Маршия Бьорнеруд - Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога

Между тем составление карты, показывающей возраст пород на дне Мирового океана, выявило еще одну странную закономерность: полосы пород любого данного возраста в Тихом океане оказались значительно шире, чем в Атлантическом. С начала кайнозойской эры 65 млн лет назад (т. е. с момента гибели динозавров) скорость спрединга океанического дна в Атлантике составляла в среднем около 1 см в год, что примерно равняется скорости роста ногтей. Это достаточно быстро — настолько, что в долине Тингведлир в Исландии, одном из немногих мест, где срединно-океанический хребет находится выше уровня моря — и где викинги с 930 г. н. э. проводили ежегодные собрания своего парламента альтинга, — был построен центр для посетителей, ширина которого равна тому расстоянию, на которое разрослась кора со времен древних викингов.

С другой стороны, скорость спрединга атлантического дна достаточно мала — настолько, что зеленые морские черепахи ( Chelonia mydas ), которые обитают в Бразилии и со времен динозавров совершают ежегодное плавание, чтобы отложить яйца на родном острове, представляющем собой поднятую над водой часть Срединно-Атлантического хребта, кажется, не заметили того, что за это время остров стал почти на 1100 км дальше. Черепахам пришлось бы куда сложнее, если бы их гнездовые пляжи находились в Тихом океане, где скорость расширения дна на порядок больше — она составляет почти 10 см в год (чуть медленнее скорости роста волос у человека). Если предположить, что скорость спрединга океанического дна просто отражает темпы мантийной конвекции, то почему под одним океаном конвекционные процессы происходят интенсивнее, чем под другим?

Замечательные карты Мари Тарп содержат ответ и на загадку о разной скорости движения плит в двух океанах. В частности, они показывают существенные различия между окраинами Тихоокеанского и Атлантического бассейнов: окраины Атлантического океана представлены в основном мелкими континентальными шельфами наподобие того, что мы видим у восточного побережья США, где глубины не превышают 200 м и океаническая кора постепенно переходит в материковую. В противоположность этому, окраины Тихого океана зачастую обрамляются головокружительными безднами, как у западного побережья Южной Америки, где глубины достигают более 8000 м ниже уровня моря. Эти глубоководные желобы отмечают собой зоны субдукции, где старая холодная океаническая кора, подчиняясь тому же инстинкту, что и бразильские морские черепахи, возвращается к месту своего рождения в недрах Земли.

Когда базальтовая океаническая кора достигает возраста примерно в 150 млн лет и удаляется на сотни километров от породившего ее разлома, она становится такой же плотной, как нижележащая мантия, в результате чего начинает погружаться обратно в глубь Земли под определенным углом и при этом тянет за собой остальную часть плиты подобно одеялу, соскальзывающему с края кровати (рис. 8). Сила этого субдукционного «затягивания», вероятнее всего, и определяет более высокую скорость спрединга океанического дна в Тихом океане — его рифтовые разломы просто создают новую кору в том же темпе, в котором происходит поглощение старой океанической коры по краям. В отличие от этого, скорость спрединга атлантического дна предположительно соответствует естественному, величественному и неспешному ритму жизнедеятельности мантии. Таким образом, земная кора является не пассивной «крышкой», а активной системой, где тектонические плиты не просто движутся в ритме, задаваемом конвективными процессами в мантии, но и в некоторых случаях задают собственный ритм, в конечном итоге диктуя и скорость образования гор. Но, для того чтобы образовались горы, сначала должна сформироваться континентальная кора, а это снова возвращает нас к срединно-океаническим хребтам.

Вайн и Мэтьюз правильно истолковали морфологию океанических хребтов как результат последовательного поступления на поверхность и охлаждения все новых порций базальтового расплава. Но процесс остывания свежего океанического базальта происходит вовсе не так пассивно, как у вынутого из духовки суфле. Вместо этого холодная океаническая вода стремительно проникает внутрь извергнутой породы через трещины и поры, жадно поглощает тепло, а затем под давлением вырывается наружу в виде подводных гейзеров, образующих трубообразные постройки и известных как черные курильщики . По пути вода прихватывает из молодых пород не только джоули, но и растворимые химические элементы, такие как кальций, и оставляет взамен натрий, тем самым уменьшая соленость океана. (Об этом не было известно Джону Джоли, когда тот пытался оценить возраст Земли исходя из солености морской воды. Полученная им цифра в 100 млн лет не была абсолютно бессмысленной — просто она отражала типичное время пребывания натрия в морской воде, а не возраст Земли.) По примерным оценкам, весь объем воды, содержащийся в Мировом океане, проходит таким образом через молодые базальтовые породы срединно-океанических хребтов примерно за 8 млн лет [28] East Pacific Rise Study Group, 1981. Crustal processes of the mid-ocean ridge. Science , 213, 31–40. .

Но не вся проникающая внутрь вода выходит наружу. Попадая в запутанные лабиринты и образуя химические связи с находящимися в базальтах минералами, часть воды остается запертой в океанической коре на длительный срок. Как выяснилось, эта случайная ловушка для воды является одним из важнейших компонентов тектонической системы Земли. Субдуцирующая океаническая плита, со дней своей молодости насыщенная «спрятавшейся» водой, погружается в мантию и постепенно нагревается. Когда она достигает глубины около 50 км, эта древняя морская вода начинает, наконец, высвобождаться и проникает в окружающую мантию. Мы привыкли представлять круговорот воды в природе как относительно короткий по времени цикл: молекула воды остается в атмосфере в среднем около девяти дней; время пребывания воды даже в самых больших озерах, таких как Верхнее озеро, составляет один-два века; подземные воды в глубоких горизонтах могут находиться там целое тысячелетие. Однако существует и цикл круговорота воды продолжительностью более 100 млн лет, который проходит через верхнюю мантию, и на самом деле такая гидратация мантии является необходимым шагом в «рецепте приготовления» континентальной коры.

В присутствии воды твердая (в ином случае) порода мантийного клина над субдуцирующей плитой начинает плавиться при более низкой температуре, чем обычно, — аналогично тому, как соль снижает температуру таяния льда на тротуаре. Это спровоцированное водой плавление ведет одновременно к разрушению и созиданию: благодаря ему в конечном итоге образуется новая континентальная кора, но это происходит в результате деятельности одних из самых мощных и смертоносных вулканов на нашей планете, которые возникают на верхней плите, прямо над тем местом в зоне субдукции, где погружающаяся плита отдает свои запасы воды. Обычно вулканы образуют дугообразную цепь в форме растянутой буквы C, что отражает кривизну субдукционного желоба на сферической Земле — аналогично тому, как вмятина на мячике для пинг-понга имеет серповидную форму. Если верхняя плита, как и погружающаяся под нее нижняя плита, также представлена базальтовой океанической корой, образующуюся цепочку вулканических островов называют островной дугой . В качестве примера можно привести Японию, Индонезию, Филиппины, Алеутские острова и северную часть Новой Зеландии. Если нижняя плита подползает под континентальную плиту, образующуюся цепочку вулканов называют континентальной дугой . Такими дугами, например, являются Каскадные горы и Анды (рис. 8).