© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Открытие дрейфа континентов

Расположение главных литосферных плит

Карта мира, показывающая расположение главных литосферных плит. Каждая плита окружена океаническими хребтами,
от осей которых идёт растяжение (жирные линии), зонами столкновения и субдукции (зазубренные линии) и/или
трансформными разломами (тонкие линии).Названия приведены только для некоторых из самых крупных плит.
Стрелки указывают направления относительных движений плит.

В начале XX века немецкий метеоролог Альфред Вегенер стал собирать и изучать сведения о флоре и фауне континентов, разделённых Атлантическим океаном. Он также тщательно исследовал всё, что было тогда известно об их геологии и палеонтологии, о найденных на них ископаемых остатках организмов. Проанализировав полученные данные, Венегер пришёл к выводу, что различные континенты, включая Южную Америку и Африку, в далёком прошлом составляли единое целое. Он открыл, например, что некоторые геологические строения Южной Америки, которые резко обрываются береговой линией Атлантического океана, имеют как бы продолжение в Африке. Он вырезал из карты эти континенты, сдвинул эти вырезки навстречу друг другу и увидел, что геологические особенности этих континентов совпали, как бы продолжив друг друга.

Он также обнаружил, что существуют геологические признаки древнего оледенения, охватившего примерно в одно и то же время Австралию, Индию и Южную Африку, и заметил, что можно совместить эти континенты таким образом, что районы их обледене́ний образовали бы единую площадь. На основании своих исследований Вегенер опубликовал в Германии книгу "Происхождение континентов и океанов" (1915г.), в которой выдвинул свою теорию "континентального дрейфа". Но автор этой книги не смог достаточно убедительно защитить свою теорию, некоторые факты в её поддержку он отбирал весьма произвольно. В значительной степени по этим причинам его гипотеза в то время не была принята большинством учёных. Например, выдающиеся физики того времени заявили, что континенты не могут дрейфовать как корабли в море, поскольку внешние части литосферы очень жесткие. Они указали также, что центробежные силы, возникающие в результате вращения Земли вокруг своей оси, слишком слабы́ для того, чтобы передвигать континенты, как это предполагал Вегенер.

Но Вегенер был всё-таки на правильном пути. Возрождение идей Вегенера в виде теории тектоники плит произошло в 1950-х — 1960-х годах. В эти годы были выполнены исследования океанского дна, начатые ещё во время Второй мировой войны. Американский Военно-морской флот, развивая подводные лодки, был очень заинтересован в том, чтобы узнать об океанском дне как можно больше. Пожалуй, это тот редкий случай, когда военные интересы пошли на пользу науке. В то время и даже до 1960-х годов дно океанов было почти неизученной территорией. Геологи говорили тогда, что мы больше знаем об обращенной к нам поверхности Луны, чем о морском дне. Флотское начальство США было щедрым и хорошо оплачивало работу. Океанографические исследования быстро приобрели большой размах. Хотя значительная часть результатов исследований была засекречена, всё же сделанные открытия подтолкнули науку о Земле на новый, более высокий уровень понимания протекающих на Земле процессов.

Исследование дна океанов

Одним из главных результатов интенсивного исследования дна океанов стали новые знания о его топографии. Знания о морском дне, полученные до этого, собранные за долгую историю морских путешествий, были крайне недостаточны. Самые первые измерения глубин производились простейшими методами — измерительными тросами. Лот бросали за борт и отмеря́ли длину вытравленного троса. Но и эти измерения ограничивались мелководными, прибрежными районами.

В начале XX века на кораблях появились эхолоты, которые непрерывно совершенствовались. Проведённые в 1950-е - 1960-е годы с помощью эхолотов измерения дали много информации о рельефе океанского дна. Принцип работы эхолота заключается в измерении времени, необходимого для прохождения звукового импульса от корабля до морского дна и обратно. Зная скорость звука в морской воде, легко вычислить глубину моря в любом месте. Эхолот может работать непрерывно, круглые сутки, независимо от того, что делает корабль.

В настоящее время топографию океанского дна стало легче наносить на карту: аппаратура, установленная на спутниках Земли, точно измеряет "высоту" морской поверхности. Отпадает надобность посылать корабли в море. Интересно, что различия в уровне моря от места к месту в точности отображают топографию морского дна. Объясняется это тем, что лёгкие вариации земного притяжения, обусловленные рельефом дна, влияют на уровень поверхности моря в конкретном месте. Например, над местом, где имеется крупный вулкан огромной массы, уровень моря повышается по сравнению с соседними районами. Наоборот, над глубоким рвом, котловиной уровень моря ниже, чем над поднятыми районами морского дна. Такие подробности рельефа морского дна при его исследовании с борта кораблей "рассмотреть" было невозможно.

Результаты исследования морского дна в 60-х годах XX века поставили перед наукой немало вопросов. До этого времени учёные считали, что дно глубоких морей представляет собой спокойные, с плоским рельефом участки земной поверхности, покрытые мощным слоем ила и других осадков, смыва́емых с континентов в течение бесконечно долгого времени.

Однако поступившие материалы исследований показали, что морское дно имеет совсем иной рельеф: вместо плоской поверхности на дне океанов обнаружены горные хребты огромной протяженности, глубокие рвы (рифты), крутые обрывы и крупнейшие вулканы. В частности, Атлантический океан точно посередине рассекается Срединно-Атлантическим хребтом, который повторяет все выступы и впадины береговой линии на каждой стороне океана. Хребет возвышается в среднем на 2,5 км над наиболее глубокими местами океана; почти на всём его протяжении, по осевой линии хребта проходит рифт, т.е. ущелье или долина с крутыми склонами. В северной части Атлантического океана Срединно-Атлантический хребет поднимается над поверхностью океана, образуя остров Исландию.

