Движение литосферных плит, их положение миллионы лет назад, и причины этого движения

                                      Движение литосферных плит, их положение миллионы лет назад, и причины этого движения.

                                                                              Из книги «Современная геология». Н.А. Ясаманов.

    Длительное время в геологической науке господствовала гипотеза о неизменном положении континентов и океанов. Было принято считать, что те и другие возникли сотни миллионов лет назад и никогда не меняли своего положения.

С мыслью, что «земная твердь»  находится в беспрестанном вертикальном движении, за счет которого формируется рельеф Земли, абсолютное большинство геологов согласилось давно. Часто эти движения имеют большую амплитуду и скорость и приводят к крупным катастрофам, например землетрясениям. Однако имеются еще и очень медленные, не ощутимые даже самыми чувствительными приборами вертикальные движения с переменным знаком. Это так называемые колебательные движения. Только за очень продолжительный промежуток времени обнаруживается, что горные вершины выросли на несколько сантиметров, а речные долины углубились.

В конце XIX — начале XX в. некоторые естествоиспытатели усомнились в справедливости этих предположений и стали осторожно высказывать идеи о единстве материков в геологическом прошлом, в настоящее время разделенных обширными океанами. Эти ученые, как и многие люди прогрессивных взглядов, оказались в затруднительном положении, поскольку их предположение было бездоказательно. Действительно, если вертикальные колебания земной коры можно было объяснил, какими-то внутренними силами (например, воздействием тепла Земли), то перемещение громадных континентов по земной поверхности сложно было представить.

ГИПОТЕЗА ВЕГЕНЕРА

В начале XX в. большую популярность среди естествоиспытателей, благодаря трудам немецкого геофизика А. Вегенера, получила идея перемещения материков. Он провел многие годы в экспедициях и в ноябре 1930 г. погиб на ледниках Гренландии. Научный мир был потрясен известием о гибели А. Вегенера, находившегося в расцвете творческих сил. К этому времени достигла зенита популярность его идеи о дрейфе материков. Многие геологи и геофизики, палеогеографы и биогеографы с интересом восприняли их, стали появляться талантливые работы, в которых развивались эти идеи.

         А. Вегенеру пришла мысль о возможном перемещении материков, когда он внимательно рассматривал географическую карту мира. Его поразило удивительное сходство очертаний берегов Южной Америки и Африки. Позднее, А. Вегенер познакомился с палеонтологическими материалами, свидетельствующими о существовании некогда сухопутных связей между Бразилией и Африкой. В свою очередь, это послужило толчком к проведению более детального анализа имеющихся геологических и палеонтологических данных и привело к твердому убеждению о правильности его предположения.

Но были и противники данного  предположения.И убедить всех их в справедливости теории дрейфа материков предстовлялось возможным лишь тогда, когда будут собраны веские доказательства, основанные на обширном геологическом и палеонтологическом материалах.

Для подтверждения дрейфа материков  А. Вегенер и его сторонники приводили  четыре группы независимых доказательств: геоморфологические, геологические, палеонтологические и палеоклиматические. Итак, все  началось с определенного сходства береговых линий материков, расположенных по обе стороны от Атлантического океана, менее четкое совпадение очертаний береговых линий имеют материки, окружающие Индийский океан. А. Вегенер предположил, что около 250 млн. лет назад все материки были сгруппированы в единый гигантский суперматерик — Пангею. Этот суперматерик состоял из двух частей. На севере располагалась Лавразия, которая объединяла Евразию (без Индии) и Северную Америку, а на юге — Гондвана, представленная Южной Америкой, Африкой, Индостаном, Австралией и Антарктидой.

Реконструкция Пангеи была основана главным образом на геоморфологических данных. Они полностью подтверждаются сходством геологических разрезов отдельных материков и ареалами развития определенных типов животного  и растительного царств. Вся древняя  флора и фауна южных гондванских материков образует единое сообщество. Многие наземные и пресноводные позвоночные, а также мелководные беспозвоночные формы, не способные активно перемещаться на большие расстояния и жившие как будто бы на разных материках, оказались удивительно близкими и похожими друг на друга. Трудно представить, каким образом могла расселиться древняя флора, если бы материки были отдалены один от другого на такое же огромное расстояние как в настоящее время.

