Исследование, опубликованное в журнале Nature, показало, что расстояние между Америками и Европой увеличивается со скоростью четыре сантиметра в год. То есть Атлантический океан постепенно расширяется (что само по себе не новость). Удивило учёных другое: оказалось, что процесс этот имеет совершенно иное объяснение, нежели то, что бытовало до сих пор.

Напомним, что Европа и Африка "сидят" на Евразийской и Африканской литосферных плитах соответственно, а Северная и Южная Америки расположились на Северо-Американской и Южно-Американской литосферных плитах. Между ними расположился так называемый Срединно-Атлантический хребет. Это цепь огромных гор, расположенная на дне Атлантического океана и скрытая его водами.

Срединно-Атлантический хребет как трещина на скорлупе яйца, через которую вовне вырываются породы, выбрасываемые мантией Земли в зоне разлома. Они постепенно застывают и достраивают собой края литосферных плит.

Сами литосферные плиты находятся в постоянном движении. Согласно общепринятой теории, их расползание в разные стороны определяется тяжёлыми породами, которые под собственным весом постепенно проседают в глубину мантии. Оказывая гравитационное воздействие на плиты, они растягивают их в разные стороны.

Проблема в том, что по краям Атлантического океана нет тяжёлых, тонущих в мантии пород. И до последнего времени для учёных оставалось загадкой, что заставляет плиты, образующие дно Атлантики, расходиться в разные стороны.

Чтобы прояснить ситуацию, команда сейсмологов, возглавляемая специалистами из Университета Саутгемптона в Великобритании, развернула на дне Атлантического океана сеть из 39 сейсмометров.

Это позволило провести первое крупномасштабное исследование высокого разрешения, демонстрирующее, что происходит в мантии под Срединно-Атлантическим хребтом.

В итоге учёные получили представление о процессах, происходящих на глубинах 410-600 километров. Оказалось, что под Срединно-Атлантическим хребтом на большой глубине имеет место очень медленное "набухание" мантии, что и вызывает расползание плит.

Ранее считалось, что подобные процессы происходят гораздо ближе к поверхности, в пределах глубины 60 километров.

Поясним, что представление о тектонике плит помогает учёным разрабатывать более точные системы предупреждения стихийных бедствий, а также более точно строить представления об изменении климата на больших отрезках времени. Ведь движение тектонических плит изменяет уровень моря, а значит, влияет на затопление или обмеление тех или иных регионов.

Профессор Майк Кендалл (Mike Kendall) из Оксфордского университета, один из соавторов исследования, объясняет: "Эта захватывающая работа меняет наше представление о пассивном участии океанических хребтов в движении литосферных плит. Она указывает на то, что в местах наподобие Срединно-Атлантического хребта существуют силы, играющие важную роль в отталкивании формирующихся литосферных плит друг от друга".

Геологи определили возраст первых континентов Земли

Пристегните ремни, мы движемся. И не только вместе с Землёй сквозь Вселенную с огромными скоростями. Мы медленно и неторопливо ползём вместе с континентом Евразия. Скорость – два-три миллиметра в год. Прямо сейчас расширяется Атлантический океан, надвое разламывается Африка, а Индийский субконтинент продолжает сминать огромную складку Гималаев, делая их всё выше. Наш родной материк, кстати, тоже раскалывается, из-за чего Байкал когда-нибудь станет океаном. Так что у жителей Иркутска будет прекрасная возможность отдохнуть на морском берегу, не выезжая из своего региона – нужно всего лишь подождать двадцать миллионов лет.

Поразительная геометрическая совместимость восточных берегов Америки с западным побережьем Европы и Африки стала очевидна уже к началу ХVII века. Но учёные того времени видели в этом разве что промысел Божий. Геологию этих континентальных окраин ещё никто не мог сопоставить, так как не существовало даже слова "геология", было "горное дело" с единственной задачей – искать и добывать полезные ископаемые.

Первым гипотезу о движении материков озвучил немецкий метеоролог Альфред Вегенер в 1915 году. Почти полвека она оставалась крайне непопулярной, ведь геологи того времени не знали никаких сил, способных двигать континенты. Так продолжалось до 1950-х годов, когда начались открытия.

