Как выглядят тектонические плиты земли
Литосферные плиты
Что мызнаем олитосфере?
Тектонические плиты— это крупные стабильные участки коры Земли, которые являются составными частями литосферы. Если обратиться ктектонике, науке, изучающей литосферные платформы, томыузнаем, что большие поплощади участки земной коры совсех сторон ограничены специфическими зонами: вулканической, тектонической исейсмической активностями. Именно настыках соседствующих плит ипроисходят явления, которые, как правило, имеют катастрофические последствия. Кним можно причислить как извержения вулканов, так исильные пошкале сейсмической активности землетрясения. Впроцессе изучения планеты тектоника платформ сыграла очень важную роль. Еезначение можно сравнить соткрытием ДНК или гелиоцентрической концепцией вастрономии.
Если вспомнить геометрию, томыможем представить, что одна точка может быть местом соприкосновения границ трех иболее плит. Изучение тектонической структуры земной коры показывают, что наиболее опасными ибыстро разрушающимися, являются стыки четырех иболее платформ. Данное формирование наиболее неустойчивое.
Литосфера делится надва типа плит, разных посвоим характеристикам: континентальную иокеаническую. Стоит выделить тихоокеанскую платформу, сложенную изокеанической коры. Большинство других состоят изтак называемого блока, когда континентальная плита впаивается вокеаническую.
Расположение платформ показывает, что около90% поверхности нашей планеты состоит из13больших поразмеру, стабильных участков земной коры. Остальные10% припадают нанебольшие формирования.
Ученые составили карту наиболее крупных тектонических плит:
Изтеории мызнаем, что твердая оболочка земли (литосфера) состоит нетолько изплит, формирующих рельеф поверхности планеты, ноиизглубинной части— мантии. Континентальные платформы имеют толщину от35км (наравнинных территориях) до70км (взоне горных массивов). Учеными доказано, что наибольшую толщину имеет плита взоне Гималаев. Здесь толщина платформы достигает 90км. Самая тонкая литосфера находится взоне океанов. Еетолщина непревышает 10км, авнекоторых районах этот показатель равняется 5км. Наосновании информации отом, накакой глубине находится эпицентр землетрясения икакова скорость распространения сейсмических волн, производятся расчеты толщины участков земной коры.
Процесс формирования литосферных плит
Литосфера состоит преимущественно изкристаллических веществ, образовавшихся врезультате охлаждения магмы при выходе наповерхность. Описание структуры платформ говорит обихнеоднородности. Процесс формирования земной коры происходил длительный период, идлится досих пор. Через микротрещины впороде расплавленная жидкая магма выходила наповерхность, создавая новые причудливые формы. Еесвойства менялись взависимости отсмены температуры, иобразовывались новые вещества. Поэтой причине минералы, которые находятся наразной глубине, отличаются посвоим характеристикам.
Поверхность земной коры зависит отвлияния гидросферы иатмосферы. Постоянно происходит выветривание. Под действием данного процесса меняются формы, аминералы измельчаются, меняя свои характеристики при неизменном химическом составе. Врезультате выветривания поверхность становилась более рыхлой, появлялись трещины имикровпадины. Вэтих местах появлялись отложения, которые нам известны как грунт.
Карта тектонических плит
Напервый взгляд кажется, что литосфера стабильна. Верхняя еечасть таковой иявляется, новот нижняя, которая отличается вязкостью итекучестью, подвижна. Литосфера делится наопределенное число частей, так называемых тектонических плит. Ученые немогут сказать изскольких частей состоит земная кора, поскольку помимо крупных платформ, имеются иболее мелкие формирования. Названия самых больших плит были приведены выше. Процесс формирования земной коры происходит постоянно. Мыэтого незамечаем, поскольку данные действия происходят очень медленно, носопоставив результаты наблюдений заразные периоды, можно увидеть, насколько сантиметров вгод смещаются границы образований. Поэтой причине тектоническая карта мира постоянно обновляется.
