Исчезающие океаны и суперконтиненты сохранят тепло земли
Всё течёт, всё изменяется. Всю землю около нас находится в движении. Кроме того почва в буквальном смысле уходит из-под ног, не смотря на то, что это и не весьма заметно. Моря и океаны, архипелаги и материки – нет ничего, что знает спокойствия. До поры до времени: увы, непременно геологическая судьба планеты остановится.
Но имеется метод отсрочить решение суда – посредством океанов и суперконтинентов.
на данный момент любой школьник знает, что оболочка Почвы неоднородна и складывается из довольно цельных плит, находящихся в постоянном перемещении. Но механизмы, управляющие тектонической активностью, очень сложная вещь.
Не обращая внимания на логичность концепции и всё изящество «одни плиты раздвигаются, а другие сталкиваются», в каждом конкретном случае геофизические процессы столь замысловаты, что подробно обрисовать, к примеру, образование горных цепей – задачка не из лёгких.
Оболочка Почвы именуется литосферой. В неё входят жёсткая кора и самая холодная, вязкая часть верхней мантии. Континентальная и океаническая оболочки различаются.
В случае если упрощённо, они являются гранитамии базальты. Кое-какие платформы сложены только океанической корой, другие складываются из блока континентальной, «впаянного» в океаническую. Вот как это выглядит в цифрах: мощность континентальной литосферы образовывает от 40 до 200 километров (а по некоторым оценкам до 400), а также кора – от 30 до 50 километров; мощность океанической литосферы – от 50 до 100 километров, а также кора – от 7 до 10 километров.
Напомним, что эти эти приблизительные и в будущем смогут уточняться (иллюстрация U. S. Geological Survey).
Да и утвердилась «мобильная» точка зрения недавно – в 1960-х и 1970-х. До этого господствовали «стационарные» представления. К примеру, горы, в соответствии с распространённой ещё в начале XX века догадке, рождались подобно морщинам на сушёном яблоке – по мере остывания коры.
Потом показался ряд других теорий, но все они так или иначе отвергали саму возможность перемещения континентов. Кроме того призывы сравнить южной побережья Америки и линии Африки, складывающиеся, казалось бы, в очевидный пазл, не создавали никакого впечатления на официальную науку.
Главным основанием для скепсиса было отсутствие видимой обстоятельства дрейфа материков: сила, толкающая их, должна быть огромна. Но в чём её источник?
самые крупных плит восемь: Северо-Американская, Евразийская, Южно-Американская, Африканская, Индостанская, Австралийская, Антарктическая и Тихоокеанская. Самостоятельность «мегаплит» в целом не вызывает сомнений, но их границы не везде являются однозначными. Наибольшие платформы в базе собственной имеют древние ядра – кратоны, каковые появились на заре тектонической активности.
Сибирь, к примеру, один из таких «нуклеаров». Для нас главное значение имеет разделение литосферы на океаны и континенты, но оно далеко не всегда совпадает с делением литосферы на плиты (иллюстрации с сайтов learner.org, wikipedia.org).
Разгадка пришла из океана. Подробная карта его рельефа распознала огромные подводные хребты (неспециализированная протяжённость более 60 тысяч километров), на которых, со своей стороны, были обнаружены следы юный по геологическим меркам породы.
Оказалось, что недра Почвы пронизаны конвективными потоками, по которым происходит перемещение мантийного вещества. А главным источником энергии этих течений помогает разность температур тёплого ядра (порядка 5000 °C) и холодной поверхности.
Предстоящие изучения разрешили более подробно сформулировать главные обстоятельства перемещения плит. Их выяснилось две. Вернее, одна, но о двух лицах.
В то время, когда океанические плиты сталкиваются – между собой, или с континентальными – одна из них «подныривает» под другую. В последнем случае «победителем», за весьма редкими исключениями, делается материк. Данный процесс и именуется субдукцией. Уходящая вниз плита попадает в тёплую область мантии и также нагревается, размягчаясь наряду с этим.