Наука питается крохами со стола бога войны. Радиотелескопы, перевернувшие наши представления о Вселенной, стали инструментом учёных после Второй мировой, когда огромные средства были вложены в технологии радиолокации. Та же история произошла с гидролокаторами, доведёнными до совершенства ради обнаружения подводных лодок противника. Геологи же использовали их для зондирования морского дна.

Подводный рельеф океанов, палеомагнитные исследования и сейсмология не оставили сомнений: океаническая кора зарождается в срединно-океанических хребтах и циклопической конвейерной лентой ползёт от них в обе стороны к океаническим желобам, где снова уходит в раскалённые глубины. Вот к этим точкам погружения и ползут материки, которые попросту плавают на поверхности мантии из-за того, что гранит на 10% легче базальта. Материки разламываются, сталкиваются, объединяются, но не тонут. Только это и позволило сохраниться материковой коре возрастом в миллиарды лет, в то время как на дне океана сегодня нет коры старше юрской (200 – 150 миллионов лет) – вся погрузилась и переплавилась.

В наши дни учёным нет нужды ссылаться на косвенные данные: скорость движения материков они попросту измеряют. В этом им помогают радиоинтерферометры, о которых мы недавно рассказывали. Созданные ради астрономических открытий, они работают и на геологов. Такая система из нескольких телескопов чрезвычайно чувствительна к изменению расстояния между ними, и движение на миллиметры в год не заметить невозможно.

Силы, которые приводят в движение гигантский конвейер, для геологов сегодня тоже не являются тайной. В полном соответствии с законом Архимеда тяжёлые породы тонут в мантии, погружаясь всё глубже (именно поэтому, кстати, у Земли железное ядро), а лёгкие выталкиваются на поверхность. Получается круговое течение, вертикальное в глубинах мантии и горизонтальное у поверхности Земли – конвективная ячейка. На Земле чередуются режимы "одна ячейка – две ячейки", из-за чего материки то сбиваются в один суперконтинент, как во времена Пангеи, то расходятся в разные стороны, как сейчас. Кстати, именно трение в этих огромных потоках вещества и есть основной механизм разогрева недр нашей планеты. Распад радиоактивных элементов даёт только 15% тепла.

Такова картина, ясная и проверенная даже в деталях. Но у учёных всё ещё остаются вопросы. И первый из них – когда это началось? Как давно на Земле существуют целые материки из гранита и других пород континентальной коры? Давно ли начался их затейливый танец?

По этому поводу нет единого мнения. Некоторые геологи считают следами древнейшей континентальной коры вкрапления кварца в кристаллы циркона возрастом 4 миллиарда лет (между прочим, этот минерал не так давно позволил определить самую высокую температуру, которую знала Земля). Большинство исследователей называют более скромные цифры – три миллиарда. Проблема в том, что датировка горных пород – не такое простое дело. Изменения, которым древние минералы подвергались за свою долгую жизнь, могут искажать следы возраста.

Новый подход предложила научная группа во главе с Николя Гребером (Nicolas Greber) из Чикагского университета. В исследовании, опубликованном 22 сентября 2017 года в журнале Science, измеряется изотопный состав титана. Титан нерастворим в воде, не окисляется атмосферным воздухом, живые организмы тоже к нему равнодушны. Такой устойчивый к внешним воздействиям материал должен хранить отчётливые следы условий, в которых формировался.

Между тем титан в составе материковой и океанической коры – это, как гласит поговорка, две большие разницы и одна маленькая. Континентальные породы образуются при плавлении базальта, в этом процессе некоторые изотопы металла теряются. Поэтому, зная изотопный состав титана, можно сказать, был ли он когда-нибудь частью континентальной коры.

Геологи протестировали 78 образцов из разных мест по всему миру. Все камни брались из хорошо изученных и датированных коллекций, самому старому из них было 3,5 миллиарда лет. Соотношение изотопов титана оказалось характерным для континентальной коры поразительно мало менялось от образца к образцу. Учёные делают отсюда вывод, что уже 3,5 миллиарда лет назад на нашей планете существовали материки и начался дрейф тектонических плит.

