Страница 18 из 40
Непосредственное бурение морского дна и определение возраста поднятых пород подтвердили результаты палеомагнитных исследований. Эти факты легли в основу теории новой глобальной тектоники, или тектоники литосферных плит, которая произвела настоящую революцию в науках о Земле и принесла новое представление о внешних оболочках планеты. Главной идеей этой теории являются горизонтальные движения плит.
Согласно современным космологическим представлениям Земля образовалась вместе с другими планетами около 4,5 млрд. лет назад из кусков и обломков, вращавшихся вокруг молодого Солнца. Она разрасталась, захватывая вещество, находившееся вокруг, пока не достигла своего нынешнего размера. Вначале процесс разрастания происходил очень бурно, и непрерывный дождь падающих тел должен был привести к ее значительному нагреванию, так как кинетическая энергия частиц превращалась в тепло. При ударах возникали кратеры, причем выбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть силу земного притяжения и падало обратно, и чем крупнее были падающие тела, тем сильнее разогревали они Землю. Энергия падающих тел освобождалась уже не на поверхности, а в глубине планеты, не успевая излучиться в пространство.
Хотя первоначальная смесь веществ могла быть однородной в большом масштабе, разогрев земной массы вследствие гравитационного сжатия и бомбардировки ее обломками привел к расплавлению смеси и возникшие жидкости под действием тяготения отделялись от оставшихся твердых частей. Постепенное перераспределение вещества по глубине в соответствии с плотностью должно было привести к его расслоению на отдельные оболочки. Более легкие вещества, богатые кремнием, отделялись от более плотных, содержащих железо и никель, и образовывали первую земную кору. Спустя примерно миллиард лет, когда Земля существенно охладилась, земная кора затвердела, превратившись в прочную внешнюю оболочку планеты. Остывая, Земля выбрасывала из своего ядра множество различных газов (обычно это происходило при извержении вулканов) – легкие, такие как водород и гелий, большей частью улетучивались в космическое пространство, но так как сила притяжения Земли была уже достаточно велика, то удерживала у своей поверхности более тяжелые. Они как раз и составили основу земной атмосферы. Часть водяных паров из атмосферы сконденсировалась, и на Земле возникли океаны.
Тектоника плит – это основной процесс, который в значительной степени формирует облик Земли. Слово «тектоника» происходит от греческого «тектон» – «строитель» или «плотник», плитами же в тектонике называют куски литосферы. Согласно этой теории литосфера Земли образована гигантскими плитами, которые придают нашей планете мозаичную структуру. По поверхности Земли движутся не континенты, а литосферные плиты. Медленно передвигаясь, они увлекают за собой континенты и океаническое дно. Плиты сталкиваются друг с другом, выдавливая земную твердь в виде горных хребтов и горных систем, или продавливаются вглубь, создавая сверхглубокие впадины в океане. Их могучая деятельность прерывается лишь краткими катастрофическими событиями – землетрясениями и извержениями вулканов. Почти вся геологическая активность сосредоточена вдоль границ плит.
То, что плиты перемещаются, вполне доказано (с помощью спутников можно точно измерить изменение расстояния между двумя точками на разных плитах и определить скорость их перемещения), но механизм их движения все еще до конца неизвестен. Существующая теория объясняет движение плит тем, что возникающие в толще мантии горячие зоны выбрасывают к поверхности нагретое подвижное вещество – плюмы, которые своим напором заставляют континенты смещаться.
Вопрос о том, когда процессы плитовой тектоники возникли впервые, обсуждается среди специалистов уже более трех десятилетий. Сначала считалось, что они сравнительно молоды – всего несколько сот миллионов лет, но в связи с новыми данными их возраст может быть «отодвинут» глубоко в архейскую эру. Если это предположение подтвердится, то придется признать, что примерно 2,5 млрд. лет назад Земля выделяла тепловую энергию на поверхность таким же образом, как и сегодня.
К сожалению, теория тектоники плит не объясняет, как движение плит связано с процессами, происходящими в глубине планеты, поэтому необходима иная теория, описывающая не только строение и передвижение литосферных плит, но и внутреннее строение самой Земли, и те процессы, которые происходят в ее недрах. Однако разработка такой теории связана с большими трудностями, так как требует совместных усилий геологов, геофизиков, физиков, химиков, математиков и географов. И тем не менее попытки ее создания не прекращаются.
Весной 2001 года Алессандро Форте из университета Западного Онтарио и Джерри Митровица из университета Tоронто в Канаде представили собственную модель, согласно которой огромные потоки горячей породы (плюмы) размером с континент, медленно поднимающиеся из глубоких земных недр, являются истинной движущей силой для дрейфа континентов, землетрясений, извержений вулканов и даже изменений климата. Первым толчком для создания этой модели послужили изображения внутренней структуры Земли, полученные с помощью сейсмической томографии (многолучевого просвечивания Земли сейсмическими волнами от большого числа землетрясений, принимаемых сетью сейсмостанций).
Удивительные изображения мантии, от подошвы земной коры до границы «мантия—ядро», показывали, что на окраинах Тихого океана, глубоко под его дном, имеются две обширные дугообразные области, где скорости сейсмических волн увеличиваются, а под центральной частью Атлантического океана и под Африкой имеются две такие же огромные струеобразные области, в которых скорости сейсмических волн уменьшаются. Так как окраины Тихого океана являются зонами, где холодные плотные части тектонических плит опускаются в Землю, «быстрые» зоны четко отметили эти области, где плиты тяжелой материи опущены в Землю в направлении ее ядра.
Согласно общепринятому мнению «медленные» области являются просто огромными инертными вкраплениями, которые остались, по существу, неизменными с момента формирования Земли. Но Форте и Митровица доказали, что эти выделяющиеся особенности в действительности поднимаются к поверхности, подобно баллонам с горячим воздухом. Для обоснования своей модели они использовали результаты многочисленных исследований: от небольших вариаций вращения Земли и гравитационного поля до драматических прогибов континентальных областей, таких как Южная Африка, которая теперь находится на 1 000 м выше, чем Северная. Согласно их гипотезе твердая Земля «вспенивается» своеобразным 4-поршневым тепловым двигателем (с двумя огромными опускающимися холодными плитами и с двумя такими же огромными поднимающимися горячими потоками), который, собственно, и передвигает континенты, и «управляет» землетрясениями, и даже влияет на изменения климата.
И хотя ученым предстоит еще немало поработать, чтобы выведать все тайны земных недр, уже теперь мы знаем, что наша планета активна и динамична, что она изменялась и развивалась с момента своего образования и до сих пор не обнаруживает признаков спокойствия.
Очень важные сведения о Земле дают измерения силы тяжести в различных точках земного шара, а также измерения силы и направления ее магнитного поля. Ученые полагают, что анализ гравитационных полей поможет понять, как идет процесс восстановления планеты после ледникового периода, а также причины повышения уровня Мирового океана. Для сбора максимально точных данных о гравитационном поле два абсолютно идентичных спутника были выведены в 2002 году на совершенно одинаковые орбиты на высоте 500 км над Землей. Расстояние между ними составляет 220 км. Во время движения над поверхностью Земли спутники испытывают влияние гравитации, то ускоряющей, то замедляющей их движение. Предполагается, что полученные таким образом данные будут в 1 000 раз точнее современных. Когда расстояние между аппаратами немного меняется, изменения фиксируют микроволновым дальномером с точностью до тысячных долей миллиметра. Спутники GRACE будут нести свою службу в течение 5 лет. Кроме сбора данных о гравитационном поле Земли в их задачу будет входить изучение полярных областей и внутреннего строения нашей планеты.