Знание-сила, 2009 № 03 (981)

Вчера, сегодня и завтра тектоники плит

Руслан Григорьев

Мюриэль Гербо и Валери Клуар из Чилийского университета утверждают, что в геологически недалеком будущем Тихий океан будет фактически разделен надвое. Его разрежет высокая подводная гряда, которая пройдет почти параллельно экватору, чуть южнее него и наискосок, от острова Пасхи до островов Самоа. По словам чилийских исследовательниц, вот уже 7 миллионов лет, как северная часть океана ползет на запад чуть быстрее южной — почти на сантиметр в год, метр в столетие. Как ни мала эта разница, за несколько миллионов лет она станет достаточной, чтобы разорвать океанское дно вдоль этой линии, что приведет к выходу из недр горячей магмы. Застыв, она образует подводный хребет, который разделит океан, а может, и выйдет в некоторых местах на поверхность в виде новых островов. По мнению авторов, это уже однажды произошло в прошлом, когда вдоль этого сдвига поднялись ныне существующие островные архипелаги Таити, Фиджи, Самоа и сам остров Пасхи. Другие геологи, однако, считают, что эти архипелаги образовались за счет прорыва магмы сквозь тихоокеанское дно независимо от его дислокации, и потому нет оснований опасаться, что она приведет к образованию целых хребтов и разделу океана.

Но как это может быть, чтобы одна часть океанского дна «ползла» куда-то быстрее, чем другая? Чтобы понять это утверждение, вспомним, что господствующая ныне модель земных океанов и континентов говорит, что и те, и другие лежат на огромных кусках земной коры, которые? в свою очередь, лежат на так называемых тектонических плитах толщиной в 100–200 километров. Эти плиты движутся по вязкой пластичной поверхности подстилающего их слоя — верхней мантии. В действительности плит больше, чем океанов и континентов, вместе взятых; например, прилегающая к Южной Америке часть тихоокеанского дна лежит на двух разных плитах: прилегающая к Филиппинам — на отдельной Филиппинской плите, а прилегающая к Австралии — на Австралийской плите. Та плита, о возможной «дислокации» которой говорят чилийские исследовательницы, это Тихоокеанская плита, которая несет на себе основную часть Тихого океана.

Кажется непонятным, как может океан, то есть масса воды, лежать сразу на двух плитах? Если это разные плиты, между ними, наверно, должна быть щель, а в такую глубокую (100–200 километров) щель может ведь уйти вся вода? Это, конечно, неверное представление. Между двумя плитами действительно имеется щель, но она заполнена магмой, которая непрерывно выползает из недр нижней мантии и застывает в виде нового океанского дна. Так что за воду океана не стоит беспокоиться — вытечь ей некуда. Но необходимо понять, что за счет образования этого нового дна общее океанское дно расширяется, а сами плиты отодвигаются друг от друга. Но поскольку они в конце концов граничат где-то с континентальными плитами, то в каких-то местах отодвигают плиты с континентами (и так происходит то, что Альфред Вегенер некогда назвал «континентальным дрейфом»), а в других местах просто «уходят под» континентальную плиту, внутрь вязкой мантии, этот процесс называется субдукцией. В таких местах магма особенно энергично вырывается снизу, поэтому районы субдукции легко опознать по цепи вулканов, их окаймляющих.

Гипотеза Гербо-Клуар означает, что Тихоокеанская плита в силу конвекционных тепловых потоков в подстилающей ее мантии непрерывно ползет на запад и ее западная часть «уходит под» Филиппинскую, Евразийскую и Австралийскую континентальные плиты. Но уходит по-разному В северной части субдукция Тихоокеанской плиты происходит вдоль Марианской впадины (одно из самых глубоких мест на Земле), а в южной — вдоль впадины Тонго, которая менее глубока и медленней поглощает уходящую в глубь мантии плиту. Эта разница в скоростях субдукции порождает продольный сдвиг дна, который по мере увеличения сдвига все более и более ослабляет Тихоокеанскую плиту, и в районы этой «слабины» то и дело должна прорываться магма.

Не так давно другая группа геологов, исходя из данных о сдвиге Африканской и Евразийской плит, пришла к выводу, что в недалеком будущем (здесь речь идет уже не о миллионах, а всего о сотнях тысяч лет) первая плита «наползет» на вторую, закрыв Средиземное море. Так как обе плиты одинаковой толщины, они не уйдут одна под другую, а, напротив, начнут выпирать вверх, иными словами, вдоль линии их столкновения начнет подниматься огромный горный хребет, наподобие Гималайского.

Это сравнение не случайно. Гималайский хребет, самый высокий горный массив в мире, возник именно в результате такого столкновения плит, говорят геологи. Только это было в далеком прошлом (50 миллионов лет назад), когда Индийская субконтинентальная плита, ползя на север, наткнулась на Евразийскую плиту. Это рассказала ученым теория тектонических плит, которая позволяет заглянуть не только в геологическое будущее нашей планеты, но и в ее геологическое прошлое. Однако для решения такой задачи к данным собственно тектоники плит необходимо привлечь и сведения из смежных наук. Так, данные палеонтологии позволяют судить, какие животные, останки которых ныне находятся на разных материках, в древности жили рядом; данные гляциологии говорят, образуют ли следы движения древнейших ледников единый веер, если совместить друг с другом те или иные материки; измерения намагниченности, застывшей в магнитных породах древних скал, указывают, как двигались в прошлом материки с этими скалами, — и все эти показания дают возможность проникнуть во все более далекое прошлое Земли, воссоздать картину ее геологических изменений.

