Эврика-86

42

"ГОРЯЧИЕ ПЯТНА" ЗЕМЛИ

В науке, как и в жизни, видимо, всегда полезно, достигнув какой-то цели, оглянуться назад и посмотреть, какой путь пройден, какие результаты достигнуты, чем можно гордиться, а в чем — сомневаться. Так обстоит дело и в науке геотектонике. Последние несколько лет геологи на своих форумах пытаются оглядеть путь, который пройден ими со времени колоссального научного переворота, произошедшего в конце шестидесятых годов. Речь идет о создании теории литосферных плит.

В журнале «Природа» за 1984 год появились статьи члена-корреспондента АН СССР В. В. Белоусова и члена-корреспондента АН СССР В. Е. Хаина, где также подводятся итоги прошедших десятилетий. Ученые приходят к разным выводам. В. Белоусов подвергает теорию резкой критике. В. Хаин, высоко оценивая большие достижения теории тектоники плит, считает, что есть еще много явлений, которые остаются за пределами этой теории, она их в себя еще не вобрала, и, возможно, мы стоим на пороге возникновения новой концепции, более широкой теории.

Появляются такого рода обзоры и за границей. Недавно была опубликована обзорная статья известного геофизика Максвелла в трудах Геофизического союза США. Специальный выпуск журнала «Сайенс» также посвящен геодинамике, в нем подводятся итоги развития наук о Земле за последние два десятилетия.

Большинство исследователей единодушно в своих выводах о том, что

рия тектоники плит — прочная база позволяющая объяснить поверхностные и близповерхностные тектонические и магматические явления и связать их в единое целое. И действительно; основные представления о том, что внешняя оболочка Земли — литосфера — разбита сейсмическими поясами на плиты, касается верхних нескольких сот километров земной коры. Эти плиты в одних местах расходятся, и там из астеносферы поднимается расплавленное вещество мантии. Здесь земная кора наращивается. Этот процесс изучен очень подробно, многие ученые наблюдали его воочию с подводных аппаратов. В других же местах плиты сближаются, сталкиваются, погружаются на большую глубину, образуя протяженные вулканические островные дуги. Именно здесь, в островных дугах, из затянутой в мантию океанической коры (вместе с океаническими осадками) и рождается, выплавляется континентальная кора. Сейчас ни у кого не вызывает сомнений, что почти вся тектоническая и вулканическая активность нашей планеты сосредоточена на границах плит — в рифтовых трещинах океана и в островных дугах. Открытия, которые принесла плитотектоника, невероятной важности для человечества, хотя выводы и. распространяются лишь на небольшую глубину от поверхности Земли. Но ведь именно здесь находятся полезные ископаемые.

Однако уже давно было замечено, что не все проявления вулканизма и сейсмичности контролируются границами литосферных плит. Какая-то часть вулканов (хотя и небольшая) сконцентрирована вне границ литосферных плит. Наиболее яркий л даже выдающийся пример-вулканы Гавайских островов. Другой пример — вулкан Тибести в Африке. Эти вулканы находятся на расстоянии тысяч километров от зон раздвижения или сближения плит, но это активно действующие вулканы. Значит, есть какие-то явления, которые прямо и непосредственно в

^у плит не вписываются. Хотя уже и в шестидесятые годы было предложено по крайней мере два объяснения этого, как его стали называть, внутриплитового вулканизма.

Оказалось, что подобные вулканы находятся в конце протяженных вулканических цепей — цепи Гавайских островов и продолжающей ее на северозапад цепи Императорских гор, цепи Туамоту, Маршалловых островов, цепи Восточно-Индийского хребта, Китового хребта в Атлантике и других.

Ученые уже тогда обратили внимание: возраст вулканизма меняется по простиранию цепи. Если на Гавайях мы видим действующие вулканы, извергающие огромное количество базальтовой лавы, то с движением на северо-запад вулканы «стареют». Это уже древние вулканы, возраст их от 10 до 40 миллионов лет.

