Первая геологическая эпоха на Земле - катархей - началась приблизительно 3,8 млрд лет назад. При понижении температуры поверхности Земли ниже 100 градусов Цельсия начало происходить выпадения воды из очень плотной тогда атмосферы планеты - началось образование первичных океанов. Первая осадочная порода, найденная на Земле, которая образуется в океане - бурый железняк - датируется возрастом в 3,8 млрд лет. Атмосфера Земли в это время состояла из углекислого газа, азота, аммиака, метана и паров воды. Кислорода не было. Но, тем не менее, на Земле появились водоемы - необходимое условие для возникновения жизни.

Архей, или криптозой датируется приблизительно как 3,7 млрд лет назад, и называется еще эрой скрытой жизни. В это время в осадочных породах впервые появляются строматолиты - образования, сформированные микроскопическими структурами, напоминающими по своему внутреннему строению бактерии и синезеленые водоросли. Архей - это начало жизни, которая в дальнейшем станет главным фактором преобразования и эволюции Земли.

В конце архея появляются эукариоты - ядерные организмы, сначала одноклеточные, потом бесскелетные многоклеточные.

С появлением у многоклеточных скелетов начинается фанерозой - эпоха явной жизни. В течение всего фанерозоя климат планеты многократно менялся - происходили потепления и оледенения, поднятия и опускания суши, дрейф материков и космические катастрофы - столкновения с метеоритами и астероидами. Практически все границы между крупными геологическими слоями - это следы глобальных катастроф, приводящих к катастрофическим изменениям в биосфере и среде обитания организмов. Например, меловая катастрофа, которая произошла 65 млн лет назад - кратер диаметром более 100 км на полуострове Юкатан - столкновение с иридиевым метеоритом - выброс в атмосферу огромного количества пылевых частиц, понижение температуры, вымирание почти всей домеловой растительности и гибель динозавров. Зато после катастрофы - расцвет цветковых растений и торжество млекопитающих.

Циклические колебания климата происходят на Земле постоянно, и они связаны с разными факторами - это и галактический год - 200 млн лет, и прецессия земной орбиты - ледниковая эпоха - началась 5 млн лет назад, и прецессия вращения Земли вокруг своей оси, которая вызывает ледниковый период. Ледниковый период наступает каждые 50 тыс лет, при этом ледники доходят до 40 градусов широты. До сих пор вечная мерзлота занимает больше половины территории России.

Внутреннее строение Земли

Материалы, слагающие твердую Землю непрозрачны и плотны. Прямые исследования их возможны лишь до глубин составляющих ничтожную часть радиуса Земли. Самые глубокие пробуренные скважины и имеющиеся в настоящее время проекты ограничены глубинами 10 - 15 км, что составляет немногим более 0,1 % от радиуса. Возможно, что проникнуть на глубину более нескольких десятков километров не удастся. Поэтому сведения о глубоких недрах Земли получают, используя лишь косвенные методы. К ним относятся сейсмический, гравитационный, магнитный, электрический, электромагнитный, термический, ядерный и другие методы. Наиболее надежным из них является сейсмический. Он основан на наблюдении сейсмических волн, возникающих в твердой Земле при землетрясениях. Подобно тому как рентгеновские лучи позволяют исследовать состояние внутренних органов человека, сейсмические волны, проходя через земные недра, дают возможность составить представление о внутреннем строении Земли и об изменении физических свойств вещества земных недр с глубиной.

Сейсмические волны подразделяются на продольные и поперечные в соответствии с тем, что смещение вещества при колебаниях направлено вдоль и поперек направления распространения волны. Продольные волны могут распространяться как в жидкости, так и в твердом веществе, а поперечные - только в твердых породах. Кроме того, скорость продольных волн в твердом веществе примерно в 1,7 раза превышает скорость поперечных волн. Располагая сетью сейсмических станций на поверхности Земли, записывая показания приборов, регистрирующих землетрясения - сейсмографов и сравнивая эти показания, можно определить эпицентр землетрясения, а также скорость распространения волн в различных внутренних областях планеты. Поскольку скорость распространения волн зависит от плотности и упругости вещества, можно получить данные об этих параметрах, а также об агрегатном состоянии вещества (жидкое или твердое) во всей внутренней области Земли.

