Континенти і плити кори

Наша карта сучасної поверхні Землі відрізняється від карт поверхні Землі, що існувала, скажімо, сто мільйонів років тому. Такі великі зміни важко зрозуміти, а то й уявити собі спочатку загальну картину будови Землі.
Континенти не залишаються на місці, а рухаються. Гідно подиву, що вперше припущення про такий рух було висунуто близько 350 років тому, і з тих пір висувалося ще кілька разів, проте ця ідея отримала визнання вчених тільки після 1960 р Більшість людей вважало, що жорсткість кори виключає рух континентів. Тепер всі ми знаємо, що це не так. Щоб зрозуміти, що відбувається з континентами, давайте розглянемо деякі докази їх руху.

Докази руху континентів. Докази того, що принаймні деякі континенти, роз’єднані зараз, раніше з’єднувалися, або того, що вони змінили положення, включають наступне:
Контури деяких континентів, звернених один до одного і розділених океаном, дозволяють припустити, що в минулому вони з’єднувалися, як дві частини головоломки. Найбільш очевидний приклад цього – Південна Америка і Африка. Так як істинної околицею континенту є не сучасна берегова лінія, а радше зовнішній край континентального шельфу, перевіряти відповідність континентів краще не по звичайній карті, а по карті, яка б показала шельфи (рис. 16).
На деяких парах континентів виявляється відповідність іншого роду – особливі типи порід, стародавні гірські пояси, однакові копалини тварини і рослини. Всі ці збіги дозволяють припускати, що такі континенти колись з’єднувалися.
Викопні тварини і рослини, які повинні були жити в теплому кліматі, зустрічаються на деяких континентах на таких широтах, де сучасний клімат набагато холодніше.
Переконливі докази широкого поширення древніх льодовиків зустрічаються в породах, вік яких близько 250-300 мільйонів років, в східній частині Південної Америки, в Південній Африці, Індії, Австралії, на таких широтах, де зараз теплий клімат перешкоджає утворенню льодовиків. Подібні сліди стародавнього заледеніння знайдені в Антарктиді, де льодовики існують і нині. Звісно ж, що всі ці континенти були колись частинами одного континенту, який розпався на шматки. Вони рухалися порізно. Деякі з них перемістилися в більш теплі кліматичні пояси, а Антарктида зайняла своє виняткове становище на Південному полюсі.
У багатьох пластах містяться дані про те, що континенти перемістилися по відношенню до магнітного полюса. Це положення вимагає роз’яснення.
Магнітні дані. Якщо ми хочемо знати точний напрям, ми користуємося компасом. Стрілка, будучи намагніченою, розташовується уздовж ліній магнітного поля Землі; вона вказує на магнітний Північний полюс. Подібно до цього, деякі гірські породи є природними компасами. Переносяться водним потоком кристали магнітних залізистих мінералів, відповідні за розміром часткам піску або алевриту, поводяться подібним же чином. Коли вони осідають в руслі, вони орієнтуються уздовж ліній північ-південь, і в багатьох випадках це орієнтування зберігається, навіть коли осад в кінці кінців стає осадової породою.
Подібна дія зазнають магнітні залізисті мінерали в магматичних породах, наприклад, в базальтах. Коли магма або лава остигає, вона досягає такої температури, нижче якої ці мінерали можуть придбати намагніченість, паралельну магнітного поля Землі. Ця магнітна орієнтування (яка не має нічого спільного з орієнтуванням самого кристала в породі) зберігає орієнтування магнітного поля, яке існувало тоді, коли остигає породи. Такі залізисті мінерали являють собою як би стрілки компасів, що вказують положення магнітного полюса.
Вчені виявили покажчики колишнього напрямку магнітного поля в шарах різного віку і не полінувалися виміряти їх в сотнях точок і в цілій серії різних стратиграфічних горизонтів (відповідних серії різних моментів часу в минулому). Результуючі напрямки відрізняються від тих, які компас показує в цих же точках в даний час. Подібні напрямки свідчать, що принаймні за останні 200 мільйонів років або близько того континенти зазнали значних переміщення не тільки по відношенню до полюса, але і по відношенню один до одного. Шлях, пройдений тим або іншим континентом, може бути простежено, принаймні в загальних рисах, якщо не цілком точно.
В ході досліджень орієнтування стародавнього магнітного поля виявився разючий факт. Було виявлено, що в багатьох шарах Землі, що накопичилися за останні кілька мільйонів років (проміжок часу, охоплений дослідженнями), намагніченість частинок обернено сучасної.
Магнітні частинки в породах вказують в сторону не Північного, а Південного полюса. Радіометричні датування тих же пластів показують, що зворотна орієнтування фіксується на всій земній кулі в одні і ті ж проміжки часу. Очевидно, в цей час саме магнітне поле Землі, яке контролює цю орієнтування, мало зворотний напрямок, і два його полюси мінялися місцями. Такі «звернення» магнітного поля відбувалися неодноразово.
Що змушувало магнітне поле змінювати напрямок? Ми поки не знаємо, але передбачається, що зміни могли бути викликані рухами в рідкої частини железосодержащего ядра Землі. У всякому разі, вони виявлялися на всій Землі відразу.