Убедительные доказательства в  пользу существования Пангеи, Гондваны и Лавразии получены А. Вегенером после обобщения палеоклиматических данных. В то время уже было хорошо известно, что почти на всех южных материках обнаружены следы крупнейшего покровного оледенения, которое произошло около 280 млн. лет назад. Ледниковые образования в виде фрагментов древних морен (их называют тиллитами), остатков форм ледникового рельефа и следов движения ледника известны в Южной Америке (Бразилия, Аргентина), Южной Африке, Индии, Австралии и Антарктиде. Трудно представить, как при современном положении материков могло возникнуть оледенение почти одновременно в столь удаленных друг от друга районах. Кроме того, большинство из перечисленных районов оледенения располагаются и настоящее время в экваториальных широтах.

Учёные того времени  не могли представить, каким образом материки перемещались на столь большие расстояния. А. Вегенер объяснял это на примере движения айсбергов, которое осуществлялось под влиянием центробежных сил, обусловленных вращением планеты.

Благодаря простоте и наглядности  и, главное, убедительности приводимых в защиту гипотезы дрейфа материков  фактов, она довольно быстро стала  популярной. Однако вслед за успехом  довольно скоро наступил кризис. Начало критическому отношению к гипотезе положили геофизики. Они получили большое число фактов и физических противоречий в цепи логических доказательств перемещения материков. Это им позволило доказывать неубедительность способа и причин дрейфа материков, и к началу 40-х годов эта гипотеза растеряла почти всех своих сторонников. К 50-м годам XX в. большинству геологов казалось, что гипотеза дрейфа материков должна быть окончательно оставлена и может рассматриваться лишь как один из исторических парадоксов науки, не получивших подтверждения и не выдержавший проверку временем.

ПАЛЕОМАГНЕТИЗМ И НЕОМОБИЛИЗМ

С середины XX в. ученые приступили к интенсивному исследованию рельефа и геологии океанического дна его глубинных недр, а также физики, химии и биологии океанических вод. Морское дно стали прощупывать многочисленными приборами. Расшифровывая записи сейсмографов и магнитометров, геофизики получали новые факты. Было установлено, что многие горные породы в процессе своего образования приобретали намагниченность по направлению существующего геомагнитного полюса. В большинстве случаев эта остаточная намагниченность остается без изменения многие миллионы лет.

В настоящее время уже хорошо разработаны методики отбора образцов и определения их намагниченности  на специальных приборах — магнитометрах. Определяя направление намагниченности горных пород различного возраста, можно узнать, как менялось в каждом, конкретно взятом районе направление геомагнитного поля за тот или иной промежуток времени.

Изучение остаточной намагниченности горных пород привело  к двум фундаментальным открытиям. Во-первых, установлено, что в течение длительной истории Земли намагниченность менялась многократно — от нормальной, т. е. соответствующей современной, до обратной. Это открытие было подтверждено в начале 60-х годов нашего столетия. Оказалось, что ориентация намагниченности четко зависит от времени и на основании этого были построены шкалы обращений магнитного поля.

Во-вторых, при изучении колонок лав, залегающих по обе стороны  от срединно-океанических хребтов, обнаружена определенная симметрия. Это явление  получило название полосовой магнитной  аномалии. Такие аномалии симметрично располагаются по обе стороны от срединно-океанического хребта, и каждая их симметричная пара имеет один и тот же возраст. Причем последний закономерно увеличивается по мере удаления от оси срединно-океанического хребта в сторону материков. Полосовые магнитные аномалии представляют собой как бы запись инверсий, т. е. изменений направления магнитного поля на гигантской «магнитной ленте».

Американский ученый Г. Хесс высказал предположение, многократно  подтвержденное впоследствии, что частично расплавленное мантийное вещество поднимается на поверхность по трещинам и через рифтовые долины, расположенные в осевой части срединно-океанического хребта. Оно растекается в разные стороны от оси хребта и при этом как бы растаскивает, раскрывает океаническое дно. Мантийное вещество постепенно заполняет рифтовую трещину, застывает в ней, намагничивается исходя из существующей магнитной полярности, а затем, разрываясь примерно посередине, отодвигается новой порцией расплава. На основании времени инверсии и порядка чередования прямой и обратной намагниченности определяется возраст океанов и расшифровывается история их развития.

    Одним из феноменов палеомагнитных исследований была несовместимость положения магнитных древних и современных полюсов. При попытке совместить их каждый раз требовалось передвигать континенты. Примечательно, что при совмещении позднепалеозойских и раннемезозойских магнитных полюсов с современными континенты сдвигались в единый огромный материк, очень похожий на Пангею.

