За последние 40 лет появилась новая модель, которая произвела невероятную революцию в науке о Земле. Теория тектоники плит в настоящее время хорошо изучена и составляет основу нашего современного понимания структуры и динамики Земли. В частности, тектоника плит объясняет геологические особенности земной коры в широком масштабе, а именно распределение суши и моря, образование гор, землетрясения и вулканизм.
Плиты, движение плит и мантийная конвекция
Тектонические плиты состоят из твердого внешнего слоя, называемого литосферой (от греческого слова «литос» – «скала»). При толщине около 100 км литосфера состоит из верхнего слоя земной коры (~7 км под океанами и ~50 км под континентами) и нижнего, более плотного слоя верхней мантии Земли. Остальная часть мантии, лежащая под плитами, достаточно горячая, и большая ее часть пребывает в твердом состоянии. Несмотря на высокую температуру, эффект давления внутри мантии обычно препятствует её плавлению.
Жесткие литосферные плиты движутся благодаря конвекции внутри подвижной астеносферы. Горячая мантия поднимается под срединно-океаническими хребтами, а холодная, более плотная мантия опускается в океанические впадины. Боковое движение плит литосферы над этими круговыми конвекционными ячейками аналогично движению жестких блоков над вращающейся лентой конвейера.
Границы плит
Существует 3 типа границ плит, в зависимости от того, как пластины движутся относительно друг друга:
Расходящиеся (дивергентные) границы возникают там, где две пластины удаляются друг от друга. Это происходит на срединно-океанических хребтах, активных зонах рифтинга, а также зонах вулканической активности. Примерами таких границ могут служить Срединно-Атлантический хребет и Восточно-Тихоокеанский подъем. Расходящиеся границы на континентах встречаются реже, но такие тоже существуют. Примером может служить Восточно-Африканский разлом. Если процесс рифтогенеза на континенте продолжается достаточно долго, он может расколоть континент и образовать новый океанический бассейн, который будет разделять его части.
Конвергентные границы возникают там, где две плиты скользят навстречу друг другу, образуя либо зону субдукции (если одна плита, как правило, океаническая, движется под другой), либо континентальное столкновение. Зоны субдукции включают границы Тихоокеанской плиты (например, запад Южной Америки), где плотная океаническая литосфера погружается под менее плотные континентальные плиты. Такие процессы обычно сопровождаются землетрясениями. Образуется глубоководная впадина.
Границы трансформации возникают там, где две литосферные плиты скользят друг мимо друга вдоль трансформных разломов. Вдоль этих разломов могут происходить сильные землетрясения. Самый известный пример – разлом Сан-Андреас в Калифорнии (здесь Тихоокеанская и Северо-Американская плиты движутся друг вдоль друга).
Тектоника плит и генерация магмы
О связи между землетрясениями и вулканической активностью, наверное, люди подозревали с самых ранних времен человечества. Но именно теория тектоники плит позволяет объяснить более глубокую связь между этими двумя явлениями и объяснить их оба в единой объединяющей теории.
Плавление мантии
Большая часть магмы (расплавленных пород) происходят непосредственно из мантии. Твердая кора, как правило, слишком холодна, чтобы производить такие расплавы. Только если она эта кора нагревается, например, магмой, то небольшое её количество все же может расплавиться.
Давление удерживает (большую часть) мантии в твердом состоянии
Внутри горячей мантии присутствует достаточно высокое давление. (Частичное) плавление мантийных пород возможно только в том случае, если тенденция температуры к плавлению породы превышает противоположное влияние давления. Такие условия могут достигаться только в самых верхних слоях мантии, под литосферой, в зоне, называемой астеносферой (греч. «asthenos” – слабый). Астеносфера лежит на глубине от 100 км до 35 км и состоит из горячего, «слабого» материала, который может содержать несколько процентов частичных расплавов или находиться вблизи точки образования расплавов.
Чтобы образовался вулкан, магма должна подняться на поверхность
Нормальное количество расплава, которое может присутствовать в астеносфере под нормальной пластиной обычно слишком мало для образования вулканов на поверхности (иначе вулканы были бы повсюду) и находится в равновесии с окружающей средой. Для образования вулканов на поверхности необходимы не только большие объемы расплава, но и подходящие проходы в виде трещин в жесткой коре. Внутри плит такие условия обычно не создаются. С другой стороны, существуют 3(4) различных тектонических среды, где магма образуется в больших количествах и где происходят вулканы:
- на дивергентных окраинах: на срединно-океанических хребтах и в континентальных рифтовых долинах
- на конвергентных окраинах: зонах субдукции
- в середине плит: возникает внутриплитный вулканизм
Тектонические плиты Земли
Модель тектоники плит предполагает, что верхний, жесткий слой Земли (литосфера) разбит на несколько больших и маленьких жестких плит, которые находятся в постоянном движении относительно друг друга.
Существует 7 или 8 основных плит (в зависимости от их определения) и много второстепенных плит (часто называемых микропластинками). Там, где встречаются пластины, их движение по отношению друг с другом определяет тип границы: сходящаяся, расходящаяся или трансформная.
Вдоль этих границ плит происходят землетрясения, вулканическая активность, горообразование и образование океанических траншей. Поперечное относительное перемещение пластин обычно колеблется от нуля до 100 мм в год.
Тектонические плиты, землетрясения и вулканизм
Как видно из рисунка, большинство вулканов и землетрясений расположены на границах плит, причем некоторые пограничные зоны особенно активны. Хорошим примером являются границы Тихоокеанской плиты, где происходит больше вулканов и землетрясений, чем во всем остальном мире вместе взятых. Из-за этого его часто называют “Огненным кольцом“.