Расплавленная порода прорывается наружу, деформируя верхнюю часть литосферы (иллюстрация с сайта wikipedia.org).
Во-первых, это подъём расплавленной породы в районах срединно-океанических хребтов, её последующее соскальзывание и застывание вниз, сопровождаемое расширением дна, – «спрединг».
Во-вторых, это компенсирующее погружение холодных плит вниз на границе с другими платформами – «субдукция» либо пододвигание одного участка литосферы под второй.
Современность – крупица в геологической истории Почвы. Старейший отысканный минерал датируют периодом около 4,4 миллиарда лет назад, другими словами по сути ещё догеологической (в современном представлении) эрой — Катархеем (иллюстрация с сайта wikipedia.org/MEMBRANA).
Практически это единый механизм, результатом которого есть необычный круговорот мантии в природе, увлекающий за собой океаны и материки – за счёт вязкости, и результирующего бокового давления смежных платформ.
Теория тектоники взяла скорое подтверждение с открытием магнитных аномалий дна океана. Дело в том, что при застывании вулканических пород в них сохраняется остаточная намагниченность, другими словами ориентация железных частиц на протяжении силовых линий магнитного поля.
Распаковав данный «архив», геофизики вернули положение полюса довольно каждой плиты на различные моменты времени. И, объединив полученные эти с информацией по датировке пород, реконструировали историческую последовательность перемещений континентов.
Величественная картина геологического прошлого отечественной планеты открылась взгляду учёных.
Дрейф материков начиная с периода 600 миллионов лет назад и сейчас. Формирование Почвы в её современном виде началось, в то время, когда старый суперконтинент Пангея начал распадаться на части около 200 миллионов лет назад (иллюстрация Ron Blakey/Northern Arizona University/MEMBRANA).
Формирование континентальной литосферы началось около четырёх миллиардов лет назад (либо кроме того раньше), другими словами с задержкой примерно на 500–600 миллионов лет по отношению к моменту происхождения самой Почвы.
С того времени шло последовательное (но неравномерное) наращивание массы коры впредь до её современных размеров. Интенсивнее всего образование жёсткой поверхности происходило в позднем архее, около 2,6 миллиарда лет назад, в то время, когда в недрах отечественной планеты совсем выделилось ядро.
Восстановление прошлых перемещений плит превратилось в одно из популярнейших занятий. Положение континентов и блоков, из которых они сформировались, было с разной степенью детальности реконструировано впредь до архея.
Знакомая нам сейчас тектоника появилась, согласно точки зрения последовательности учёных, в позднем протерозое. До этого мантия, быть может, имела иную структуру, в которой не было устойчивых конвективных потоков (иллюстрация Ron Blakey/Northern Arizona University).
Наряду с этим исследователи распознали увлекательную закономерность: материковые щиты иногда сбивались в кучу – каждые 400-600 миллионов лет. Это примерно сходится с числом конвективных циклов, другими словами периодов, за каковые всё вещество мантии по крайней мере один раз успело всецело «прокрутиться» – при помощи субдукции и спрединга.
Первым из «найденных» суперконтинентов стала Пангея, существовавшая 250-200 миллионов лет назад. В следствии её распада и появились современные континенты.
Отметим, но, что более-менее точную палеомагнитную реконструкцию возможно провести за довольно маленькое по геологическим меркам время – именно до возраста Пангеи. С более ранними периодами дело обстоит пара туманнее.
Пангея раскололась на Лавразию (севернее) и Гондвану (южнее), дав начало Атлантическому океану. Кстати, наименование «Пангея» (практически «все земли») придумал родоначальник тектонической теории Альфред Вегенер (Alfred Wegener).
Это ему никто не верил всю первую половину XX века (иллюстрация Ron Blakey/Northern Arizona University).
Всего суперконтинентов насчитывают около десятка (а также неполных, но всё равняется больших), и иногда кое-какие учёные оперируют разными заглавиями одного и того же «гиганта». Но кроме того с общепризнанными материками не всё легко.