Виявилося можливим побудувати календар змін магнітного поля для всієї земної кулі. Цей календар (рис. 20) показує проміжки часу, протягом яких магнітне поле було нормальним (таким, як в нинішній час), і проміжки, коли воно було зверненим. Звернення (інверсії) магнітного поля Землі, відкриття яких уможливило створення зазначеного календаря, є явище, абсолютно відмінне від коливань орієнтування магнітного поля, вимірювання яких лягли в основу виведення про рух континентів.
Порівнюючи магнітний календар з геохронологічної шкалою (табл. 1), можна побачити, що відрізок часу довжиною в 4,5 мільйона років, який охоплює цей календар, включає весь голоцен, весь плейстоцен і частина пліоцену. Збройні знанням того, що магнітні звернення трапляються і вкарбовуються в орієнтуванні магнітного поля в затверділих базальтах на континентах, ми можемо тепер скористатися цим при розгляді магнітної орієнтування базальтів на дні океану.
Серединні океанічні Рифт. Найчудовішим в серії відкриттів, зроблених після 1950 року в вивченні океану, було визнання того, що дно океану не є плоскою монотонну рівнину; форми його так само різноманітні, як і форми поверхні континентів. Серед багатьох форм є і глибокий рифт – долина, що триває майже безперервно протягом більше 6000 кілометрів, місцями глибиною понад 1000 метрів, яка ділить на дві частини Атлантичний океан (рис. 22) і перетинає Індійський і Тихий океани.

Під тонким покровом пухких опадів, що вистилають більшу частину дна глибоководних областей океану, по обидва боки рифту ложе океану складено базальтами. Коли дослідні кораблі, обладнані магнітометрами, почали проводити вимірювання магнітної полярності базальтів, що складають дно океану на глибині кілька кілометрів, курсуючи в західному і східному напрямках поперек зони рифту на сотні кілометрів, магнітометричних зйомка дала вражаючі результати. Виявилося, що на дні виявляються чергуються смуги, або зони нормальної (північній) і зверненої (південної) намагніченості. Ці смуги паралельні Рифт, причому на різних сторонах рифту вони представляють дзеркальне відображення (рис. 23). Послідовність вузьких і широких смуг збігається з верхньою частиною календаря змін магнітного поля Землі, зображеного на малюнку 20. Грунтуючись на цьому збігу, вік кожної смуги можна вважати таким же, як вік відповідного підрозділу зазначеного календаря. Наймолодші смуги базальту залягають безпосередньо поблизу рифту, до них приєднуються давніші. З віддаленням від рифту вправо і вліво ми зустрічаємо все більше і більше древні смуги.

Яка ж швидкість цього надзвичайного процесу? Сучасна швидкість розраховується за шкалою магнітних звернень (рис. 20), і виявилося, що кора в західній частині Атлантичного океану рухається зараз на північний захід зі швидкістю 1-2 сантиметри в рік.
Якщо ми приймемо швидкість постійною і рівною 1,5 см / рік, то одне тільки переміщення цієї частини мало розширити Атлантичний океан за останні 100 мільйонів років на 1500 кілометрів. Рух східній околиці рифту на схід мало ще більше збільшити ширину Атлантики. Дійсно, є докази того, що 150-200 мільйонів років тому (тобто в позднетріасовое, або раннеюрского, час) Атлантичний океан не існував, а східний берег Північної Америки, мав жорстке з’єднання з північно-західної Африкою.
Однак кора в області Атлантики рухається порівняно повільно. Розрахунки за допомогою шкали звернень магнітного поля Землі показують, що в Індійському океані швидкість руху досягає 3 см / рік, а в деяких частинах Тихого – 6 см / рік і більше. Ширина чорних смуг на малюнку 25 показує площі новоствореної кори уздовж серединно-океанічних Рифт за останні 10 мільйонів років. За ним можна судити про відносну швидкості руху в різних океанах.
Подивившись ще раз на малюнок 22, ми побачимо безліч ліній, спрямованих зі сходу на захід, за якими Атлантичний рифт піддався зміщення. Ці виразні, глибоко проникають розриви викликані напругою, що виникають в корі під дією протилежно спрямованих рухів. Вони являють собою одну з різновидів геологічних утворень, які називаються розломами. Тертя при русі блоків кори по розломах є причиною численних землетрусів.
Система жолобів і гірських ланцюгів. Таким чином, ясно, що частини земної кори рухаються. Рухаються не тільки самі континенти, а й цілі плити земної кори товщиною від 50 до 100 кілометрів, на «спині» яких плавають континенти. Можна порівняти плиту кори, яка несе на собі частково занурений в неї континент, з широкою брилою льоду, в яку вмерзнули колоду і яка плаває в озері разом з іншими крижинами.
Ширина чорних смуг показує ширину зон земної кори, що утворилися за останні 10 мільйонів років. Загальна площа цих зон становить 5% площі поверхні Землі. За цей час такі ж за площею ділянки кори піддалися руйнуванню, занурившись в надра Землі (в областях, показаних штрихуванням). Проекція карти обрана таким чином, щоб зберегти масштаб по можливості однаковим.
Але куди рухаються континенти? Якщо матеріал кори створюється одна смуга за одною, в області серединно-океанічних Рифт, то щось, мабуть, повинно відбуватися з корою, щоб розміри її не збільшувалися і відповідали розмірам Землі. Десь вона повинна руйнуватися з такою ж швидкістю, з якою вона створюється.

