Строение Земли: как ученые заглянули внутрь планеты
Ты наверняка знаешь, что наша планета состоит из нескольких слоев: сверху находится земная кора, ниже лежит мантия, а в центре располагается ядро, которое делится на внешнее и внутреннее. Но каким образом ученые это выяснили? Ведь ни мантию, ни тем более ядро Земли никто никогда не видел. Может быть, геологи исследовали недра, просверлив в Земле гигантский шурф? Увы, самая глубокая скважина, когда-либо пробуренная людьми, – Кольская сверхглубокая – уходит вниз лишь на двенадцать с небольшим километров. Если представить нашу Землю в виде яблока, то этой скважиной мы бы даже не проткнули его кожуру!
ДВА СИГНАЛА ОТ ДВУХ ПОРОД
В 1909 году хорватский сейсмолог Андрия Мохоровичич с помощью разработанных им приборов-сейсмографов зарегистрировал небольшое землетрясение, произошедшее и 39 км 01 3aipe6a, где эти приборы были установлены. Казалось бы, сейсмографы должны были просто зафиксировать каждый толчок произошедшего землетрясения. Однако на приборах почему-то были видны записи не одного, а как будто двух землетрясений, имевших разную силу и произошедших в разное время. Присмотревшись внимательнее к показаниям прибора, Мохоровичич понял, что часть колебаний Земли достигла сейсмографов напрямую, а часть отразилась от пород, лежащих ниже и отличающихся от верхних своими свойствами. Границу между этими породами впоследствии назвали поверхностью Мохоровичича. А дальнейшие наблюдения с помощью сейсмических приборов, установленных в разных местах, показали, что она пролегает на глубине от 500 метров (в некоторых местах под океанами) до 70 километров (под крупнейшими горными массивами на континентах).
Прошло немного времени, и ученые установили сейсмографы по всему земному шару. Теперь, когда происходило землетрясение, приборы по всей планете регистрировали идущие от него колебания. Причем регистрировали они два типа сейсмических волн: продольные – это фактически звуковые колебания, передающиеся в горных породах, и поперечные, характеризующиеся смещением грунта из стороны в сторону. Вскоре немецкий ученый Бено Гутенберг заметил, что если землетрясение случается на противоположной от установленного сейсмографа стороне Земли, то продольные волны доходят до прибора обычным образом, а вот поперечные как будто огибают некое препятствие в центре Земли. Поскольку ученые уже знали, что поперечные волны, в отличие от продольных, не распространяются в жидкости, был сделан вывод, что где-то в центре Земли имеется жидкий слой. Проанализировав записи поперечных волн, ученые выяснили, что верхняя граница этого слоя находится на глубине около 2900 км относительно земной поверхности. Так была открыта еще одна невидимая подземная граница – поверхность Гутенберга.
А затем оказалось, что средняя скорость продольных волн, идущих через центр Земли или очень близко к нему, немного больше, чем у таких же волн, проходящих сбоку от центра. Очевидно, что в центре Земли скорость волн возрастает, и значит, здесь снова происходит изменение физических свойств ядра, а именно, оно из жидкого превращается в твердое! Так ученые установили, что на глубине более 5100 км находится твердое земное ядро.
ГОСТИ ИЗ ПОДЗЕМЕЛЬЯ
Итак, геологи и создали знакомую нам схему строения Земли. То, что выше поверхности Мохоровичича, назвали земной корой, слой между ней и границей Гутенберга – мантией, центральную часть – ядром, а место изменения скорости продольных волн в ядре определили как границу жидкого внешнего и твердого внутреннего ядра. Но из каких же веществ состоят эти слои?
Казалось бы, узнать состав мантии довольно просто, ведь на поверхности Земли много горных пород, которые сформировались в мантии. (Правда, тут нужно отличить породу, зародившуюся в мантии, от породы, образовавшейся в более высоком слое, но это можно сделать, зная, при каком давлении формируется тот или иной вид горных пород). Но проблема в том, что, перемещаясь из глубин Земли к поверхности, породы частично оплавляются. И если по химическому составу они действительно, скорее всего, очень близки к породам мантии, то по структуре – вряд ли.
К счастью, в мантийных породах иногда встречаются фрагменты, которые не подвергались плавлению. Например в базальтах можно найти включения, поднятые с глубины 80 км. А алмазы в кимберлитах (другом виде частично оплавленных пород мантии) образовались, как считают геологи, на глубинах 100-200 км, то есть алмаз – самый глубокий фрагмент Земли, доступный изучению.