Тектоническая плита Кокос
Платформа Кокос является типичным представителем океанических частей земной коры. Она расположена вТихоокеанском регионе. Назападе ееграница проходит похребту Восточно-Тихоокеанского поднятия, анавостоке ееграницу можно определить условной линией вдоль побережья Северной Америки отКалифорнии доПанамского перешейка. Данная плита пододвигается под соседнюю Карибскую плиту. Эта зона отличается высокой сейсмической активностью.
Сильнее всего отземлетрясений вданном регионе страдает Мексика. Среди всех стран Америки именно наеетерритории расположено больше всего потухших идействующих вулканов. Страна перенесла большое количество землетрясений смагнитудой выше 8баллов. Регион достаточно густонаселенный, поэтому помимо разрушений, сейсмическая активность приводит икбольшому числу жертв. Вотличии отКокоса, расположенные вдругой части планеты, Австралийская иЗападно-Сибирская платформы отличаются стабильностью.
Движение тектонических плит
Долгое время ученые пытались выяснить, почему водном регионе планеты гористая местность, авдругом равнинная, ипочему происходят землетрясения иизвержения вулканов. Различные гипотезы строились преимущественно натех знаниях, которые были доступны. Лишь после годов двадцатого столетия удалось более детально изучить земную кору. Изучались горы, образованные наместах разлома плит, химический состав этих плит, атакже создавались карты регионов стектонической активностью.
Визучении тектоники особое место заняла гипотеза оперемещениях литосферных плит. Еще вначале двадцатого века немецкий геофизик А.Вегенер выдвинул смелую теорию отом, почему они двигаются. Онтщательно исследовал схему очертаний западного побережья Африки ивосточного побережья Южной Америки. Отправной точкой вего исследованиях стала именно схожесть очертаний данных континентов. Онпредположил, что, возможно, эти материки были раньше единым целым, азатем произошел разлом иначался сдвиг частей коры Земли.
Его исследования затрагивали процессы вулканизма, растяжение поверхности дна океанов, вязко-жидкую структуру земного шара. Именно труды А.Вегенера были положены воснову исследований, проводимых в годах прошлого века. Они стали фундаментом для возникновения теории «тектоники литосферных плит».
Данная гипотеза описывала модель Земли следующим образом: тектонические платформы, имеющие жесткую структуру иобладающие разной массой, размещались напластичном веществе астеносферы. Они находились вочень неустойчивом состоянии ипостоянно перемещались. Для более простого понимания можно провести аналогию сайсбергами, которые постоянно дрейфуют вокеанических водах. Так итектонические структуры, находясь напластичном веществе, постоянно перемещаются. Вовремя смещений плиты постоянно сталкивались, заходили одна надругую, возникали стыки изоны раздвижения плит. Данный процесс происходил из-за разности вмассе. Вместах столкновений образовывались области сповышенной тектонической активностью, возникали горы, происходили землетрясения иизвержения вулканов.
Скорость смещения составляла неболее 18см вгод. Образовывались разломы, вкоторые поступала магма изглубинных слоев литосферы. Поэтой причине породы, составляющие океанические платформы, имеют разный возраст. Ноученые выдвинули даже более невероятную теорию. Помнению некоторых представителей научного мира, магма выходила наповерхность ипостепенно охлаждалась, создавая новую структуру дна, при этом «избытки» земной коры под действием дрейфа плит, погружались вземные недра иснова превращались вжидкую магму. Какбы там нибыло, адвижения материков происходят ивнаше время, ипоэтой причине создаются новые карты, для дальнейшего изучения процесса дрейфа тектонических структур.
Жизнь и тектоника плит планеты Земля
При взгляде из космоса совсем не очевидно, что наша Земля кишит жизнью. Чтобы понять, что она здесь есть, нужно приблизиться достаточно близко к планете. Но даже из космоса наша планета все равно кажется живой. Ее поверхность разделена на семь континентов, которые омываются огромными океанами. Ниже этих океанов, в невидимых глубинах нашей планеты, тоже есть жизнь.
Тектоника
Десяток холодных, жестких пластин медленно скользят поверх горячей внутренней мантии Земли. Они ныряют друг под друга, и время от времени сталкиваются. Этот процесс, называемый тектоникой плит, является одним из определяющих характеристики планеты Земля. Люди в основном ощущают его, когда происходят землетрясения и извергаются вулканы.
