Пашырэнне акіянічнага дна

Дадзеныя, якія дазволілі разгадаць адну з найвялікшых загадак прыроды, былі атрыманыя ў 60-х гг. XX стагоддзі, прычым не на сушы, як мага было бы чакаць, а пад тоўшчай вады - на дні акіяна.

Сёння мы ведаем аб Зямлі шматлікае з таго, што было незразумела навукоўцам яшчэ якіх-небудзь 40 гадоў назад. Нам вядомыя чыннікі землятрусаў і вывяржэнняў вулканаў. Мы ведаем, чаму ў нетрах пакрытай снягамі і льдамі Аляскі знаходзяцца найбагатыя паклады нафты, якія ўтварыліся з рэштак малюсенькіх марскіх жывёл і раслін. Мы разумеем таксама, адкуль на поўначы Еўропы ўзяліся буйныя радовішчы вугля, крыніцай якога была закамянелая трапічная расліннасць.

Дрэйфуючыя кантыненты

Адказы на ўсе гэтыя загадкі былі атрыманыя, калі ў 60-е гг. большасць навукоўцаў прынялі, нарэшце, тэорыю дрэйфуючых кантынентаў, высунутую нямецкім метэаролагам Альфрэдам Вегенером яшчэ ў 1915 г. Чаму жа навуковай грамадскасці спатрэбілася гэтулькі часу, каб пагадзіцца з яго тэорыяй?

На гэта было некалькі чыннікаў. Па-першае, Вегенер не з'яўляўся геолагам. Па словах геафізіка Эдуарда Булларда, ён быў чальцом не таго прафзвязу, і таму геолагі не прынялі яго сур'езна. Па-другое, хоць Вегенер лічыў, што кантыненты рухаюцца, або дрэйфуюць, ён не прапанаваў ніякага тлумачэння чыннікам гэтага працэсу.

Акіянічная кара

У 60-е гады былі атрыманыя пераканаўчыя дадзеныя, якія дазволілі, у канчатковым выніку, "зацвердзіць" тэорыю дрэйфуючых кантынентаў і ўсталяваць механізм гэтай з'явы. Прычым доказы былі знойдзеныя не на саміх кантынентах, а ў акіянах і пад іх дном.

Верхняя цвёрдая абалонка Землі - литосфера - уяўляе сабой цвёрды пласт таўшчынёй каля 100 км і ўключае зямную кару (акіянічную і кантынентальную) і верхнюю частку мантыі (пласт, змешчаны непасрэдна пад зямной карай). Мяжа падзелу паміж зямной карай і мантыяй вядомая як паверхня Мохоровичича (скарочана Мохо), названая так у гонар яе першаадкрывальніка, югаслаўскага геолага Андрэя Мохоровичича (1857-1936).

Акіянічная кара моцна адрозніваецца ад кантынентальнай. Яна нашмат танчэй і сфармавалася практычна цалкам за апошнія 200 млн. гадоў - вельмі малы тэрмін у гісторыі Землі, якая налічвае 4 600 млн. гадоў. У адрозненне ад яе, кантынентальная кара значна тоўшчы, а яе век у асобных месцах дасягае 3 000 млн. гадоў.

Срединно-акіянічныя хрыбты

Хоць большай часткай паверхня акіянічнага дна плоская, тут вылучаюць два элемента рэльефу: хрыбты і жолабы. Срединно-акіянічны хрыбет - гэта горны ланцуг даўжынёй каля 80 000 км і пікамі вышынёй да 4500 м. Сярод першых даследаваных участкаў гэтай падводнай грады быў Атлантычны хрыбет. Ён цягнецца ад Ісландыі на поўначы да маленечкай вулканічнай выспы Тристан-так-Кунья на поўдні, затым абгінае мыс Добрай Надзеі і злучаецца з хрыбтамі Індыйскага і Ціхага акіянаў. Як і ў іншых элементах сістэмы, у Атлантычным хрыбце вылучаюць цэнтральную рифтовую даліну шырынёй каля 50 км і глыбінёй 2 км. На ўсёй працягласці Срединно-акіянічнага хрыбта дамінуюць падводныя вулканы.

Месцамі акіянічныя хрыбты выходзяць на паверхню ў выглядзе выспаў. Найбуйным з выспаў такога роду з'яўляецца Ісландыя. Удалечыні ад хрыбтоў сустракаюцца асобныя вулканічныя вяршыні, званыя падводнымі горамі. Шматлікія з іх паднімаюцца над паверхняй акіяна і ўтвораць выспы, прыкладам якіх служыць Гавайскі ланцуг.

