Там, где сходятся литосферные плиты
Разнообразные по геологическим последствиям и иногда драматические события происходят там, где сходятся литосферные плиты. В 70-е гг. XX столетия экраны всего мира обошёл художественный фильм «Гибель Японии». Сюжет его строился на вполне научных предпосылках: дно Тихого океана пододвигается под Японские острова и разрушает их, увлекая на глубину целые участки побережья. Всё это сопровождается землетрясениями, извержениями вулканов и несёт гибель населению страны. К счастью, эта картина далека от реальности: воображение авторов фильма ускорило ход событий в сотни тысяч раз! То, что они изобразили, действительно может произойти с Японией, но через десятки миллионов лет.
Мы уже знаем, что при встречном движении двух литосферных плит одна из них может пододвигаться под другую, затягиваться на глубину и погружаться в мантию — всё это называют субдукцией. Если сходятся континентальная и океаническая литосферные плиты, то вниз всегда уходит океаническая, потому что она тяжелее и, плавая на астеносфере, погружена в неё глубже. Такие зоны субдукции наклонены под континент. Если же сходятся две океанические плиты, то вниз уходит более древняя из них, поскольку она толще и тяжелее. Например, на юго-западе Тихого океана зона субдукции островов Новых Гебрид направлена под молодую литосферу моря Фиджи и, таким образом, наклонена к океану. А недалеко оттуда, вдоль островов Тонга и Кермадек, где более древняя литосфера подходит со стороны океана, субдукция направлена в обратную сторону, от океана.
Погружение океанической литосферы начинается в глубоководном жёлобе. Сначала погружающаяся литосферная плита уходит вниз полого, под небольшим углом к горизонтали (10—35°). Перемещаясь на глубину, породы испытывают всё большее давление и уплотняются. Океаническая плита начинает тонуть в астеносфере, перегибается и следует вниз под крутым углом, иногда почти вертикально. Наконец, опустившись до более плотной нижней мантии (на глубину около 670 км), она направляется более полого, а затем почти горизонтально. Об этом нам говорят сейсмические волны, которые «просвечивают» недра Земли. Плотная, холодная и упругая плита хорошо выделяется среди окружающей её разогретой и вязкой астеносферы.
Путь уходящей на глубину литосферной плиты прослеживается и по очагам многочисленных землетрясений. Первые очаги появляются уже в океане под склоном жёлоба, где литосфера перегибается, прежде чем «нырнуть» в мантию. При этом на внешней стороне изгиба она растягивается и растрескивается.
Гораздо больше землетрясений, в том числе катастрофических по своей силе, происходит дальше, там, где океаническая литосфера упирается в край встречной плиты, отжимается вниз и начинает пододвигаться под неё. Очаги землетрясений размещаются здесь на границе плит, и в них происходит скол пород в направлении пододвигания.
Ещё дальше, на глубинах свыше 60—100 км, где океаническая плита опускается в вязкую астеносферу, землетрясений становится меньше. Их очаги размещаются уже не на границе, а внутри опускающейся плиты. Они образуются оттого, что горные породы нагреваются и расширяются. Затем они сжимаются под высоким давлением, когда слагающие их минералы начинают переходить в минералы с более плотной «упаковкой» атомов. Погружаясь в астеносферу, плита как бы потрескивает, «погромыхивает» своими сейсмическими очагами.
Так она попадает в окружение всё более горячего мантийного вещества. По мере погружения литосферная плита разогревается настолько, что теряет способность раскалываться, и возникновение в ней землетрясений становится невозможным. Поэтому дальше субдукция идёт без землетрясений. В разных зонах это происходит на различной глубине: 670—700 км — под островными дугами Тонга, Новые Гебриды и Марианской на западе Тихого океана, 140 км — в Мексике и всего лишь на глубине в несколько десятков километров от поверхности под Каскадными горами в Кордильерах. Чем выше скорость субдукции, чем древнее (а значит, толще и холоднее) океаническая литосфера, тем дальше от жёлоба успеет она продвинуться до своего полного разогревания. И действительно, под Японией, где относительно древняя литосфера (возраст которой 130 млн лет) пододвигается со скоростью до 10 см в год, очаги землетрясений прослеживаются в наклонной зоне на расстоянии до 1400 км от жёлоба.
Такие наклонные зоны, проникающие глубоко в мантию Земли, в которых происходит множество землетрясений, привлекли внимание учёных сразу же после того, как в 1935 г. их впервые обнаружил японский сейсмолог Кию Вадати. 20 лет спустя сейсмолог из Калифорнийского технологического института Хуго Беньоф подвёл итоги изучения этих зон во всём мире, и с тех пор их называют зонами Беньофа. Это самые мощные скопления очагов землетрясений на земном шаре.
Именно над зонами Беньофа, рядом с глубоководными желобами, размещаются цепи действующих вулканов, которые протянулись на многие тысячи километров вокруг Тихого океана и образуют его «огненное кольцо». Появление этих вулканов не случайно: когда при субдукции океаническая плита попадает в область высоких давлений и температур, на глубине 100—200 км из неё выделяются так называемые флюиды и, возможно, некоторое количество расплавленного вещества. Литосфера продолжает погружаться, а отделившиеся от неё вещества направляются вверх, где у подошвы земной коры и внутри неё образуются очаги магмы. Время от времени магма прорывается к земной поверхности и извергается; появляются вулканы.