Словом, геологический состав мантии установлен довольно точно. Однако остается неизвестным, как различные мантийные породы (а их на сегодняшний день известен уже не один десяток) соотносятся между собой, каковы закономерности их залегания. То, что мы знаем сейчас о мантии, можно сравнить с тем, что может узнать о горах человек, который их никогда не видел, но внимательно изучил гальку, принесенную с гор рекой.
А что же с составом ядра? Никакие его части на поверхности Земли не появлялись. Однако анализируя скорость распространения сейсмических волн в ядре, ученые довольно точно смогли определить его плотность. Оказалось, что на границе с мантией плотность ядра в 10, а в центре – в 14 раз больше плотности воды. Для сравнения: плотность горных пород на поверхности Земли превышает плотность воды в три-четыре раза. Логично предположить, что ядро состоит из металла, причем достаточно тяжелого – магний или алюминий не подойдут. А вот железо годится на эту роль, у него и плотность подходящая, и оно – самый распространенный металл во Вселенной. Поэтому ученые и сделали вывод что ядро Земли, скорее всего, состоит из железа.
Что находится внутри Земли?
Наша планета уникальна, но не только тем, что на ней много жидкой воды. Безусловно, на других мирах, включая несколько лун газовых гигантов, тоже есть атмосфера, лед и даже океаны, но только на Земле есть все необходимые для возникновения и поддержания жизни “ингредиенты”. Так, океаны покрывают около 70% поверхности планеты, а их средняя глубина составляет 4 километра. Пресная вода существует в жидкой форме в озерах и реках, а также в виде водяного пара в атмосфере Земли. Но что происходит внутри этого шара диаметром 12 700 километров, который мы называем домом? Как известно, структуру нашей планеты составляют различные слои, а в центре Земли находится ядро, затем мантия и, наконец, кора. Но почему у нашей планеты много слоев и что происходит в каждом из них?
Земля – каменистая планета состоящая из нескольких слоев
Кора – внешний слой Земли
Земля имеет несколько слоев. Океанические бассейны и континенты – это кора, самый внешний слой нашего космического дома. Глубина земной коры составляет от пяти до 75 км. Самые толстые ее части находятся под континентами, а самые тонкие – под океанами. Состоит земная кора, согласно основам геологии, из нескольких элементов: кислорода – 46,6%; кремния – 27,7%; алюминия – 8,1%; железа – 5%; кальция – 3,6%; натрия – 2,8%, калия – 2,6% и магния – 2,1%. Кора делится на огромные пластины, которые плавают по следующему слою – мантии. Пластины постоянно находятся в движении; по данным NASA, они движутся примерно с той же скоростью, с какой растут ногти у нас на руках. Землетрясения происходят тогда, когда эти плиты тесно соприкасаются друг с другом. Горы образуются при столкновении тектонических плит, а глубокие траншеи – при скольжении одной плиты о другую. Объясняет движение плит тектоника.
Еще больше статей о нашей удивительной планете вы найдете на нашем канале в Google News, подписывайтесь!
Мантия – средний слой Земли
Мантия под земной корой имеет глубину около 2890 км. Она состоит в основном из силикатных пород, богатых магнием и железом. Высокие температуры заставляют камни подниматься, а когда они остывают, то опускаются обратно к сердцевине. Считается, что именно это заставляет двигаться тектонические плиты. Когда мантия пробивается сквозь кору, начинаются извержения вулканов. Кстати, недавно в Италии проснулся крупнейший вулкан Европы. Подробнее о том, как это было, читайте в нашем материале.
А чтобы еще больше узнать о том, что происходит на просторах космического океана, подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен
Ядро – сердце Земли
В центре Земного шара находится ядро, которое состоит из двух частей. Твердое, внутреннее железное ядро радиусом около 1220 км. Оно окружено жидким внешним ядром, которое состоит из сплава никеля и железа. Толщина внешнего ядра составляет порядка 2180 км. При этом внутреннее ядро вращается с другой скоростью, чем вся остальная планета. Считается, что причиной служит магнитное поле Земли.