Падводныя хрыбты былі выяўленыя ў 50-е гг. марскімі геолагамі Калумбійскага ўніверсітэта (ЗША). Яны таксама высвятлілі, што таўшчыня зямной кары пад акіянамі складае ўсяго 6-7 км, тады як пад кантынентамі яна дасягае 30-40 км. Дадзены факт паслужыў першым указаннем на тое, што ложа акіяна "маладзей" кантынентальнага.

Новая тэорыя

У 1950 г. Гары Гесс, прафесар Прынстанскага ўніверсітэта (ЗША), на падставе гэтых двух адкрыццяў высунуў тэорыю спрединга (пашырэнні) акіянічнага дна, паводле якой акіянічнае дно стала рассоўваецца ў бакі ад падводных хрыбтоў. Па ім падлікам, новае акіянічнае дно стваралася са хуткасцю некалькіх сантыметраў у год - досыць хутка, каб усё глыбіннае акіянічнае ложа сфармавалася за апошнія 200 млн. гадоў.

Пры такіх тэмпах альбо Зямля выключна хутка павялічвалася ў памерах (што, відавочна, не так), альбо з новай акіянічнай карай нешта адбывалася. Гесс лічыў, што акіянічная кара руйнавалася з той жа хуткасцю, што і фармавалася. Але дзе і як?

Неўзабаве ён атрымаў адказ. Уздоўж берагавых ліній акіянаў праходзіць шэраг глыбакаводных жолабаў. Так, адзін з іх цягнецца ўздоўж усяго ціхаакіянскага ўзбярэжжа Паўднёвай Амерыкі, а найглыбейшым з'яўляецца Марианский жолаб глыбінёй 11 022 м, размешчаны недалёка ад выспы Гуам у Ціхім акіяне. Гесс лічыў, што акіянічная кара ў гэтых жолабах апускаецца зваротна ў мантыю.

Ён выказаў здагадку аб сувязі руху кары з канвекцыйнымі плынямі ў мантыі. Канвекцыйныя плыні - гэта кругавыя рухі ў вадкасці або пластычным матэрыяле, накшталт тых, якія можна бачыць у кіпячай кашы. Яны ўзнікаюць пад дзеяннем узыходзячых цеплавых струменяў. Тэорыя прафесара Гесса пацвярджаецца фактам, што інтэнсіўнасць цеплавога струменя, або хуткасць уздыму цеплыні, з ядра Зямлі да паверхні ў раёнах хрыбтоў вельмі вялікая. Яна памяншаецца па меры выдалення ад іх і дасягае мінімуму ў жолабах. Але для доказу тэорыі патрабавалася больш фактаў, і іх падала сама Зямля. Наша планета з'яўляецца гіганцкім магнітам, і менавіта яе магнітнае поле прымушае стрэлку компаса паказваць на поўнач. Пры адукацыі з струменяў вулканічнай лавы новая парода заўсёды трохі намагнічваецца ў адпаведнасці з магнітным полем Землі.

Магнітныя падказкі

У пачатку 60-х навукоўцы зрабілі важнае адкрыццё. Пры буксіраванні навукова-даследчымі суднамі магнітных дэтэктараў па дне акіяна былі выяўленыя якія чаргуюцца палосы слабога і моцнага магнетызму. На борце аднаго з суднаў, даследвалых Індыйскі акіян, знаходзіўся навуковец Кембрыджскага ўніверсітэта Драммонд Мэтьюз.

Ён распавёў аб адкрыцці аспіранту ўніверсітэта Фреду Вайну. Вайн зразумеў, што магнітныя палосы з'яўляюцца важным доказам заможнасці тэорыі Гесса аб спрединге акіянічнага дна. У верасні 1963 г. Вайн і Мэтьюз прапанавалі гіпотэзу аб сувязі якія чаргуюцца магнітных палос з перыядычнай зменай магнітных канцавоссяў Зямлі, калі магнітная поўнач становіцца магнітным поўднем.

Ужыўшы дадзеную тэорыю да акіянічных хрыбтоў, яны зрабілі выснову: пры пашырэнні акіянічнага дна якія чаргуюцца блокі процілегла намагнічанага матэрыялу расходзяцца ад цэнтра хрыбта і залягаюць раўналежна яго грэбню.

Хуткасць спрединга

У то час толькі нешматлікія навукоўцы прызнавалі, што магнітнае поле планеты сапраўды змяняе сваю палярнасць. Неўзабаве пасля апублікавання тэорыі Вайна і Мэтьюза група навукоўцаў геалагічнай службы ЗША, узначаленая Аланам Коксам, выявіла сляды перамагнічвання ў кантынентальных пародах практычна на ўсіх мацерыках і выявіла, што палярнасць парод, сфармаваных у адзін і той жа перыяд часу, аднолькавая.