Канадский геофизик Т. Вильсон, американский ученый Д. Морган и советский геофизик С. Ушаков высказали предположение, что эти цепи образовались над какими-то разогретыми участками мантии Земли. Они назвали эти аномальные области "горячими точками" (буквально "пятнами") планеты и решили, что именно эти чрезмерно разогретые участки питают внутриплитовый вулканизм. Но поскольку вулканы группируются в протяженные цепи, то следующий шаг в рассуждениях ученых был такой: "горячие точки" в мантии остаются неподвижными, а проходящие над ними литосферные плиты оказываются как бы над «прожигательной» линзой. Эта "горячая точка", подобно сфокусированному солнечному лучу, прожигает плиту снизу. А в образовавшуюся «дырку» устремляется лава и выливается на поверхность. Вот откуда изменение возраста вулканов в цепи — плита проходит над "горячей точкой", и вулканы возникают не одновременно, а последовательно. Там, где сегодня находится "горячая точка", мы видим действующие «молодые» вулканы.

С самого начала было замечено, что расположение цепей в целом согласуется с направлением движения плит. Когда Д. Морган и другие исследователи сопоставили движение плит над "горячими точками" в разных районах Земли, то обнаружили, что есть некоторый каркас "горячих точек", относительно которого плиты движутся одинаково. Появилась возможность говорить не только о движении плит относительно друг друга, но о каком-то абсолютном движении литосферных плит. Точки, как видно, занимают сравнительно фиксированное положение, остаются на месте, в то время как плиты движутся. Еще вернее будет сказать, что "горячие точки" перемещаются, но во много раз медленнее, чем плиты. За сравнительно короткий (в геологическом понимании) интервал времени их можно считать неподвижными.

Палеомагнитные данные также подтверждали правильность сделанных выводов. Так, тихоокеанская плита, например, сто миллионов лет назад находилась значительно южнее. За это время она переместилась на север почти на четыре тысячи километров.

Ну а что говорят палеоклиматические реконструкции? Они тоже подтверждают этот вывод. Известно, что в экваториальной полосе Тихого океана есть зона шириной всего в 600–700 километров, где из-за особой водной циркуляции происходит подъем глубинных масс воды. Перемешивание приводит к тому, что воды этой зоны содержат больше кислорода и питательных веществ, биологическая продуктивность здесь выше. Соответственно на дно поступает больше осадков — скелетов отмерших организмов. При глубоководном бурении эта зона легко выделяется, в ней в два-три, а иногда и в десять раз больше осадков. Зная возраст этой толщи осадков, мы можем определить время, когда тихоокеанская плита пересекла экватор. Так и глубоководное бурение позволяет нам проверить движение плит,

ное по палеомагнитным данным и по "горячим точкам".

Но что же такое сами "горячие точки"? Как объясняют ученые их появление? Конечно, объяснить их существование довольно трудно. Было высказано предположение, что это вершины некоторых столбов раскаленного, более горячего, чем окружающая мантия, вещества, поднимающихся из нижней мантии. Эти столбы назвали мантийными струями. Их диаметр невелик — всего несколько сот километров. Они разогревают астеносферу над собой, а на поверхности вызывают те явления, о которых мы говорим.

Другое предположение получило условное название "продвигающаяся трещина". Из-за того, что плиты находятся в напряженном состоянии (это доказано: внутриплитовые землетрясения — своего рода разрядка от напряжений сжатия), они растрескиваются. Трещины и служат местами возможного появления "горячих точек".

Были и другие гипотезы. Одна из них, например, объясняла явление тем, что плиты движутся по Земле по эллипсоиду вращения, имеющему в разных местах различную кривизну. Есть критические широты — от двадцати пяти до тридцати градусов, — где эта кривизна наибольшая. Преодолевая в своем движении самые искривленные места, плиты растрескиваются, лопаются, как кожура апельсина при ее выпрямлении. Образовавшиеся щели «залечиваются» поднимающимся снизу мантийным материалом.