Так наша планета выглядит изнутри
Кстати, когда заряженные частицы солнечного ветра сталкиваются с молекулами воздуха над магнитными полюсами Земли, это заставляет молекулы воздуха светиться, становясь причиной появления Северного и Южного сияний.
Земля, Венера и Марс – каменистые планеты
Чтобы лучше понимать состав и историю Земли, геологи иногда сравнивают нашу планету с другими скалистыми планетами в Солнечной системе. Так, размер Венеры схож с земным, а сама планета немного ближе к Солнцу. При этом размер Марса – всего лишь половина нашего космического дома. Хотя на Венеру и Марс было отправлено несколько космических аппаратов, мы не так много знаем об их внутреннем устройстве – по крайней мере пока. Напомню, что недавно, благодаря миссии NASA InSight, стало известно о том, что Марс – сейсмически активная планета. Подробнее об этом я рассказывала в своей предыдущей статье.
Возможно, в прошлом Марс и Венера были как и Земля, покрыты водой
Что касается Венеры, то ее чрезвычайно плотная и токсичная атмосфера, которую нельзя увидеть без специальных инструментов, тем временем свидетельствует об огромной вулканической активности на этой невероятно горячей планете. В то время как у Венеры, вероятно, есть кора, мантия и ядро, ее магнитное поле очень слабо по сравнению с земным. Исследователи полагают, что это может быть связано с тем, что либо ядро Венеры медленно вращается, чтобы генерировать магнитное поле, либо его у этой адской планеты вообще нет.
Важно отметить, что наша Солнечная система довольно необычная. Все потому, что планеты в ней разные – например, на стороне, ближайшей к Солнцу, планеты и астероиды содержат относительно небольшое количество органических молекул, а вот с другой стороны все состоит из материалов, богатых углеродом. Но самое важное и интересное заключается, пожалуй в одной из величайших загадок нашей Солнечной системы – Великого разделения, подробнее о котором можно прочитать здесь.
Откуда мы знаем, что находится в ядре Земли?
Люди заполнили Землю. Мы завоевывали земли, летали по воздуху, ныряли в глубины океана. Мы даже побывали на Луне. Но мы никогда не были в ядре планеты. Мы даже и близко к нему не подобрались. Центральная точка Земли находится в 6000 километрах внизу, и даже самая дальняя часть ядра находится в 3000 километрах под нашими ногами. Самая глубокая дыра, которую мы сделали на поверхности — это Кольская сверхглубокая скважина в России, да и то она уходит вглубь земли на жалкие 12,3 километра.
Все известные события на Земле происходят близко к поверхности. Лава, которая извергается из вулканов, сначала плавится на глубине нескольких сотен километров. Даже бриллианты, которым необходимо чрезвычайное тепло и давление для образования, рождаются в породах на глубине не более 500 километров.
Все, что ниже, окутано тайной. Кажется недостижимым. И все же мы знаем довольно много интересного о нашем ядре. У нас даже есть некоторое представление о том, как оно сформировалось миллиарды лет назад — и все без единого физического образца. Как же нам удалось узнать так много о ядре Земли?
Для начала нужно хорошо подумать о массе Земли, говорит Саймон Редферн из Кембриджского университета в Великобритании. Мы можем оценить массу Земли, наблюдая за эффектом гравитации планеты, который она оказывает на объекты на поверхности. Выяснилось, что масса Земли составляет 5,9 секстиллиона тонн: это 59 с двадцатью нулями.
Но на поверхности нет признаков такой массы.
«Плотность материала на поверхности Земли намного ниже, чем средняя плотность всей Земли, что говорит нам о том, что есть что-то более плотное, — говорит Редферн. — Это первое».
По существу, большая часть земной массы должна быть расположена по направлению к центру планеты. Следующим шагом будет выяснить, из каких тяжелых материалов состоит ядро. И оно состоит почти полностью из железа. 80% ядра — это железо, однако точную цифру еще придется выяснить.
Главным доказательством этого является огромное количество железа во Вселенной вокруг нас. Это один из десяти самых распространенных элементов в нашей галактике, который также часто встречается в метеоритах. При всем этом на поверхности Земли намного меньше железа, чем можно было бы ожидать. Согласно теории, когда Земли образовалась 4,5 миллиарда лет назад, много железа утекло вниз к ядру.
Там сосредоточена большая часть массы, а значит, и железо должно там быть. Железо также относительно плотный элемент при нормальных условиях, а под сильным давлением в ядре Земли оно будет еще плотнее. Железное ядро могло бы объяснить всю недостающую массу.