Вызначаючы век падводных скал зблізку Срединно-Атлантычнага хрыбта, навукоўцы высвятлілі, што па абедзвюх яго боку акіянічнае дно рассоўваецца са хуткасцю 2 гл у год, т. е. Атлантычны акіян пашыраецца са хуткасцю 4 гл у год, і сёння ён на 80 м шырэй, чым у часы Ісуса Хрыста.

У іншых акіянах хуткасць спрединга вышэй, напрыклад, у ю.-у. часткі Ціхага акіяна ў паўтара разу. Тым не менш, акіян не становіцца шырэй, бо ў ускраін кантынентаў акіянічнае дно апускаецца ў мантыю.

Чырвонае мора - адно з самых маладых на Зямлі. Як і ў Атлантычным акіяне, у ім ёсць сярэдні хрыбет, і хуткасць спрединга тут дасягае ~2 гл у год, таму Аравійскі паўвостраў паступова падаляецца ад Афрыкі. Гэтае жа мора - частка вялікага парыву ў литосфере, цяглага ад Усходне-Афрыканскай рифтовой сістэмы да западзіны Мёртвага мора ў Ізраілі. Навукоўцы лічаць, што ў будучыні гэтая сістэма можа ператварыцца ў моры.

Тэктоніка пліт

Сёння агульнапрызнаным з'яўляецца той факт, што кантыненты і акіянічнае дно - гэта асобныя пліты, якія перамяшчаюцца па паверхні мантыі адносна адзін аднаго. Дадзены працэс вядомы пад назовам тэктоніка пліт і апісвае структурныя асаблівасці зямной кары. Тэрмін "тэктоніка" літаральна азначае "адукацыя".

Пліты ўяўляюць сабой пераважна цвёрдыя блокі, якія складаюцца з зямной кары і верхняй цвёрдай часткі мантыі, іншымі словамі - литосферы. Пад цвёрдай мантыяй знаходзіцца астеносфера - пластычная або полурасплавленная частка мантыі, якая залягае на глыбіні паміж  100 км і 200 км ад зямной паверхні.

Існуе прыкладна 15 буйных пліт і вялікая колькасць малых. Пліты падзеленыя акіянічнымі хрыбтамі. Хрыбты і іх даліны з'яўляюцца зонамі тэктанічных разломаў. Па абедзвюх боку ад хрыбта пліты падаляюцца ў процілеглых кірунках.

Акіянічныя жолабы ўзнікаюць пры сутыкненні двух пліт. Калі адна з пліт апускаецца і сыходзіць у ніжнюю частку мантыі, яна падсоўваецца пад іншую пліту. Такі раён жолабаў завецца зонай субдукции.

Межы падзелу пліт

Існуюць тры выгляду меж паміж плітамі. Акрамя двух ужо разгледжаных намі (мяжа па хрыбце, або канструктыўная мяжа, і мяжа зоны субдукции) ёсць яшчэ мяжа трансформного разлома. Яе таксама завуць кансерватыўнай мяжой, бо ў дадзеным выпадку маса литосферы застаецца нязменнай - не расце і не памяншаецца.

Трансформный разлом - гэтае парыў канструктыўнай мяжы пад прамым кутом. Акіянічныя хрыбты не цягнуцца бесперапыннай ніткай - час ад часу яны адхіляюцца направа або налева, калі пліта змяняе кірунак свайго руху.

Межы пліт не заўсёды праходзяць раўналежна стыку акіянічнай і кантынентальнай кары. Пліты часта ўключаюць абодва выгляду кары, і шматлікія з іх перасякаюцца пад кутом. Некаторыя пліты слізгаюць адна па іншай пры сутыкненні. Найболей вядомым прыкладам з'яўляецца раён у заходняга ўзбярэжжа Паўночнай Амерыкі, дзе мяжа паміж плітамі пазначаная разломам Сан-Андреас.

Сціск або расцяжэнне

Калі Вайн і Мэтьюз упершыню давялі, што мае месца спрединг дна акіяна, меркавалася, што рухаючая сіла, перамяшчальная пліты, зыходзіць ад акіянічных хрыбтоў, дзе стала ўтворыцца новая кара.

Наступныя даследаванні паказалі, што галоўнай рухаючай сілай з'яўляецца не расцяжэнне паверхні акіянічных хрыбтоў, а сціск зон субдукции - месцаў, дзе старая кара ўцягваецца назад у мантыю і ператапляецца. Іншымі словамі, литосфера расцягваецца ў акіянічных хрыбтоў, а не расколваецца пад дзеяннем унутраных сіл.