Тектоника плит литосферы¶

Тектоника плит (тектоника литосферных плит) — современная геологическая теория о движении и взаимодействии литосферы, согласно которой внешняя оболочка Земли состоит из относительно жёстких блоков — литосферных плит, перемещающихся по пластичному слою астеносферы. Теория сформировалась в конце 1960-х годов на основе концепции мобилизма, сменившей господствовавшую ранее фиксистскую парадигму, и стала фундаментом современной геологии, объяснив закономерности размещения землетрясений, вулканов и крупных форм рельефа.

¶Основные положения теории

Литосфера Земли разбита на несколько крупных и множество мелких плит, которые ведут себя как жёсткие тела. Выделяют семь крупных плит: Тихоокеанскую, Северо-Американскую, Южно-Американскую, Евразийскую, Африканскую, Индо-Австралийскую и Антарктическую. К числу средних и малых относят плиты Наска, Кокос, Карибскую, Аравийскую, Филиппинскую, Сомалийскую и другие.

Плиты перемещаются по астеносфере — слою пониженной вязкости в верхней мантии. Движение плит происходит со скоростью от 1 до 10 сантиметров в год. Различают три типа границ между плитами: дивергентные (расходящиеся), конвергентные (сходящиеся) и трансформные (скользящие вдоль друг друга).

¶Дивергентные границы

На дивергентных границах плиты расходятся, а образовавшаяся трещина заполняется магмой, поднимающейся из мантии. Так формируется новая океаническая кора в зонах срединно-океанических хребтов. Примером служит Срединно-Атлантический хребет, вдоль которого Африканская и Южно-Американская плиты расходятся примерно на 2,5 сантиметра в год. На континентальной литосфере дивергенция приводит к образованию рифтовых зон, таких как Восточно-Африканская рифтовая система.

¶Конвергентные границы

При столкновении плит возможны три сценария в зависимости от типа сталкивающейся литосферы. Если океаническая плита пододвигается под континентальную, формируется зона субдукции с глубоководным жёлобом и островной дугой или активной континентальной окраиной (например, Японский жёлоб и Японские острова, Андская окраина Южной Америки). При столкновении двух океанических плит образуются островные дуги (Алеутские, Марианские острова). Коллизия двух континентальных плит приводит к формированию складчатых горных поясов — так возникли Гималаи при столкновении Индо-Австралийской и Евразийской плит.

¶Трансформные границы

На трансформных границах плиты скользят горизонтально друг относительно друга. Наиболее известный пример — разлом Сан-Андреас в Калифорнии, где Тихоокеанская плита движется на северо-запад относительно Северо-Американской. Такие границы сопровождаются частыми, но относительно неглубокими землетрясениями.

¶История развития теории

¶Предшественники

Идея о горизонтальных перемещениях континентов высказывалась ещё в XIX веке, но научное обоснование получила в 1912 году в работах немецкого геофизика Альфреда Вегенера. Его теория дрейфа континентов основывалась на сходстве береговых линий Африки и Южной Америки, идентичности геологических структур и окаменелостей на разных континентах. Однако Вегенер не смог предложить убедительный механизм движения континентов, и его идеи были отвергнуты большинством геологов.

¶Формирование теории

В 1950–1960-х годах исследования океанического дна привели к открытию системы срединно-океанических хребтов, зон повышенного теплового потока и закономерного нарастания возраста осадков по мере удаления от хребтов. В 1963 году геологи Фред Вайн и Драммонд Мэтьюз объяснили симметричные полосовые магнитные аномалии на дне океана процессами спрединга — расширения океанического дна. В 1965 году канадский геофизик Джон Тузо Уилсон предложил концепцию трансформных разломов, а в 1968 году Уильям Морган и Ксавье Ле Пишон сформулировали математическое описание движения плит на сфере.

¶Современный этап

К началу 1970-х годов теория тектоники плит получила практически всеобщее признание. Дальнейшее развитие связано с изучением мантийных плюмов, вопросами о глубинных механизмах движения, моделированием геодинамических процессов и применением методов спутниковой геодезии (GPS) для прямого измерения движений плит.

¶Механизмы движения плит

Единого мнения о движущих силах тектоники плит не существует. Выделяют несколько основных механизмов. Главным считается «затягивание плиты» (slab pull): в зонах субдукции холодная и плотная океаническая плита погружается в мантию, увлекая за собой остальную часть плиты. Второй механизм — «раздвигание хребта» (ridge push): на срединно-океанических хребтах поднятая разогретая литосфера создаёт гравитационное усилие, расталкивающее плиты в стороны. Дополнительную роль играют конвекционные течения в мантии, хотя их вклад в движение плит оценивается по-разному.

¶Значение и прикладное применение

Тектоника плит объясняет глобальное распределение сейсмической и вулканической активности: подавляющее большинство землетрясений и вулканов приурочено к границам плит. Тихоокеанское огненное кольцо, опоясывающее Тихий океан, представляет собой цепочку зон субдукции.

Теория имеет практическое значение для сейсмического районирования и оценки сейсмической опасности при строительстве. Понимание геодинамических процессов используется при поиске месторождений полезных ископаемых: многие рудные месторождения связаны с палеозонами субдукции, а нефтегазоносные бассейны часто приурочены к пассивным континентальным окраинам и рифтовым структурам.

В долгосрочной перспективе тектоника плит влияет на климат: изменение положения континентов определяет океаническую циркуляцию и формирование ледниковых щитов. Например, закрытие Панамского перешейка около 3 миллионов лет назад изменило океанические течения и способствовало похолоданию в Северном полушарии.

¶Критика и альтернативные концепции

Хотя тектоника плит является господствующей парадигмой, отдельные аспекты теории остаются дискуссионными. Часть исследователей указывает на существование внутриплитного вулканизма, не объяснимого классической моделью. Для его объяснения привлекается гипотеза мантийных плюмов — восходящих струй горячего вещества из глубокой мантии, образующих, например, Гавайские острова. Некоторые геологи предлагают альтернативные модели, в том числе гипотезу «тектоники плюмов», отводящую плюмам главную роль в движении плит. Дискуссии также касаются времени начала тектоники плит на Земле: оценки колеблются от 4 миллиардов до 700 миллионов лет назад.