутниковой съемки, о чем говорится в упомянутой статье.

fullscreen

Карта, которая показывает сейсмическую активность вулкана Даббаху в районе Афар в Эфиопии в период между 14 сентября и 4 октября 2005 года

Фото:

Global Volcanism Program / National Museum of Natural History

Будущее Африки, которое мы не увидим

Африканский континент сегодня расположен на двух тектонических плитах. Основная его часть — это Нубийская плита. А значительно меньшая — восточная часть — это Сомалийская плита. К ней также относится остров Мадагаскар, расположенный примерно в ее центре. Эти две плиты расходятся со скоростью несколько миллиметров за год.

Осенью 2005 года в районе Афар в Эфиопии состоялось первое известное в истории извержение вулкана Даббаху, расположенного вдоль Сомалийской плиты. Ему предшествовали многочисленные, хотя и сравнительно небольшие землетрясения. В результате неподалеку возник так называемый «разлом Даббаху». Это щель на поверхности Земли длиной примерно 60 километров и шириной десятки метров, образовавшаяся буквально в течение нескольких дней. Это событие и его последствия изучали исследователи, о нем писали СМИ. Оно является наглядным проявлением движения тектонических плит. Через 5 миллионов лет или больше они разойдутся достаточно далеко, чтобы впадина заполнилась водой, а современная Африка распалась на два континента.

Кстати, Аравийская платформа, на которой расположен Аравийский полуостров, когда-то была частью Африканской плиты. Но в результате их расхождения возникло Красное море.

Если принять во внимание скорость тектонических процессов, то вполне логично предположить, что человечество не сможет увидеть ни нового океана, ни разделенного африканского континента. Но тектонические процессы, которые в это время происходят, удобно исследовать. К тому же они дают уникальную возможность понять строение и эволюцию нашей планеты.

определение понятия, строение земной коры – Российский учебник

Глоссарий

Астеносфера — расположенный на глубине около 150-200 км частично расплавленный, находящийся в вязком состоянии слой.

Лава — лишенная газов, застывшая на поверхности Земли магма.

Магма — огненная масса в слое астеносферы, расплавленная, содержащая большое количество газов.

Литосферные плиты — гигантские участки земной коры, свободно перемещающиеся по вязкому слою мантии.

Области складчатости — участки земной коры между плитами литосферы, находящиеся в относительном движении, в рельефе им соответствуют горные системы суши и дна морей.

Определение литосферы

Литосферой (λίθος – «камень» и σφαίρα – «шар») называют твердую земную оболочку, которая полностью покрывает планету, защищая ее от достигающей 60000 °С температуры раскаленного ядра. Литосфера расположена между атмосферой и гидросферой сверху и астеносферой снизу. Толщина твердой оболочки Земли не однородна, и на различных участках составляет от десятков до нескольких сотен километров.  

Пангея

Несмотря на солидный возраст, формирование планеты не окончено до сих пор. И тонкая поверхность коры, что является домом для человека, растений и животных, и горячие недра находятся в постоянном движении. Меняются очертания материков, рельеф местности, климатические условия.

Глядя на современные космические снимки планеты с очертанием шести отдельных континентов, сложно поверить, что около 250 миллионов лет назад на планете существовал единый сверхконтинент, носящий название Пангея.

В результате активных процессов в недрах планеты единый материк раскололся на современные континенты, которые, благодаря медленному, от 2.5 см до 7 см в год (по данным различных источников), движению тектонических плит за миллионы лет удалились на максимальное расстояние. Доказательства этой теории подробно изложены на странице 178 учебника «География. Землеведение 5-6 классы» под редакцией Климановой О. А.

Поднимаясь на царапающие облака горы или спускаясь в недра океана, человек считает себя покорителем природы, но ни один рукотворный небоскреб не сравнился по высоте с горами, и ни один батискаф не спустился в самую глубокую Марианскую впадину.

Поверхность литосферы не сплошная, а представлена отдельными плитами, которые в некоторых местах находят друг друга, образуя горные хребты или расходятся, формируя морские впадины.

В строении литосферы ученые выделяют восемь крупных плит и значительное количество более мелких. Плиты не зафиксированы неподвижно, а медленно передвигаются по горячей и жидкой астеносфере, образуя в местах стыков пластин зоны сейсмической активности.

География. Землеведение. 5-6 классы. Учебник

Учебник адресован учащимся 5-6 классов и входит в линию учебников по географии под редакцией О.А. Климановой и А.И. Алексеева. Методический аппарат учебника хорошо проработан и отражает замысел развивающего и личностно-ориентированного обучения; возможность параллельной работы с электронным приложением к учебнику способствует эффективному усвоению учебного материала. Учебник особенно подходит для гимназий и классов с углублённым изучением гуманитарных предметов.

Купить

Крупнейшие тектонические плиты:

• Австралийская плита
• Антарктическая плита
• Африканская плита
• Евразийская плита
• Индостанская плита
• Тихоокеанская плита
• Северо-Американская плита
• Южно-Американская плита

Строение литосферы

Если смотреть на Землю в поперечном разрезе вдоль полюсов, то можно выделить: земную кору, пограничный слой, мантию, ядро.

К литосфере относятся: земная кора, переходный слой и самый верхний, вязкий слой мантии.

Литосфера, о которой мы ведем сейчас речь — это всего лишь около 1% от радиуса земли, но именно этот 1% позволяет существовать жизни на планете.

Земная кора — самый верхний слой литосферы. В неоднородности земной коры можно убедиться, стоя на берегу и глядя на обрыв скромной реки, где слои различных пород находятся друг над другом. Найденные при раскопках полезные ископаемые (нефть, газ, железная руда, алмазы) рассказывают ученым о процессах, происходящих на планете миллионы лет назад.

Земная кора — не только самый верхний слой литосферы, но и самый тонкий — ее размер составляет от 80 километров на горных участках планеты до 30 км на равнинных. По типу земная кора делится на океаническую и материковую. Такое деление характерно только для Земли, на остальных планетах такого разделения нет, если верить показаниям космических зондов и планетоходов.

В коре материкового типа выделяют три слоя пород:

• осадочный — сформирован породами осадочного и вулканического происхождения;
• гранитный — сформирован породами метаморфического горного происхождения, которые представлен кварцем и полевым шпатом;
• базальтовый — в формировании участвовали магматические породы.

Океаническая кора состоит из осадочного и базальтового слоев.

Под земной корой, в точности повторяя ее очертания, и отделяя ее от мантии, расположен пограничный слой или поверхность Мохоровичича. Граница Мохоровичича представляет собой тонкий слой из пепла, который образуется в результате электроразрядных молний, протекающих в верхнем слое мантии.

Огромное давление между мантией и земной корой привело к тому, что слой пепла спрессовался и при пропускании сейсмических волн ведет себя как плотное, практически монолитное вещество. Поверхность Мохоровичича выполняет гидро-, электро- и теплоизоляционную функции.

Мантия делится на два слоя:

• верхний, который относится к литосфере;
• нижний, окутывающий раскаленное ядро.

Ядро, жидкое снаружи и плотное внутри, состоит преимущественно из железа и никеля.

В верхнем слое мантии образуется раскаленная магма, ищущая свой выход через разломы в земной коре в местах соприкосновения тектонических плит. И именно в недрах обычный уголь под действием давления и температуры превращается в самый прочный (и к тому же драгоценный) камень — алмаз.

Способы изучения земной коры

Вы спросите, откуда ученым это известно? Ведь толщина земной коры составляет около 60-70 километров, а буровые установки, созданные человеком, достигли глубины чуть более 12 километров.

Про один из способов изучения земных недр рассказывается на странице 86 учебника «География. Землеведение. 5-6 классы» под редакцией Климановой О.А.

Вулканы — смертельно опасные, но в тоже время впечатляющие и завораживающие доказательства огненных процессов, происходящих в земных недрах. Преодолев сопротивление земной коры, на поверхность под давлением выбрасывается раскаленная магма, которая, остывая в атмосфере, превращается в реки лавы, несущие вулканические камни и газ, а с ними сведения для ученых о процессах, происходящих глубоко внутри Земли.

По линиям глубинных разломов земной коры расположены активные действующие вулканы. Тихоокеанское огненное кольцо, в которое входят вулканы Камчатки, Японии, Филиппинских островов, Индонезии, Мексики, Алеутских островов, Южной Америки и Огненной Земли дает ученым ответы на вопросы, а наблюдателям — незабываемое зрелище.

Но «дыхание» планеты и ее активную жизнь можно увидеть и на менее разрушительных примерах.

Среди древних городских развалин небольшого городка Поццуоли, расположенного на берегах Неаполитанского залива, в центре города есть остатки древнего храма и прилегающей к нему рыночной площади, построенных более двух тысяч лет назад, еще во времена Римской Империи. Даже невооруженным глазом заметно, что мраморные колонны изъедены морскими камнеточцами почти на 6 метров в высоту.

Из исторических хроник известно, что к XIII веку городская площадь опустилась ниже уровня моря. Однако произошло это не одномоментно, в результате землетрясения или другого катаклизма, а медленно, год за годом. В течение трех веков остатки зданий были затоплены,затем суша неспеша начала подниматься. К 1800 году руины вновь оказались выше уровня моря, и любознательные туристы могут своими глазами наблюдать уникальное явление брадисеймса, когда слой магмы настолько близко подходит к земной коре, что в результате подземных движений поверхность Земли поднимается и опускается.

География. Страноведение. 7 класс. Учебник

Учебник предназначен для учащихся 7 классов и входит в линию учебников под редакцией О. А. Климановой и А. И. Алексеева. В учеьнике увеличена доля страноведческой информации, причём все страны и территории рассматриваются с учётом взаимосвязей природы и хозяйства, материальной и духовной культуры населения. Первостепенное внимание уделено странам Евразии — «родного материка» россиян; в числе стран Евразии рассматривается и Россия.

Купить

Методические советы

С помощью наводящих вопросов и наглядного материала в виде таблиц и схем ребята узнают о движении литосферных плит, указывая на карте их границы.

1. Ребята схематически зарисовывают строение материковой и океанической коры.

2. Затем рассматривают образцы минералов различного происхождения, определяют отличия между представителями разных литосферных слоев.

3. Заключительный этап — тестирование по теме.

Темы докладов

• От Пангеи до 6 континентов.Движение литосферных плит
• Сокровища недр Земли
• Три жизни углерода: от графита до алмаза
• Чем богаты, тем и рады. Полезные ископаемые родного края

ТЕСТ

1. Как называется твердая оболочка Земли?
   • литосфера +
   • наносфера
   • атмосфера
2. Пангея — это…
   • имя древнегреческой богини плодородия
   • название единого континента, когда-то существовавшего на планете Земля +
   • название планеты в Крабовидной Туманности
3. Что называют Тихоокеанским огненным кольцом?
   • пожары на нефтяных танкерах в Тихом океане
   • активные действующие вулканы,расположенные по линиям глубинных разломов земной коры +
   • рой светящегося планктона, видимый в Тихом океане ночью
4. Какое еще явление свидетельствует о «дыхании» планеты?
   • космонавтика
   • тектоника
   • брадисеймс +
5. Поверхность Мохоровичича расположена…
   • между земной корой и верхним слоем магмы +
   • между базальтовым и осадочными слоями земной коры
   • между нижним слоем магмы и земным ядром

#ADVERTISING_INSERT#

Ученые составили первую тектоническую карту плит, показывающую 500 миллионов лет истории Земли — Quartz

Возраст Земли оценивается примерно в 4,5 миллиарда лет, а жизнь впервые появилась около 3 миллиардов лет назад.

Чтобы разгадать эту невероятную историю, ученые используют ряд различных методов, чтобы определить, когда и куда перемещались континенты, как развивалась жизнь, как менялся климат с течением времени, когда наши океаны поднимались и опускались, и как формировалась земля. Тектонические плиты — огромные, постоянно движущиеся плиты горных пород, составляющие самый внешний слой Земли, кору, — занимают центральное место во всех этих исследованиях.

