Роберт Хейзен - История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет

Словно пелена спала с глаз, и новая наука о тектонике плит оказалась в центре внимания ученых. Срединно-океанические хребты и зоны субдукции определяют границы примерно дюжины движущихся плит, каждая из которых холодна (по сравнению с нижележащей мантией), хрупка (а потому подвержена растрескиванию при землетрясениях), имеет мощность всего несколько десятков километров, зато протяженность – тысячи километров. Эти жесткие плиты просто скользят по поверхности более горячих и мягких пород мантии. Тихоокеанское огненное кольцо оконтуривает одну такую плиту, Антарктида и окружающие ее моря – другую. Североамериканская и Южноамериканская плиты, простираются на запад от Срединно-Атлантического хребта до Тихоокеанского побережья Америки, в то время как Евроазиатская плита тянется на восток от Срединно-Атлантического хребта до Тихоокеанского побережья Восточной Азии. Африканская плита простирается от Срединно-Атлантического хребта на западе до середины Индийского океана на востоке, проявляя поразительные тектонические свойства: Африканский материк начинает распадаться по образцу формирования рифтовой долины, и линия распада обозначается цепью озер и действующих вулканов, а также высокогорьем, откуда бывают родом бегуны-рекордсмены. Когда-нибудь Африканская плита расколется пополам, а посредине образуется новый океан.

Срединно-океанические хребты порождают новый материал плит, а зоны субдукции поглощают старый, но эта модель осложняется сферической геометрией Эвклида: Земля – шар. Геометрия образования и субдукции тектонических плит в шаре предполагает, что соприкосновение одних плит с другими происходит по зубчатым линиям трансформных разломов – отсюда и сдвинутые границы полос на знаменитой магнитной карте Мейсона – Раффа, отражающей картину хребта Хуан де Фука. Беспокойный разлом Сан-Андреас, причина многих памятных калифорнийских землетрясений, представляет собой еще один такой шов. По мере того, как мощная Северо-Американская плита движется в юго-восточном направлении относительно другой массивной Тихоокеанской плиты, с каждым днем усиливается напряжение вдоль разлома, что приближает жителей Лос-Анджелеса и Сан-Франциско к очередной «большой встряске».

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] Основная идея автора заключается в признании элементов спрединга (разрастания первичного базальтового океанического дна) и субдукции (погружения более тяжелой океанической коры под более легкую гранитно-метаморфическую) в раннеархейское время. Поднимающиеся мантийные плюмы могли образовывать вулканические острова, типа Гавайских, хотя последние сформировались гораздо позже, начиная с меловой эпохи. – Прим. ред. .

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.