К слову, соединения титана не только выдают возраст континентов Земли, но и раскаляют атмосферы планет далёкого космоса. Именно оксид этого металла считают ответственным за разогрев некоторых экзопланет.

Science (США): как может выглядеть новый суперконтинент на Земле?

За всю историю на планете Земля было уже три суперконтинента, а четвертый — на подходе. Гигантские части суши сходятся и снова расходятся, каждый раз в новом месте. Геологи даже успели назвать этот новый суперконтинент. Когда и каким он будет — читайте в статье.

Hовые исследования позволяют получить определенное представление.

Колумбия, Родиния, Пангея — в далеком прошлом на Земле появлялись и исчезали суперконтиненты. Сегодня ученые приходят к выводу о том, что эти гигантские части суши формируются в соответствии с определенными циклами, и это происходит примерно один раз в 600 миллионов лет. Они даже предсказывают, когда и где может образоваться новый суперконтинент, основу которого составит ползучее течение породы в горячей мантии нашей планеты. 

«Это не совсем неожиданная идея, однако мне нравится то, как она формулируется», — говорит Пол Хоффман (Paul Hoffman), геолог и эксперт в области суперконтинентов Гарвардского университета, не принимающий непосредственного участия в такого рода исследованиях. 

Континенты сидят на тектонических плитах — на состоящих из коры формированиях, плавающих по мантии. Сама мантия выступает в роли кипящей кастрюли с водой — жидкая кора Земли нагревает породы на дне мантии, что заставляет их медленно подниматься. В то же время, остывающие куски коры в зонах разлома погружаются на дно мантии. Подобное циркуляционное движение получило название конвекция мантии (mantle convection), и в течении миллионов лет оно вызывает движение континентальных плит — а также их случающееся время от времени превращение в суперконтиненты. 

Для более глубокого изучения этого явления Росс Митчелл (Ross Mitchell) из Китайской академии наук, и его коллеги сосредоточили свое внимание на «мегаконтинентах» (megacontinents), уступающих по своему размеру суперконтинентам. Одним из таких мегаконтинентов является Гондвана (Gondwana), которая была образована примерно 500 миллионов лет назад, а через 200 миллионов лет стала причиной формирования Пангеи. 

Для изучения того, как Гондвана превратилась в Пангею, специалисты составили временную карту континентальных плит, основываясь при этом на анализе ископаемых материалов и других временных свидетельствах. А еще они изучили то, каким образом позиция этих континентов относится к движению мантии, а также возможные места древнего апвеллинга и даунвеллинга. 

Они пришли к выводу о том, что континенты движутся в направлении зон разлома, где породы мантии остывают и опускаются вниз. Митчелл называет эти зоны «поясами разлома» (subduction girdles), потому что континентальные плиты, которые из-за своего размера не могут опускаться, направляются туда и там, по его выражению, застревают. Они способны двигаться только в горизонтальном направлении и формировать континенты, и именно этот процесс можно сравнить с превращением Гондваны в Пангею. Об этом представители команды Митчелла рассказали в своем докладе, который был опубликовал в ноябре 2020 года в журнале Geology.

На основе этой модели можно предположить, что ожидает в будущем нашу планету. Когда 175 миллионов лет назад Пангея разрушилась, это привело к формированию Огненного кольца (Ring of Fire), целого набора зон разломов по периметру Тихого океана, которые питают своей энергией вулканы и землетрясения. Некоторые континенты уже объединились для создания Евразии, современного мегаконтинента, который уже приблизился к Огненному кольцу, к поясу разлома нашего времени. Поскольку Евразия движется вдоль Огненного кольца, она в какой-то момент столкнется с Америками, и в результате образуется новый суперконтинент. По мнению Митчелла, это произойдет через 50 или через 200 миллионов лет. 