Вместе с нашими коллегами мы опубликовали первую тектоническую карту всей Земли на полмиллиарда лет истории Земли, с 1 000 миллионов лет назад до 520 миллионов лет назад. Цвета на карте в видео YouTube ниже показывают, где сегодня расположены континенты. Голубой — Индия, Мадагаскар и Аравия, пурпурный — Австралия и Антарктида, белый — Сибирь, красный — Северная Америка, оранжевый — Африка, темно-синий — Южная Америка, желтый — Китай, а зеленый — северо-восточная Европа.

Диапазон времени имеет решающее значение. Это период, когда Земля переживала самые экстремальные климатические колебания из известных, от ледяных крайностей «Земля-снежок» до сверхгорячих парниковых условий, когда в атмосферу поступало большое количество кислорода и когда многоклеточная жизнь появлялась и бурно развивалась.

Теперь, имея эту первую глобальную карту тектоники плит за этот период, мы (и другие) можем начать оценивать роль тектонических процессов плит в других земных системах и даже рассматривать то, как движение структур глубоко в нашей Земле могло изменяться в течение длительного периода времени. миллиардный цикл.

Земля движется у нас под ногами

Границы тектонических плит современной Земли нанесены на карту с ужасающей детализацией.

На современной Земле спутники глобального позиционирования используются для отображения того, как Земля изменяется и движется. Мы знаем, что восходящие шлейфы горячей породы с глубины более 2500 км в мантии планеты (слой под земной корой) ударяют о твердый панцирь планеты (кору и верхнюю часть мантии). Это заставляет твердые поверхностные тектонические плиты двигаться со скоростью роста ногтя.

По другую сторону восходящих шлейфов горячих горных пород находятся области, известные как зоны субдукции, где обширные области дна океана погружаются в глубины Земли. В конце концов эти нисходящие океанические плиты натолкнулись на границу между ядром и слоями мантии Земли, примерно на 2900 км ниже. Они собираются вместе, образуя термические или химические скопления, которые в конечном итоге образуют эти восходящие зоны.

Это увлекательный материал, но эти процессы также создают проблемы для ученых, пытающихся оглянуться назад во времени.Планету можно нанести на карту только за последние 200 миллионов лет. До этого, за предыдущие четыре миллиарда лет, большая часть поверхности планеты отсутствовала, поскольку вся кора, лежащая под океанами, была разрушена в результате субдукции. Океаническая кора просто недолговечна: ее постоянно втягивают вглубь Земли, где она недоступна науке.

Нанесение на карту Земли в глубоком времени

Итак, что мы сделали, чтобы нанести на карту Землю в глубоком времени? Чтобы понять, где были края плит и как они менялись, мы искали прокси — или альтернативные представления — границ плит в геологической летописи.

Мы обнаружили породы, которые образовались над зонами субдукции, при столкновении континентов или в трещинах, где плиты разорвались. Наши данные были получены из горных пород, найденных в таких местах, как Мадагаскар, Эфиопия и крайний запад Бразилии. Новая карта и связанная с ней работа — результат нескольких десятилетий работы многих отличных аспирантов и коллег со всего мира.

Теперь у нас есть больше деталей и взгляд на более далекую геологическую эпоху, чем было ранее доступно тем, кто изучает Землю.

Используя другие методы, можно определить широты континентов в прошлом, поскольку некоторые железосодержащие породы замораживают магнитное поле в них по мере их образования. Это похоже на ископаемый компас, стрелка которого направлена ​​в землю под углом, связанным с широтой, на которой он образовался — вблизи экватора магнитное поле примерно параллельно поверхности Земли, а на полюсах оно опускается прямо вниз. Вы можете убедиться в этом сегодня, если купите компас в Австралии и возьмете его в Канаду: компас будет работать не очень хорошо, так как стрелка будет указывать вниз на Землю.Стрелки компаса всегда уравновешены, чтобы оставаться в горизонтальном положении в той области, в которой они предназначены для работы.

Но эти так называемые «палеомагнитные» измерения сложно выполнить, и нелегко найти камни, которые сохраняют эти записи. Кроме того, они рассказывают нам только о континентах, а не о краях плит или океанах.

Зачем наносить на карту тектонику древних плит?

Отсутствие древних тектонических карт создало серьезную проблему для нашего понимания нашей Земли.

Тектонические плиты влияют на многие процессы на Земле, включая климат, биосферу (сфера жизни на внешней части планеты) и гидросферу (круговорот воды и то, как она циркулирует по планете, и как изменяется ее химический состав) .

Путем простого перераспределения тектонических плит и, таким образом, изменения положения (широты и долготы) континентов и океанов, контролируется, где различные растения и животные могут жить и мигрировать.

Расположение границ плит также определяет, как океанские течения перераспределяют тепло и химический состав воды. Различные водные массы в океане содержат слегка разные элементы и их различные формы, известные как изотопы. Например, вода в глубоких океанах часто не находилась на поверхности в течение многих тысяч лет и имеет состав, отличный от воды, находящейся на поверхности океана в настоящее время.Это важно, потому что разные водные массы содержат разное количество питательных веществ, перераспределяя их по разным частям Земли, изменяя потенциал для жизни в разных местах.

Тектонические плиты также влияют на то, сколько солнечного излучения отражается обратно в космос, изменяя температуру Земли.

Скорость движения тектонических плит также менялась со временем. В разные периоды истории Земли было больше вулканов в центре океана, чем сегодня, что создавало движение воды, такое как выталкивание океанских вод над континентами.В это время некоторые типы извержений вулканов происходили чаще, в результате чего в атмосферу закачивалось больше газа.

Горные хребты образуются в результате столкновения тектонических плит, которые влияют на океанические и атмосферные течения, а также подвергают эрозии скальные породы. Это задерживает парниковые газы и выбрасывает питательные вещества в океан.

Понимая тектонику древних плит, мы в какой-то мере продвигаемся к пониманию системы древней Земли. И Землю такой, какая она есть сегодня, и в будущем.

Эта статья изначально была опубликована на сайте The Conversation.Прочтите оригинальную статью. Исследование, описанное в этой статье, было проведено группой исследователей из Сиднейского университета, Университета Аделаиды и Университета Кертина.

Глава 1: Тектоника плит — История Земли: Руководство по наблюдениям

Цели данной главы:

• Определите типы границ плит и сравните их характерные землетрясения и вулканическую деятельность
• Оцените основные свидетельства, подтверждающие тектонику плит
• Объясните, как границы древних плит влияют на современный рельеф

Тектоника плит — это великая объединяющая теория в геологии.Он получил такое название, потому что многие темы геологии можно каким-то образом объяснить движением тектонических плит. Тектонические плиты состоят из земной коры и самой верхней твердой части мантии. Вместе они называются литосферой . Земная кора бывает двух видов: океанической и континентальной (таблица 1.1).

Таблица 1.1 — Сравнение океанической и континентальной коры

Имущество	Океаническая кора	Континентальная корка
Толщина	7-10 км	25-80 км
Плотность	3.0 г / см 3	2,7 г / см 3
Кремнезем (SiO 2 ) Содержание	50%	60%
Состав	Силикаты Fe, Mg и Ca	Силикаты K, Na и Al
Цвет	Темный	Свет

Литосферные плиты движутся по земному шару в разных направлениях и бывают самых разных форм и размеров. Скорость их движения составляет от миллиметров до нескольких сантиметров в год, примерно так же, как ваши ногти.Движение между тектоническими плитами может быть расходящимся , сходящимся или трансформируемым . В расходящихся границах плиты удаляются друг от друга; в сходящихся границах пластины движутся навстречу друг другу; а в границах трансформации пластины скользят друг мимо друга. Тип корки на каждой плите определяет геологическое поведение границы (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 — Эти модели показывают 6 основных типов тектонических границ плит. Синий цвет указывает на океан, зеленый — на сушу, коричневый — на литосферу, а оранжевый — на астеносферу.Жирные стрелки на пластинах указывают их относительное движение. Также показаны серые вулканы. Преобразованные границы океан-океан (не показаны) существуют в небольшом масштабе, связанном с распространением по срединно-океаническим хребтам, а преобразование континент-океан и расходящиеся границы редки (первое) или не существуют (последнее). Изображение предоставлено пользователем Wikimedia Commons Domdomegg, CC BY. Основы тектоники плит начались с немецкого ученого по имени Альфред Вегенер, который предложил идею дрейфа континентов на в 1915 году.Подумайте об этом, 1915 год. Какие доказательства могут быть у кого-то, чтобы выдвинуть такую ​​грандиозную идею? Оказывается, у Вегенера было 4 доказательства, которые, как он утверждал, подтверждали его идею: 1) континенты выглядели так, как будто они соединены вместе, как кусочки головоломки; 2) Соответствующие окаменелости были найдены на континентах, разделенных океанами; 3) На континентах, разделенных океанами, были соответствующие горные хребты; 4) Палеоклимат свидетельствовал о том, что в прошлом некоторые континенты были ближе к полярным регионам, а некоторые — к экватору.Вегенер сделал еще один шаг вперед и предположил, что все континенты были вместе в один гигантский суперконтинент 200 миллионов лет назад под названием Pangea . Как и многие великие идеи в науке, идея Вегенера о дрейфе континентов не была принята его коллегами отчасти потому, что у него не было хорошо разработанной гипотезы, объясняющей, что вызывает дрейф континентов. Лишь в 1960-х годах его идея была расширена такими учеными, как Гарри Гесс.

Когда Альфред Вегенер выдвинул свою гипотезу о дрейфе континентов в начале 1900-х годов, он использовал несколько линий доказательств в поддержку своей идеи.Он также предположил, что 200 миллионов лет назад все континенты были вместе в один суперконтинент под названием Пангея. В этом упражнении вы будете использовать соответствие континентов и сопоставление ископаемых останков, чтобы собрать воедино Пангею. Это упражнение адаптировано из книги «Эта динамическая планета» Геологической службы США.

1. По отдельности или в группе составьте суперконтинент Пангею.
   1. Обозначьте участки суши каждого континента на Рисунке 1.2.
   2. Раскрасьте ископаемые участки в соответствии с легендой ниже.
   3. Вырежьте каждый из континентов по краю континентального шельфа (крайняя темная линия).
   4. Попытайтесь логически соединить континенты так, чтобы они образовали гигантский суперконтинент.
   5. Когда вы удовлетворены соответствием континентов, обсудите доказательства со своими одноклассниками и решите, убедительны они или нет. Объясните свое решение и рассуждения на основе доказательств.
2. Пангея начала распадаться около 200 млн лет назад, что привело к образованию Атлантического океана.Используя карту на Рисунке 1.3, рассчитайте скорость распространения Срединно-Атлантического хребта в мм / год. (Подсказка: измерьте расстояние от самой восточной оконечности Южной Америки до внутренней кривой Западной Африки).
   ____________________

Рисунок 1.2 — Вырезы континентов в упражнении 1.1. Изображение предоставлено Геологической службой США, общественное достояние.

Рисунок 1.3 — Пустая карта южной части Атлантического океана для упражнения 1.1. Изображение предоставлено: Даниэль Хауптвогель, CC BY-NC-SA.

Тектонические границы плит часто связаны с землетрясениями и вулканической деятельностью.Глядя на карты распределения землетрясений и вулканов по всему миру (рис. 1.4–1.5), вы можете интерпретировать границы между основными тектоническими плитами. Как правило, расходящиеся границы плит характеризуются мелкими землетрясениями и некоторым вулканизмом. Сходящиеся границы имеют диапазон глубин землетрясений от мелкого до глубокого, и многие из них имеют вулканы в результате субдукции . Субдукция происходит в сходящихся границах, где более плотная океаническая плита спускается в мантию под доминирующей плитой.Сходящиеся границы также имеют тенденцию образовывать линейные и изогнутые горные пояса . Границы трансформации обычно имеют неглубокие землетрясения и не имеют вулканов.

