Вот вы думаете, историческая и динамическая геология — это унылая зубрёжка!? – Вы думаете неправильно!
Это, как минимум, самый эпичный эпос на Земле! А каждый эпизод – ну никак не меньше чем эпическая баллада... Прямо как в эпиграфе.
Эпиграф
Короче мы такие, идем все вот такие,
И тут они такие, и мы такие \ "Оп!" \
И тут один, короче, брателло мой, короче,
Ваще тупой короче, короче «идиот».
И он на них \"Ага, «блин»!\", они такие \"Чо, «блин»?\"
А он такой \"Не понял!\", они ему - тыдынц!
И он такой \"Ну всё, «блин»!\", и мы такие \"О, «блин»!\"
Короче, понеслася, короче, «ёлки», дынц!
«Баллада о тыдыхе» или «Звонок любимой из травматологического отделения» С. Калугин
В реальности баллада ничуть не менее эпическая!
Кора - Оп!
Мантия - Опа!
Лава – Ага, блин! И тыдых!
Плиты и мантийные течения – Понеслось!
Посмотрим на то, как возникает это ваше движение литосферных плит от их появления до исчезновения.
Сперва чуть-чуть про матчасть.
Астеносфера - (новолат. asthenosphaera, от греч. ἀσϑενής – слабый и σφαῖρα – шар), относительно пластичная оболочка в верхней мантии Земли, подстилающая более упругую и хрупкую литосферу.т Характеризуется пониженной по сравнению с литосферой вязкостью и прочностью, что обусловлено частично расплавленным (несколько процентов) состоянием её вещества. Кровля астеносферы лежит под океанами на глубинах менее 100 км, под материками погружается до 200 км и более. (Откуда взялась астеносфера, смотреть тут)
Литосфера – (от греч. λίθος «камень» + σφαίρα «шар») , верхний твёрдый (в отличие от астеносферы) слой Земли. Состоит из земной коры и верхнего слоя мантии, относительно холодного. Именно куски литосферы образуют блоки (литосферные плиты), которые двигаются относительно друг друга по поверхности земли.
Рифт - (от англ. rift – трещина, расселина), крупная структура растяжения литосферы. Литосфера под рифтом имеет сокращённую мощность. Для современных рифтов характерны повышенные тепловой поток, сейсмичность и интенсивный магматизм.
Вот теперь будем смотреть:
Вся прелесть ситуации в том, что, кроме разлома\трещины\щёлочки в плите, закрывающей астеносферу – ващще ничего не надо! Дальше всё получится неизбежно, как мировая революция, по словам Ленина.
Следите за руками!
Сквозной разлом в литосфере легко представить как трещину на замёрзшем пруду. Края трещины немного расходятся, а вода слегка выдавливается вверх. А теперь увеличим масштаб от десятка сантиметров до сотен километров. Силы, действующие в процессе, огромны, время исчисляется в сотнях тысяч и миллионах лет... Так что даже вещество мантии, которое имеет текучесть меньше чем у стального молотка, начинает вести себя как густая жидкость!
Подъём разогретого вещества вверх по трещине вызывает восходящее течение в подстилающих слоях астеносферы – образуется пока ещё маленькая конвективная ячейка (относительно стабильный участок слоя в недрах земли, в котором происходит устоявшееся перемещение\перемешивание вещества вследствие различия его плотности у кровли и у подошвы слоя). Поток поднимается, растекается в стороны по нижней поверхности плиты, отдаёт ей часть тепла, и остывшее вещество опускается вниз.
Всё это создаёт, во-первых, очень неслабые растягивающие силы в месте разлома – ведь крайне вязкая астеносфера очень крепко прилипает и тянет за плиту снизу. А во-вторых, в месте подъёма вещества и земная поверхность слегка приподнимается – получается хоть и пологая, но всё же горка. Представьте, с какой силой будет стремиться съехать вниз по склону, например, кусочек Урала километров в триста, если его приподнять метров на сто и ещё мощно тянуть вбок!
Так... Трещина начинает расширяться – получается рифт. Заметьте, ничего, кроме разлома и астеносферы под ним, нам для этого не потребовалось!!! Смотрим дальше: «Ахалай-Махалай!»
В расширяющуюся трещину поднимается разогретое и более-менее пластичное вещество астеносферы, давление постепенно падает и тут!.. И тут при понижении давления из мантийного вещества начинают выплавляться самые легкоплавкие компоненты. Смешиваясь, они превращаются в базальтовую магму. В ней за счёт всё ещё очень высокого давления, растворено много воды и газов (хлора, фтора, водорода, сероводорода, углекислого и прочих гелиев с аргонами). Когда магма изливается на поверхность, эти вещества улетучиваются, и получается лава. Которая потом застывает в виде эффузивных (лава, застывшая на поверхности или вблизи неё) горных пород. А вот водный пар и газы формируют гидросферу и атмосферу земли, по крайне мере, те, что были в начале истории планеты.
Магма заметно легче исходной мантии и на много порядков подвижнее её. Естественно, она быстро поднимается вверх и уносит с собой избыток тепла от мантийного вещества. Потерявшее лёгкие компоненты и остывшее вещество астеносферы оттесняется вбок горячим потоком снизу. Процесс ускоряется!
Далее про астеносферу можно не вспоминать – она так и будет делать то, что делала в прошлом абзаце.
Следующий этап
Ну вот поднялась лава вверх, дальше-то что?
А вот целых три возможности!
Первая – очевидная. Лава выливается из трещин и застывает в виде широких покровов базальтового состава. Это можно увидеть и потрогать в Исландии.
А если на дне океанов, то лава, попадая в воду, застывает в виде шаров\караваев\подушек и тоже образует покровы (подушечных базальтов, также их называют пиллоу-лавами) – верный диагностический признак подводных извержений.