Помимо пассивного исследования сейсмических волн в настоящее время применяют метод глубинного сейсмического зондирования. Этот метод заключается в использовании генерируемых с помощью взрыва сейсмических волн, которые регистрируются сейсмографами, установленными с интервалом 200 - 500 м друг от друга. Этот метод дает самые надежные результаты, однако практическое использование его требует больших денежных затрат.

В результате сейсмических исследований было определено, что внутренняя область Земли неоднородна по своему составу и физическим свойствам, и образует слоистую структуру.

Внутренние оболочки Земли

1. Верхний слой Земли называется земной корой и подразделяется на несколько слоев. Самые верхние слои земной коры состоят преимущественно из пластов осадочных горных пород, образовавшихся путем осаждения различных мелких частиц, главным образом в морях и океанах. В этих пластах захоронены остатки животных и растений, населявших в прошлом земной шар. Общая мощность (толщина) осадочных пород не превышает 2-3 км. Под Новосибирской областью, например, слой осадочных пород составляет около километра.

Различие скорости распространения сейсмических волн на континентах и на дне океана позволило сделать вывод о том, что на Земле существуют два главных типа земной коры: континентальный и океанический. Мощность коры континентального типа в среднем 30 - 40 км, а под многими горами достигает местами 80 км. Континентальная часть земной коры распадается на ряд слоев, число и мощность которых изменяются от района к району. Обычно ниже осадочных пород выделяют два главных слоя: верхний - "гранитный", близкий по физическим свойствам и составу к граниту и нижний, состоящий из более тяжелых пород, - "базальтовый" (предполагается, что он состоит главным образом из базальта). Толщина каждого из этих слоев в среднем 15 - 20 км. Однако во многих местах не удается установить резкую границу между гранитным и базальтовым слоями.

Издавна, с тех пор, как появились географические карты континентов, людей очень удивляли очертания берегов Африки и Южной Америки, а также Северной Америки и Европы. Они очень хорошо стыковались друг с другом, как соседние части одной мозаики.

Современная теория континентального дрейфа утверждает, что относительное положение континентов многократно менялось на протяжении истории Земли. Внимательно рассмотрев очертания береговых линий западного побережья Африки и восточного побережья Южной Америки, невольно удивишься их потрясающему сходству. Еще в 1620 г. великий англичанин Фрэнсис Бэкон объяснял это совпадение возможной связью двух континентов в далеком прошлом.

В 1858г. итальянец Антонио Синднер-Пеллегрини высказал идею об образовании Атлантического океана в результате раскола единого ранее Проматерика. Для доказательства своей теории он приводил не только схожесть очертаний, но и схожесть месторождений угля в стыкующихся точках Америки и Европы.

В 1912 г.А. Вегенер изложил наиболее полно гипотезу континентального дрейфа в своей книге "Происхождение океанов и континентов". Будучи метеорологом, он особенно заинтересовался тем, что в определенные прошлые эпохи оледенением были охвачены экваториальные области, в то время как в высоких широтах преобладали тропические условия. Само по себе это наблюдение можно было бы объяснить сдвигом направления оси вращения планеты, происходящим без каких-либо перемещений в ее поверхностных оболочках. Однако Вегенер выдвинул множество качественных аргументов в пользу того, что в прошлом континенты примыкали друг к другу. Помимо сходства береговых очертаний он обнаружил соответствие геологических структур, непрерывность реликтовых горных хребтов и тождественность ископаемых остатков на разных континентах. Вегенер отстаивал идею о существовании единого суперконтинента Пангея, его расколе и последующем дрейфе образовавшихся континентов в разные стороны. Позже А. Дю Тойт (1937) отверг идею единого суперконтинента, предполагая, что первоначально существовали северный континент Лавразия, южный Гондвана и разделяющий их океан Тетис. Согласно П. Хоффману (1991), за всю историю Земли континенты по крайней мере пять раз объединялись в суперконтинент, образуя поочередно Лаурентию (1,9 миллиарда лет назад), безымянный (1,5 миллиарда лет назад), Роднию (1 миллиард лет назад), Гондвану (650 миллионов лет назад) и Пангею (250 миллионов лет назад).