Таковы действующие вулканы на островных дугах всего земного шара (Курило-Камчатской, Алеутской и других), а также на краю Южно-Американского континента, в тысячекилометровых вулканических цепях Анд. Над зоной субдукции образовались и вулканы Эгейского моря, в том числе Санторин, грандиозный взрыв которого за 1500 лет до н.э. считают главной причиной гибели крито-микен-ской цивилизации.
Отделение флюидов при субдукции происходит на определённой глубине, и именно над этим местом появляются вулканы. Отсюда вытекает простая геометрическая закономерность размещения вулканов: чем круче наклонена зона субдукции (берущая начало от глубоководного жёлоба), тем ближе к жёлобу вулканическая цепь. Например, в Японской островной дуге расстояние от "вулканического фронта" до оси жёлоба около 250 км, а в соседней Идзу-Бонинской островной дуге (к югу-востоку), где океаническая плита погружается круче, — всего лишь 160—170 км. Эта закономерность отмечается повсеместно.
Иногда при субдукции край встречной плиты, подобно бульдозеру, соскребает слои морских отложений с пододвигающейся под неё океанической литосферы. Слои сминаются в складки, и так образуется целый складчатый пакет. В результате край континента или островной дуги наращивается в сторону океана. Обычно, как, например, у берегов Мексики, ширина такого пакета не превышает 20—30 км, но при благоприятных условиях она может быть гораздо больше. Так, перед дугой Малых Антильских островов, отделяющей Карибское море от Атлантического океана, глубоководный жёлоб заполняется обильными выносами реки Ориноко. Видимо, и в прошлом туда поступало много осадочного материала, и поэтому ширина полосы, образовавшейся из смятых донных осадков, достигает почти 300 км.
У побережья Гватемалы в Центральной Америке, наоборот, силы трения в зоне субдукции настолько малы, что осадки, покрывающие океаническую плиту, не задерживаются в жёлобе, а пододвигаются вместе с плитой под край континента. Благодаря бурению скважин удалось выяснить, что «смазкой», уменьшающей трение, служит сверхвысокое давление разогретой воды, заполняющей все поры и трещины на границе плит.
В таких условиях субдукция поглощает не только морские осадки, но даже вулканические горы, которых немало на дне океана. Вот что открылось взору исследователей летом 1985 г., когда в аппарате «Наутилус» они опустились в Японский жёлоб на глубину 6 км от поверхности океана. В этом месте на дне находилась древняя вулканическая гора Касима, которая постепенно «подъехала» к жёлобу на подстилающей её литосфере, как на ленте транспортёра. Когда «лента» начала опускаться и уходить под островную дугу, гора Касима раскололась, и сейчас её части тоже затягиваются под склон жёлоба.
Но есть и другие зоны субдукции, где, напротив, силы сцепления между плитами очень велики. Это проявляется на Тихоокеанском побережье Южной Америки, в Чили, где пододвигающаяся океаническая плита отделяет и захватывает с собой целые участки противостоящего берега. При сильном сцеплении плит и их встречном движении там накапливаются большие напряжения и происходят сильные землетрясения. Это можно сравнить с пружиной, которую мы сжимали всё сильнее, но, соскользнув с упора, она мгновенно распрямляется. Так же в какой-то момент освобождается энергия и на границе плит. Они резко смещаются, и земля содрогается. В мае 1960 г. такое землетрясение произошло на юге Чили, в районе города Вальдивия, где побережье сразу опустилось на 1—2 м, наклонилось в сторону континента и немного сдвинулось от него к глубоководному жёлобу. Океанские воды навсегда затопили тысячи гектаров прибрежной равнины, и только местами над уровнем моря выступали крыши уцелевших строений и вершины деревьев.
В редких случаях край континента сталкивается с островной дугой. Бывает также, что закрывается неширокий, ещё только начавший формироваться глубоководный бассейн, такой, как Красное море. Тогда тяжёлая океаническая литосфера выжимается вверх и надвигается на континентальную окраину. В противоположность субдукции такое явление называют обдукцией. Огромный участок океанической литосферы, длиной почти 500 км и шириной до 100 км, был надвинут подобным образом на восточную оконечность Аравийского полуострова. Он так и остался лежать там, а позднее, изрезанный многочисленными долинами и оврагами, превратился в горную гряду Оман. Некоторые овраги, прорезав бывшую океаническую кору, вскрыли в её породах рудные залежи. При выветривании руды приобрели яркую окраску, которая ещё в доисторические времена привлекла внимание человека. До наших дней здесь сохранились остатки простейших горных выработок. Так благодаря обдукции рудокопам древности стали доступны месторождения, образовавшиеся среди чёрных курильщиков в тёмных пучинах океана.
Иногда там, где сходятся лито-сферные плиты, сталкиваются два континента — это, как мы уже знаем, называют коллизией. При коллизии лёгкая гранитная «облицовка» континентальных лито-сферных плит не поддаётся заталкиванию и затягиванию в мантию. Она слишком плавучая, чтобы погрузиться в астеносферу, и поэтому отслаивается отдельными огромными пластинами, которые нагромождаются у поверхности в виде горных сооружений. Самый яркий пример такого горообразования — поднятие цепи Гималаев и Тибетского нагорья в ходе столкновения Индостана с южным краем Евразиатского континента. Это поднятие началось 45—50 млн лет назад и продолжается поныне. Близ поверхности земли "скучиваются" лёгкие породы верхов континентальной литосферы, а вся остальная, нижняя тяжёлая её часть в это же время круто погружается в астеносферу почти так же, как это происходит при субдукции.
Постоянная ссылка на страницу: http://pochemy.net/?n=1057
Случайная статья