Рисунок 1.4 — На этой карте показано расположение вулканов, которые были активными в течение последних 10 000 лет (красные треугольники). Ориентировочный масштаб карты — 30 ° широты. Изображение предоставлено: Даниэль Хауптвогель, CC BY-NC-SA. Рисунок 1.5 — На этой карте показаны места всех землетрясений с магнитудой более 4,5 за 2015 и 2016 годы.Цвета указывают на глубину землетрясения; красный <35 км, зеленый 35-100 км и синий> 100 км. Обратите внимание, что на этой карте много красных точек перекрывается зелеными точками. Ориентировочный масштаб карты — 30 ° широты. Изображение предоставлено: Даниэль Хауптвогель, CC BY-NC-SA.

Каждый тип границ плит имеет отчетливую картину землетрясений и вулканизма. Используя навыки наблюдательности и критического мышления, ответьте на следующие вопросы:

1. Обратите внимание на закономерности на картах расположения землетрясений и вулканов (Рисунки 1.4-1,5). Придумайте, где, по вашему мнению, существуют основные границы плит, и нарисуйте эти границы на пустой карте на рисунке 1.6, используя три разных цвета, чтобы определить тип движения для каждой границы (например: красный для расходящихся границ, синий для сходящихся границ и зеленый для преобразования границы).
2. Какой тип границы (расходящаяся, сходящаяся или трансформирующаяся) наиболее распространен? ______________________________________
3. На той же карте, где вы нарисовали границы плит (Рисунок 1.6), определите места, где расположены эти границы каждого типа:
   1. Конвергенция континента (CCC)
   2. Конвергенция океана и океана (OOC)
   3. Конвергенция континента и океана (COC)
   4. Дивергенция континент-континент (CCD)
   5. Дивергенция океана и океана (OOD)
   6. Преобразование континент-континент (CCT)
4. Какой тип границы плит связан с большинством глубоких землетрясений? ______________________
5. Опишите картину глубины землетрясения от побережья до материка в зонах субдукции.
   
6. Критическое мышление: Разлом Сан-Андреас в Калифорнии является разломом трансформации. Есть ли какие-либо свидетельства землетрясения и вулканической активности, которые предполагают, что этот разлом не всегда имел трансформирующее движение? Объяснять.
   

Рисунок 1.6 — Это пустая карта мира, которая будет использоваться в упражнении 1.2. Ориентировочный масштаб карты — 30 ° широты. Изображение предоставлено: Даниэль Хауптвогель, CC BY-NC-SA. Места землетрясения

могут рассказать вам больше о местности, чем тип границы плит.Например, в зонах субдукции большинство землетрясений происходит вдоль границы между погружающейся плитой и перекрывающей плитой. Угол субдукции не всегда постоянен и может меняться от одной границы к другой и даже может меняться вдоль одной и той же границы. Когда плита погружается под небольшим углом, это называется субдукцией плоской плиты. Последствия субдукции плоских плит многочисленны, в том числе землетрясения на мелководье, поднятие гор, а также расположение и активность вулканов.

Западная окраина Южной Америки — это тектонически активный регион, где плита Наска погружается под Южноамериканскую плиту (рис.7), создавая горы Анды. Несмотря на то, что все побережье является частью одной и той же зоны субдукции, процесс субдукции не выглядит одинаково повсюду. Таблицы 1.3 и 1.4 содержат данные о землетрясениях в двух разных точках зоны субдукции: одно в центральной части Чили, а другое — около границы Чили и Перу. Данные о местоположении — это расстояние, на котором каждое землетрясение находилось от траншеи и насколько глубоко оно было на Земле.

1. Используя миллиметровую бумагу, предоставленную вашим инструктором, нанесите расстояние от очагов землетрясений (гипоцентров) до желоба по горизонтальной оси и глубину землетрясений по вертикальной оси; рекомендуемый масштаб 1 см = 10 км.Соедините нанесенные точки, чтобы создать приблизительное поперечное сечение зоны субдукции в двух местах.
2. Посмотрите на построенный вами график, в каком регионе более крутой угол субдукции, граница Чили и Перу или центральная часть Чили? ____________________
3. Частичное плавление астеносферы над погружающейся плитой происходит на определенной глубине и приводит к вулканизму. Как вы думаете, в каком месте вулканы находятся ближе к береговой линии? Почему?
   

Рисунок 1.7 — Тектоническая карта плит Южной Америки и прилегающих плит.Границы, отмеченные треугольниками, представляют собой сходящиеся зоны. Две стрелки в противоположных направлениях указывают расходящиеся границы. На границах преобразования есть стрелки, показывающие движение вправо и влево. Красный и белый цвета обозначают большие высоты, зеленый и желтый — более низкие, а фиолетовый и синий — области ниже уровня моря. Изображение предоставлено: карта тектонических границ, нарисованная с помощью программного обеспечения GPlates.

Таблица 1.3 — Данные о местоположении землетрясения на границе Чили и Перу (данные Martinod et al., 2010)

Расстояние от траншеи (км)	Глубина (км)
160	10
200	30
220	50
300	65
370	125
500	190
300	100
250	65
210	40
280	80
450	175
400	140
410	150

Таблица 1.4 — Данные о местоположении землетрясения в центральной части Чили (данные Martinod et al., 2010)

Расстояние от траншеи (км)	Глубина (км)
100	10
170	40
220	65
400	90
200	50
120	20
500	110
350	85
300	75
250	60
280	75
200	55
260	90

1.3 Тектоника плит и топография

Геологи могут наблюдать большинство процессов, происходящих на тектонических границах плит сегодня (землетрясения, вулканы, горообразование и т. Д.). Однако понять тектоническую активность плит геологического прошлого сложнее, потому что события уже произошли. Следовательно, геологи используют процессы, происходящие в настоящем, для интерпретации процессов, происходивших в прошлом. Это известно как униформизм . Один из способов, которым геологи могут интерпретировать древнюю тектоническую активность плит, — это посмотреть на топографию местности.Топография — это изучение форм и особенностей земной поверхности. При изучении объектов на морском дне топография вместо этого называется батиметрией, потому что эти данные относятся к глубине объекта. Существует множество способов взглянуть на топографию поверхности Земли, включая спутниковые снимки, топографические карты, карты с затемненным рельефом и цифровые модели рельефа.

Ниже представлены пять топографических профилей, показывающих различные конфигурации границ плит. Топографический профиль — это график, на котором показаны изменения высоты при переходе от одной точки на Земле к другой.Все они сделаны с вертикальным увеличением (длина / высота) 50: 1. Это преувеличивает изменения в топографии. На всех этих профилях значение 0 на вертикальной оси соответствует уровню моря.

1. Для топографических профилей в Таблице 1.4 определите, какие типы границ плит показаны, используя названия из Рисунка 1.1. Обратите особое внимание на ось Y по сравнению с осью X.
2. На каждом профиле нарисуйте границу между двумя пластинами. Вы можете показать это как одну строку.
3. Для каждого профиля отметьте такие элементы, как океаническая и / или континентальная кора, срединно-океанические хребты, вулканы, горные пояса и желоба.
4. Укажите, в каком направлении движется каждая тектоническая плита (для этого можно использовать стрелки).

Геологи могут использовать топографию, чтобы получить общее представление о тектонической истории местности. Вообще говоря, тектоническая активность плит имеет тенденцию вызывать изменения высоты на границе плит или вблизи нее, особенно в условиях конвергенции.Столкновение двух пластин приводит к наложению швов ; две пластины становятся одной, когда столкновение заканчивается. Свидетельством существования этих древних границ чаще всего являются линейные горные пояса, которые в настоящее время не находятся вблизи тектонической границы плит. Например, размытый линейный горный пояс в середине континента будет указывать на то, что этот район был частью сходящейся границы в глубине геологического прошлого и, вероятно, столкнулся с континентом. Уральские горы в России подходят под это описание (Рисунок 1.8). Они образовались во время орогенеза от 240 до 300 миллионов лет назад и теперь служат границей между Европой и Азией.

Рисунок 1.8 — Карта заштрихованного рельефа Уральских гор в России. Красный и белый цвета обозначают большие высоты, зеленый и желтый — более низкие, а фиолетовый и синий — области ниже уровня моря. Уральские горы — это узкая линейная цепь гор, которая тянется с севера на юг через территорию России. Ориентировочный масштаб карты — 60 ° широты. Изображение предоставлено: Даниэль Хауптвогель, CC BY-NC-SA.

1. Со временем горные цепи выветриваются и размываются, и топография медленно возвращается к исходному уровню. Как вы думаете, что будет старше: горный пояс с более высокими отметками или горный пояс с более низкими отметками? Объясните свои рассуждения.
   
2. Посмотрите на топографическую карту части Северной Америки (рис. 1.9). Отметьте две области, которые, по вашему мнению, подверглись значительному сближению тектонических плит.
3. Какая из двух областей, по вашему мнению, старше? Какие свидетельства на карте подтверждают вашу гипотезу?
   
4. Посмотрите внимательно на западную часть североамериканского континента.Вы должны заметить различия в узорах, из которых состоят горы. Каждый узор представляет собой отдельный геологический регион. Нарисуйте на карте границы, разделяющие эти разные геологические регионы, а затем опишите закономерности, которые вы наблюдали, чтобы различать их (Подсказка: их как минимум три).
   
5. Активность тектонических плит часто ассоциируется с горообразованием. Основываясь на топографии Австралии (рис. 1.10), объясните, считаете ли вы этот регион тектонически активным сегодня или нет?
   
6. На топографической карте Австралии (Рисунок 1.10) отметьте область, которая, по вашему мнению, была границей плит в геологическом прошлом, но больше не активна сегодня. Объясните, почему вы отметили эту область.
   
7. Critical Thinking: Обе эти карты содержат области на континентах, которые находятся ниже уровня моря. Придумайте гипотезу, объясняющую, как это может происходить.
   

Рисунок 1.9 — Карта США с заштрихованным рельефом. Красный и белый цвета обозначают большие высоты, зеленый и желтый — более низкие, а фиолетовый и синий — области ниже уровня моря.Ориентировочный масштаб карты — 40 ° широты. Изображение предоставлено: Дэниел Хауптвогель, CC BY-NC-SA. Рисунок 1.10 — Карта Австралии с заштрихованным рельефом. Красный и белый цвета обозначают большие высоты, зеленый и желтый — более низкие, а фиолетовый и синий — области ниже уровня моря. Базовый масштаб карты составляет -20 ° широты. Изображение предоставлено: Даниэль Хауптвогель, CC BY-NC-SA.

Когда большинство людей думают о границах тектонических плит, они часто представляют себе параллельные симметричные линии, разделяющие плиты. В реальном мире это не всегда так, поскольку многие границы плит изогнуты или сегментированы; это потому, что Земля — ​​сфера.Подумайте об этом: если бы вы взяли мяч и попытались обернуть его плоским листом бумаги, была бы бумага, обернутая вокруг него, идеально гладкой? Ответ — нет; бумага будет в некоторых местах складываться, а в других порваться. Тектонические плиты ведут себя так же, как бумага. Конечно, на форму границы влияют и другие факторы. Доказательства этих границ плит также содержатся в топографии континентов, потому что не все горные пояса являются прямыми линиями.

Ниже представлена ​​топографическая карта Техаса, Оклахомы, Нью-Мексико и северо-востока Мексики (Рисунок 1.11). Эта область сегодня не находится рядом с активной тектонической границей плит; ближайшая граница находится в Мексиканском заливе. Однако в этой топографии есть свидетельства того, что она была частью тектонической границы плит, по крайней мере, дважды в геологическом прошлом.

1. На основании топографии отметьте две области, которые в геологическом прошлом были частью тектонической границы плит. Топографические изменения не обязательно должны быть симметричными, поскольку некоторые тектонические процессы не являются симметричными.
2. Одна из этих границ старше другой.Обозначьте старые и молодые границы.
3. Одна из этих границ имеет взлеты и падения внутри пояса. Какой тектонический процесс создает низкий рельеф?
   
4. Одна из этих границ разделяется на две ветви. Какой угол между этими ветками?
   