Но тектоника плит ответственна и за что-то более серьезное, чем землетрясения и извержения. Новые исследования говорят о том, что тектоническая активность Земли может иметь важное значение для другой определяющей черты нашей планеты: жизни. Наша Земля имеет движущуюся, все время трансформирующуюся внешнюю кору. И и это может быть основной причиной того, что Земля настолько удивительна. И что никакая другая планета не может сравниться с ее изобилием.
«Понимание тектоники плит является важным ключом к пониманию нашей собственной планеты. И причины ее обитаемости. Как возникла эта живая планета, и как ей удалось поддерживать жизнь в течение миллиардов лет?» — заявила Кэтрин Хантингтон, геолог из Вашингтонского университета. «Тектоника плит — это то, что влияет на нашу атмосферу с самых древних времен. Она происходила всегда таким образом, чтобы на поверхности была жидкая вода и температура планеты не опускалась до критических для живых организмов значений».
Лава из вулкана Килауэа на Гавайях уничтожила десятки домов за последний месяц. Вулкан является результатом работы того же самого горячего пятна, который образует цепь гавайских островов.
USGS
Важно для жизни
В последние годы геологи и астробиологи все чаще называют тектонику плит одной из тех особенностей, которые делает Землю уникальной. Они показали, что атмосфера Земли обязана своей долговечностью, составом и невероятно стабильной температурой — не слишком горячей, но не слишком холодной — свойствам ее коры. Без тектоники плит, приводящей к миграции береговых линий и изменению высоты приливов, океаны будут бесплодными. И лишенными питательных веществ. Если бы тектоника плит не заставила плиты нырять друг под друга и обратно в процессе, называемом субдукцией, то морское дно было бы совершенно стерильным. И было бы лишено интересной для жизни химии. А это означает, что жизнь, возможно, никогда бы и не возникла.
Однако понимание того, как тектоника плиты влияет на эволюцию — и является ли она необходимым ингредиентом в этом процессе — зависит от поиска ответов на некоторые из самых горячих вопросов в области геофизики: как и когда плиты начали двигаться. Выяснение, почему наша планета имеет движущуюся кору, может рассказать геологам не только о Земле. Но и обо всех планетах или спутниках с твердыми поверхностями. И то, могут ли они иметь жизнь.
От гор до морских глубин
В 2012 году кинорежиссер Джеймс Кэмерон стал одним из немногих людей, которые погружались в самое глубокое место на Земле. Он коснулся дна на глубине 10898 метров ниже поверхности океана. В самой глубокой точке Марианской впадины — «Бездне Челленджера». Она находится на стыке двух тектонических плит. Кэмерон обнаружил там свидетельства того, что жизнь процветает даже в таких экстремальных местах нашей планеты.
По мере того, как тихоокеанская плита погружается в мантию Земли, она нагревается. И высвобождает воду, которую содержат ее породы. В процессе, называемом серпентинизацией, вода вымывается из плиты. И меняет физические свойства верхней мантии. Это превращение позволяет метану и другим соединениям просачиваться из мантии через горячие источники на холодном дне океана.
Подобные процессы, происходившие на ранней Земле, могли бы обеспечить начальные ингредиенты для метаболизма. Которые, возможно, породили первые делящиеся клетки. Кэмерон показал доказательства существования современных потомков таких клеток. Это микробные маты — колонии микробов, которые процветают под толщей почти одиннадцати километров воды. Куда солнечный свет не проникает. А давление более чем в 1000 раз превышает существующее на уровне моря.
«Это действительно захватывающе. Потому что это связывает тектонику плит с жизнью», — сказал Кит Клепейс, геолог из Университета Вермонта. «Это дает нам идеи о том, что искать в других местах в Солнечной системе. Это дает нам представление о том, что могло происходить на Земле в древности».
Микробный коврик в белом покрывает желтые кораллы у вулкана Восточный Диаманте в Тихоокеанском кольцевом огне. Коврик подает химическую энергию гидротермальных вентиляционных отверстий. Экспедиция «Тихоокеанское кольцо огня 2004». Управление океанических исследований NOAA; Д-р Боб Эмбли, NOAA PMEL, главный научный сотрудник.
