Розширення океанічного дна

Дан, що дозволили розгадати одну з найбільших загадок природи, були отримані в 600х рр. XX століття, причому не на суші, як можна було б очікувати, а під товщею води - на дні океану

Сьогодні ми знаємо про Землю багато чого з того, що було незрозуміле вченим ще яких-небудь 40 років тому. Нам відомі причини землетрусів і вивержень вулканів. Ми знаємо, чому в надрах покритої снігами й льодами Аляски перебувають найбагатші поклади нафти, що утворювалися з останків малюсіньких морських тварин і рослин. Ми розуміємо також, звідки на півночі Європи узялися великі родовища вугілля, джерелом якого була скам'яніла тропічна рослинність

Дрейфуючі континенти

Відповіді на всі ці загадки були отримані, коли в 600е рр. більшість учених прийняли, нарешті, теорію дрейфуючих континентів, висунуту німецьким метеорологом Альфредом Вегенером ще в 1915 р. Чому ж наукової громадськості знадобилося стільки часу, щоб погодитися з його теорією?

На це було кілька причин. По-перше, Вегенер не був геологом. За словами геофізика Едуарда Булларда, він був членом не тієї профспілки, і тому геологи не прийняли його всерйоз. По-друге, хоча Вегенер уважав, що континенти рухаються, або дрейфують, він не запропонував ніякого пояснення причинам цього процесу

Океанічна кора

В 600е роки були отримані переконливі дан, що дозволили, в остаточному підсумку, "затвердити" теорію дрейфуючих континентів і встановити механізм цього явища. Причому доказу були знайдений не на самих континентах, а в океанах і під них дном

Верхня тверда оболонка Землі - літосфера - являє собою твердий шар товщиною близько 100 км і включає земну кору (океанічну й континентальну) і верхню частину мантії (шар, що перебуває безпосередньо під земною корою). Границя розділу між земною корою й мантією відома як поверхня Мохоровичича (скорочено Мохо), названа так на честь її першовідкривача, югославського геолога Андрія Мохоровичича (1857-1936).

Океанічна кора сильно відрізняється від континентальної. Вона набагато тонше й сформувалася практично повністю за останні 200 млн. років - дуже малий строк в історії Землі, що нараховує 4 600 млн. років. На відміну від неї, континентальна кора набагато товстіше, а її вік в окремих місцях досягає 3 000 млн. літ

Серединно-океанічні хребти

Хоча здебільшого поверхня океанічного дна плоска, тут виділяють два елементи рельєфу: хребти й жолоба. Серединно-океанічний хребет - це гірський ланцюг довжиною близько 80 000 км і піками висотою до 4500 м. Серед перших досліджених ділянок цієї підводної гряди був Атлантичний хребет. Він тягнеться від Ісландії на півночі до крихітного вулканічного острова ТристандТакдКунья на півдні, потім обгинає мис Доброї Надії й з'єднується із хребтами Індійського й Тихого океанів. Як і в інших елементах системи, в Атлантичному хребті виділяють центральну рифтовую долину шириною близько 50 км і глибиною 2 км. На всій довжині Серединно-океанічного хребта домінують підводні вулкани

Місцями океанічні хребти виходять на поверхню у вигляді островів. Найбільшим з островів такого роду є Ісландія. Удалині від хребтів зустрічаються окремі вулканічні вершини, називані підводними горами. Багато хто з них піднімаються над поверхнею океану й утворюють острова, прикладом яких служить Гавайський ланцюг

Підводні хребти були виявлені в 500е рр. морськими геологами Колумбійського університету (США). Вони також з'ясували, що товщина земної кори під океанами становить усього 6-7 км, тоді як під континентами вона досягає 30-40 км. Даний факт послужив першою вказівкою на те, що ложі океану "молодше" континентального

Нова теорія

В 1950 р. Гарри Гесс, професор Принстонского університету (США), на підставі цих двох відкриттів висунув теорію спрединга (розширення) океанічного дна, згідно з якою океанічне дно постійне розсовується в сторони від підводних хребтів. По його підрахунках, нове океанічне дно створювалося зі швидкістю декількох сантиметрів у рік - досить швидко, щоб усе глибинне океанічне ложе сформувалося за останні 200 млн. літ

При таких темпах або Земля винятково швидко збільшувалася в розмірах (що, мабуть, не так), або з новою океанічною корою щось відбувалося. Гесс уважав, що океанічна кора руйнувалася з тою же швидкістю, що й формувалася. Але де і як?

Незабаром він одержав відповідь. Уздовж берегових ліній океанів проходить ряд глибоководних жолобів. Так, один з них тягнеться уздовж усього тихоокеанського узбережжя Південної Америки, а найглибшим є Марианский жолоб глибиною 11 022 м, розташований недалеко від острова Гуам у Тихому океані. Гесс уважав, що океанічна кора в цих жолобах опускається назад вмантию.