Проводившиеся в середине нашего столетия интенсивные исследования океанического дна привели к открытию глобальной системы подводных гор, так называемых срединно-океанических хребтов. Одновременно была выдвинута важная гипотеза, что в области осей океанических хребтов постоянно происходит формирование новых участков океанического дна, расходящихся в стороны от хребта. Действием этого процесса можно объяснить сходство очертаний континентальных окраин. Действительно, можно предполагать, что между частями расколовшегося континента образуется новый океанический хребет - зона спрединга, или поднятия вещества мантии, а океаническое дно, наращиваемое симметрично в обе стороны от него, формирует новый океан. Скорее всего, таким образом возник Атлантический океан, посреди которого теперь расположен рассекающий его на две части срединно-Атлантический хребет.

Концепция континентального дрейфа завоевала общее признание исследователей Земли лишь в период между 1967 и 1970 годами. До этого изучение твердой Земли велось в основном на континентах, где ярко проявляются вертикальные движения земной коры. Хотя в поддержку новой концепции выдвигались убедительные аргументы, почти все геофизики выступали против нее. Их возражения основывались, по большей части, на представлениях о жесткой мантии Земли - части земных недр, заключенной между корой и ядром, - и отсутствии эффективного механизма движения континентов.

Но вскоре было установлено, что вся тектоническая - сейсмическая и вулканическая активность в океанах сосредоточена именно вдоль срединных хребтов - зон поднятия вещества мантии, в которых формируется новая океаническая кора, и глубоководных океанических желобов, где старая океаническая кора погружается под материковые плиты, уходя на глубину 700-800 км. Мантия земли к тому времени уже не представлялась жесткой - была открыта астеносфера - слой внутри верхней мантии, находящийся в полурасплавленном состоянии и порождающий очаги вулканической активности. Вдали от этих зон - в глубине литосферных плит - тектоническая активность не наблюдается.

Было установлено, что вся земная кора состоит из приблизительно 15 больших литосферных плит, которые плавают в астеносфере мантии. Под действием конвекционных тепловых потоков в астеносфере плиты постоянно движутся, сталкиваются, надвигаются друг на друга - при этом происходит горообразование - или погружаются друг под друга (зоны субдукции).

Геологические данные убедительно свидетельствуют о том, что формирование континентальной коры началось около 4,0-3,8 млрд лет назад, т.е. с задержкой приблизительно на 600-800 млн лет по отношению к моменту образования самой Земли. С тех пор происходило последовательное, но весьма неравномерное наращивание массы коры вплоть до ее современных размеров. Интенсивнее всего образование коры происходило в позднем архее. Однако в течение почти всего архея крупных континентов еще не существовало, а их зародыши и древние щиты - скорее всего развивались изолированно друг от друга. Первый же крупный суперконтинент, Моногея, по-видимому, сформировался только на рубеже архея и протерозоя, около 2,6 млрд лет назад, в момент образования у Земли плотного окисно-железного ядра. В последующие эпохи неоднократно возникали другие суперконтиненты, происходили их дробления на отдельные материки, дрейфовавшие в стороны друг от друга, и новые их объединения в новые суперконтиненты типа Пангеи позднего палеозоя. При этом теоретическое рассмотрение проблемы и численное моделирование конвективных процессов в мантии показывает, что суперконтиненты могли формироваться c периодичностью около 800 млн лет и только после архея, а за все послеархейское время они могли возникать только четыре раза.

Около 1 млрд лет назад все северные материки оказались объединенными в единый суперконтинент Лавразия, хотя его конфигурация еще отличалась от классической Лавразии, вошедшей позже в состав Пангеи. Такое отличие было связано с вероятным расположением в то время Китайской платформы между Сибирской и Казахстанской плитами.

Южные материки около 1 млрд лет назад также оказались объединенными во второй суперконтинент - Гондвану. Так, в это время Амазонская плита причленилась к Бразильской платформе и через нее - к Центральной Африке. Одновременно Южная Африка спаялась с Центрально-Африканской платформой. К ней же причленилась и Западная Африка. Восточная Гондвана, включая Австралию, Антарктиду и Индию, оказалась причлененной к восточной окраине Африканского мегащита.