Но погодите. Как железо вообще там оказалось? Железо должно было каким-то образом притянуться — в буквальном смысле — к центру Земли. Но сейчас этого не происходит.
Большая часть остальной Земли состоит из горных пород — силикатов — и расплавленное железо с трудом через них проходит. Подобно тому, как вода на жирной поверхности образует капли, железо собирается в небольших резервуарах, отказываясь растекаться и разливаться.
Возможное решение было обнаружено в 2013 году Венди Мао из Стэнфордского университета и ее коллегами. Они задались вопросом, что происходит, когда железо и силикат подвергаются сильному давлению глубоко в земле.
Плотно сжимая оба вещества при помощи алмазов, ученым удалось протолкнуть расплавленное железо через силикат. «Это давление существенно изменяет свойства взаимодействия железа с силикатами, — говорит Мао. — При высоком давлении образуется «сеть плавления».
В этот момент вы можете спросить: откуда мы, собственно, знаем размер ядра? Почему ученые считают, что оно начинается в 3000 километрах? Ответ один: сейсмология.
Когда происходит землетрясение, оно посылает ударные волны по всей планете. Сейсмологи записывают эти колебания. Будто бы мы бьем по одной стороне планеты гигантским молотом и прислушиваемся к шуму на другой стороне.
«В 1960-х годах произошло землетрясение в Чили, которое дало нам огромное количество данных, — говорит Редферн. — Все сейсмические станции по всей Земле записывали толчки этого землетрясения».
В зависимости от маршрута этих колебаний, они проходят через разные участки Земли, и это влияет на то, какой «звук» они издают на другом конце.
В начале истории сейсмологии стало очевидно, что некоторые колебания пропали без вести. Эти «S-волны» ожидали увидеть на другом конце Земли после происхождения на одном, но не увидели. Причина этому простая. S-волны реверберируют через твердый материал и не могут проходить через жидкость.
Должно быть, они столкнулись с чем-то расплавленным в центре Земли. Составив карту путей S-волн, ученые пришли к выводу, что на глубине примерно 3000 километров породы становятся жидкими. Это также говорит о том, что все ядро расплавленное. Но у сейсмологов был и другой сюрприз в этой истории.
Идея Леман была подтверждена в 1970 году, когда более чувствительные сейсмографы показали, что P-волны действительно проходят через ядро и, в некоторых случаях, отражаются от него под некоторыми углами. Неудивительно, что в конце концов они оказываются на другой стороне планеты.
Конкурирующие страны узнавали о ядерном потенциале друг друга и параллельно с этим мы узнавали все больше и больше о ядре Земли. Сейсмология до сих пор используется для обнаружения ядерных взрывов сегодня.
Вопросов от этого не становится меньше, особенно на тему внутреннего ядра. К примеру, насколько оно горячее? Выяснить это оказалось не так-то просто, и ученые долгое время ломали голову, говорит Лидунка Вокадло из Университетского колледжа Лондона в Великобритании. Мы не можем засунуть туда термометр, поэтому единственный возможный вариант — это создать нужное давление в лабораторных условиях.
В 2013 году группа французских ученых произвели лучшую оценку на сегодняшний день. Они подвергли чистое железо давлению в половину того, что имеется в ядре, и отталкивались уже от этого. Температура плавления чистого железа в ядре составляет примерно 6230 градусов. Присутствие других материалов может немного снизить точку плавления, до 6000 градусов. Но это все равно горячее, чем на поверхности Солнца.
Будучи своего рода поджаренной картошкой в мундире, ядро Земли остается горячим, благодаря теплу, оставшемуся от образования планеты. Оно также извлекает тепло из трения, возникающего по мере движения плотных материалов, а также распада радиоактивных элементов. Остывает оно примерно на 100 градусов по Цельсию каждый миллиард лет.
Знать эту температуру полезно, поскольку она влияет на скорость прохождения колебаний через ядро. И это удобно, потому что в этих вибрациях есть что-то странное. P-волны проходят неожиданно медленно через внутреннее ядро — медленнее, чем если бы оно состояло из чистого железа.
«Скорости волн, которые сейсмологи измерили в землетрясениях, значительно ниже, чем показывает эксперимент или компьютерный расчет, — говорит Вокадло. — Никто пока не знает, почему так».