Геологи назвали этот новый суперконтинент Амазией. Хотя мнения специалистов расходятся относительно того, где закончится Амазия, разработанная Митчеллом модель позволяет говорить о том, что это будет в полярной области, в центре существующего сегодня Северного Ледовитого океана. 

«Мы можем видеть своего рода ритм в эволюции Земли», — говорит Дамиан Нэнс (Damian Nance), геолог из университета Огайо (Ohio University) и эксперт по движению суперконтинентов. «Пока еще неясно», смог ли Митчелл точно определить этот ритм, однако «маятник сдвигается в сторону его модели», добавил Нэнс. 

Земля "пьёт" гораздо больше морской воды через Марианский жёлоб, чем считалось ранее

Американские учёные обнаружили, что в недра Земли через зоны субдукции всасывается в три раза больше воды, чем считалось ранее. Подобные огромные "трещины", покрывающие поверхность планеты, появляются на границах тектонических плит.

Понимание работы глобального водного цикла чрезвычайно важно, поскольку вода покрывает большую часть планеты и поддерживает жизнь на ней.

Известно, что огромное количество воды заперто внутри Земли. Исследование 2017 года показало существование в земной мантии такого же количества вод, что и во всех океанах вместе взятых.

Исследователи также установили, что субдукция (движение земной коры, в ходе которого одни тектонические плиты погружаются под другие) – единственный механизм, при помощи которого вода попадает внутрь планеты. При этом учёные не слишком хорошо понимают все тонкости этого процесса.

Дуглас Винс (Douglas Wiens) и его коллеги из Университета Вашингтона в Сент-Луисе изучали субдукцию воды у Марианской впадины в Тихом океане. Самая глубокая точка Марианской впадины — Бездна Челленджера, её глубина составляет практически 11 километров ниже уровня моря. Собственно, интересовавшее учёных место – часть субдукционной системы, где тихоокеанская плита находится под марианской плитой.

Когда вода проникает в земную кору вдоль линии разлома, она попадает "в западню". При определённых температурах и давлении начинают происходить химические реакции, в результате которых вода переходит из жидкого состояния во "влажные камни". Так поэтично обозначают водосодержащий минерал, который затем образует часть тектонической плиты. Затем эти "влажные камни" погружаются всё глубже и глубже в мантию

В исследовании, опубликованном в издании Nature, учёные выяснили, сколько воды втягивается таким образом внутрь Земли через Марианский жёлоб.

Они собрали данные, используя 19 сейсмографов, разбросанных по жёлобу и прослушивающих всё: от окружающего шума до подводных землетрясений.

При помощи этих сведений они смогли создать примерную картину распределения минералов, которые располагаются на глубине до 32 километров под морским дном. Поясним, что скорость, с которой через породы проходят сейсмические волны, показывает, сколько воды может быть в них "запрятано".

Оказалось, что количество воды, удерживаемое во "влажных камнях", было намного больше, чем изначально считалось: до четырёх раз больше предыдущих оценок.

Если применять эти результаты к зонам субдукции по всему миру, то, выходит, что в недра Земли затягивается примерно в три раза больше воды, чем предполагалось ранее.

И если данные верны, то это указывает на большой дисбаланс между тем, сколько воды поглощается и сколько вытесняется.

Поясним, что после спуска в недра планеты вода в конечном итоге возвращается обратно на поверхность в виде водяного пара во время извержений вулканов.

Если количество воды в недрах Земли больше, а на поверхности меньше, чем считалось ранее, то это противоречит представлениям, согласно которым океан в нынешнем виде сохранялся в течение, по крайней мере, последних 550 миллионов лет, говорит Винс.

Исследователи полагают, что вулканы извергают гораздо больше воды, чем считалось прежде. И это то, что будет необходимо проверить в первую очередь.

Впрочем, стоит отметить, что не так давно учёные обнаружили и другие пути выхода воды на поверхность Земли.

Добавим, что ранее исследователи также выяснили, куда подевалась огромная часть земной коры и нашли в Индийском океане "потерянный" континент.

Также авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) сообщали о том, что тектонические плиты Земли ускорились в два раза.