Между Лавразией и Гондваной находился океан Тетис, а всю остальную поверхность Земли занимал океан Панталасса.

В триасе - 250-200 млн лет назад - образовался единый материк - Пангея - Лавразия и Гондвана объединились. Тетис при этом сократился до небольшого океанического залива, Панталасса остался.

Доказательством теории дрейфа литосферных плит стал палеомагнетизм - остаточная намагниченность древних извергнувшихся пород мантии. Сейчас установлено, что магнитные полюса Земли очень сильно сдвигаются в геологическом времени - сейчас они близки к географическим полюсам, т.е. к оси вращения Земли, но это было не всегда. Время от времени - приблизительно раз в 200 млн лет - полюса меняются местами - северный становится южным, и наоборот. Это связано с тепловыми потоками вещества в жидком ядре Земли.

Намагниченность древних магматических пород на разных материках имеет разную направленность на полюса, но если совместить материки воедино, то общее направление магнитного поля совпадает! Это является наиболее убедительным доказательством существования в прошлом Пангеи и процесса дрейфа материков.

Убедительным доказательством происходящего сейчас (несколько сантиметров в год) расширения Атлантического океана является осадконакопление, которое составляет в районе Срединно-Атлантического хребта несколько миллиметров, а в зоне желобов и субдукции достигает сотен метров.

200 млн лет назад началось образование Атлантического океана - Африка, Европа и Америки начали расходиться, возник Срединно-Атлантический хребет, рождающий новую океаническую кору. Одновременно с этим Индостан начал перемещаться от Африки к Азии и врезался в нее, вызвав поднятие самых высоких гор на Земле - Гималаев. Движение Индостана и поднятие Гималаев продолжается и до сих пор.

Сейчас зоны спрединга - это в основном Атлантика, кольцевая зона вокруг Антарктиды, Восточно-Тихоокеанская - юг Азии и Зондские острова, А также Аравийско-Индийская. В этих зонах океан расширяется.

Зоны субдукции, или погружения океанической коры под материковые плиты, лежат в основном по тихоокеанским побережьям обоих Америк - это Восточно-Тихоокеанская зона. Еще одна сильная зона субдукции - Азиатско-Австралийская, проходящая между южной оконечностью Азии и Австралией.

Тихий океан сейчас закрывается, а Атлантический - наоборот, расширяется. Скорости расширения и закрывания немного различаются: Тихий океан становится меньше на 5 см в год; расширение Атлантики не превышает 2-х см в год.

Причины дрейфа литосферных плит и суперконтинентальный цикл

Перемещение плит - это циклический процесс, вызванный тепловой конвекцией в мантии Земли. Под толстой материковой корой происходит накопление тепла. Это приводит к возникновению горячих точек внутри материка - тепло магмы прорывается наружу, возникают зоны вулканической активности. Эти зоны все более расширяются, в земной коре возникают расколы. На этом месте образуются рифтовые долины, приводящие, в конечном итоге, к расколу континента. В рифтовых долинах возникают зачатки океанической коры, далее происходит ее спрединг. Глубокий раскол материковой плиты заполняется водами океана, который продолжает расширяться, растаскивая в стороны части материка. Со временем под тонкой океанической корой мантия охлаждается, процессы спрединга океанической коры затухают. Океаническая кора начинает погружаться под материковые плиты в возникающих зонах субдукции. Океан начинает закрываться. При закрытии океана континенты сближаются, наползают друг на друга - в точках их соприкосновения идут процессы горообразования. Продолжительность этого цикла - приблизительно 500 млн лет.

В последнее время в геологии появились новые идеи: теория глобальной геодинамики. Согласно этой теории, материки не только сходятся и расходятся, но также возникают вновь и тонут, погружаясь в глубокие слои мантии, вплоть до ядра планеты. Таким образом, мы живём на планете, где вещество перемешивается и движется во всех направлениях - и вертикально, и горизонтально. От бурных геологических событий мы защищены только краткостью нашей жизни по отношению к геологическому времени.

эволюция земля тектоника плита

Литература