Литосферные плиты – это крупные жёсткие участки наружной оболочки Земли, включающие кору и верхнюю часть мантии. Они медленно перемещаются относительно друг друга со скоростью от нескольких миллиметров до многих сантиметров в год. Основные силы связаны с тяжестью холодных погружающихся плит, соскальзыванием от срединно-океанических хребтов и движением горячего вещества в мантии.
Где проходит нижняя граница плиты
Плита не равна материку. Одна плита может нести и континентальную, и океаническую кору, а границы часто проходят по дну океанов. Литосферой называют холодную и достаточно жёсткую оболочку. Ниже находится более горячая и пластичная астеносфера. Она тоже в основном твёрдая, но в геологическом масштабе способна медленно деформироваться.
Толщина литосферы неодинакова. Молодая океаническая плита у срединного хребта тонкая и горячая. Удаляясь, она охлаждается, уплотняется и становится толще. Под древними континентами литосфера может уходить на значительно большую глубину. Поэтому плиты нельзя представить как одинаковые льдины на воде, хотя сравнение помогает понять их относительную подвижность.
Как образуется новая океаническая кора
В срединно-океанических хребтах две плиты расходятся. Давление на поднимающийся материал мантии уменьшается, часть пород плавится, и магма заполняет разрыв. После охлаждения она образует новую океаническую кору. Так дно океана расширяется по обе стороны хребта.
Следы этого процесса сохранились в магнитных полосах океанического дна. Когда базальт застывает, минералы фиксируют направление магнитного поля Земли. Поскольку полярность поля многократно менялась, на дне возникли симметричные полосы разного возраста. Вместе с измерением возраста пород они стали важным доказательством расширения океанов.
Новая кора не может появляться бесконечно без компенсации. В других местах старая океаническая литосфера погружается в мантию. Это происходит в зонах субдукции, где плотная океаническая плита уходит под другую плиту. Баланс образования и поглощения коры позволяет площади Земли оставаться почти неизменной.
Что на самом деле толкает плиты
Раньше движение часто объясняли простыми конвекционными ячейками: горячее вещество поднимается, растекается и увлекает плиту, а холодное опускается. Мантийная конвекция действительно существует, потому что из недр уходит энергия. Её источник разобран в статье о том, откуда внутри Земли берётся тепло. Но плита не просто пассивно едет на потоке.
Сильнейшей силой для многих плит считается тяга погружающейся плиты. Остывшая океаническая литосфера плотнее окружающей горячей мантии, поэтому её край тонет и тянет оставшуюся часть. Другая сила возникает у хребта: молодая горячая литосфера приподнята, а более старая лежит ниже, поэтому плита под действием тяжести медленно соскальзывает от хребта.
Движение мантии, сопротивление у границ, форма погружающегося края и взаимодействие соседних плит дополняют картину. Для разных плит соотношение сил различно. Поэтому корректнее говорить о связанной системе литосферы и мантии, а не об одном универсальном моторе.
Какие бывают границы
На расходящихся границах плиты удаляются друг от друга. В океане там формируются хребты, на континенте – рифтовые долины. Если растяжение продолжится, континент может расколоться и между его частями возникнет новый океан.
На сходящихся границах происходит субдукция либо столкновение континентов. Океаническая плита способна погружаться, а два плавучих континента обычно сминают и утолщают кору. Так растут крупные горные системы. Если из погружающейся плиты выделяется вода, она облегчает плавление пород выше и помогает образованию магмы, поэтому вдоль многих зон субдукции возникают вулканы.
На трансформных границах плиты скользят вдоль друг друга. Кора там не создаётся и не исчезает, но шероховатые участки могут долго удерживаться. Накопленное напряжение затем высвобождается как землетрясение.
Как измеряют скорость плит
Современные спутниковые геодезические станции фиксируют изменение расстояний между точками с точностью до миллиметров. Эти измерения показывают движение уже за годы. Для далёкого прошлого используют возраст океанического дна, магнитные полосы, цепочки вулканов, совпадение геологических структур и магнитные свойства древних пород.
Скорость не остаётся постоянной на сотни миллионов лет. Границы перестраиваются, зоны субдукции возникают и исчезают, континенты сталкиваются, а океаны открываются и закрываются. Поэтому нельзя надёжно получить карту далёкого будущего, просто продолжив сегодняшние стрелки по прямой.
Полезную информацию дают и горячие точки. Если источник магмы долго остаётся примерно в одной области мантии, движущаяся над ним плита оставляет цепочку вулканов разного возраста. Такая цепочка показывает направление движения, хотя сами горячие точки тоже не обязаны быть совершенно неподвижными.
Компьютерные реконструкции объединяют магнитные данные, возраст океанского дна, положение разломов и геологию континентов. Модель должна не только красиво состыковать берега, но и объяснить исчезнувшие океаны, древние горы и распределение пород. Чем дальше в прошлое, тем меньше сохранилось океанической коры и тем шире диапазон возможных реконструкций.
Почему граница плиты бывает широкой
На школьной карте границы изображают тонкими линиями, но в природе деформация нередко распределена на десятки или сотни километров. Внутри такой зоны существует сеть разломов и микроплит. Особенно сложны столкновения континентов, где жёсткие блоки вращаются, сминаются и передают напряжение далеко от основного шва.
Поэтому не каждое землетрясение лежит ровно на нарисованной линии. Карта плит является удобной моделью первого приближения, а детальная тектоника учитывает множество локальных структур.
Почему движение трудно заметить
Несколько сантиметров в год сопоставимы со скоростью роста ногтей. За человеческую жизнь материк сдвигается всего на метры, зато за миллион лет это уже десятки километров. В геологическом времени медленное движение полностью меняет океаны и сушу.
Именно оно объясняет, почему материки в прошлом располагались иначе, почему землетрясения и вулканы образуют пояса и почему горные цепи имеют определённое направление. Третий шаг маршрута «От земного ядра до будущих материков» показывает, как внутреннее тепло превращается в медленное движение внешней оболочки.