Этот хребет является лишь частью системы хребтов, которая протягивается через все океаны. Хребты окружают Антарктиду, выходят двумя ветвями в Индийский океан и до Аравийского моря, изгибаются вдоль берегов восточной части Тихого океана, подходят к нижней Калифорнии, появляются у берегов северо-запада Соединённых Штатов.

Почему эта система подводных хребтов не оказалась погребённой под слоем осадков, вынесенных из континентов? Какова́ связь между этими хребтами и дрейфом континентов и тектонических плит?

Ответы на эти вопросы получены из результатов исследования ... магнитных свойств пород, слагающих океаническое дно.

Геофизики, желая знать как можно больше о морском дне, наряду́ с другими работами занимались измерениями магнитного поля вдоль многочисленных маршрутов исследовательских судов. Было обнаружено, что в отличие от структуры магнитного поля континентов, которая обычно очень сложная, рисунок магнитных аномалий на дне океанов отличается определённой закономерностью. Причина такого явления сначала была непонятна. И вот в 60-х годах XX века американские учёные провели воздушную магнитную съёмку акватории Атлантического океана к югу от Исландии. Результаты были поразительными: узоры магнитного поля над морским дном изменяются симметрично относительно осевой линии хребта. При этом график изменения магнитного поля вдоль маршрута, пересекающего хребет, был на разных маршрутах в основном одинаков. Когда точки замера и измеренные значения напряжённости магнитного поля были нанесены́ на карту и проведены изолинии (линии равных значений характеристик магнитного поля), то они образовали полосатый зеброподобный узор. Подобный узор, но с менее выраженной симметрией раньше был получен при исследовании магнитного поля в северо-восточной части Тихого океана. И здесь характер поля резко отличался от структуры поля над континентами. По мере накопления научных данных становилось ясно, что симме́трия узора магнитного поля наблюдается всюду вдоль системы океанических хребтов. Причина такого явления кроется в следующих физических процессах.

Изверга́емые из недр Земли породы охлаждаются из исходного расплавленного состояния, и железосодержащие материалы, образующиеся в них, намагничиваются земным магнитным полем. Все элементарные магнитики этих минералов ориентируются одинаково под воздействием окружающего магнитного поля Земли. Это намагничивание является непрерывным во времени процессом. Значит, график магнитного поля вдоль маршрута, пересекающего хребет, представляет собой своего рода ископаемую запись изменений магнитного поля в процессе образования пород. Запись эта сохраняется в течение долгого времени. Как и следовало ожидать, геофизические съёмки вдоль маршрутов, направленных перпендикулярно расположению Срединно-Атлантического хребта, показали, что породы, находящиеся точно над осью хребта, сильно намагни́чены в направлении современного магнитного поля Земли. Симметричная зеброобразная картина магнитного поля указывает на то, что морское дно намагничено по-разному в разных участках, параллельных направлению хребта. Речь идёт не только о различной напряженности (интенсивности) магнитного поля различных участков морского дна, но и о различном направлении их намагниченности. Это стало уже крупным научным открытием: оказалось, что магнитное поле Земли в течение геологического времени неоднократно меняло свою полярность. Доказательства периодической смены магнитных полюсо́в Земли были получены также при исследовании намагниченности горных пород на континентах. Было установлено, что в районах скопления больших базальтовых масс одна часть базальтовых потоков имеет направление намагниченности, соответствующее направлению современного магнитного поля Земли, а другие потоки намагни́чены прямо противоположно.

Скорость движения континентов

Исследователям стало ясно, что магнитные полосы морского дна, колебания магнитной полярности и дрейф континентов - все эти явления взаимосвязаны. Зеброобра́зная картина распределения намагниченности горных пород морского дна отражает последовательность смены полярности земного магнитного поля. Большинство геологов теперь убеждены, что раздви́г морского дна в стороны от океанических разломов - это реальность.

Новая океаническая кора образуется лавой, непрерывно поступающей из глубины в осевых частях океанических хребтов. Магнитный узор пород морского дна симметричен по обе стороны оси хребта потому, что вновь поступившая порция лавы намагничивается при своём застывании в твёрдую породу и равномерно расширяется по обе стороны от срединного разлома. Поскольку даты изменения полярности магнитного поля Земли стали известны в результате анализа горных пород на суше, магнитные полосы океанского дна можно рассматривать в качестве своеобразной шкалы времени.

Во время своего извержения вдоль хребта и последующего затвердевания базальт намагничивается
под воздействием магнитного поля Земли и затем расходится в стороны от разлома.

Скорость возникновения нового участка морского дна можно достаточно просто рассчитать, если измерить расстояние от оси хребта, где возраст морского дна равен нулю, до полос, соответствующих известным периодам смены полярности магнитного поля.

Скорость образования морского дна меняется от места к месту, её величина, вычисленная по расположению магнитных полос, составляет в среднем несколько сантиметров в год. Континенты, расположенные по разные стороны Атлантического океана, отдаляются друг от друга с этой скоростью. По этой причине океаны и не засыпаны толстым слоем осадков, они (океаны) в геологическом масштабе очень молоды. При скорости несколько сантиметров в год (это очень медленно, конечно) Атлантический океан мог образоваться за двести миллионов лет, а это по геологическим меркам не так уж много. Дно любого из существующих на Земле океанов не намного старше. По сравнению же с горными породами континентов возраст океанского дна значительно моложе.

Таким образом доказано, что континенты по обе стороны Атлантического океана расходятся в сто́роны со скоростью, зависящей от скорости образования новых участков морского дна на оси Срединно-Атлантического хребта. И континенты, и океаническая кора движутся вместе, как одно целое, т.к. они являются частями одной литосферной плиты́.