Плиты и скорость их движения

Дно Атлантического океана расширяется примерно на 2.5 см в год, что за миллион лет составляет 25 км.

Расколотая оболочка

Согласно теории тектоники плит, жёсткая внешняя оболочка Земли разбита более чем на десяток крупных и мелких плит, которые движутся относительно друг друга. BGS выделяет около 15 основных плит. Некоторые из них, например Тихоокеанская, почти целиком лежат под океаном. Другие несут целые материки вместе с окружающим океанским дном: Северо-Американская плита простирается от Калифорнии до середины Атлантики. Плиту нельзя отождествлять с материком. Это участок литосферы, а береговая линия лишь отмечает, где его поверхность оказывается выше уровня моря.

Большинство геологических событий происходит на краях плит. USGS выделяет расходящиеся границы, где плиты удаляются друг от друга и образуется новая кора; сходящиеся границы, где кора разрушается при погружении одной плиты под другую; трансформные границы, где плиты скользят вдоль друг друга, а кора не образуется и не уничтожается; а также широкие пограничные зоны со сложным строением, например Средиземноморье и Альпы. В следующих трёх уроках мы по очереди рассмотрим основные типы.

Сантиметры в год

По человеческим меркам плиты движутся медленно, а по геологическим довольно быстро. USGS указывает среднюю скорость расширения у Срединно-Атлантического хребта около 2.5 см в год, у Арктического хребта менее 2.5 см в год, а у Восточно-Тихоокеанского поднятия вблизи острова Пасхи более 15 см в год. Вдоль разлома Сан-Андреас Тихоокеанская плита с трением скользит мимо Северо-Американской со скоростью около 5 см в год. Умножь скорость на большой промежуток времени, и расстояние окажется огромным. При скорости 2.5 см в год Атлантика расширяется на 25 км за миллион лет. За те 100–200 миллионов лет, что здесь продолжается разрастание океанского дна, узкий залив превратился в океан шириной в тысячи километров.

Откуда известны эти скорости? У геологов есть двое часов. Первые заключены в горных породах. На океанском дне смены полярности магнитного поля Земли записаны в виде полос. Возраст каждой смены известен, поэтому расстояние от хребта до полосы позволяет вычислить среднюю скорость за миллионы лет. Сходным образом используют смещение пород известного возраста по разные стороны разлома. Вторые часы находятся в космосе. С конца 1970-х годов спутниковые методы, прежде всего GPS, позволяют многократно измерять расстояния между станциями, удалёнными друг от друга на сотни и тысячи километров. USGS отмечает, что скорости, измеренные за несколько лет, хорошо согласуются со средними скоростями за миллионы лет.

Что движет плитами

В горячей мантии под плитами идёт медленная конвекция: нагретое вещество поднимается, а остывшее опускается. Долгое время её представляли как конвейер, несущий плиты. BGS перечисляет три предполагаемые движущие силы: конвекцию в мантии, гравитационное соскальзывание от хребта, где новая тёплая плита приподнята и скользит в стороны, и тягу погружающейся плиты, когда старая, холодная и плотная плита уходит вниз в зоне субдукции и тянет остальную часть за собой. В исследовании, на которое ссылается BGS, обнаружили, что плиты с большей долей погружающихся краёв движутся быстрее. Это указывает на ведущую роль тяги погружающейся плиты при содействии соскальзывания от хребта. Именно на вопрос о движущей силе Альфред Вегенер не смог ответить в 1912 году, и некоторые его стороны до сих пор обсуждаются.