Вопрос о том, как именно движутся континенты и почему происходят землетрясения, волновал ученых на протяжении многих десятилетий․ Сегодня теория тектоники плит является фундаментом современной геологии, но механизмы, приводящие огромные массивы породы в движение, до сих пор изучаются и обсуждаются․ Так ли это на самом деле: литосферные плиты медленно передвигаются благодаря пластичному слою в верхней мантии? Короткий ответ — да, но с важными нюансами, о которых необходимо знать․
Что такое литосфера и астеносфера?
Чтобы понять механизм движения плит, для начала нужно разобраться в строении верхних слоев нашей планеты․ Земля не является цельным и неподвижным каменным шаром․ Ее верхняя часть делится на две ключевые зоны:
- Литосфера — это самая внешняя, твердая и жесткая оболочка Земли․ Она включает в себя земную кору и самый верхний, твердый слой мантии․ Толщина литосферы варьируется от нескольких километров в зонах срединно-океанических хребтов до 200-300 километров под древними континентами․ Именно литосфера разбита на крупные фрагменты — литосферные плиты․
- Астеносфера — это слой, расположенный непосредственно под литосферой, в верхней части мантии (на глубинах примерно от 70 до 300 км)․ Слово «астеносфера» переводится как «слабая сфера»․ Это пластичный, частично расплавленный слой, где порода находится в состоянии, близком к точке плавления;
Роль пластичного слоя: почему «да»?
Утверждение о том, что плиты движутся благодаря пластичному слою, справедливо именно потому, что астеносфера выполняет роль той самой «смазки» или «подушки», которая делает движение возможным․
Если бы под жесткими литосферными плитами находился такой же абсолютно твердый и монолитный камень, то никакое смещение было бы невозможно из-за колоссального трения․ Однако благодаря пластичности астеносферы тяжелые и жесткие литосферные плиты буквально «плавают» в полужидкой среде, словно айсберги в океане․
Именно этот пластичный слой позволяет плитам медленно, со скоростью от 1 до 15 сантиметров в год, смещаться, сталкиваться, расходиться и наползать друг на друга․
Астеносфера, это двигатель или просто смазка?
Здесь кроется главная причина научных споров․ Долгое время считалось, что астеносфера не просто позволяет плитам скользить, но и активно тянет их за собой за счет конвекционных течений — круговорота вещества в мантии․ Горячее вещество поднимается вверх, остывает и опускается вниз, увлекая за собой литосферу, как конвейерная лента․
Однако современная наука вносит коррективы․ Сегодня большинство геофизиков склоняется к тому, что пластичный слой верхней мантии — это пассивная среда, обеспечивающая подвижность, но не главный источник энергии․ Само движение плит обусловлено комплексом сил, действующих на них:
- Сила гравитационного затягивания (слэб-пулл), самая мощная движущая сила․ Когда океаническая плита, остывая, становится тяжелее, она погружается в мантию в зонах субдукции, утягивая за собой остальную часть плиты․
- Сила гравитационного соскальзывания (ридж-пуш) — плиты соскальзывают с приподнятых срединно-океанических хребтов под действием гравитации․
- Мантийная конвекция — тепловые потоки из глубин Земли, которые создают напряжение в астеносфере и способствуют расхождению плит․
Новые данные: неожиданный поворот в геофизике
Наука не стоит на месте, и недавно строение верхней мантии вновь оказалось в центре внимания исследователей․ Геофизики из США и Китая представили предварительные данные о наличии в недрах Земли дополнительного слоя литосферных плит․ Это открытие может кардинально изменить наше понимание того, как именно работает пластичный слой․
Оказывается, граница между жесткой литосферой и пластичной астеносферой может быть не такой четкой, как считалось ранее․ В некоторых регионах на глубинах, где порода уже должна становиться пластичной, обнаруживаются так называемые «затонувшие» или «искренние» фрагменты плит, которые сохраняют свою жесткость․ Это означает, что структура верхней мантии гораздо сложнее: она представляет собой не просто твердую корку над жидкой кашей, а слоеный «пирог», где пластичные слои чередуются с жесткими остатками древних плит․
Эти новые данные также могут помочь объяснить и другие глобальные феномены․ Например, французские ученые недавно предложили новую неожиданную гипотезу, объясняющую смену магнитных полюсов Земли․ Они считают, что эта смена связана с сложными динамическими процессами на границе мантии и ядра, которые, в свою очередь, зависят от того, как именно вещество перемещается в верхней и нижней мантии, включая поведение тех самых пластичных слоев и затонувших литосферных фрагментов․
Так дает ли ответ наука на поставленный вопрос? Да, литосферные плиты медленно передвигаются благодаря пластичному слою в верхней мантии․ Без астеносферы это движение было бы физически невозможно․ Однако важно понимать, что пластичный слой, это не мотор плиты, а ее «подшипник»․ Истинными двигателями являются гравитация и тепловая конвекция глубин Земли․ А благодаря новейшим исследованиям мы начинаем осознавать, что этот «подшипник» имеет гораздо более сложную и многослойную структуру, чем мы предполагали ранее․