Чтение онлайн

Но довольно о простой геометрии тектоники плит. Какие силы движут этими плитами? Что заставляет двигаться и сталкиваться огромные материки в течение сотен миллионов лет? Объяснение кроется во внутренней тепловой энергии Земли. Ее недра раскалены, а в космосе царит холод. Второе начало термодинамики, отражающее самую суть космоса, гласит, что тепло всегда переходит от более теплого к более холодному объекту – тепловая энергия должна постепенно рассеиваться, находить путь для выхода в окружающее пространство.

Вспомним три известных механизма, обеспечивающих передачу тепловой энергии. Каждый теплый объект передает свое тепло окружающей среде в виде инфракрасного излучения; тепло передается также, хотя и менее эффективно, при непосредственном контакте путем теплопроводности, а также путем конвекции, когда жидкая масса движется между горячими и холодными областями. Земля тоже подчиняется второму началу термодинамики. Но каким образом тепло может передаваться от раскаленного ядра к остывшей коре? Горные породы и магма препятствуют распространению инфракрасного излучения, а вялая проводимость ненамного более эффективна. Остается только конвекция – за счет размягченной патокообразной раскаленной мантии.

Горные породы на поверхности Земли твердые и ломкие, но глубоко в недрах перегретой скороварки, каковой является мантия, они мягкие, как масло. Миллионы лет под давлением и в условиях высоких температур камни плавятся и текут. Более разогретые и мягкие породы постепенно поднимаются к поверхности, а менее разогретые и плотные опускаются в глубину. Громадные конвективные ячейки, диаметром тысячи и глубиной сотни километров, перемешивают мантию планеты величественном круговороте, скрытом от глаз. Скорость такой планетарной перетасовки тоже впечатляет – на полный оборот конвективной ячейки может потребоваться не менее 100 млн лет.

Вначале, возможно, в течение более чем миллиарда лет, конвекция мантии под базальтовой корой могла носить хаотический, бесформенный характер. Местами расплавленный гранит неупорядоченными толчками и всплесками поднимался на поверхность, где накапливался, разрушая более холодный, плотный базальт. Отдельные плотные куски этой остывшей коры медленно опускались во внутренние области в процессе глобального теплообмена [10] .

В течение следующего полумиллиарда лет движение мантии стало более упорядоченным. Десятки небольших конвективных ячеек, вспучивая магму и опуская вниз блоки старой коры, образовали несколько крупных циклических потоков глубиной сотни и шириной тысячи километров. Там, где такие потоки поднимались на поверхность вдоль глубоководных хребтов, они образовывали новую базальтовую кору, а старый, остывший базальт погружался в мантию под крутым углом – в зонах тектонического разлома. Так на Земле возобладал новый процесс преобразования – глобальная тектоника. В поперечном сечении наружные турбулентные слои Земли, должно быть, представлялись в виде огромных крутящихся воронок, вращение каждой из которых продолжалось не менее 100 млн лет.

Тогда, как и теперь, эволюция земной поверхности является отражением мощных процессов, происходящих в глубинах. В зонах конвекции магмы вздымались громадные базальтовые вулканы. Гигантские впадины образовывались там, где участки старой базальтовой коры погружались в глубины, искривляя и выгибая дно океана. Тектонические сдвиги ускоряли образование гранита. Когда остывшая, влажная базальтовая кора погружалась в недра Земли, она постепенно нагревалась и начинала плавиться – не полностью, но примерно на 20–30 %. Эти растущие массы гранитной магмы поднимались на поверхность, образуя вереницы серых вулканических островов протяженностью сотни километров. На этой стадии началось формирование материков.

Гранит всплывает на поверхность, базальт опускается – вот формула происхождения материков. Магма с гранитной примесью гораздо легче порождающей ее базальтовой породы, а потому эта расплавленная масса медленно и неуклонно поднимается к поверхности и либо по пути кристаллизуется, либо извергается из вулканов, которые выбрасывают на поверхность огромное количество шлаков и пепла. За миллиарды лет истории Земли бесчисленные гранитные острова образовались именно таким образом.