Він висловив припущення про зв'язок руху кори з конвекційними плинами в мантії. Конвекційні плини - це кругові рухи в рідині або пластичному матеріалі, на зразок тих, які можна бачити в киплячій каші. Вони виникають під дією висхідних теплових потоків. Теорія професора Гесса підтверджується фактом, що інтенсивність теплового потоку, або швидкість підйому тепла, з ядра Землі до поверхні в районах хребтів дуже велика. Вона зменшується в міру видалення від них і досягає мінімуму в жолобах. Але для доказу теорії було потрібно більше фактів, і їх надала сама Земля. Наша планета є гігантським магнітом, і саме її магнітне поле змушує стрілку компаса вказувати на північ. При утворі з потоків вулканічної лави нова порода завжди небагато намагнічується відповідно до магнітного поля Землі

Магнітні підказки

На початку 600х учені зробили важливе відкриття. При буксируванні науково-дослідними судами магнітних детекторів по дну океану були виявлені смуги, що чергуються, слабкого й сильного магнетизму. На борті одного із судів, що досліджували Індійський океан, перебував учений Кембриджського університету Драммонд Мэтьюз.

Він розповів про відкриття аспірантові університету Фреду Вайну. Вайн зрозумів, що магнітні смуги є важливим доказом заможності теорії Гесса про спрединге океанічного дна. У вересні 1963 р. Вайн і Мэтьюз запропонували гіпотезу про зв'язок, що чергуються магнітних смуг з періодичною зміною магнітних полюсів Землі, коли магнітна північ стає магнітним півднем

Застосувавши дану теорію до океанічних хребтів, вони зробили висновок: при розширенні океанічного дна, що чергуються блоки протилежно намагніченого матеріалу розходяться від центру хребта й залягають паралельно його гребеню

Швидкість спрединга

У той час лише деякий учені визнавали, що магнітне поле планети дійсно міняє свою полярність. Незабаром після опублікування теорії Вайна й Мэтьюза група вчених геологічної служби США, очолювана Аланом Коксом, виявила сліди перемагнічування в континентальних породах практично на всіх материках і виявила, що полярність порід, сформованих у той самий період часу, однакова

Визначаючи вік підводних скель поблизу Серединно-Атлантичного хребта, учені з'ясували, що по обидві його сторони океанічне дно розсовується зі швидкістю 2 див у рік, тобто Атлантичний океан розширюється зі швидкістю 4 див у рік, і сьогодні він на 80 м ширше, чим у часи Ісуса Христа

В інших океанах швидкість спрединга вище, наприклад, у ю.-в. частини Тихого океану в півтора раза. Проте, океан не стає ширше, тому що в окраїн континентів океанічне дно опускається вмантию.

Червоне море - одне з наймолодших на Землі. Як і в Атлантичному океані, у ньому є серединний хребет, і швидкість спрединга тут досягає ~2 див у рік, тому Аравійський півострів поступово віддаляється від Африки. Це ж море - частина великого розриву в літосфері, що тягнеться від Східно-Африканської рифтовой системи до западини Мертвого моря в Ізраїлеві. Учені вважають, що в майбутньому ця система може перетворитися вморе.

Тектоніка плит

Сьогодні загальновизнаним є той факт, що континенти й океанічне дно - це окремі плити, що переміщаються по поверхні мантії відносно один одного. Даний процес відомий за назвою тектоніка плит і описує структурні особливості земної кори. Термін "тектоніка" буквально означає "утвір".

Плити являють собою переважно тверді блоки, що полягають із земної кори й верхньої твердої частини мантії, іншими словами - літосфери. Під твердою мантією перебуває астеносфера - пластична або напіврозплавлена частина мантії, що залягає на глибині між 100 км і 200 км від земної поверхні

Існує приблизно 15 великих плит і велика кількість малих. Плити розділені океанічними хребтами. Хребти і їх долини є зонами тектонічних розламів. По обидві сторони від хребта плити віддаляються в протилежні напрямках

Океанічні жолоби виникають при зіткненні двох плит. Коли одна із плит опускається й іде в нижню частину мантії, вона підсувається під іншу плиту. Такий район жолобів називається зоною субдукции.

Границі роздягнула плит

Існують три види границь між плитами. Крім двох уже розглянутих нами (границя по хребту, або конструктивна границя, і границя зони субдукции) є ще границя трансформного розламу. Її також називають консервативною границею, тому що в цьому випадку маса літосфери залишається незмінної - не росте й не зменшується

Трансформный розлам - це розрив конструктивної границі під прямим кутом. Океанічні хребти не тягнуться безперервною ниткою - час від часу вони відхиляються вправо або вліво, коли плита міняє напрямок свого руху

Границі плит не завжди проходять паралельно стику океанічної й континентальної кори. Плити часто включають обоє виду кори, і багато хто з них перетинаються під кутом. Деякі плити сковзають одна по іншій при зіткненні. Найбільш відомим прикладом є район у західного узбережжя Північної Америки, де границя між плитами позначена розламом СанеАндреас.

Стиск або розтягання

Коли Вайн і Мэтьюз уперше довели, що має місце спрединг дна океану, передбачалося, що рушійна сила, що переміщає плити, виходить від океанічних хребтів, де постійно утворюється нова кора

Наступні дослідження показали, що головною рушійною силою є не розтягання поверхні океанічних хребтів, а стиск зон субдукции - місць, де стара кора втягується назад у мантію й переплавляється. Інакше кажучи, літосфера розтягується в океанічних хребтів, а не розколюється під дією внутрішніх сил