Столь ошеломляющие результаты палеомагнитных исследований способствовали возвращению к гипотезе о дрейфе материков со стороны широких научных кругов. Английский геофизик Е. Буллард и его коллеги решили проверить теорию А.Вегенера,но уже не по линии разрава материков,а с помощью ЭВМ.Контуры материков, расположенные по обоим краям Атлантики, на значительном протяжении совпали.

ТЕКТОНИКА ЛИТОСФЕРНЫХ  ПЛИТ

Открытия первичной  намагниченности, полюсов магнитных  привели к возрождению гипотезы дрейфа материков.Возрожденная гипотеза дрейфа материков получила название тектоники литосферных плит. Эти плиты медленно перемещаются по поверхности нашей планеты. Их толщина иногда достигает 100—120 км, но чаще составляет 80—90 км. Литосферных плит на Земле немного— восемь крупных и около полутора десятков мелких. Последние часто называют микроплитами. Две крупные плиты расположены в пределах Тихого океана и представлены тонкой и легко проницаемой океанической корой. Антарктическая, Индо-Австралийская, Африканская, Северо-Американская, Южно-Американская и Евразийская литосферные плиты обладают корой континентального типа. Они имеют различные края (границы). В тех случаях, когда плиты расходятся, их края называют дивергентными. Поскольку они расходятся, в образующуюся трещину (рифтовую зону) поступает мантийное вещество. Оно застывает на поверхности дна и наращивает океаническую кору. Новые порции мантийного вещества расширяют рифтовую зону, что заставляет двигаться литосферные плиты. На месте их раздвига образуется океан, размеры которого все время увеличиваются. Этот тип границ фиксируется современными океаническими рифтовыми трещинами вдоль осей срединно-океанических хребтов.

Когда литосферные плиты сходятся, их границы носят название конвергентных. В зоне сближения происходят сложные  процессы. Можно выделить два главных. В случае, когда океаническая плита сталкивается с другой океанической или континентальной, она погружается в мантию. Процесс этот сопровождается короблением и разламыванием. В зоне погружения возникают глубокофокусные землетрясения. Именно в этих местах располагаются зоны Заварицкого — Беньоффа.

Океаническая плита поступает  в мантию и там частично переплавляется. При этом наиболее легкие ее компоненты, расплавляясь, вновь поднимаются  на поверхность в виде вулканических  извержений. Именно такую природу имеет Тихоокеанское огненное кольцо. Тяжелые компоненты медленно погружаются в мантию и могут опускаться вплоть до границ ядра.

В случае, когда сталкиваются две  континентальные литосферные плиты, возникает эффект типа торошения.Его  мы многократно наблюдаем во время ледохода, при этом льдины сталкиваются и раздрабливаются, надвигаясь друг на  друга. Земная кора континентов значительно легче, чем мантия, поэтому плиты не погружаются в мантию. При столкновении они сжимаются и на их краях возникают крупные горные сооружения.

Многочисленные  и многолетние  наблюдения позволили геофизикам установить средние скорости перемещения литосферных  плит. В пределах Альпийско-Гималайского пояса сжатия, который образовался  в результате столкновения Африканской и Индостанской плит с Евразийскои, скорости сближения составляют от 0,5 см/год в районе Гибралтара до 6 см/год в районах Памира и Гималаев.

В настоящее время Европа «отплывает»  от Северной Америки со скоростью  до 5 см/год. Однако Австралия «уходит» от Антарктиды с максимальной скоростью — в среднем 14 см/год.

Наиболее высокими скоростями перемещения  обладают океанические литосферные  плиты — их скорость в 3—7 раз  выше скорости континентальных литосферных  плит. Самой «быстрой» является Тихоокеанская  плита, а самой «медленной» — Евразийская.

Сравнивая положения континентов  в отдельные геологические периоды, мы приходим к мысли, что в развитии Земли существовали крупные циклы, на протяжении которых материки то сходились воедино, то расходились  в разные стороны. Продолжительность каждого такого цикла составляет не менее 600 млн. лет. Есть основания считать, что образование Пангеи и ее распад не были единичными моментами в истории нашей планеты. Подобный супергигантский материк возник и в глубокой древности примерно 1 млрд. лет назад.

Зная положение полюсов и  скорости современного перемещения  литосферных плит, скорости раздвижения  и поглощения океанического дна, можно наметить путь движения континентов  в будущем и представить их положение на какой-то отрезок времени.