Рекордное погружение Камерона было не единственной экспедицией, демонстрирующей связь между тектоникой плит и жизнью океана. Недавние исследования связывают тектоническую активность плит с вспышкой эволюции, названной кембрийским взрывом, случившейся 541 млн. лет назад. Тогда вдруг, как кажется без каких либо причин, возникла потрясающая масса новой, сложной жизни.
Питательные вещества
В декабре 2015 года исследователи из Австралии опубликовали отчет об исследовании примерно 300 образцов, полученных при бурении морского дна по всему миру. Некоторые из них имели возраст более 700 миллионов лет. Ученые измеряли уровень фосфора, а также микроэлементов, таких как медь, цинк, селен и содержащие кобальт питательные вещества, которые необходимы для поддержания жизни. Когда эти питательные вещества обильны в океанах, они могут вызвать быстрый рост планктона. Исследователи из Университета Тасмании показали, что концентрации этих элементов увеличилась на порядок примерно 560-550 миллионов лет назад.
Ученые утверждают, что именно тектоника плит ответственна за этот процесс. Горы формируются, когда континентальные плиты сталкиваются и толкают скалы в небо, где они подвергаются воздействию воды из атмосферы. Затем выветривание медленно выщелачивает питательные вещества из гор в океаны.
Удивительно, но ученые также обнаружили, что эти элементы были в изобилии в более поздние периоды. И что эти периоды совпадали с массовыми вымираниями. Скорее всего такие периоды, связанные с питательными веществами, случались, когда фосфор и микроэлементы потреблялись Землей быстрее, чем их можно было пополнить.
Тектоническая активность также играет важную роль в поддержании долгосрочной устойчивости температурного режима Земли. Планета со слишком большим количеством углекислого газа может стать похожей на Венеру, ныне адски горячую. Активность плит на Земле помогла регулировать уровень углекислого газа в течение многих геологических эпох.
Дождь и ветер
Процесс выветривания, который вытягивает питательные вещества из горных вершин, позволяя им попадать в океаны, также помогает удалять углекислый газ из атмосферы. Первый этап этого процесса происходит, когда атмосферный углекислый газ объединяется с водой с образованием угольной кислоты. Это соединение помогает растворять породы и ускорять процесс выветривания. Дождь вносит в океан как углекислоту, так и кальций из растворенных пород. Диоксид углерода также растворяется непосредственно в океане. Где сочетается с углекислотой и растворенным кальцием. Это позволяет произвести известняк, который падает на дно океана. В конечном итоге связанный углекислый газ поглощается мантией.
Тектоника плит может даже отвечать за другой атмосферный ингредиент и, возможно, самый важный: кислород.
За полтора миллиарда лет до кембрийского взрыва, еще в архейской эпохе, на Земле почти не было кислорода, которым мы дышим сейчас. Водоросли уже начали использовать фотосинтез для производства кислорода, но большая часть этого кислорода потреблялась богатыми железом породами, которые использовали кислород для своего превращения в ржавчину.
Согласно исследованиям, опубликованным в 2016 году, тектоника плит инициировала двухэтапный процесс, который привел к более высоким уровням кислорода. На первом этапе субдукция заставила мантию Земли меняться и вырабатывать два типа коры — океаническую и континентальную. В континентальной версии было меньше минералов, богатых железом, и больше богатых кварцем пород, которые не вытягивают кислород из атмосферы.
Тектонические плиты на других планетах
Получается тектоника важна для жизни?
Проблема состоит в том, что у нас есть один образец. У нас есть одна планета, одно место с водой и скользящей внешней корой. Лишь одно место, которое изобилует жизнью. Другие планеты или спутники могут иметь активность, напоминающую земную тектонику. Но она однозначно не будет похожа на ту, которую мы видим на Земле.