Забрать, например, Родинию, существование которой около одного миллиарда лет назад не вызывает вопросов у многих экспертов. Выдвигается масса догадок о том, как она смотрелась. Причём пара главных догадок в равной степени принимаются к рассмотрению научным сообществом.
Но, не обращая внимания на всю многочисленность теорий и версий, одну из главных неприятностей геологической эволюции до сих пор убедительно растолковать не получалось никому. Речь заходит тепловой смерти Почвы.
Суперконтинент Родиния предположительно начал формироваться около 1,1 миллиарда лет назад и распался приблизительно 750 миллионов лет назад. Кстати, наименование «Родиния» происходит от русского «Отчизна» (Li et al.).
Большая часть геофизиков придерживается точки зрения, в соответствии с которой около 90% «конвекционной» энергии генерируется за счёт остывания ядра, 10% — за счёт распада радиоактивных элементов в нём и около 1% — за счёт приливных возмущений.
Анализ геологической истории мантии продемонстрировал, что главные теплопотери постоянно происходили через океаническую кору – при помощи субдукции и спрединга. Другими словами де-факто интенсивность конвективного теплообмена возможно приравнять к уровню тектонической активности.
Так вот, по всем расчётам получалось, что Почва должна была остыть в далеком прошлом. Но этого не случилось. Отчего же мы ещё не замерзли, как цуцики?
Суперконтинент Пангея показался в следствии сокращения внутреннего океана Япетус, а Родиния, напротив, внешнего старого океана. Тихий океан, что уменьшается на данный момент, также внешний (иллюстрация с сайта wikipedia.org).
С этим решили разобраться геофизики Пол Силвер (Paul Silver) из университета Карнеги (Carnegie Institution for Science) и Марк Бен (Mark Behn) из Вудсхолского университета океанографии (Woods Hole Oceanographic Institution).
В большинстве случаев считается, что раздвижение океанических платформ и поглощение их континентальными существовало неизменно и «действовало» непрерывно.
Одновременно с этим был распознан глобальный метод дрейфа плит: они или сходятся, или расходятся, образуя в конце каждого цикла суперконтинент.
На основании циклической версии американские учёные и оспорили непрерывность тектонического перемещения, которое, согласно их точке зрения, зависит от условий «схлопывания» океана (с последующим образованием единого «сверхматерика»).
Единственная большая территория субдукции, появившаяся за последние 80 миллионов лет, находится в Тихом океане (иллюстрация Lawver, Dalziel, Gahagan, Martin, Campbell/University of Texas).
Геофизики высказали предположение, что существуют два типа сокращения – внутреннее и внешнее, и они приводят к разным последствиям.
Дело в том, что во внутреннем океане территорий субдукции, согласно точки зрения учёных, не образуется. А территории эти, напомним, считаются незыблемым источником геологической активности, генерирующим конвективные течения.
Что-то подобное мы можем замечать прямо на данный момент: Тихий океан, где расположено большинство сейсмофокальных участков, медлено уменьшается, уступая место океану Атлантическому. А в последнем за 200 миллионов лет его существования «подползания» плит так и не случилось (за несущественными исключениями). И для этого, возможно, нет никаких предпосылок и в будущем.
Через 100 миллионов лет Австралия приплывёт к нашему Сахалину и японии. А позже, ещё через миллионов 100-200, их «прихлопнет» Северная Америка (иллюстрация с сайтов suntimes.com, utexas.edu/MEMBRANA).
Ранее считалось, что закрытие ветхих территорий субдукции должно уравновешиваться возникновением новых. Так, обязан существовать некоторый закон, что консервировал бы непрерывность силового сотрудничества океанических плит между собой, с континентальными щитами, и с мантией – воздействуя на конвективные потоки и в конечном счете на тектоническую активность Почвы.
Но этого, по всей видимости, не отмечается. самые логичным было бы высказать предположение, что столкновение материков в следствии образования суперконтинента подтолкнуло бы следующую область литосферы – и без того потом, впредь до океанических платформ.