Очевидно, к железу примешивается другой материал. Возможно, никель. Но ученые посчитали, как сейсмические волны должны проходить через железо-никелевый сплав, и не смогли подогнать расчеты под наблюдения.
Вокадло и ее коллеги в настоящее время рассматривают возможность присутствия в ядре других элементов, например, серы и кремния. Пока никто не смог придумать теорию состава внутреннего ядра, которая удовлетворила бы всех. Проблема Золушки: туфелька никому не подходит. Вокадло пытается экспериментировать с материалами внутреннего ядра на компьютере. Она надеется найти комбинацию материалов, температур и давления, которые будут замедлять сейсмические волны на правильную величину.
«Если этот эффект реален, мы могли бы примирить результаты минеральной физики с результатами сейсмологии, — говорит Вокадло. — Люди пока не могут этого сделать».
Существует еще много загадок, связаных с ядром Земли, которые еще предстоит решить. Но не имея возможности погрузиться на эти невообразимые глубины, ученые совершают подвиг, выясняя, что находится в тысячах километров под нами. Скрытые процессы недр Земли чрезвычайно важно изучать. У Земли есть мощное магнитное поле, которое генерируется благодаря частично расплавленному ядру. Постоянное движение расплавленного ядра порождает электрический ток внутри планеты, и он, в свою очередь, генерирует магнитное поле, которое уходит далеко в космос.
Это магнитное поле защищает нас от вредного солнечного излучения. Не будь ядро Земли таким, каким оно является, не было бы магнитного поля, а мы бы серьезно от этого страдали. Вряд ли кто-нибудь из нас сможет увидеть ядро своими глазами, но хорошо просто знать, что оно там есть.
Как узнали строение земли
Благодаря географическим открытиям многих поколений первопроходцев и мореплавателей были составлены подробные карты поверхности Земли с континентами, океанами и морями. В наши дни для более точного изучения рельефа планеты применяется космическая съемка, сделанная с помощью искусственных спутников. Строение и недра Земли исследуют геологи.
Из чего состоит Земля?
Радиус Земли составляет около 6400км. Наша планета состоит из нескольких слоев, образованных различными горными породами и металлами. Основные три слоя — это земная кора, лежащая под ней мантия и ядро в центре. Кора — это твердая наружная оболочка Земли, сложенная горными породами. Различают два вида коры — континентальную и океаническую. Мантия состоит из частично расплавленных пластичных горных пород и имеет толщину около 2900 км. Земное ядро в основном состоит из металлов никеля и железа. Оно невероятно горячее и плотное и делится на жидкое внешнее ядро и твердое внутреннее.
Как определили строение Земли?
Как Земля помогает животным ориентироваться?
Вращение Земли и постоянная циркуляцией расплавленного вещества ее глубинных слоев создают внутри земного шара электрические токи, которые превращают нашу планету в подобие магнита. Как у любого магнита, у Земли есть магнитное поле и два магнитных полюса. Если намагниченную иглу положить плавать в блюдо с водой она развернется в сторону магнитных полюсов Земли, действуя как простейший компас. Некоторые животные, например голуби и дельфины, ориентируются в пространстве по магнитному полю Земли.
Действительно ли Земля круглая?
Из космоса Земля кажется шарообразной. На самом деле она не совсем круглая. Она слегка сплющена у полюсов, а в районе экватора, наоборот, немного выпячена.
Какова высота атмосферы?
Земля окружена воздушной оболочкой, или атмосферой, содержащей смесь газов, благодаря которым на нашей планете может существовать жизнь. Атмосфера состоит из нескольких слоев и достигает высоты 1600 км, переходя в безвоздушное космическое пространство. Нижний слой — тропосфера — содержит воздух, которым дышат растения и животные. Воздух в следующем слое — стратосфере — намного более разрежен и содержит тонкий слой озона — особых молекул кислорода, которые согревают атмосферу и задерживают вредное для здоровья излучение Солнца. Остальные слои атмосферы — мезосфера, термосфера и экзосфера.
Теория тектоники плит: выяснилось, как на самом деле устроена поверхность Земли
Ранее считалось, что поверхность Земли статичная и жесткая. Однако появившаяся теория тектоники плит изменила все понимание почвенного образования. Она указывает на постоянное движение поверхности планеты. И доказательством тому служат землетрясения, извержения вулканов, образование гор и вулканических бассейнов. Что об этом известно?