В цілому ця гігантська ланцюг доповнює собою океанічний рифт величезної довжини. З обох сторін до неї рухаються плити кори. Вони вигинаються вниз і поглинаються Землею і в глибині переплавляються (рис. 26), подібно до воскової свічки, яку тримають горизонтально і повільно вводять в гаряче полум’я. Руйнування в результаті плавлення на одному кінці відбувається з такою ж швидкістю, з якою утворюється кора на іншому кінці. Тому загальна площа кори залишається постійною. Процеси утворення кори приурочені до океанічних рифтам, а процеси її руйнування – до системи жолобів і гір. На великих площах між цими зонами процеси відбуваються не так активно і складаються головним чином в Еродування порід, накопиченні опадів і поступове підняття або прогинання земної кори.
Геометрія плит кори. Ми порівнювали плити кори, частина з яких показана на малюнку 25, з окремими частинами головоломки. Порівняння не дуже близьке, так як частини головоломки зберігають свої контури, а плити кори надбудовуються з «хвостового» і руйнуються шляхом розплавлення з переднього краю. Тому їх форма не залишається постійною. Деякі з них зараз, можливо, представляють лише осколки дотеперішніх, а інші (як, наприклад, Євразія) можуть складатися з декількох більш давніх плит, спаяних воєдино. Аналогія з конвеєрною стрічкою хоча і корисна, але теж не дуже близька, оскільки плити повертаються. Наприклад, різна ширина чорних смуг на, малюнку 25 показує, що протягом останніх 10 мільйонів років Тихоокеанська плита повернулася за годинниковою стрілкою. В цьому відношенні плити більшою мірою нагадують величезні крижини, які рухаються за течією в озері, постійно стикаючись і стикаючись один з одним, і повільно повертаючись, і навіть тая по краях, і знову замерзаючи. Дуже ймовірно, що ланцюга найвищих гір Землі є результатами зіткнень між плитами кори. Наприклад, система Альп, що виявляє ознаки сильного згинання, зминання і вичавлювання пластів, колись горизонтальних, могла бути утворена при зіткненні рухається на північ Африканської плити з Євразійською. Таким же чином Гімалаї могли утворитися при зіткненні Індійської плити з Євразійською. Гімалаї все ще активні, піднімаючись зі швидкістю близько 30 сантиметрів в сторіччя. Шари осадових порід, типових для багатьох континентальних шельфів (рис. 16), не могли б витримати, якби вони опинились затиснутими між двома величезними масами, кожна товщиною в десятки кілометрів, що зближуються хоча і повільно, але з величезною інерцією. Маленька човен, затиснута між двома важко навантаженими баржами, швидше за все буде розчавлена ​​до невпізнання, хоча б баржі і рухалися зі швидкістю менше 6-8 кілометрів на годину.
Коли ми говоримо про баржах, плаваючих у воді, ми повинні пам’ятати, що ми описувати не континенти, вільно плаваючі і рухомі в базальтах. Ми говоримо про товстих плитах базальту, які рухаються в якомусь ще більш важкому речовині, що залягає нижче, і несуть на собі континенти. Тому по лінії жолобів і хребтів стикаються не тільки континенти, але і цілі товсті плити кори з покровом глибоководних опадів, описаних в п’ятому розділі. Деякі гори (як, наприклад, Альпи) включають великі масиви метаморфічних порід, хімічний склад яких вказує на приналежність їх до глибоководних океанічних відкладів, які зазнали стиску. Ці опади були занадто легкими, щоб занурюватися, і ймовірно, нагромаджувалися уздовж жолоба, у міру того як базальтова плита, Підстилаюча їх, поринала в глибини Землі. Подібно піні, плаваючою на поверхні води, ці відкладення продовжували плавати і в результаті зазнали такого інтенсивного стиску, що були перетворені в метаморфічні породи.
За допомогою магнітних даних, які ми описали раніше і які показують положення магнітних полюсів в минулому, ми можемо простежити, повертаючись в минуле час, вірогідне положення континентів до 100 мільйонів років тому, тобто до крейдяного часу. Тоді континенти знаходилися ближче один до одного, ніж зараз, і Атлантичний океан був набагато вже. Спроби простежити рух далі в глиб часів (до ранньої юри або ще більш раннього часу) дали нам набагато менш чіткі результати. Одна з карт світу, відновлює ситуацію, яка могла б бути 200 мільйонів років тому (рис. 27), показує сучасні континенти об’єднаними в єдиний «світової континент», який потім розпався на шматки, як підталий навесні лід на озері. На малюнку показані передбачувані шляхи руху окремих шматків, за якими вони досягли свого сучасного становища.

Посилання на основну публікацію