Однако «наезд» Африки и Индостана на Евразию фактически полностью «ушёл» в Альпийско-Гималайскую горную цепь, а новых районов субдукции (вместо утерянных в океане, что лежал между ними) не показалось. Не смотря на то, что уже 50 миллионов лет прошло.
По мере экономии тепловой энергии литосфера начинает играть роль квазитвёрдой крышки (stagnant lid), и конвекция переходит в другой, «стоячий» режим. В случае если тепло неимеетвозможности вырваться наружу, перемещая наряду с этим плиты, оно будет искать себе дорогу не на их окраинах, а прямо через кору – что ведет к значительно меньшему остыванию.
Но в случае если запас температуры ядра достаточный, непременно суперконтинент «порвёт» на части – как Родинию (иллюстрация Li et al.).
Итак, потому, что мы замечаем, что внутренний океан более 200 миллионов лет не проявляет никаких показателей «пододвигания», разумно высказать предположение, что такая обстановка может продлиться ещё довольно продолжительное время. Много миллионов лет, по оценкам американцев.
А с образованием суперконтинента (и «схлопыванием» Тихого океана совсем) субдукция по большому счету может остановиться. Другими словами плиты на какое-то время затормозятся, и теплоотдача Почвы быстро уменьшится
В подтверждение собственной теории Пол Силвер и Марк Бен нашли следы подобных процессов в более древних вулканических породах, относящихся, к примеру, к временам существования Родинии.
Эти породы были найдены в глубине материков, далеко от мест их «производства», что говорит о накоплении тепла под континентальными плитами – в периоды их «застоя».
Исходя из разных коэффициентов «тектонической эффективности» (теплопотери в следствии перемещения океанических плит), Полом Силвером и Марком Беном было выстроено пара сценариев. Кроме того по самому оптимистичному из них Почва должна была остыть около 1 миллиарда лет назад (иллюстрация Silver, Behn).
Получается, что в отечественном геологическом прошлом появилось что-то наподобие механизма саморегуляции теплового режима – в глобальных масштабах. И это продлило нам жизнь как минимум на один миллиард лет.
Но к каким последствиям всё это может привести в будущем?
А в будущем факторы понижения тектонической активности начнут играть ещё более заметную роль. Наряду с этим замедление конвективных процессов в мантии увеличит периоды тектонических мегациклов.
Связано это с экспоненциальной зависимостью вязкости мантийного вещества от температуры: при уменьшении подвода к нему тепловой энергии ядра вязкость астеносферы будет многократно увеличиваться, и соответственно возрастут силы трения, мешающие перемещению плит.
Самый ожидаемое время «сборки» Pangea Ultima – через 250 миллионов лет, но видятся и оценки в 350 миллионов. Единого мнения о том, как она будет смотреться – не существует, и многие геологи выдвигают другие предположения последнего суперконтинента под разными именами (иллюстрация с сайта davidlyness.moved.in).
Более того, с момента собственного происхождения литосферные плиты последовательно снижали скорость – с 50 сантиметров в год (местами больше) до её современного значения около 5 сантиметров в год.
Поднимается ещё более радикальный вопрос: а хватит ли сил на запуск нового цикла? Кое-какие учёные уже именуют следующий суперконтинент Pangea Ultima, другими словами «последней Пангеей».
Отметим, что на данный момент мы замечаем сокращение внешнего океана, соответственно, нас ожидает радостное понижение тектонической активности и «консервирование» тепла в мантии. Плюс к тому, меньше разломов – меньше землетрясений и вулканов.
Действительно, жить в «суперконтинентальных» условиях будет однако не весьма сладко, не говоря уже о том, что концентрация всех плит «с одной стороны» Почвы будет иметь непредсказуемые последствия для климата в целом. Вероятнее, печальные.
Что ж, будем сохранять надежду на то, что механизм тектонической саморегуляции, обрисованный американскими учёными, вправду существует, и что он в очередной раз продлит жизнь отечественной красивой планете.
