История дрейфа континентов
В 1911 году немецкий метеоролог и геофизик Альфред Вегенер проводил исследования в университетской библиотеке, когда наткнулся на научную статью, в которой перечислялись древние окаменелости идентичных растений и животных, найденные по обе стороны Атлантического океана.
Это заставило Вегенера задуматься о том, как одни и те же организмы могли эволюционировать в двух местах, разделенных тысячами миль воды.
Некоторые ученые считали, что между этими местами когда-то существовали сухопутные мосты. Но Вегенер посмотрел на карты береговых линий Африки и Южной Америки и выдвинул другую идею. Что, если эти континенты когда-то были соединены вместе, а затем раздвинулись в ходе процесса, который все еще продолжается?
Вдохновленный этим, Вегенер разработал свою теорию дрейфа континентов, которую в то время широко высмеивали как нелепую.
Однако к 1950–1960-м годам ученые пришли к выводу, что Вегенер, возможно, был прав и что части земной коры медленно перемещаются — процесс, который не только объясняет многие особенности планеты, но и может способствовать возникновению жизни на Земле.
Теория тектоники плит
Тектоника плит — это теория, согласно которой земная кора и верхняя мантия состоят из множества крупных и мелких плит, которые плотно прилегают друг к другу, но находятся в непрерывном движении, иногда сближаясь, а иногда расходясь.
Тектонический сдвиг
Движение плит известно как движение плит или тектонический сдвиг, и оно продолжается уже очень давно. Исследование исследователей Университета Джонса Хопкинса, опубликованное в августе 2019 года в научном журнале Nature, приходит к выводу, что тектоника плит началась около 2,5 миллиардов лет назад и с тех пор постепенно развивалась.
Конвекция мантии
«Земля — это крупномасштабная тепловая машина», — объясняет по электронной почте Рэй Руссо, доцент кафедры геологии Флоридского университета и эксперт по тектонике плит.
«Тепло, оставшееся от планетарной аккреции, гравитационного сжатия и радиоактивного распада, удерживается в недрах Земли. Поскольку тепло перетекает из теплых регионов в холодные, внутреннее тепло Земли стремится к ее холодной поверхности. Наиболее эффективным способом для этого тепла попасть из глубоких недр на поверхность Земли является конвекция. Таким образом, в больших масштабах горячий материал мантии поднимается и заменяет холодный материал мантии, который образовался на поверхности Земли.
«Холодный материал — это, по сути, жесткие плиты Земли», — продолжает Руссо. «Эти плиты становятся плотными по мере охлаждения и в конечном итоге становятся достаточно плотными, чтобы погрузиться в мантию, охлаждая планету и перемешивая мантию в глобальном масштабе. В двух словах, это тектоника плит».
Как вся эта тепловая энергия заставляет целые плиты двигаться? Одна из теорий — тяга плит. Когда плотные океанические плиты опускаются под менее плотные континентальные плиты, они тянут за собой остальную часть плиты, в явлении, известном как тяга плит.
Плиты движутся очень, очень медленно — средняя скорость составляет 0,6 дюйма (1,5 сантиметра) в год, хотя ученые расходятся во мнениях относительно того, замедляется ли движение или ускоряется.
Как движутся плиты
Плиты взаимодействуют вдоль своих границ тремя различными способами.
Расходящиеся границы
Там, где две плиты расходятся друг от друга, существует расходящаяся граница — зона, где часто происходят землетрясения, а горячая магма или расплавленная порода поднимается из мантии на поверхность, образуя новую кору.
Конвергентные границы
И наоборот, в местах, где сходятся две плиты, возникает конвергентная граница. Удар плит в этих местах может привести к тому, что края прогнутся и подтолкнутся вверх, образуя горный хребет, или же прогнутся, создав глубокую впадину на дне океана.
Цепи вулканов часто формируются параллельно границам. Сходящиеся границы создают континентальную кору, но разрушают кору, которая является частью океанического дна.
Трансформировать границы плит
На границе трансформной плиты две плиты скользят мимо друг друга. Кора вдоль границы трансформной плиты будет треснута и сломана, но в отличие от двух других типов границ, она не создаст новой коры. Землетрясения часто происходят вдоль этих разломов.
Образование вулканов
Как объясняет Руссо, тектоника плит глубоко влияет на всю нашу планету и все ее естественные процессы. Одна из главных причин заключается в том, что движение плит вызывает образование вулканов — по сути, разломов в коре, которые служат выходами для тепла и лавы — и их извержения постоянно поднимают на поверхность океанические бассейны, которые составляют 72 процента поверхности Земли.
Не менее важно и то, что вулканическая активность, связанная с движением тектонических плит, приводит к отделению более легких и менее плотных минералов от более тяжелых и плотных в мантии Земли. «Накопление этих легких минералов приводит к развитию и росту континентов, на которых мы живем», — говорит Руссо.
Движение плит и океан
Движение тектонических плит также помогло создать, во многих отношениях, условия, которые делают жизнь на Земле возможной. Оно приводит, например, к взаимодействию горячих вулканических пород с водой в океане, а выщелачивание ионов из этих пород — это то, что контролирует соленость океанов.
«Жизнь развивалась в океанах, в присутствии этой богатой ионами воды, и, как прямое следствие, у людей, например, соленость крови эквивалентна солености морской воды» — говорит Руссо.
Кроме того, вулканическая активность, вызванная тектоникой плит, также способствовала образованию плодородной почвы, которая позволяет растениям расти и производить как пищу, так и кислород, необходимый для жизни людей и крупных животных, отмечает он.
Движение плит и климат
Изменяя конфигурацию континентов и океанических бассейнов, тектоника плит также влияет на климат планеты. «Например, нынешние формы океанических бассейнов постоянно поставляют теплые экваториальные воды в полярные регионы, не давая планете развиться очень большим экстремальным значениям температуры поверхности между экватором и полюсами», — говорит Руссо.
Горы, образованные тектоникой, также являются одними из важнейших поглотителей углекислого газа на планете, помогая снижать уровень атмосферного CO2, формируя новые минералы. Этот процесс усиливается и ослабевает в ответ на изменения температуры, позволяя горам действовать как гигантские термостаты.
Движение плит и эволюция
Постепенное перемещение континентальных масс также сыграло важную роль в биологической эволюции. «Видообразование — развитие новых видов — происходит, когда одна группа растений или животных делится на две группы, которые больше не находятся в репродуктивном контакте, как, например, часто случается, когда суперконтинент распадается и между его континентальными фрагментами образуются новые океанические бассейны», — объясняет Руссо.
Все это может заставить Альфреда Вегенера, погибшего в 1930 году, когда он заблудился в снежной буре во время экспедиции в Гренландии, наконец почувствовать себя оправданным.
