В далеком 1911 году немецкий метеоролог и геофизик Альфред Вегенер проводил исследования в университетской библиотеке, когда наткнулся на научную статью, в которой перечислялись древние окаменелости идентичных растений и животных, которые были найдены по обе стороны Атлантический океан. Это заставило Вегенера задуматься о том, как одни и те же организмы могли развиться в двух местах, разделенных тысячами миль воды. Некоторые ученые считали, что когда-то между этими местами существовали сухопутные мосты. Но Вегенер посмотрел на карты береговых линий Африки и Южной Америки и пришел к другому выводу. Что, если эти континенты когда-то были соединены, а затем разъединены в ходе продолжающегося до сих пор процесса?
Вдохновленный этим, Вегенер придумал свою теорию дрейфа континентов, которая в то время широко высмеивалась как нелепая. Однако к 1950-м и 1960-м годам ученые пришли к мысли, что Вегенер мог что-то понять и что куски земной коры медленно движутся - процесс, который не только объясняет многие особенности планеты, но и может помочь в ее изучении. жизнь на Земле возможна.
Теория тектоники плит
Тектоника плит - это теория, согласно которой земная кора и верхняя мантия состоят из многочисленных крупных и второстепенных плит, которые плотно прилегают друг к другу, но находятся в непрерывном движении, иногда двигаясь навстречу друг другу, а иногда в разные стороны.
Это движение известно как движение плит или тектонический сдвиг, и оно продолжается очень, очень давно. В исследовании, проведенном учеными Университета Джона Хопкинса, опубликованном в августе 2019 года в научном журнале Nature, делается вывод о том, что тектоника плит началась около 2.5 миллиардов лет назад, и с тех пор постепенно развивалась.
«Земля - это крупномасштабная тепловая машина», - объясняет по электронной почте Рэй Руссо, адъюнкт-профессор геологии Университета Флориды и эксперт в области тектоники плит. «Тепло, оставшееся от планетарной аккреции, от гравитационного сжатия и от радиоактивного распада, задерживается внутри Земли. Поскольку тепло течет из теплых областей в холодные, внутреннее тепло Земли имеет тенденцию течь к ее холодной поверхности. Наиболее эффективный способ для этого тепло, попадающее из недр на поверхность Земли, осуществляется конвекцией, поэтому в больших масштабах горячий материал мантии поднимается и замещает холодный материал мантии, образовавшийся на поверхности Земли.
«Холодный материал - это, по сути, твердые плиты Земли», - продолжает Руссо. «Эти плиты становятся плотными по мере остывания, и в конечном итоге они становятся достаточно плотными, чтобы погрузиться в мантию, охлаждая планету и перемешивая мантию в глобальном масштабе. В двух словах, это тектоника плит."
Плиты движутся очень-очень медленно - средняя скорость составляет 0,6 дюйма (1,5 сантиметра) в год, хотя у ученых разные мнения о том, замедляется ли движение или увеличивается.
Плиты взаимодействуют вдоль своих границ тремя различными способами:
- Там, где две плиты отдаляются друг от друга, образуетсярасходящаяся граница, зона, в которой часты землетрясения, а горячая магма, или расплавленная порода, поднимается из мантии в глубь поверхность для образования новой корочки.
- И наоборот, в местах, где сходятся две плиты, возникаетконвергентная граница. Удар плит в этих местах может привести к тому, что края изгибаются и поднимаются вверх, образуя горный хребет, или же изгибаются, образуя глубокую траншею на дне океана. Цепи вулканов часто формируются параллельно границам. Сходящиеся границы создают континентальную кору, но разрушают кору, являющуюся частью дна океана.
- На границетрансформируемой пластины две пластины будут скользить одна мимо другой. Кора вдоль границы трансформной плиты будет растрескиваться и ломаться, но, в отличие от двух других типов границ, она не создаст новой коры. Вдоль этих разломов часто случаются землетрясения.
Формирование вулканов
Как объясняет Руссо, тектоника плит сильно влияет на всю нашу планету и все ее естественные процессы. Одна из важных причин заключается в том, что движение плит вызывает образование вулканов - в основном, разрывов в земной коре, которые служат выходами для тепла и лавы, - и их извержения постоянно выводят на поверхность океанические бассейны, составляющие 72 процента поверхности Земли. Не менее важно и то, что вулканическая активность, связанная с движением тектонических плит, заставляет более легкие и менее плотные минералы отделяться от более тяжелых и плотных в мантии Земли.«Накопление этих легких минералов приводит к развитию и росту континентов, на которых мы живем», - говорит Руссо.
Движение тектонических плит также во многом помогло создать условия, которые сделали возможной жизнь на Земле. Это приводит, например, к взаимодействию горячих вулканических пород с водой в океане, а выщелачивание ионов из этих пород регулирует соленость океанов. «Жизнь развивалась в океанах, в присутствии этой богатой ионами воды, и прямое следствие этого - соленость крови людей, эквивалентная солености морской воды», - говорит Руссо. Кроме того, вулканическая активность, вызванная тектоникой плит, также помогла создать плодородную почву, которая позволяет растениям расти и производить как пищу, так и кислород, необходимые для жизни людей и крупных животных, отмечает он.
Изменяя конфигурацию континентов и океанских бассейнов, тектоника плит также влияет на климат планеты.«Например, нынешняя форма океанских бассейнов постоянно поставляет теплые экваториальные воды в полярные регионы, удерживая планету от очень высоких температур поверхности между экватором и полюсами», - говорит Руссо.
Горы, образованные тектоникой, также являются одними из самых важных поглотителей углекислого газа на планете, помогая снизить уровень атмосферного CO2 за счет образования новых минералов. Этот процесс усиливается и ослабевает в ответ на изменения температуры, позволяя горам действовать как гигантские термостаты.
Постепенное перемещение континентальных масс также сыграло важную роль в биологической эволюции. «Видообразование - развитие новых видов - происходит при разделении единой группы растений или животных на две группы, уже не находящиеся в репродуктивном контакте, как, например, часто бывает при распаде суперконтинента и образовании между его континентальные фрагменты», - объясняет Руссо.
Все это может заставить Альфреда Вегенера, который умер в 1930 году, когда он заблудился во время снежной бури во время экспедиции в Гренландию, наконец-то почувствовать себя оправданным.
Интересно
В то время как Венера и Марс имеют горячие недра и на их поверхности видны признаки недавней деформации, Земля - единственная планета в Солнечной системе, чья поверхность разделена на плиты. Меркурий, другая каменистая планета, больше не является геологически активной.