Вторая возможность – лава, застывшая в самой трещине, образует вертикальную (или около того) пластину базальтового состава. Такую штуку называют дайкой – (англ. dike, dyke, буквально – преграда), пластинообразное вертикальное или крутопадающее геологическое тело, ограниченное параллельными стенками. При дальнейшем раздвигании стенок новая порция лавы опять частично изливается, а частично застывает в разломе. Получается слой, составленный из вертикальных базальтовых пластин.
И третья возможность – часть магмы осталась под разломом в магматической камере и никуда уже не уходит. Она медленно остывает, и за счёт этого в ней успевают вырасти довольно крупные зёрна минералов. Получается слой габбро (горная порода, очень похожая на серый гранит, но содержащая гораздо меньше кварца).
Получается пирог из подушечных базальтов сверху, дайкового слоя и габбро в основании – это и есть океанический тип земной коры. Видно, что такая кора образуется в зоне нашего разлома и расползается от него в разные стороны. И чем дальше от него, тем кора будет старше.
Смотрим, что будет при последующем отодвигании земной коры от зоны спрединга. Спрединг - (от англ. spread – развёртывать, простираться, размазывать), разрастание океанического дна в срединно-океанических хребтах и других рифтовых зонах океана.
Пластина коры постепенно остывает и увеличивает свою мощность - в точности как льдина, нарастающая снизу при сильных морозах. При этом она получается немного тяжелее подстилающей астеносферы, но не тонет за счёт своей жёсткости и большой площади опоры.
В какой-то момент мощность и вес плиты становятся избыточными, она подламывается и начинает погружаться в мантию. Порой она ныряет даже до границы мантии с ядром. В мантии материал коры постепенно растворяется и переплавляется до полного смешения с окружающим веществом. Как геологи выяснили это, можно узнать тут.
Сила тяжести на земле, скорость остывания плиты неизменны. Состав и прочность плиты тоже почти постоянны. Получается, что когда плита достигнет предельного возраста (судя по измерениям, это около 70 млн. лет) она без всякого внешнего воздействия изогнётся и начнёт погружаться в мантию.
Когда плита погружается, она увлекает остывшую и тяжёлую астеносферу вниз, создавая таким образом нисходящий поток конвективной ячейки.
Получается нормально действующий цикл, который работает сам по себе и не требует каких-то внешних усилий.
Более того, при таком процессе энергия теряется у поверхности планеты в виде рассеивающегося в космос тепла.
Но выделяется энергии больше! При конвекции - перемешивании мантийного вещества более лёгкие соединения частично отделяются и всплывают. Они образуют земную кору. Тяжёлые так же частично тонут, и в конечном итоге железо (как самое тяжёлое из широко распространённых на планете веществ) уходит в земное ядро. Процесс гравитационной и химической дифференциации - (разделения) идёт со значительным выделением тепла. Про выделение гравитационной энергии тут.
Это и есть та печка, которая позволяет Земле быть живой подвижной эволюционирующей планетой, а не холодным булыжником!
Вы спросите меня – почему тот же Байкал или Великий Африканский рифт махом не превращается в океан? – дык тут всё понятно! Хоть и совсем не просто. Эти крупные и глубокие разломы находятся в самой серёдке континентов там, где астеносфера выражена очень слабо, а кора имеет большую мощность, вот и не получилось за пару лет выкопать океан. И если в Африке процесс идёт потихоньку, то Байкальский рифт до океана вряд ли дорастёт в принципе.
А вот на тонкой океанской коре процесс идёт весьма бодро! Её и сломать легче, и астеносфера под ней на небольшой глубине. Поэтому в океанах появление новых и разветвление действующих рифтовых зон - вполне обычное дело.
И дальше что?
А дальше у этого всего начинают накапливаться побочные эффекты в виде островных вулканических дуг, активных континентальных окраин с глубоководными желобами, горными складчатыми и вулканическими системами, рифтами, разрывающими материки… В общем много классных историй, достойных самых эпических баллад!
Благодаря этому образуется наша материковая земная кора, эти же процессы служат причиной почти всех геологических событий на планете.
Схематично цикличное изменение земной коры, зарождение и исчезновение океана можно представить в виде Цикла Вильсона. (Предложен канадским геофизиком Джоном Тузо Вильсоном в 1966 году. Полный цикл Вильсона занимает от 400 до 600 млн лет)
Теперь нам становятся видны величие, красота и сообразность устройства нашего мира!
Список источников
- «Земля. Введение в общую геологию». Дж. Ферхуген, Ф. Тернер, Л. Вейс, К. Вархафтиг, У. Файф. (Перевод с английского Ю. П. Алешко-Ожевского, Р. М. Минеевой, Г. Н. Мухитдинова, П. П. Смолина. «МИР» 1974)
- «Общая и полевая геология» Одесский И. А. Недра, Ленинград, 1991
- Энциклопедия для детей. Том 4. «Геология» Аванта+, Москва, 1995
- «Океанический рифтогенез» Е.П. Дубинин, С.А. Ушаков, Москва, ГЕОС, 2001
- «Геодинамика» Аплонов С.В. Издательство С.-Петербургского университета, 2001
- «Геотектоника с основами геодинамики» Издание 2, Ломизе М.Г., Хаин В.Е. КДУ, Москва, 2005
- «Кратко и просто про геологию от геолога. Строение Земли» Пешков С.В. Habr.com (https://habr.com/ru/companies/timeweb/articles/656477/), 2022
- «Как появилась Луна и что из этого вышло» Пешков С.В. Habr.com (https://habr.com/ru/users/Bodiagnik/publications/articles/), 2022
Автор: Сергей Пешков.