Земна тектоніка: Як П'ятнадцять Пластин Змінної Твердої Рухи Перетворюють Планету

Земна кора, розбита на плити

Зовнішній шар Землі, літосфера, не є однорідним — складається приблизно з п’ятнадцяти твердих плит завбільшки 60-150 км завтовшки, які плавають на повільно течучій астеносфері під ними. Ці плити не пасивні плоти: їх штовхають і тягнуть за допомогою того самого двигуна тепла, що створив їх, і там, де зустрічаються дві плити, вирішується майже все цікаве про геологію регіону — його гори, землетруси, вулкани, навіть форму узбережжя.

Теорія приймалася лише через десятиліття. Альфред Вегнер запропонував теорію пливового руху в 1912 році на основі «розбитого дзеркала» континентів та відповідних викопних рештів у океанах, але не мав механізму і був відкинутий. Докази з’явилися в 1960-х роках з морського дна: симетричні смуги полярності магнітної поля на обох сторонах від середнього атлантичного хребта, утворені під час затвердіння нової кори через точку Кюрі, зафіксованої в напрямку магнітного поля Землі на той час. Ця смуга магматичної кори морського дна є найкращим доказом того, що плити рухаються і нова кора народжується на хребтах.

Три види межі

На розрізній межі плити від’єднаються та магма підніметься, щоб заповнити простір, заморожуючись у нову океанічну кору — середньоокеанські хребти, і на суші східноафриканський розлом, який повільно розриває новий океану басейн. На збіжній межі плити стикаються. Якщо одна є океанічною, вона щільніша та занурюється під іншу в субдукції, тягнучи воду в мантію, викликаючи плавлення та утворення вулканічного arcs (Анди, Каскади); якщо обидві є континентальними, ні одна з них не може зануритись і кора просто зморщується вгору, що пояснює висоту гірських хребтів. На межі переміщення плити ковзають одна біля одної в стороні без створення або знищення кори — Сан-Андреаський розлом є типовим прикладом, і оскільки обидві сторони можуть заблокувати та зберігати напругу протягом століть до того, як вони скотяться, то переміщувальні зсувні тектоніки є продуктивними генераторами землетрусів.

divergent   →  |  <---  --->  |   new crust, shallow quakes, rift valleys
convergent  →  |  --->  <---  |   subduction OR mountain building, deep quakes
transform   →  |  ^^^   vvv   |   strike-slip, shallow but often large quakes

Що насправді рухає п'ятнадцять платів скель

Протягом десятиліть підручники приписували рух лише конвекції мантії — гарячий камінь піднімається, охолоджується та опускається, штовхаючи плити зверху, як прірва на киплячому горщику. Сучасна геодинаміка дає більшу частку кредиту силам, що діють на межах плит. Стягування платів, тобто вага холодної, щільної плити, що занурюється під власну гравітацію, тепер вважається основним джерелом рушійної сили — плити з довгими зонами занурення (наприклад, тихоокеанська плита) рухаються найшвидше. Ridge push додає менший поштовх: новоутворений кора на рифті є плаваючою та піднятою, і вона гравітаційно ковзає від цієї топографічної висоти, коли старіє, охолоджується та ущільнюється. Basal drag від мантіїного потоку під ним, ймовірно, також сприяє, але зараз його розглядають як другорядний ефект, який додається до тяжіння платів і ridge push, а не як основний двигун.

Зе́тверження землетрусів як процес ‘вископлення’

Камінь на заблокованій межі плити поводиться еластично: напруга нарощується протягом років і століть, поки розлом залишається застиглим через тертя, а потім вивільняється раптово, коли напруга переважує це тертя — рух ‘вископлення’, той самий механізм, що змушує скрипку видавати звук. Енергія, що вивільняється, масштабується відповідно до моменту магнітуди, M = (2/3)·log₁₀(M₀) − 10.7, де сейсмічний момент M₀ є площею розриву помноженою на середній зсув помноженим на жорсткість кори; оскільки це десятковий логарифм енергії, кожен цілий крок вгору масштабу представляє приблизно 32 рази більше вивільненої енергії, а не лінійний стрибок. Зони субдукції виробляють найбільші землетруси з усіх — магнотидні події, як-от Чилі 1960 року (M9,5) — через те, що площа контакту між двома плитами, де може відбутися зсув, величезна.

Читання межі з поверхні

Кожен тип межі залишає характерний відбиток, який можна прочитати на карті. Дивергентні зони демонструють неглибокі, низькомасштабні землетруси, розташовані вздовж лінійного зсуву або рифтової системи, а також активну вулканівку з базальтовою, малосілистою лавою. Конвергентні субдукційні зони демонструють характерний малюнок, вперше виявлений Вадаті та Бенофф: глибина землетрусів збільшується стабільно вглиб країни, віддалено від тріщини, простежуючи площину опускаючоїся плити на глибину 700 км, у поєднанні з дугоподібною лінією вибухових, високосілистої вулканів на відстані приблизно 100–200 км від тріщини. Зони перетворення демонструють неглибокі землетруси, скупчені в вузькій смузі з практично відсутньою пов’язаною вулканівкою, оскільки нічого не створюється чи підводяться для розплаву.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Plate Tectonics і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.