Рисунок 1.11 — Закрашенная карта рельефа Техаса. Красный и белый цвета обозначают большие высоты, зеленый и желтый — более низкие, а фиолетовый и синий — области ниже уровня моря. Ориентировочный масштаб карты — 30 ° широты.Изображение предоставлено: Даниэль Хауптвогель, CC BY-NC-SA.

По мере движения тектонических плит они перемещаются по стационарным « горячим точкам » тепла от мантии . Горячие точки — все еще плохо изученное геологическое явление, но они позволяют чрезвычайно горячему материалу мантии подниматься близко к поверхности. Горячие точки отмечены вулканами, которые возникают в результате таяния мантии и коры непосредственно над горячей точкой. Если они встречаются под океанической корой, они производят базальты. С другой стороны, если они находятся под континентальной корой, они образуют как базальты, так и риолиты, что часто называют бимодальным вулканизмом.Под Северной Америкой есть две горячие точки: горячая точка Йеллоустоун, которая в настоящее время находится под Йеллоустонским национальным парком в Вайоминге и Монтане, и горячая точка Анахим в центральной части Британской Колумбии, Канада. Когда Североамериканская плита движется по этим горячим точкам, кальдеры формируются в результате вулканической активности; одно из крупнейших извержений вулканов когда-либо происходило, когда вулканические образования Грейс-Лендинг извергались 8,72 миллиона лет назад над горячей точкой Йеллоустоуна. Одно из противоречий заключается в том, способна ли горячая точка по-прежнему к сверхразрушению или объем эруптивного материала уменьшается.

Рисунок 1.12. — Топографическая карта северо-запада США и юго-запада Канады. Наложено распределение вулканической активности (черные области) как для Анахим (северная цепь вулканов и плутонов), так и для Йеллоустона (южная цепь вулканов). Эти цепи вулканов называют горячими точками. Рядом с каждым вулканическим районом указан возраст первоначального вулканизма в миллионах лет. Некоторые из этих мест имеют более одной кальдеры; они накладываются друг на друга в пространстве и времени. Красный и белый цвета обозначают большие высоты, зеленый и желтый — более низкие, а фиолетовый и синий — области ниже уровня моря.Масштаб карты — 45 ° широты. Изображение предоставлено: Вирджиния Сиссон и Дэниел Хауптвогель, CC BY-NC-SA. Расположение вулканических центров адаптировано из Wikimedia Commons Sémhur CC BY-SA для горячей точки Анахим и Kelvin Case CC BY для горячей точки Йеллоустоуна.

Используйте рис. 1.12, чтобы ответить на следующие вопросы о горячих точках в Северной Америке.

1. Используйте транспортир, чтобы измерить направление движения пластины для каждого трека горячей точки. Это называется азимутом и обычно измеряется по часовой стрелке с севера.
   1. Угол для Йеллоустоуна: ____________________
   2. Угол для Анахим: ____________________
2. Как быстро Североамериканская плита движется над этими горячими точками? Измерьте длину очага извержения от самого молодого до самого старого. Если вы разделите длину на максимальный возраст, это даст вам скорость движения пластины. Преобразуйте это в мм / год (км / год), поскольку большинство движений плит имеют низкую скорость.
   1. Скорость движения плиты для Йеллоустоуна: ____________________
   2. Скорость движения плиты для Анахим: ____________________
   3. Это одно и то же для двух точек доступа? ____________________
   4. Если нет, то почему азимут и скорость различаются, если Северная Америка представляет собой твердый тектонический блок плит?

      Ответ может быть неочевидным, поскольку мы не часто перемещаем предметы по сфере.Вместо этого мы думаем о движении как о прямой линии от точки a до точки b. Эти горячие точки находятся на Североамериканской плите, что означает, что плита вращается вокруг точки в центре северного Квебека. Поскольку они вращаются вокруг точки на сфере, разные точки на пластине движутся с разными скоростями и направлениями. Геофизики называют это полюсом Эйлера.

3. Геофизики измерили мгновенные глобальные движения плит с помощью различных методов, таких как спутники глобального позиционирования (GPS) и интерферометрия с очень длинной базой (VLBI).Эти данные используются для расчета скорости движения между двумя пластинами. Доступно несколько онлайн-калькуляторов движения пластин; мы будем использовать созданный UNAVCO. Используйте широту и долготу для молодого конца каждой горячей точки и вычислите скорость и направление движения плиты. Заполните это в Таблице 1.6. Этот веб-сайт предоставит вам другую информацию, не имеющую отношения к этому лабораторному упражнению.
   

   Таблица 1.6 — Область ответов для упражнения 1.7c

   Точка доступа	Скорость (мм / год)	Азимут, направление
   Йеллоустон
   Анахим

4. Критическое мышление: Соответствуют ли результаты UNAVCO вашим расчетным результатам из b ? Если нет, то почему вы можете получить разные ответы?
   
5. Была ли скорость движения Североамериканской плиты постоянной вдоль трассы горячей точки?
   
6. В какой из горячих точек больше вулканизма? Йеллоустон или Анахим? Обязательно сравните вулканизм за тот же период времени.При ответе на этот вопрос учитывайте размер кальдер.
   
7. Critical Thinking: Можете ли вы объяснить, почему на одном из них происходят более крупные извержения вулканов? Возможно, вы сможете использовать топографию, чтобы понять тектоническую историю каждой области и ответить на этот вопрос.
   

---

Взносы на учения

Даниэль Хауптвогель, Вирджиния Сиссон, Карлос Андраде, Мелисса Хансен

Список литературы

Knott, T.R., Branney, M.Дж., Райчоу, М.К., Финн, Д.Р., Тапстер, С., и Коу, Р.С., 2020, Открытие двух новых супер-извержений на трассе горячей точки Йеллоустоуна (США). Оседает ли горячая точка Йеллоустоуна? Геология, т. 48, с. 934-938. doi.org/10.1130/G47384.1

Мартинод Дж., Хассон Л., Роперч П., Гийом Б. и Эспурт Н., 2010 г. Зоны горизонтальной субдукции, скорость конвергенции и формирование Анд. Письма о Земле и планетологии, т. 299, стр. 299-309. DOI: 10.1016 / j.epsl.2010.09.010.

Адреса Google Планета Земля

границ трансформируемых плит — геология (U.S. Служба национальных парков)

^{Тихоокеанская плита скользит на северо-северо-запад мимо Североамериканской плиты вдоль границы плиты трансформации Сан-Андреас. Разлом Сан-Андреас ответственен за большую часть движения в западной Калифорнии, в результате чего часть штата скользит мимо остальной части континента. В Мексике комбинация расходящихся и трансформирующихся движений границ плит открывает Калифорнийский залив, в результате чего полуостров Баха отделяется от остальной части Мексики.Буквы в овале — это аббревиатуры сайтов NPS, перечисленных выше.}

По материалам «Земля: Портрет планеты» С. Маршака, 2001 г., W. W. Norton & Comp., Нью-Йорк.

Национальное побережье Пойнт-Рейес, Национальная зона отдыха Золотые Ворота и Национальный парк Пиннаклс представляют собой ландшафты, затронутые главной линией движения, разломом Сан-Андреас. Национальный парк Нормандских островов, Национальная зона отдыха в горах Санта-Моника и Национальный парк Джошуа-Три находятся в пределах Поперечных хребтов, блока коры, который вращался в результате сдвигового движения.Национальный памятник Кабрильо к югу от Сан-Диего также находится в широкой зоне деформации между двумя плитами.

Граница трансформной плиты между Тихоокеанской и Североамериканской плитами в западной Калифорнии образовалась сравнительно недавно. Около 200 миллионов лет назад большая тектоническая плита (называемая плитой Фараллон) начала погружаться под западную окраину Северной Америки. Это привело к появлению череды вулканов, простирающейся от нынешней Аляски до Центральной Америки. Начиная примерно 30 миллионов лет назад, такая большая часть плиты Фараллон была поглощена субдукцией, что Тихоокеанская и Североамериканская плиты соприкоснулись, образуя границу трансформируемой плиты Сан-Андреас в западной Калифорнии.Со временем граница трансформируемой плиты Сан-Андреас стала длиннее, поскольку плита Фараллон разделилась на две отдельные плиты — плиту Хуан-де-Фука на севере и плиту Кокос на юге. Остались остатки древней вулканической горной цепи. В центральной и южной Калифорнии, например, вулканы в значительной степени разрушились, а массивные участки гранита из охлажденных магматических очагов образуют части гор Сьерра-Невада, включая национальный парк Йосемити.

Тектоническая эволюция западного побережья

Граница трансформируемой плиты Сан-Андреас образовалась в течение последних 40 миллионов лет, когда большая часть плиты Фараллон была погружена, и Тихоокеанская плита вступила в контакт с Северо-Американской плитой в районе Калифорнии.

Современное движение тектонических плит на ранней Земле — Harvard Gazette

Тектоника плит — ключ к эволюции жизни и развитию планеты. Сегодня внешняя оболочка Земли состоит из примерно 15 подвижных блоков коры. На них расположены континенты и океаны планеты. По мере формирования Земли пластины смещались друг в друга и расходились, обнажая новые породы в атмосфере, что привело к химическим реакциям, которые стабилизировали температуру поверхности Земли на протяжении миллиардов лет.Стабильный климат имеет решающее значение для эволюции жизни, и исследование предполагает, что ранние формы жизни возникли в более умеренной среде.

«Мы пытаемся понять геофизические принципы, лежащие в основе Земли», — сказал Роджер Фу, один из ведущих авторов статьи и доцент кафедры наук о Земле и планетах факультета искусств и наук. «Тектоника плит циклически перемещает элементы, необходимые для жизни, в Землю и из нее».

Тектоника плит помогает планетологам понимать и другие миры.

«В настоящее время Земля — ​​единственное известное планетное тело, на котором твердо установлена ​​тектоника плит любого рода», — сказал Бреннер, аспирант третьего курса Высшей школы искусств и наук. «Когда мы ищем планеты в других солнечных системах, нам действительно надлежит понять весь набор процессов, которые привели к тектонике плит на Земле, и какие движущие силы возникли, чтобы инициировать ее. Мы надеемся, что это даст нам представление о том, насколько легко тектоника плит может происходить в других мирах, особенно с учетом всех связей между тектоникой плит, эволюцией жизни и стабилизацией климата.”

Для исследования участники проекта отправились в кратон Пилбара. Кратон — это изначальный, толстый и очень прочный кусок коры. Обычно они находятся в центре тектонических плит и являются древними сердцами континентов Земли, что делает их естественным местом для изучения ранней Земли. Кратон Пилбара простирается примерно на 300 миль в поперечнике и покрывает примерно ту же территорию, что и штат Пенсильвания.

Фу и Бреннер пробурили породу в части, называемой Медовый базальт, и собрали образцы керна шириной около дюйма в 2017 году.Они привезли их обратно в лабораторию Фу в Кембридже и поместили в магнитометры и размагничивающее оборудование. Определенные минералы в горных породах фиксируют направление и напряженность магнитного поля Земли в момент их образования. Это поле меняется со временем, поэтому, исследуя слои, ученые собирают доказательства своего рода временной шкалы того, когда образовались горные породы и когда они сместились в пластинах. Эти инструменты рассказали им о магнитной истории породы — самый стабильный бит был на момент формирования породы, а это было 3.2 миллиарда лет назад.

Тектоническая плита — обзор

2.2 Горные породы

Движение тектонических плит по поверхности земного шара порождает силы, которые могут вызывать образование горных пород. Мы можем думать о процессе создания рока как о цикле. Начало цикла происходит с охлаждением расплавленной магмы и последующим затвердеванием в горную породу. Обычно образование новой породы происходит на границах плит, но оно также может происходить и над «горячими точками» в мантии Земли.Когда пластины сталкиваются, давление и тепло могут вызвать расплавление части пластины, что приведет к выталкиванию расплавленной породы на поверхность. После охлаждения поверхностная порода подвергается атмосферным явлениям.