Читайте «Хайтек» в
Из чего состоит поверхность Земли?
Недра Земли можно делить на слои по их механическим (в частности реологическим) или химическим свойствам. По механическим свойствам выделяют литосферу, астеносферу, мезосферу, внешнее ядро и внутреннее ядро. По химическим свойствам Землю можно разделить на земную кору, верхнюю мантию, нижнюю мантию, внешнее ядро и внутреннее ядро.
Центральная, наиболее глубокая часть планеты Земля, геосфера, находящаяся под мантией Земли и, предположительно, состоящая из железо-никелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов. Глубина залегания — 2 900 км.
Мантия Земли простирается до глубины 2 890 км, что делает ее самым толстым слоем Земли. Давление в нижней мантии составляет около 140 ГПа (1,4·10 6 атм).
Мантия состоит из силикатных пород, богатых железом и магнием по отношению к вышележащей коре. Высокие температуры в мантии делают силикатный материал достаточно пластичным, чтобы могла существовать конвекция вещества в мантии, выходящего на поверхность через разломы в тектонических плитах.
Толщина земной коры может быть от 5 до 70 км в глубину от поверхности. Самые тонкие части океанической коры, которые лежат в основе океанических бассейнов (5–10 км), состоят из плотной железо-магниевой силикатной породы, такой как базальт.
В нашем материале речь пойдет в верхней части строения Земли: о литосферных плитах.
Как устроены литосферные плиты?
Существует два принципиально разных вида земной коры — кора континентальная и кора океаническая. Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой, другие состоят из блока континентальной коры, впаянного в кору океаническую.
Суммарная мощность (толщина литосферы) океанической литосферы меняется в пределах от 2–3 км в районе рифтовых зон океанов до 80–90 км вблизи континентальных окраин. Толщина континентальной литосферы достигает 200–220 км.
Литосферные плиты постоянно меняют свои очертания, они могут раскалываться в результате рифтинга и спаиваться, образуя единую плиту в результате коллизии. Литосферные плиты также могут тонуть в мантии планеты, достигая глубины внешнего ядра.
С другой стороны, разделение земной коры на плиты неоднозначно, и по мере накопления геологических знаний выделяются новые плиты, а некоторые границы плит признаются несуществующими. Поэтому очертания меняются со временем и в этом смысле. Особенно это касается малых плит, в отношении которых геологами предложено множество кинематических реконструкций, зачастую взаимно исключающих друг друга.
Скорость горизонтального движения литосферных плит в наше время варьируется от 1 до 6 см в год (скорость раздвигания плит — от 2 до 12 см в год). Скорость раздвигания плит от Срединно-Атлантического хребта в северной части его составляет 2,3 см в год, а в южной части — 4 см в год.
Наиболее быстро раздвигаются плиты вблизи Восточно-Тихоокеанского хребта у острова Пасхи — их скорость 18 см в год. Медленнее всего раздвигаются плиты в Аденском заливе и Красном море — со скоростью 1–1,5 см в год.
Типы столкновений литосферных плит:
Граница столкновения проходит между океанической и континентальной плитой. Плита с океанической корой подвигается под континентальную плиту. Примеры столкновения: плита Наска с Южноамериканской плитой и плита Кокос с Североамериканской плитой.
Одна из плит подвигается под другую — ту, на которой находится группа островов. Примеры столкновения: Североамериканская плита с Охотской плитой, с Амурской плитой, с Филиппинской плитой, с Индо-Австралийской плитой; Южноамериканская плита с Карибской плитой.
Тип столкновения, когда ни одна из плит не уступает другой и они обе образуют горы. Примеры: Индостанская плита с Евразийской плитой.
Как двигаются литосферные плиты?
Согласно современному научному подходу к движению плит, земная кора состоит из относительно целостных блоков — литосферных плит, которые находятся в постоянном движении относительно друг друга.
При этом в зонах расширения (срединно-океанических хребтах и континентальных рифтах) в результате спрединга (англ. seafloor spreading — растекание морского дна) образуется новая океаническая кора, а старая поглощается в зонах субдукции.
Тепловая конвекция в веществе мантии возникает как эффективный механизм передачи тепловой энергии из ядра Земли и представляет собой конвективные ячейки размером до нескольких тысяч километров. Над восходящими потоками мантийного вещества, то есть горячими и менее плотными, располагаются зоны спрединга океанского дна.