Земля в конечном итоге остынет настолько, что тектоника плит будет ослабевать. И планета, в конце концов, перейдет в застывшее состояние. Новые суперконтиненты будут расти и исчезать, прежде чем это произойдет. Но в какой-то момент землетрясения прекратятся. Вулканы будут выключены навсегда. Земля умрет, как Марс. Будут ли какие — либо формы жизни населять ее к этому времени — это вопрос будущего.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Ученые смоделировали глобальную тектоническую историю Земли за миллиард лет
Merdith et al. / Earth-Science Reviews, 2021
Геофизики представили глобальную реконструкцию тектонических перемещений литосферных плит в течение последнего миллиарда лет. Она впервые объединила в рамках непрерывной и согласованной кинематической модели палеомагнитные данные об изменении расположения континентов с геологическими данными об эволюции границ между плитами. О результатах моделирования сообщает статья в Earth-Science Reviews.
Тектоника плит — это геодинамическая концепция, основанная на представлении о земной литосфере как о совокупности подвижных фрагментов — литосферных плит, которые в процессе перемещения непрерывно взаимодействуют между собой. Движение плит управляется конвекционными мантийными потоками и представляет собой элемент системы теплопереноса от центра Земли к поверхности. Нижние слои литосферных плит образованы породами мантии, верхние — это кора либо только океанического типа, либо океанического и континентального. Взаимодействие движущихся плит приводит к образованию на границах между ними зон сейсмической и вулканической активности. Границы между плитами, движущимися во встречном направлении, называются конвергентными, границы между раздвигающимися плитами — дивергентными. Если плиты двигаются в одном направлении, но с разными скоростями, границу между ними называют трансформной. Различия процессов, происходящих на границах того или иного типа, обусловливают формирование разных геологических структур — рифтов, глубоководных желобов, складчатых систем.
Схематическое сравнение эволюции тектонического моделирования плит: a) модели палеогеографического типа («континентального дрейфа»); b) глобальные реконструкции тектонической истории, включающие эволюцию границ. Палеомагнитные данные являются основой реконструкции движения континентов в обоих типах, однако включение геологических данных в модель (б) позволяет строить границы плит и определять тип этих границ
Merdith et al. / Earth-Science Reviews, 2021
Тектонические процессы начали играть значимую роль в палеогеографии Земли, по-видимому, около 3,2 миллиарда лет. Но глобальные реконструкции тектонической истории с использованием комплекса геологических и геофизических (палеомагнитных) данных, полученных с континентов и с океанского дна, ограничены ближайшими к современности 200 миллионами лет. Это максимальный возраст океанической коры, так как более древнее дно океанов поглощено в процессе субдукции (погружения одной плиты под другую) на конвергентных границах. Поэтому моделирование отражает движение плит и эволюцию границ с полнотой, достаточной для количественного анализа, лишь со времени начала распада суперконтинента Пангея, существовавшего в позднем палеозое — раннем мезозое, около 335–170 миллионов лет назад. При этом абсолютные координаты рассчитывают в системе отсчета, связанной с движениями Африканской плиты, которые определены несколькими независимыми методами.
Вращательная основа модели относительного движения плит: а) схема определения движения по отношению к Африканской плите за последние 50 миллионов лет; б) то же на карте, где синяя точка ― полюс абсолютного смещения Африканской плиты; c) пример движения плит относительно Африки, зафиксированной в современном положении
Merdith et al. / Earth-Science Reviews, 2021
Для более раннего времени — вплоть до миллиарда лет назад — ученые уже построили модели, воссоздающие конфигурацию континентов и даже состояние границ между плитами, однако каждая из них охватывает разные периоды или регионы. Полностью непрерывной модели, охватывающей тектоническую историю Земли за это время, до сих пор не существовало. Реконструкция положения плит базируется на решении задач о вращении твердого тела с использованием теоремы Эйлера. При решении этих задач ученые оперируют данными о широте, долготе и углах поворота, и для ранних эпох единственным источником этих данных служат результаты палеомагнитных измерений. По направлению намагниченности пород можно установить, как изучаемое геологическое тело было ориентировано по отношению к полюсу и на какой широте находилось. Однако абсолютную долготу установить таким образом нельзя из-за симметрии геомагнитного поля относительно оси вращения Земли.