Химические и физические процессы заставляют обнаженную породу дробиться на все более мелкие частицы. Ветер и вода переносят эти частицы от их источника в процессе, называемом эрозией. Частицы постоянно становятся все мельче и тоньше, поскольку они сталкиваются с другими объектами в процессе транспортировки.Когда энергия ветра или воды рассеивается до такой степени, что энергии недостаточно для переноса частицы, частица осаждается вместе с другими частицами. Скопление частиц становится все толще и толще.

Медленно, в течение миллионов лет, тектонические плиты перемещаются вверх и вниз относительно уровня моря, поочередно вызывая эрозию и осаждение. Отложения могут варьироваться от нескольких тысяч футов наносов на площади до их полного отсутствия. Эрозия может вырезать каньоны, выровнять некогда изрезанные горы или стереть все следы образования, которое когда-то было толщиной в сотни футов.Высокое давление и температура могут вызвать изменение характера горных пород в процессе, называемом метаморфизмом. Частицы могут сливаться вместе, образуя значительно более крупные объекты. При наличии достаточного количества времени, давления и тепла камни расплавятся и снова начнут цикл.

Основываясь на этом цикле горных пород, геологи выделяют три основных типа горных пород: магматические, осадочные и метаморфические. Магматические породы образуются при охлаждении расплавленного материала. Осадочные породы образуются, когда материалы на поверхности земли выветриваются, переносятся, откладываются и цементируются вместе.Если горные породы подвергаются воздействию тепла и давления, могут образовываться метаморфические породы. Камни в первую очередь классифицируются по размерам и типам присутствующих минералов [Travis, 1955].

Осадочные породы обычно представляют наибольший интерес для профессионалов, работающих над характеристикой коммерчески важных резервуаров, таких как нефтяные резервуары. Геологи определили несколько ключевых атрибутов, составляющих классификацию осадочной породы. Эти атрибуты — минеральный состав, размер зерна, цвет и структура.

При описании камня желательно точно передать, как он выглядит. Хорошо отсортированный, округлый, крупнозернистый кварцевый песчаник, вероятно, будет лучшим резервуаром, чем плохо отсортированный угловатый мелкозернистый аркоз. Аркоз — это песчаник, содержащий кварц и полевой шпат. Каждый из этих описательных терминов что-то говорит нам о скале.

Под сортировкой понимается однородность размера зерна. Жидкости обычно лучше проходят через хорошо отсортированную породу, чем через плохо отсортированную породу.Способность течь связана со свойством породы, известным как проницаемость, которая обсуждается позже. Если зерна имеют острые края, вероятно, зерна, из которых состоит скала, не ушли далеко. Округлые зерна указывают на более длительный период транспортировки. Породы, состоящие из округлых зерен, могут иметь лучшую проницаемость, чем породы, состоящие из зерен с плоскими или острыми краями. Крупнозернистый песчаник состоит из частиц диаметром примерно от 0,5 до 1,0 мм, а мелкозернистый песчаник составляет от 0 до 0.125 и 0,25 мм. Как правило, более крупные частицы позволяют легче проходить жидкости через межузельные поры, чем более мелкие частицы.

Минералогия породы — это совокупность минералов внутри породы. Минерал — это встречающееся в природе неорганическое твердое вещество с определенной химической и кристаллической структурой. Минеральное содержание — еще одна очень важная характеристика породы. Например, кварц гораздо менее реактивен, чем полевой шпат аркоза, поэтому кварц так хорошо выдерживает атмосферные воздействия.Кварцевое зерно может выдержать несколько циклов эрозии и осаждения. В качестве другого примера, присутствие глин в поровом пространстве может вызвать снижение продуктивности, если изменение солености пласта вызывает набухание глины. Буровой раствор и другие жидкости, вводимые в пласт через ствол скважины, могут реагировать с глинами, набухая и закупоривая глинистые образования.

Зерна, образующие осадочные породы, образованы процессами выветривания на поверхности земли.Выветривание создает частицы практически любого размера, формы и состава. Ледник может создавать и переносить частицу размером с дом, в то время как ветер пустыни может создать однородный слой очень мелкого песка. Частицы, также известные как отложения, переносятся к месту осаждения, обычно с помощью водных процессов. Иногда частицы разносятся очень далеко. В этих случаях переносятся только самые прочные частицы. Песчинки катятся и натыкаются на пути транспорта.Зерна, которые начинались как угловатые глыбы породы, постепенно становятся меньше и более округлыми. Кварцевое зерно, будучи довольно твердым, может даже выдержать несколько циклов осаждения и эрозии. Это оставляет зерно очень округлым. Минералы, составляющие осадочную породу, будут зависеть от многих факторов. Источник минералов, скорость разложения минералов и среда отложения являются важными факторами, которые следует учитывать при характеристике геологической среды.

Понимание движений плит [This Dynamic Earth, USGS]

Понимание движений платформ [This Dynamic Earth, USGS]

Ученые теперь довольно хорошо понимают, как движутся пластины. и как такие движения связаны с сейсмической активностью.Большинство движений происходит вдоль узких зон между плитами, где действуют тектонические силы плит наиболее очевидны.

Существует четыре типа границ пластин:

• Расходящиеся границы — где новая кора образуется в виде пластин отдалятся друг от друга.
• Конвергентные границы — там, где кора разрушается при погружении одной плиты под другим.
• Преобразование границ — там, где корка не образуется и не разрушается поскольку пластины скользят горизонтально друг за другом.
• Пограничные зоны плит — широкие полосы, границы которых нечеткие определены, а эффекты взаимодействия пластин неясны.

Иллюстрация основных типов пластин Границы [55 k]

Расходящиеся границы

Расходящиеся границы возникают вдоль центров распространения, где движутся плиты. отдельно друг от друга, и новая кора создается за счет выталкивания магмы из мантии. Картина две гигантские конвейерные ленты, обращенные друг к другу, но медленно движущиеся навстречу друг другу направлениях, поскольку они переносят новообразованную океаническую кору прочь от хребта гребень.

Возможно, самая известная из расходящихся границ — Срединно-Атлантический хребет. Этот подводный горный хребет, простирающийся от Северного Ледовитого океана и дальше южная оконечность Африки, это всего лишь один сегмент глобального срединно-океанического хребта система, которая окружает Землю. Скорость распространения по Средней Атлантике В среднем хребет составляет около 2,5 сантиметра в год (см / год), или 25 км на миллион. годы. Эта скорость может показаться медленной по человеческим меркам, но поскольку этот процесс длится миллионы лет, это привело к движению плит тысяч километров.Распространение морского дна за последние 100-200 лет миллионов лет привело к тому, что Атлантический океан вырос из крошечной бухты вода между континентами Европы, Африки и Америки в огромный океан, который существует сегодня.

Средняя Атлантика Ридж [26 k]

Вулканическая страна Исландия, расположенная на Срединно-Атлантическом хребте, предлагает ученым естественную лабораторию для изучения процессов на суше. также происходит вдоль затопленных частей гребня спрединга.Исландия разделение по центру спрединга между Североамериканским и Евразийским Плиты, поскольку Северная Америка движется на запад относительно Евразии.

Карта, показывающая Срединно-Атлантический хребет, разделяющий Исландию и разделяющий Североамериканские и евразийские плиты. На карте также изображена столица Рейкьявик. Исландии, области Тингвеллир и местоположения некоторых исландских действующие вулканы (красные треугольники), в том числе Крафла.

Последствия движения плит легко увидеть вокруг вулкана Крафла, в северо-восточной части Исландии.Здесь существующие трещины в грунте расширились. а новые появляются каждые несколько месяцев. С 1975 по 1984 годы многочисленные эпизоды из рифтинг (растрескивание поверхности) произошел по трещине Крафла зона. Некоторые из этих рифтовых событий сопровождались вулканической активностью; земля будет постепенно подниматься на 1-2 м, а затем резко опускаться, сигнализируя надвигающееся извержение. Между 1975 и 1984 годами смещения, вызванные рифтинг составил около 7 м.

Лава Фонтаны, вулкан Крафла [35 k]

Thingvellir Зона трещин, Исландия [80 k]

В Восточной Африке процессы распространения уже оторвали Саудовскую Аравию от остальной части африканского континента, образуя Красное море.Активно раскол Африканской плиты и Аравийской плиты встречаются в том, что геологи называют тройной перекресток , , где Красное море встречается с Аденским заливом. Новый центр распространения может развиваться под Африкой вдоль Восточноафриканского рифта. Зона. Когда континентальная кора выходит за свои пределы, растяжение растрескивается. начинают появляться на поверхности Земли. Магма поднимается и проталкивается расширяющиеся трещины, иногда извергающиеся и образующие вулканы. Поднимающаяся магма, независимо от того, извергается он или нет, оказывает большее давление на кору, чтобы произвести дополнительные трещины и, в конечном итоге, рифтовая зона.

Исторически Действующие вулканы, Восточная Африка [38 k]

Восточная Африка может быть местом следующего крупного океана Земли. Взаимодействие с пластинами в регионе предоставить ученым возможность из первых рук изучить, как Атлантика, возможно, начала формироваться около 200 миллионов лет назад. Геологи считают, что, если распространение продолжится, три плиты, которые встречаются в край современного африканского континента полностью отделится, что позволит Индийский океан, чтобы затопить этот район и сделать самый восточный угол Африка (Африканский Рог) большой остров.

Кратер на высшем уровне Эрта ‘Эль [55 k]

Oldoinyo Ленгаи, Восточноафриканская рифтовая зона [38 k]

Сходящиеся границы

Размер Земли существенно не изменился за последние 600 лет. миллионов лет, и, скорее всего, не сразу после его образования 4.6 миллиард лет назад. Неизменный размер Земли означает, что кора должна уничтожаться примерно с той же скоростью, что и создается, как Гарри Гесс предположил.Такое разрушение (переработка) коры происходит по сходящимся границы, где плиты движутся навстречу друг другу, а иногда одна плита раковины ( субдуцирована ) под другую. Место, где тонет плиты называется зоной субдукции .

Тип конвергенции, который некоторые называют очень медленным «столкновением». — то, что происходит между плитами, зависит от типа литосферы. Конвергенция может происходить между океанической и преимущественно континентальной плитами, или между двумя преимущественно океаническими плитами, или между двумя преимущественно континентальными тарелки.

Конвергенция океана и континентов

Если бы по волшебству мы могли вытащить пробку и осушить Тихий океан, мы бы увидели Поразительное зрелище — ряд длинных узких, изогнутых траншей тысячи километров в длину и от 8 до 10 км в глубину, врезаясь в океан пол. Траншеи — самые глубокие части дна океана и создаются по субдукции.

У берегов Южной Америки вдоль желоба Перу-Чили, океанический Плита Наска продвигается и погружается под континентальную часть Южноамериканской плиты.В свою очередь, преобладающая Южноамериканская плита поднимается вверх, создавая высокие горы Анд, основу континента. Сильные разрушительные землетрясения и быстрое поднятие горные хребты обычны в этом регионе. Хотя плита Наска как целое плавно и непрерывно опускается в траншею, самая глубокая часть погружающейся плиты распадается на более мелкие части, которые блокируются на месте в течение длительных периодов времени, прежде чем внезапно переместиться, чтобы произвести большие землетрясения.Такие землетрясения часто сопровождаются поднятием суши. на целых несколько метров.

Конвергенция Наска и Южноамериканские плиты [65 k]

9 июня 1994 года землетрясение магнитудой 8,3 произошло примерно в 320 км к северо-востоку. Ла-Паса, Боливия, на глубине 636 км. Это землетрясение в субдукции зона между Плитами Наска и Южно-Американской платформой была одной из самых глубоких и крупнейшие субдукционные землетрясения, зарегистрированные в Южной Америке.К счастью, несмотря на то, что это мощное землетрясение ощущалось так далеко, как Миннесота и Торонто, Канада, он не причинил серьезного ущерба из-за своей большой глубины.

Кольцо Огня [76 k]

Конвергенция океанов и континентов также поддерживает многие активные земные вулканы, например, в Андах и Каскадном хребте в Тихом океане Северо-Запад. Эруптивная активность явно связана с субдукцией, но ученые активно обсуждают возможные источники магмы: является ли магма образованный частичным плавлением субдуцированной океанической плиты или вышележащей континентальная литосфера или и то, и другое?