Нисходящие струи остывшего и более плотного мантийного вещества увлекают за собой литосферные плиты в зонах субдукции. Движение плит осуществляется за счет вязкого сцепления вещества верхней мантии, находящегося в конвективном движении, с неровной подошвой литосферы.
Современные движения литосферных плит фиксируются несколькими методами, самыми распространенными из которых являются методы космической геодезии. Современные GPS-приемники способны фиксировать перемещения плит с точностью до долей миллиметра в год.
Последствия движения литосферных плит также можно наблюдать в сейсмодислокациях — нарушениях сплошности горных пород, возникающих в результате землетрясений, которые, в свою очередь, являются следствием мгновенного снятия напряжений в земной коре.
Известный пример сейсмодислокации — забор на ферме в Калифорнии, неподалеку от Сан-Франциско, разделенный на две части, сдвинутые вдоль разлома Сан-Андреас относительно друг друга на несколько метров.
Модель тектоники плит на поверхности вулканического лавового озера
Более 90% поверхности Земли в современную эпоху покрыто восьмью крупнейшими литосферными плитами:
Что ученые узнали о теории тектоники плит?
Ученый Брэдфорд Фоули из Пенсильванского университета США уверен, что поверхность Земли нельзя считать статичной, ведь она постоянно взволнована. Более того, по мнению специалиста, тектоника действует правильно, расставляя все на свои места. Разломы земной коры также являются результатом взаимодействия подземных плит.
На протяжении веков наука считала, что поверхность Земли, ее крайний слой статичен и жесток. Он не движется и не изменяется. Однако появившаяся теория тектоники плит изменила все понимание почвенного образования. Она явно указывает на постоянное движение поверхности планеты. И доказательством тому служат землетрясения, извержения вулканов, образование гор и вулканических бассейнов.
Все эти события так или иначе связаны с горячими недрами Земли. Все знакомые нам пейзажи, которые есть на планете, являются продуктами эонного цикла, в которого планета занята постоянным усовершенствованием себя.
Тектоника плит сегодня описывает весь внешний слой Земли. Он занимает толщину около 100 км и разбивается на своеобразные паззлы из плит породы, несущей континенты и морское дно. При этом пластины, образующиеся в процессе этого движения, опускаются вглубь планеты. Этот цикл, как заявляют ученые, создает многие геологические чудеса, но он же является и причиной многих стихийных бедствий на нашей планете.
Он связывает между собой многие несовместимые вещи: спрединг морского дна и магнитные полосы в местах формирования землетрясений и горных хребтов. Геодинамик Брэдфорд Фоули из Пенсильванского университета считает, что тектоника плит действует правильным образом, поскольку она все расставляет на свои места.
А потому теория кажется не просто убедительной, а реальной. Поверхность Земли нельзя считать неподвижной. Она постоянно взволнованная и беспокойная. Образуемые разломы — это тоже результат взаимодействия тектонических плит. Они подтверждают идею дрейфующих континентов, которая считается необычной.
Какое будущее у науки тектоники?
Несмотря на кажущуюся простоту и изящность, по мере накопления новых данных концепция тектоники литосферных плит непрерывно развивается.
Одним из актуальных вопросов современной тектоники и геодинамики остается объяснение причин внутриплитного магматизма и магматизма горячих точек, в результате которого возникают цепочки океанических островов, например, Гавайи или супервулканы вроде Йеллоустонского, а также крупные магматические провинции, скажем, Сибирские траппы и траппы плато Декан в Индии.
Одной из наиболее распространенных гипотез, объясняющих причины внутриплитного магматизма, является концепция мантийных плюмов — струй горячего мантийного вещества, поднимающихся с границы ядро — мантия и являющихся источником избыточного (по сравнению со средним для мантии значением) тепла, которое инициирует выплавление огромных объемов магмы.
В случае излияния на поверхность континента или океанского дна эти расплавы, по составу соответствующие базальтам, формируют крупные изверженные провинции.
Если при подъеме к поверхности земли плюм упирается в океанскую кору, то он прожигает ее, в результате чего формируются вулканические острова — подводные вулканы, вершины которых возвышаются над поверхностью океана, или крупные океанские базальтовые плато вроде плато Онтонг-Джава в Тихом океане.