Вращательная основа модели абсолютного движения плит: а) схема определения движения по отношению к Африканской плите; б) пример абсолютного положения плит 450 миллионов лет назад
Merdith et al. / Earth-Science Reviews, 2021
Древнейшие долготы плит восстанавливаются двумя методами. Первый из них базируется на предположении о длительной устойчивости крупнейших восходящих потоков в мантии, но применимость этого метода для докембрийских моделей оставалась спорной. Основой другого метода служит модель ортоверсии, согласно которой в каждом новом цикле образования суперконтинента плиты располагаются под углом 90 градусов к предыдущему положению. Ограничения на этот метод накладывает недостаток палеомагнитных данных.
Исследователи из Австралии, Китая и Франции под руководством Эндрю Мердита (Andrew S. Merdith) из Лионского университета-1 имени Клода Бернара сумели объединить тектонические модели, построенные для разных геологических эр.
Схема развития глобальных тектонических моделей. Усовершенствованная непрерывная реконструкция объединяет модели MER17, DOM16, DOM18 и YOU19. Ось X без масштабирования. Cr ― криогенийский период неопротерозойской эры, Ed ― эдиакарский период неопротерозойской эры
Merdith et al. / Earth-Science Reviews, 2021
На первом этапе ученые отобрали из множества современных моделей развития тектоники четыре, наиболее полно описывающие перемещение плит в комплексе с эволюцией границ между ними. Глобальная модель YOU19 реконструирует тектонику за последние 410 миллионов лет, то есть от среднего палеозоя до настоящего времени. В ней движение плит привязано и к палеомагнитной, и к мантийной системе отсчета. Модели DOM16 и DOM18 — региональные. DOM16 включает реконструкцию тектоники Гондваны и древних плит Лаврентия и Балтика, а DOM18 — Гондваны, Сибирской и Китайской плит. Обе эти модели относятся к раннему палеозою (500–410 миллионов лет назад). Глобальная модель MER17 охватывает промежуток времени от 1000 до 520 миллионов лет назад — неопротерозойскую эру и самую раннюю часть палеозоя. Она представлена только в палеомагнитной системе отсчета, не имеет поправки на истинное движение полюсов и не привязана к мантийной системе отсчета, то есть к твердому телу Земли. Контроль абсолютной палеодолготы в этой модели отсутствует.
Распределение континентальной коры, океанических бассейнов и границ плит в настоящее время. Желто-коричневым обозначены области континентальной литосферы в неопротерозое, синим ― области современной континентальной литосферы
Merdith et al. / Earth-Science Reviews, 2021
Распределение континентальной коры, океанических бассейнов и границ плит 500 миллионов лет назад. Зеленым обозначены области континентальной литосферы в неопротерозое, синим ― области современной континентальной литосферы, предположительно существовавшие в неопротерозое
Merdith et al. / Earth-Science Reviews, 2021
Распределение континентальной коры, океанических бассейнов и границ плит миллиард лет назад. Желто-коричневым обозначены области континентальной литосферы в неопротерозое, синим ― области современной континентальной литосферы, предположительно существовавшие в неопротерозое
Merdith et al. / Earth-Science Reviews, 2021
Затем ученые разработали для всех моделей единую методику определения по палеомагнитным измерениям кажущегося перемещения полюсов, которое отражает изменение положения плит во времени. Эта методика потребовала корректировки местонахождения некоторых континентов в неопротерозое: Западно-Африканского кратона, Конго, Янзцы, Сино-Корейского кратона и Тарима (древний микроконтинент в составе современной Центральной Азии). Благодаря коррекции удалось уточнить конфигурацию протерозойского суперконтинента Родиния. Для палеозоя геофизики скорректировали положение Сибирского кратона и Лавруссии, объединявшей Северо-Американский (Лаврентия) и Восточно-Европейский (Балтика) древние континенты.
Реконструкции плит, показывающие обновленную модель для Австралии-Лаврентии: а) миллиард лет назад; б) 975 миллионов лет назад; c) 950 миллионов лет назад; d) 925 миллионов лет назад; e) 900 миллионов лет назад; f) 580 миллионов лет назад; g) 560 миллионов лет назад. Желто-коричневым обозначены области континентальной литосферы в неопротерозое, синим ― области современной континентальной литосферы, предположительно существовавшие в неопротерозое. Зеленый ― континентальная литосфера, которая деформируется во время будущих тектонических циклов
Merdith et al. / Earth-Science Reviews, 2021