Океано-океаническая конвергенция

Как и в случае конвергенции океана и континента, когда две океанические плиты сходятся, одна обычно погружается под другую, и при этом траншея сформирован.Марианская впадина (параллельно Марианским островам), например, отмечает, где быстро движущаяся Тихоокеанская плита сходится к более медленно движущейся Филиппинская плита. Глубина Челленджера, на южной оконечности Марианских островов. Желоб погружается глубже в недра Земли (почти на 11000 м), чем Гора Эверест, самая высокая гора в мире, поднимается над уровнем моря (около 8 854 м).

Процессы субдукции в конвергенции океанических и океанических плит также являются следствием в образовании вулканов.За миллионы лет извергнувшаяся лава и вулканический мусор накапливается на дне океана до подводного вулкана поднимается над уровнем моря, образуя островной вулкан. Такие вулканы обычно нанизанные цепями, называемые островными дугами. Как следует из названия, вулканический островные дуги, которые близко параллельны траншеям, обычно изогнуты. Траншеи — ключ к пониманию того, как островные дуги, такие как Марианские острова и образовались Алеутские острова, и почему они испытывают многочисленные сильные землетрясения.Магмы, образующие островные дуги, образуются в результате частичного плавления нисходящей плиты и / или вышележащей океанической литосферы. Нисходящий пластина также является источником напряжения, поскольку две пластины взаимодействуют, ведущие к частым умеренным и сильным землетрясениям.

Конвергентно-континентальная конвергенция

Гималайский горный хребет наглядно демонстрирует один из самых заметных и впечатляющие последствия тектоники плит.Когда встречаются два континента лобовой части, ни один из них не подвергается субдукции, потому что континентальные породы относительно легкие и, как два сталкивающихся айсберга, сопротивляются нисходящему движению. Вместо, корка имеет тенденцию коробиться и толкаться вверх или вбок. Столкновение Из Индии в Азию 50 миллионов лет назад Индийская и Евразийская плиты смяли в зоне столкновения. После столкновения медленное непрерывное конвергенция этих двух плит за миллионы лет подтолкнула Гималаи вверх и Тибетское нагорье до нынешних высот.Большая часть этого роста произошла в течение последних 10 миллионов лет. Гималаи, возвышающиеся на 8 854 м над уровнем моря, образуют самые высокие континентальные горы в мире. Более того, соседнее Тибетское плато, на средней высоте около 4600 м, выше, чем все вершины Альп, кроме Монблана. и Монте-Роза, и находится значительно выше вершин большинства гор в США. Состояния.

Вверху: Столкновение Индийской и Евразийской плит. поднял Гималаи и Тибетское плато.Внизу: Мультяшный крест разделы, показывающие встречу этих двух пластин до и после их столкновение. Контрольные точки (маленькие квадраты) показывают величину подъема. воображаемой точки земной коры во время этого горообразования процесс.

| Гималаи: два континента сталкиваются |

Преобразовать границы

Зона между двумя пластинами, скользящими горизонтально друг за другом, называется граница преобразования-разлома , или просто граница преобразования . концепция трансформных разломов возникла у канадского геофизика Дж. Тузо. Уилсоном, который предположил, что эти большие разломы или зоны разломов соединяют два центра распространения (расходящиеся границы плит) или, реже, траншеи (сходящиеся границы пластин). Большинство трансформационных разломов находится в океане. пол. Обычно они компенсируют активные гребни разбрасывания, создавая зигзагообразные края плит и обычно определяются мелкими землетрясениями. Однако, некоторые встречаются на суше, например, в зоне разлома Сан-Андреас в Калифорнии.Этот трансформационный разлом соединяет Восточно-Тихоокеанское поднятие, расходящуюся границу. на юг, с Южной Горда — Хуан де Фука — Эксплорер Ридж, другой расходящаяся граница на север.

Зоны разломов Бланко, Мендосино, Мюррей и Молокаи являются одними из многих зон разломов (трансформных разломов), пронизывающих океан перекрытия и смещения гребней (см. текст). San Andreas — один из немногих разломы обнажены на суше.

Зона разлома Сан-Андреас протяженностью около 1300 км, местами десятки километров в ширину, проходит через две трети длины Калифорнии. Вдоль него Тихоокеанская плита двигалась горизонтально мимо Северной Американская плита в течение 10 миллионов лет, со средней скоростью около 5 см / год. Земля на западной стороне зоны разлома (на Тихоокеанской плите) движется в северо-западном направлении относительно земли на восточной стороне зона разлома (на Североамериканской плите).

Сан Андреас вина [52 k]

Зоны океанических разломов — это долины на дне океана, которые смещены по горизонтали. раскидистые гряды; некоторые из этих зон от сотен до тысяч километров в длину и целых 8 км в глубину. Примеры этих больших шрамов включают Зоны разломов Кларион, Молокаи и Пионер в северо-восточной части Тихого океана побережье Калифорнии и Мексики. Эти зоны в настоящее время неактивны, но смещения рисунков магнитных полос свидетельствуют о том, что их предыдущая трансформационно-разломная деятельность.

Плитно-пограничные зоны

Не все границы плит столь же просты, как основные типы, рассмотренные выше. В некоторых регионах границы четко не определены, поскольку движение плит возникающая там деформация распространяется на широкий пояс (называемый границей плиты ). зона ). Одна из этих зон отмечает средиземноморско-альпийский регион между Евразийская и Африканская плиты, внутри которых несколько более мелких фрагментов пластин (микропланшетов) были распознаны.Поскольку плита-граница зоны включают как минимум две большие чашки и одну или несколько микропланшетов, захваченных между ними, как правило, они имеют сложное геологическое строение и модели землетрясений.

Скорость движения

Сегодня мы можем измерить, насколько быстро движутся тектонические плиты, но как ученые знаете, какие скорости движения плит были в течение геологического времени? В океаны являются одним из ключевых элементов головоломки.Потому что дно океана магнитная полоса регистрирует триггеры в магнитном поле Земли, ученые, зная примерную продолжительность разворота, могут вычислить средняя скорость движения плиты за данный промежуток времени. Эти средние скорость разделения пластин может варьироваться в широких пределах. У Арктического хребта самый медленный скорость (менее 2,5 см / год) и Восточно-Тихоокеанское поднятие у острова Пасхи, в южной части Тихого океана примерно в 3400 км к западу от Чили, имеет самую высокую скорость (более 15 см / год).

Пасха Островной монолит [80 k]

Доказательства скорости движения плит в прошлом также можно получить из геологических данных. картографические исследования. Если горная порода известного возраста — с характерным составом, структура или окаменелости — нанесенные на карту на одной стороне границы плиты могут быть сопоставлены с тем же образованием на другой стороне границы, затем измеряя расстояние, на которое была смещена формация, может дать оценку средняя скорость движения плиты.Эта простая, но эффективная техника имеет использовался для определения скорости движения пластины на расходящихся границах, например, Срединно-Атлантический хребет, и границы трансформации, такие как Разлом Сан-Андреас.

GPS Спутниковый и наземный приемник [63 k]

Текущее движение плит можно отслеживать напрямую с помощью наземных или из космоса геодезических измерений; геодезия это наука размера и формы Земли.Проведены наземные измерения. обычными, но очень точными методами наземной съемки, с использованием лазерно-электронных инструменты. Однако, поскольку движения плит глобальны по масштабу, они лучше всего измеряется спутниковыми методами. Конец 1970-х гг. Стал свидетелем стремительного роста рост космической геодезии, термин, применяемый к космической технике для проведения точных повторных измерений в тщательно выбранных точках на поверхность Земли разделена сотнями и тысячами километров.В три наиболее часто используемых метода космической геодезии — очень длинная базовая линия интерферометрия (VLBI), спутниковая лазерная локация (SLR) и глобальное позиционирование Система (GPS) — основана на технологиях, разработанных для военной и аэрокосмической промышленности. исследования, особенно радиоастрономия и спутниковое слежение.

Среди этих трех методов на сегодняшний день GPS является наиболее полезным для изучение движений земной коры. Двадцать один спутник в настоящее время на орбите 20 000 км над Землей в составе системы NavStar U.С. Министерство обороны. Эти спутники непрерывно передают радио сигналы обратно на Землю. Чтобы определить его точное положение на Земле (долгота, широта, высота), каждая наземная станция GPS должна одновременно принимать сигналы как минимум с четырех спутников, записывая точное время и место каждый спутник, когда был получен его сигнал. Повторно измеряя расстояния между конкретными точками геологи могут определить, были ли активные движение по разломам или между плитами.Разделение между сайтами GPS уже регулярно измеряются в районе Тихоокеанского бассейна. Путем мониторинга взаимодействие между Тихоокеанской плитой и окружающей средой, в основном континентальной пластины, ученые надеются узнать больше о событиях, ведущих к землетрясениям. и извержения вулканов в Тихоокеанском огненном кольце. Космически-геодезические данные уже подтвердили, что скорость и направление движения плит, усредненные за несколько лет, сравните с показателями и направлением пластины движение в среднем за миллионы лет.

«Содержание»

«Горячие точки»

Домашняя страница USGS

Начало этой страницы

URL: https://pubs.usgs.gov/publications/text/understanding.html
Последнее обновление: 15.09.14
Контакты: [email protected]

Когда и как началась тектоника плит на Земле?

Когда и как началась тектоника плит на Земле?

Мэри Капертон Мортон 15 Мая 2017г., Понедельник

Кредит: К.Кантнер, AGI.

Основная история формирования Земли знакома большинству, кто изучал геологию: около 4,6 миллиарда лет назад Земля образовалась, когда в каменное ядро ​​образовалась пыль и обломки, оставшиеся от образования нашего Солнца.

Сначала Земля не выглядела как место, в котором в конечном итоге будет существовать жизнь. Но рано молодая раскаленная планета начала закладывать основу для того, чтобы стать зрелой, гостеприимной «голубой» планетой. Одним из важнейших событий, которое привело к возникновению океанов, атмосферы и первых форм жизни, было начало тектоники плит: сдвигающаяся загадка взаимосвязанных плит верхней мантии и коры, которые сталкиваются и расходятся, вызывая землетрясения, подпитывая вулканы, открывая океанические бассейны и поднимаясь вверх. Горные хребты.Но как и когда этот процесс — уникальный для нашей Солнечной системы, насколько нам известно — начался на Земле, остается открытым вопросом с тех пор, как концепция тектоники плит впервые возникла в 1960-х годах.

Природа тектоники плит означает, что процесс маскирует свою собственную историю происхождения: по мере того, как новая океаническая кора образуется в центрах спрединга, старая кора разрушается в зонах субдукции. Эта переработка поверхности в масштабе всей планеты настолько эффективна, что возраст большей части океанической коры составляет менее 200 миллионов лет, и с первых дней Земли остается очень мало континентальной коры, поэтому сложно определить, когда началась активная тектоника плит.Многие ученые считают, что тектоника плит в той или иной форме началась около 3 миллиардов лет назад, но некоторые думают, что это было больше, чем 1 миллиард лет назад — или меньше.

«Мы многого не знаем о том, как эти системы тектоники плит работают в настоящее время», — говорит Ли Ройден, геофизик из Массачусетского технологического института. «Несмотря на то, что теория тектоники плит была хорошо принята уже 50 лет, мы все еще не понимаем основных организационных принципов. Если мы хотим вернуться в прошлое и иметь хоть какую-то надежду на реконструкцию древних тектонических систем, нам нужно лучше понимать, как они действуют сегодня.”

Но даже если бы мы имели полное представление о современной тектонике плит, это не обязательно рассказало бы нам все о том, как этот процесс начался, — говорит Тарас Герия, геодинамик из ETH Zürich в Швейцарии. «Яйцо не похоже на курицу», — говорит он. «Поэтому, даже если мы посмотрим на курицу с тысячи разных точек зрения, это не поможет нам представить себе яйцо».