Занятный это был бы фильм, если пустить его достаточно быстро. Мы увидели бы, как появляются первые куски твердой суши (кратоны), плавающие по все еще жидкой, расплавленной поверхности «молодой» Земли (новейшие гипотезы говорят, что эти твердые «острова в океане» появились уже через 100–200 миллионов лет после образования самой планеты). Постепенно они слиплись в подобие единого большого острова, который современные геологи называют Ильгарн, по названию места в Австралии, где найдены богатые цирконием кристаллы глубочайшей древности — 4–4,3 миллиарда лет, — образовавшиеся, по мнению геологов, уже на суше, окруженной жидким океаном. Чуть более молодые кристаллы такого типа свидетельствуют о появлении новых подобных образований — Ваальбара, Комати, — и вот наконец 3 миллиарда лет назад появляется первый «настоящий континент», правда, меньше современной Австралии, но все-таки уже не остров, а материк, может быть, даже единственный материк в ту далекую пору. Он получил у геологов соответствующее название — Ур, то есть самый-самый древний.

Далее история континентов усложняется. Спустя несколько сот миллионов лет кора Земли уже рассечена на отдельные тектонические плиты, которые несут на себе кто материк, кто океан, но сами эти материки и океаны еще не похожи на наши нынешние. Как возникли эти плиты, пока остается загадкой, на этот счет существуют только гипотезы. По одной из них, плиты образовались от удара гигантского метеорита. Этот удар создал в единой твердой коре такой глубокий кратер, что в него хлынули огромные потоки магмы и начали раскалывать всю кору на отдельные куски. Согласно другой, причиной раскола коры на отдельные плиты были так называемые плюмы — глубочайшие колодцы в мантии, по которым магма сама собой вырвалась вверх и разорвала еще не совсем остывшую кору. Так или иначе, расколотая кора потом застыла окончательно вместе с подстилающей ее частью верхней мантии (сейчас этот двуслойный твердый пирог называют «литосферой»), и куски ее начали свой медленный танец, двигаясь по неостывшей вязкой мантии.

В ходе такого «танца» (продолжавшегося все последующие миллиарды лет) первичные материки то сходились в единый суперконтинент, то раскалывались снова по новым линиям раздела, образуя огромные комбинации континентов. Первому надежно известному единому суперконтиненту в истории Земли геологи дали название Родиния. (Сейчас высказана гипотеза, что ей предшествовал суперконтинент Коламбия.) Родиния образовалась примерно 1 миллиард лет назад, а уже 600 миллионов лет назад раскололась на 8 континентов поменьше, которые затем снова реорганизовались.

Вообще, по нынешним представлениям, континенты каждые 400–600 миллионов лет собираются воедино, а затем разделяются вновь. На этот раз общую сушу назвали Пангеей. Этот массив существовал еще и тогда, когда на Земле впервые появились динозавры, но позднее тоже распался, дав начало Лауразии, объединявшей Евразию и Северную Америку, и Гондване, объединявшей все остальные нынешние материки. Нынешние суперконтиненты окончательно сформировались каких-нибудь 30 миллионов лет назад, много позже того, как исчезли последние динозавры. Сегодня на Земле их насчитывается три: Евразия, некогда составлявшая основную часть Лауразии, Америка, слившаяся из Северной и Южной, а также находящаяся в процессе образования Афро-Евразия (еще не окончательно соединившаяся комбинация Евразии с Африкой, приблизившейся к ней примерно 5 миллионов лет назад).

Теория движения плит позволяет заглянуть и в будущее Земли, хотя и в самых общих чертах. Как уже сказано, Африка продолжает свое слияние с Евразией, а примерно через 60 миллионов лет к ним должна еще присоединиться Австралия, и тогда на планете окажется всего два суперконтинента, не считая Антарктиды. Однако еще через 130 миллионов лет Антарктида тоже соединится с Афро-Австрало-Евразией, и наконец через 200–250 миллионов лет они сольются с суперконтинентом Америка в единую Пангею Ультима, то есть предельную. Но действительно ли это будет предел? И что, движение плит прекратится окончательно? Нет, геологи считают, что опять начнет повторяться все то, что уже не раз происходило в прошлом, когда единый суперконтинент заново раскалывался в результате удара гигантского магматического плюма снизу, а то и просто в силу усилившейся конвекции в мантии. Ведь под единым массивом в силу его повышенной толщи собирается много тепла, не имеющего выхода, вот оно и усиливает конвекцию либо вообще вырывается вверх в виде особо сильного плюма.

Разумеется, тектоника плит — особенность твердоскальных планет, ее не может быть на планетах — газовых гигантах. Но, оказывается, среди малых планет одна только Земля имеет систему движущихся плит: на Марсе это движение, если и было, то давно затихло, а на Венере и Меркурии его как будто никогда и не было. Поэтому некоторые ученые считают, что эта особенность Земли каким-то образом связана с тем, что только на ней возникла жизнь. Они говорят, что давно остывший и безжизненный Марс, на котором из-за остывания недр прекратилась конвекция, а с ней и движение плит, может быть прообразом будущей Земли, тоже без тектоники и без жизни.

Но тут мы уже вступаем в область почти фантастических гипотез.