Тектоника плит не только породила цепи таких гранитных островов, но и собрала их в целые материки. Причина кроется в том, что гранит не поддается субдукции. Подобно пробке, он как бы плывет по плотному базальту, который постепенно опускается в мантию. Образовавшись на основе базальта, гранит так и остается на поверхности. Чем больше островов образуется в результате субдукции, тем больше увеличивается площадь гранита. Представим себе погружающуюся тектоническую плиту, усеянную непотопляемыми гранитными островами. Базальтовая плита движется, но острова остаются неподвижными. Они остаются на поверхности, образуя полосу суши как раз над зоной субдукции. Минуют десятки миллионов лет, и таких гранитных островов накапливается в этом месте все больше и больше, формируя все более обширную полосу, по мере того как расплавленный гранит поднимается к поверхности, густеет и превращается в растущий материк. Острова срастаются в протоматерики, которые, в свою очередь, срастаются в континенты, подобно тому как хондриты Солнечной системы когда-то срастались в планетезимали, а потом образовывали целые планеты.

Эпическое движение тектонических плит меняет нашу планету. Тонкая, остывшая и хрупкая земная кора трескается и смещается, словно накипь на поверхности кипящего супа. Цепи вулканов, из которых выплескиваются новые массы базальта, указывают на места восходящих конвекционных потоков. Старая часть коры поглощается в зонах субдукции, которые очерчивают те места конвекционных сот, в которых потоки погружаются. Самые мощные потрясения земной коры – крупные землетрясения, извержения вулканов – всего лишь мелочь, по сравнению с теми глобальными процессами, что происходят в недрах планеты.

Тектоника плит перевернула многие представления науки о Земле. В смутные времена вертикальной тектоники каждая из геологических дисциплин рассматривалась отдельно, без связи с другими. До тектонической революции палеонтологам не о чем было говорить с океанографами; изучение вулканов имело мало общего с исследованием горных руд; геофизиков не интересовало происхождение и эволюция жизни; горные породы одной страны не имели ничего общего с горными породами другой и еще меньше – с породами глубоководных хребтов.

Наука о тектонике плит объединила разрозненные представления о Земле. Появилась возможность с высокой точностью искать по берегам расширяющегося океана местонахождения редких ископаемых организмов. Территории с угасшим вулканизмом указывают горнякам на отложения, содержащие ценнейшие руды, скрытые в соответственных зонах субдукции, давно превратившиеся в материковые горные породы. Геофизические исследования движения материков дают ключ к пониманию процессов эволюции животных и растений. Тектоника плит дает представление о Земле как о целостной планетарной системе, от коры до ядра, в микро– и макромасштабах, объединенной универсальными законами времени и пространства.

Потребовалось немало времени для накопления достаточного количества гранита, пока беспорядочная вертикальная тектоника образующихся в результате всплытия случайных мантийных потоков островов сменилась стройной сборкой континентов в результате субдукционных процессов. Но к тому времени, когда Земле исполнилось 1,5 млрд лет, конвекционные процессы в мантии – области, глубиной около 3 км, содержащей большую часть земной массы и тепловой энергии, необратимо изменили поверхность нашей планеты. В отличие от черного базальта, бесплодные гранитные массивы суши имели беловато-серый цвет, определяемый типичной смесью кварца и полевого шпата. Вообразите себя путешественником во времени – и, попав в тот древний мир трехмиллиардной давности, вы обнаружите знакомые черты. Вы окажетесь на протоматерике, лишенном всякой растительности, окруженные изломанными линиями гор и крутых, глубоких ущелий, отчасти напоминающими изрезанные береговые очертания в высоких арктических широтах. Вам предстоит испытать периоды бурной непогоды вперемешку с ясными солнечными днями, когда по голубому небу плывут белые облака. Вы обнаружите океан, в котором вода перенасыщена растворенными минералами, включая карбонаты кальция и магния, кристаллы, которые время от времени откладывались на базальтовой основе морского дна. Сможете полежать у прохладного голубого океана на первых белоснежных песчаных пляжах, образованных кварцевыми зернами, выветренными из серого гранита. Но вы быстро задохнулись бы в тяжелой атмосфере, содержащей большое количество азота и углекислого газа, без малейшего дуновения жизненно необходимого кислорода.