Последние достижения в области геодинамического моделирования, построения сейсмических изображений и изотопной геохимии привели к новому пониманию того, как современные плиты взаимодействуют с недрами Земли, но серьезных вопросов все еще остается.Когда появились первые континенты? Как литосфера молодой планеты разделилась на несколько плит? Как образовались первые зоны субдукции? И какие силы поддерживали эту систему миллиарды лет?

В этой серии из двух частей EARTH исследует, как наука решает некоторые из этих сложных вопросов.

Загадка всей планеты

Земля состоит из восьми больших и десятков малых плит, каждая из которых состоит из коры и верхней мантии. Границы пластин делятся на несколько категорий.Сходящиеся границы включают зоны субдукции, где одна плита погружается под другую, как это происходит вдоль побережья Южной Америки, и столкновения континент-континент, например, там, где Индия сталкивается с Евразией и поднимает Гималаи. На границах расходящихся плит две плиты раздвигаются и образуется новая кора, когда магма поднимается на поверхность и затвердевает, например, на Срединно-Атлантическом хребте. Границы трансформации, когда плиты скользят друг мимо друга, встречаются в таких местах, как западное побережье Северной Америки вдоль разлома Сан-Андреас.Также на этой карте отмечены «диффузные пограничные зоны», где широкие полосы земной коры деформируются из-за удаленной границы. Предоставлено: К. Кантнер, AGI / The Geoscience Handbook, 2016.

.

На Земле не всегда была тектоника плит. В течение миллионов лет после того, как планета срослась, на ее поверхности стоял океан расплавленной магмы. Когда планета остынет достаточно для образования коры, поверхность, возможно, станет больше похожа на современную Венеру, с корой и верхней мантией — вместе называемыми литосферой — образующими единую сплошную плиту.Миллионы лет спустя литосфера Земли распалась на плиты и образовала плотные корни, которые погрузились в мантию, и части начали возвращаться в мантию через зоны субдукции.

Литосфера Земли покрыта корой двух типов: океанической и континентальной. Океаническая кора чаще всего образуется, когда базальтовая магма поднимается на поверхность на срединно-океанических хребтах, таких как Срединно-Атлантический спрединговый хребет, и она тоньше — обычно около 7 километров — и плотнее, чем континентальная кора.Сегодня континентальная кора формируется в основном вдоль зон субдукции, где частичное плавление нисходящих плит формирует гранитные и андезитовые магмы вулканов на вышележащей плите. В результате этого процесса образуется более толстая — до 70 километров — и более плавучая кора, которую не так легко субдуктировать. Но неизвестно, как формировалась континентальная кора в прошлом.

Зоны субдукции образуются там, где две плиты сходятся, и одна начинает скользить под другой. Поскольку старая литосфера возвращается обратно в мантию в зонах субдукции, а новая литосфера формируется в центрах спрединга, баланс литосферы на Земле остается относительно постоянным.

Сегодня на планете восемь основных плит (определяемых как плиты с площадью более 20 миллионов квадратных километров) и десятки малых плит (от 1 миллиона до 20 миллионов квадратных километров) и микроплит (менее 1 миллиона квадратных километров). В то время как некоторые плиты состоят исключительно из океанической или континентальной коры, большинство основных плит содержат части и того, и другого. Геологи не уверены, как общее количество тектонических плит менялось в течение геологического времени, но мы знаем, что по мере того, как плиты смещались вместе и снова расходились, количество основных континентов колебалось между отдельными суперконтинентами и полдюжиной или около того. (смотря как их считать) у нас сегодня.

Хотя континентальная кора возрастом в миллиарды лет все еще существует на поверхности Земли, возраст большей части океанической коры составляет менее 200 миллионов лет (млн лет назад). Более старая океаническая кора, более плотная, чем континентальная кора, уже давно переработана в процессе субдукции. Предоставлено: Геологическая служба США.

Тектоника плит формирует поверхность нашей планеты, но она также имеет гораздо более глубокий характер: движение плит — это поверхностное выражение конвекции внутри Земли. Мантийная конвекция вызвана разницей температур между горячими внутренними и постепенно остывающими внешними слоями планеты.Считается, что более холодный и плотный материал, опускающийся в мантию, является основным двигателем циркуляции, в то время как более горячий и менее плотный материал, поднимающийся на поверхность в виде мантийных плюмов и апвеллингов, обеспечивает вторичный двигатель. Силы, создаваемые этими вертикальными движениями, приводят к горизонтальным сдвигам тектонических плит на поверхности со скоростью около нескольких сантиметров в год.

Несмотря на повсеместное распространение тектонических проявлений плит на поверхности Земли, мы многое еще не знаем о том, как этот процесс протекает внутри, и еще меньше знаем о том, как все это началось.

Геодинамическое моделирование играет важную роль в начале субдукции

Один из главных вопросов возникновения тектоники плит — это то, как началась субдукция. Геологи считают, что литосфера претектонической Земли существовала как единая плита, покрывающая всю планету. Потребовались бы огромные силы, чтобы разбить эту единую литосферу на несколько плит и инициировать спуск плит в мантию.

Минералы в литосферных плитах реструктурируются, когда плиты опускаются в мантию, высвобождая воду и увеличивая плотность плит.Плотные нисходящие плиты притягивают части плит, все еще находящиеся на поверхности, приводя в движение тектонику плит. Некоторые субдуцирующие плиты останавливаются в переходной зоне, в то время как другие опускаются к границе ядро-мантия. Предоставлено: оба: К. Кантнер, AGI.

«То, как образовались первые зоны субдукции, до сих пор в значительной степени неизвестно и вызывает невероятные споры, — говорит Алан Хасти, петролог из Бирмингемского университета в Англии. «Самая большая проблема в том, как разбить одну сплошную пластину на несколько пластин, а затем заставить их погрузиться друг под друга.Как мы видим из столкновения Индии с Азией, создать зону субдукции непросто. Поднять Гималайский горный хребет легче, чем сломать кору Индийской плиты и создать зону субдукции. Вовлеченные силы невероятны ».

Современное тектоническое движение плит вызвано в первую очередь опусканием опускающегося края плиты, называемого плитой, при котором остальная часть плиты тянется за собой. Импульс массивных опускающихся плит преодолевает трение, создаваемое верхней мантией, прилегающей к плитам, когда они опускаются.«Поглощение пластин управляет почти всем, что происходит с движением пластин», — говорит Ройден. «В зонах субдукции есть огромный резервуар потенциальной энергии».

Но здесь возникает вопрос о курице и яйце. Если тектоника плит в первую очередь обусловлена ​​силами, создаваемыми опускающимися плитами, как могла тектоника начаться до того, как появились погружающиеся плиты? Возможно, это связано с жарой.

Поскольку континентальная кора недостаточно плотна, чтобы быть втянутой в мантию в результате субдукции, она перемещается по поверхности Земли через цикл образования и распада суперконтинента.Предоставлено: К. Кантнер, AGI.

Сегодня температура в мантии колеблется около 1350 градусов по Цельсию. Но численные модели Джун Коренага из Йельского университета и его коллег показывают, что около 3 миллиардов лет назад мантия была горячее примерно на 100–300 градусов. Эти экстремальные температуры — до 1600 градусов по Цельсию — оказали глубокое влияние на раннюю земную кору: компьютерные модели Герии, опубликованные в журнале Nature в 2015 году, предполагают, что более высокие температуры ранней Земли, возможно, сделали более слабыми и более легко разрушаемыми плитами.Эта жара также создала бы совсем другую мантийную среду. «Если бы в прошлом все было горячее и слабее, легче представить тектонику плит в меньшем локальном масштабе с меньшими плитами, разваливающимися на части, погружающимися в мантию, причем процесс начинается и останавливается снова и снова», — говорит Йерун ван Хунен. , геофизик Даремского университета в Англии.

Но хотя этот более горячий и более слабый сценарий мог бы помочь инициировать процесс, необходимы силы, чтобы выдержать его, говорит ван Хунен.«Одна из вещей, которые вам нужны для работы тектоники плит, — это прочные жесткие плиты. Когда плита втягивается в зону субдукции и образует плиту, эта плита не должна немедленно отламываться, потому что это убьет весь нисходящий импульс », — говорит он. Итак, в геодинамических моделях, которые дают нам представление о том, какие механизмы физически возможны, он говорит: «вам нужно немного подождать после того, как Земля сформировалась, чтобы внутреннее пространство немного остыло, чтобы получить правильные условия для плиты. тектоника, не только для начала, но и для обеспечения устойчивости.”

Условия окружающей среды могли быть другими миллиарды лет назад, но, к счастью для разработчиков моделей, законы физики и термодинамики не изменились. «Физические законы во времена архея были такими же, как и в настоящее время», — говорит Герия. «Как только мы выясним, какие правила управляют геодинамической эволюцией, мы сможем поиграть с этими правилами, чтобы лучше калибровать нашу интуицию о начале тектоники плит».

Визуализация глубин Земли

Томографические изображения низкоугловой субдукции плиты Фараллон (зеленая) под Северной Америкой.Плита Фараллон начала погружаться под Североамериканскую плиту во время юрского периода, и считается, что она была полностью захвачена около 50 миллионов лет назад. Судьба его остатков плит, когда они спустились в мантию, может объяснить некоторые особенности вышележащего континента, включая подъем Скалистых гор и активность Ново-Мадридской сейсмической зоны. Цвета показывают аномалии жесткости, которые коррелируют с аномалиями температуры. Зеленый и синий представляют относительно более прохладные регионы, а оранжевый и красный — более горячие.Предоставлено: рисунок основан на сейсмо-томографических моделях Сюзан ван дер Ли и Стива Гранда и сделан под эгидой IRIS.

Эмпирические данные также необходимы для калибровки моделей и для ответа на вопросы о том, что происходит с плитами после того, как они начинают погружаться: куда они уходят и как этот процесс изменился с течением времени?

Глубинная сейсмическая томография, в которой сейсмические волны используются для изображения внутренней структуры Земли, дает наилучшее представление о формах плит и о том, что с ними происходит при их спуске.Некоторые плиты, кажется, торчат вдоль границы между верхней и нижней мантией, расположенной на глубине около 660 километров. «Многие плиты, кажется, опускаются и выравниваются на этой границе, а в некоторых случаях могут двигаться вдоль этой границы», — говорит Ройден. Но в других случаях, например, в Марианской впадине в западной части Тихого океана, плиты, кажется, продолжают спускаться через эту границу в нижнюю мантию.

Недавно ученые работали над разработкой сложных моделей, которые могут перематывать ленту и показывать, как плиты перемещаются и ассимилируются в мантию в геологических временных масштабах.«Данные сейсмической томографии высокого разрешения позволяют нам отслеживать древние плиты и зоны субдукции, а затем мы можем использовать модели для согласования положения этих зон субдукции в прошлом», — говорит Герия. Но насколько точны эти реконструкции, поскольку они отслеживают движения плиты назад во времени, остается спорным.

«За последние 10 лет наше понимание динамики плит и того, как плиты взаимодействуют с астеносферой [слой мантии под литосферой], действительно улучшилось», — говорит Ройден.«В следующие 10 лет понимание будет происходить из [расширенного] моделирования в сочетании с сейсмическими томографическими исследованиями геометрии плиты, включая такие вещи, как провалы плиты и скорость субдукции». Следующим шагом будет рассмотрение нескольких систем перекрытий в глобальном масштабе. Ройден и его коллеги в настоящее время работают над набором комбинированных числовых и аналитических моделей для решения этих вопросов. По словам Ройдена, компьютеры только сейчас могут работать с очень большими и сложными моделями. Итак, «мы рады начать задавать целый набор вопросов глобального масштаба, которые мы еще не смогли изучить.”

«Модели

помогают взвешивать различные сценарии, но данные геохимии, геофизики и данные о горных породах необходимы для подтверждения новых идей», — говорит Герия. «Данные абсолютно критичны, даже если они скудные и фрагментарные. Различие между действительными и недействительными моделями может проводиться только на основе данных ».

Маленькие изотопы, большие ключи

Одна из проблем, связанных с изучением начала тектоники плит, заключается в том, что летописи горных пород в первые годы существования Земли очень редки.«Работать здесь просто не с чем», — говорит ван Хунен. По его словам, остается очень мало горных пород, возраст которых превышает 3 миллиарда лет, «и все, что вы найдете, будет очень сильно деформировано. Сегодня мы можем искать структуры, связанные с тектоникой плит, такие как [созданные в] зонах субдукции или горных хребтах, но их почти невозможно распознать в архейских породах, поскольку все, что у нас есть, — это крошечные пятна, которые сильно метаморфизируются ».

Вместо того, чтобы полагаться на макроскопические подсказки, обнаруженные в горных породах, ученые обращаются к атомному масштабу, используя изотопную геохимию.«Геохимия может многое рассказать нам о глубоком прошлом, — говорит ван Хунен. «Даже в самом крошечном камне химия останется нетронутой». За последние несколько лет исследователи усовершенствовали несколько изотопных инструментов, которые могут служить геохимическими отпечатками древних тектонических процессов плит.

Геохимики используют два типа изотопов для изучения истории горных пород и минералов: стабильные и радиогенные. Стабильные изотопы встречаются в разных соотношениях в разных геологических условиях (например, в мантии и коре), поэтому эти изотопы, такие как кислород-18 и кислород-16, можно использовать для определения места возникновения различных магм.Радиогенные пары или пары родительско-дочерних изотопов, такие как уран и свинец, рубидий и стронций, самарий и неодим, лютеций и гафний, распадаются с определенной скоростью и могут использоваться для оценки времени геологических процессов, например, когда сформировались континенты. . Эти изотопы также по-разному фракционируются в разных магматических условиях, поэтому их также можно использовать для расшифровки процессов, участвующих в генерации магмы, и ответов на вопросы о том, как формировались горные породы и континенты.

Геохимия изотопов может раскрыть одну из самых больших загадок, связанных с возникновением тектоники плит: когда и как начала формироваться континентальная кора.«Изотопы кислорода, гафния и урана-свинца, измеренные в минеральном цирконе, могут рассказать нам об образовании новой коры из мантии и времени переработки континентальной коры во время орогенных [столкновений, горообразования] событий», — говорит Бруно Дхайме. , геохимик из Бристольского университета в Англии. Например, в исследовании 2014 года, проведенном в журнале Nature Geoscience, исследователи использовали изотопы урана и свинца, сохранившиеся в кристаллах циркона, найденных в древних породах в Западной Австралии, чтобы подтвердить возраст самой старой известной континентальной коры до 4 лет.Возраст 4 миллиарда лет — это указывает на то, что континентальная кора начала формироваться только через 100 миллионов лет после образования Земли, задолго до начала тектоники плит.

Считается, что основная часть континентальной коры сформировалась до начала тектоники плит на Земле. Некоторые исследователи предполагают, что континентальная кора могла образоваться в результате мантийного плюмоподобного вулканизма. Доказательства этого раннего образования коры исходят из изотопных сигнатур, сохранившихся, когда определенные элементы диффундировали в жидкую магму, когда плавление происходило в мантии.Предоставлено: К. Кантер, AGI.

И в исследовании 2012 года, проведенном в журнале Science, Дуайм и его группа изучили соотношения этих различных изотопов, собранные во всемирной базе данных, содержащей более 7000 цирконов, чтобы смоделировать объем континентальной коры во времени. Их исследования показывают, что общий баланс континентальной коры — кора, добавленная из мантии, минус переработанный материал обратно в мантию — был более или менее постоянным на протяжении большей части истории Земли. Это говорит о том, говорит Дуайм, что тектоника плит с самого начала действовала более или менее непрерывно, без каких-либо перерывов, которые могли бы нарушить равновесие между созданием новой коры и разрушением старой коры.

Что касается того, когда это началось, дальнейшие изотопные исследования показали, что что-то большое начало происходить около 3 миллиардов лет назад — возможно, начало тектоники плит. Используя соотношение рубидий-стронций в более чем 13000 образцах горных пород, возраст которых варьируется от хадейского до фанерозоя, Дуим и его коллеги обнаружили, «что ювенильная [континентальная] кора имела низкое содержание кремнезема и в основном имела основной состав [ближе к базальтовому]. и состоит из темных минералов, таких как оливин] в течение первого 1.5 миллиардов лет эволюции Земли, что соответствует магматизму на планете, предшествующей тектонике плит, — писала команда в Nature Geoscience в июне 2015 года. «Около 3 миллиардов лет назад соотношение рубидий-стронций ювенильной континентальной коры увеличилось, что указывает на новообразованная кора стала более богатой кремнеземом и, вероятно, более толстой », — писали они.

Рубидий распадается на стронций с длительным периодом полураспада почти 49 миллиардов лет, что делает его идеальным инструментом для изучения условий на ранней Земле.Когда материал мантии плавится с образованием новой коры, рубидий преимущественно мигрирует в гранитный расплав в большей степени, чем стронций, поэтому чем более кислый (гранитный) корка, тем выше будет соотношение рубидий-стронций в этой коре. Составив таблицу соотношений рубидий-стронций для этих 13000 образцов, Дуайм и его коллеги показали, что эти конкретные изотопы могут использоваться в качестве заместителей для содержания кремнезема, который является известным маркером толщины и объема ранней континентальной коры.

Комбинация изотопов кислорода, гафния и урана-свинца в цирконе указывает на изменение объема коры около 3 миллиардов лет назад, что, по словам Дуайма и его коллег, может быть связано с увеличением рециркуляции, связанной с началом тектоники плит.Таким образом, изотопные ключи предполагают, что континентальная кора начала формироваться 4,4 миллиарда лет назад, формировалась с относительно постоянной скоростью до 3 миллиардов лет назад, затем началась тектоника плит, которая начала перерабатывать кору с той же скоростью, что и новая кора, создавая баланс, который остается стабильным до наших дней.

Вулкан Шивелуч на Камчатке на Дальнем Востоке России — один из самых активных вулканов «Огненного кольца», области вулканизма и сейсмичности вдоль Тихоокеанского кольца, вызванной субдукцией Тихого океана и других плит под окружающие континенты.Предоставлено: НАСА.

«Это первый раз, когда мы получили точное представление об объеме континентальной коры до 2,5 миллиардов лет назад, временного периода, для которого горные записи почти отсутствуют», — говорит Дуайм. «Самый простой способ объяснить это изменение [скорости образования континентальной коры] — это то, что такой же объем коры все еще создавался, но разрушался более эффективно — вот где проявляется эффект повторного использования тектоники плит. ”

Совершенно очевидно, что большой объем континентальной коры был сформирован до начала тектоники плит, — говорит Дуим.«Параметры субдукции не являются эффективным способом образования огромного количества континентальной коры. Расширяющиеся центры и конвергентные окраины могут производить большое количество новой коры, но в то же время кора также возвращается обратно в мантию в зонах субдукции с нулевым чистым приростом », — говорит он, поэтому вполне вероятно, что ранняя континентальная кора была сформировались в результате другого процесса. Возможно, например, ранняя кора образовалась в результате таяния мантийного плюма, затвердевающего на поверхности, как в сегодняшних Исландии или Гавайях, говорит Герия.В этом сценарии кора не была бы потеряна из-за субдукционного рециклинга. Некоторая переработка все еще могла происходить либо через капли коры, либо через слои, отслаивающиеся от нижней части литосферы, но ни один из этих процессов не требовал работы тектоники плит, — говорит Герия.

Некоторые модели, в том числе модели, предложенные Дуаймом и его коллегами, предполагают, что около 70 процентов нынешнего объема континентальной коры было сформировано до 3 миллиардов лет назад, а это означает, что любой механизм, генерировавший кору до начала тектоники плит, был плодотворным производителем. .

«Сегодня континентальная кора, образованная во внутриплитных [горячих точках], более мафична, в то время как континентальная кора, сформированная в зонах субдукции [у вулканов на вышележащей плите], в среднем более кислая», — говорит Дуайм. «Поскольку кора стала более кислой [в среднем] 3 миллиарда лет назад, это может означать, что зоны субдукции становились более многочисленными — аргумент в пользу глобального начала тектоники плит примерно в то время».

Сотрудничество — ключ к решению тектонической головоломки

Аквалангист спускается в каньон Сильфра в национальном парке Тингвеллир, Исландия, где Северо-Американская и Евразийская плиты расходятся.Кредит: Sternzeichen-Kiwi.gif, общественное достояние.

Тектоника плит — это такая «большая картина», охватывающая всю поверхность планеты и большую часть ее внутренней части, что ответы о том, когда и как она началась и почему продолжается, можно получить только при подходе к проблеме с разных точек зрения. Только объединив несколько линий доказательств, таких как геохимия, геодинамическое моделирование и сейсмические изображения, чтобы взглянуть на все уровни земной системы, от самых высоких горных хребтов до глубин самых глубоких океанских желобов и вплоть до нижних. мантия — за последние 4 миллиарда лет геологической истории — смогут ли ученые собрать воедино пазл условий, положивших начало тектонике плит.

С этой целью исследователи организовали серию международных конференций по тектонике плит, которые время от времени проводились с начала 1960-х годов. «Эксперты должны взаимодействовать с другими экспертами», — говорит Боб Стерн, геолог Техасского университета в Далласе, который вместе с Герией помогает организовывать встречи. «Все мои идеи являются геологическими, и я очень уважаю идеи геодинамиков и геохимиков, которые могут внести свой вклад в эту тему». Последняя встреча прошла в 2016 году в ETH Zürich в Швейцарии, а следующая состоится в 2018 году в Лаврентьевском университете в Онтарио, Канада.«Это большая школа металлов, это сообщество, которое мы еще не вовлекали в эти обсуждения», — говорит Стерн. «Мне интересно узнать, что металлогенез [изучение происхождения рудных месторождений] может рассказать нам о зарождении тектоники плит».

Может показаться, что глобальный процесс, подобный тектонике плит, оставил бы неизгладимый след на Земле, но из-за маскирующего историю природы рециклинга земной коры и метаморфоза древних горных пород дата начала совсем не очевидна.Прошлым летом на конференции по тектонике плит в Швейцарии 45 из 65 участников согласились, что тектоника плит, вероятно, началась около 3 миллиардов лет назад, во время архея. Другая треть утверждала, что некая форма тектоники плит началась уже 4,2 миллиарда лет назад, или что процесс начался намного позже, около 1 миллиарда лет назад. Последняя группа, в том числе Стерн, основывает свое мышление на записях геологических особенностей, которые требуют тектоники плит для их формирования: офиолиты (фрагменты океанической литосферы, расположенные на суше), голубые сланцы (океаническая кора, метаморфизирующаяся в холодных зонах субдукции) и сверхвысокие — напорные террейны (фрагменты континентальной коры, перенесенные на глубину мантии 150 и более километров перед эксгумацией).

Консенсус может быть далеким, но в некотором смысле все могут быть правы: возможно, сама тектоника плит постепенно эволюционировала, чтобы действовать так, как сейчас, на протяжении миллиардов лет, так что в разные времена в прошлом Земли она выглядела по-разному. «Я думаю, мы все можем согласиться с тем, что переход к тектонике плит не был резким», — говорит Герия. «Что-то начало происходить около 3 миллиардов лет назад, но это совсем не было похоже на нашу нынешнюю тектонику плит». По его словам, субдукция, вероятно, началась не с одного большого катаклизма, а скорее с серии стартов и остановок, в результате которых литосфера покрылась шрамами, достаточными для того, чтобы постепенно разбить ее на отдельные плиты.

Начало тектоники плит также вызвало бы широкомасштабные изменения в атмосфере, гидросфере и биосфере планеты. «Тектоника плит не происходила тайно. Его начало [могло быть] отражено на поверхности множеством способов », — говорит Стерн. «Когда бы это ни происходило, мы ждем важного поворотного момента в истории Земли».

В следующем месяце мы рассмотрим, как изменения в атмосфере, гидросфере и биосфере, вызванные тектоникой плит, помогли подготовить почву для эволюции жизни на Земле.

.