Российско-немецкая группа геофизиков просчитала траектории движения континентов по планете. И выяснила, где они сформируют новый сверхконтинент. Оказалось, что континенты планомерно движутся в сторону самой холодной части земной суши -- Антарктиды.
Ученые из Института физики Земли РАН (Москва, Россия) и Центра геофизических исследований (GeoForschungsZentrum, GFZ, Потсдам, Германия) на основе теории новой тектоники профессора, члена-корреспондента РАН Валерия Трубицына построили числовую 3D-модель. Она предсказывает положение континентов и океанов на нашей планете через сотни миллионов лет. В основу модели положены новейшие данные о строении Земли, ее гравитационного поля, а также спутниковые данные о движении поверхности Земли, полученные в GFZ. Подробностями исследований с корреспондентом Infox.ru поделился коллега Трубицына Михаил Кабан.
Как устроена Земля, или Слоеный пирог
Центр Земли – железоникелевое ядро. В центре ядра температура порядка 5000--6000°С, а давление вышележащих слоев достигает 3,5 млн бар. В этих условиях железо во внешней части ядра полностью расплавлено, а внутреннее ядро радиусом 1,2 тыс. км полутвердое.
Следующий слой – мантия, занимающая около 83% всего объема планеты. Мантия по большей части состоит из тугоплавких силикатов магния, железа и кальция -- в полутвердом состоянии, вблизи температуры плавления. Поэтому они способны течь, подобно высоковязкой жидкости. Температура в мантии поддерживается на определенном высоком уровне благодаря радиоактивному распаду изотопов калия-40, урана-238 и тория-232.
Частичное плавление мантийных пород создает базальтовые и им подобные расплавы, формирующие при подъеме к поверхности земную кору. Земная кора и самая верхняя часть мантии, находящиеся при сравнительно низких температурах, образуют твердую литосферную оболочку Земли. Нижняя граница литосферы очень неровная. Средняя толщина океанической земной коры -- 5--7 км, а континентальной -- 10--70 км.
Теория дрейфа литосферных плит осталась в прошлом
В 1920-х годах немецкий ученый Альфред Вегенер предложил теорию дрейфа литосферных плит. Он первым привел убедительные доказательства, что континенты движутся. После долгого недоумения и неприятия научное сообщество идею приняло. Затем она долгое время считалась единственной общепринятой теорией, показавшей движение материков.
Но она не отвечала на главный вопрос: за счет каких физических процессов происходит это движение? Как происходило удивительное преобразование облика нашей планеты? Почему суперконтиненты образовывались, а затем разрушались? Как сформировался современный рисунок континентов и океанов? Сложно поверить, что этот процесс происходил сам по себе, стихийно и непредсказуемо. И здесь теория Альфреда Вегенера оказалась бессильна, говорит Кабан.
Новая тектоника Валерия Трубицына
Теория новой тектоники профессора Валерия Трубицына, работы над которой начались в Институте физики Земли РАН еще в 1990-е годы, может ответить на все эти вопросы. При этом она нисколько не отвергает теорию дрейфа литосферных плит Альфреда Вегенера, а существенно дополняет ее. Суть новой теории в том, что глобальная тектоника не хаотичный и стихийный, а сложный и самоорганизующийся процесс. И самоорганизация происходит из-за мантийной конвекции. По словам профессора Трубицына, Земля подобна тепловой машине, в которой мантия соответствует паровому котлу, океанические плиты -- движущимся деталям, а континенты -- плавающим регулирующим клапанам. В результате работы такой машины тепловая энергия превращается в механическую работу деформации и разрушений литосферы, формируется лик современной Земли и ее геологическая история.
Кастрюля с кипящим вареньем
По словам Михаила Кабана, если представить, что земной коры и континентов на Земле не существует, то поверхность Земли должна напоминать кастрюлю с кипящим вареньем -- веществом мантии. При таком раскладе процессы перераспределения тепла шли бы хаотично. Но континенты существуют, и процесс сразу усложняется. Мантийные тепловые потоки начинают прилипать к подошве континента, как к крышке кастрюли. Если континент большой и движется не очень быстро, то он выполняет роль одеяла или крышки. Постепенно восходящие тепловые потоки нагревают подошву континента, в конечном итоге он перегревается и раскалывается. Так происходило с Пангеей и Родинией -- гигантскими суперконтинентами, образовавшимися соответственно 250 млн и 750 млн лет назад.
Новые исследования
Новые исследования, проведенные членом-корреспондентом РАН Трубицыным и доктором физико-математических наук Кабаном, позволили ученым построить числовую 3D-модель на основе следующих блоков данных:
· распределение температуры в мантии (данные были получены с помощью сейсмической томографии);
· значения вязкости мантии;
· современное положение материков и их скорости, измеренные средствами GPS.
Прогноз будущего дрейфа континентов
Построенная модель позволила предсказать положение континентов, направление и скорость их движения на сотни миллионов лет, в работе показана эволюция Земли через 10, 20, 30, 40, 60, 80 и 100 млн лет.
Согласно модели материки движутся по направлению к Антарктиде и через 100 млн лет соберутся вместе, образовав новый суперконтинент в районе Южного полюса. Этот суперконтинент ожидает та же судьба, что и Родинию, а затем Пангею, Гондвану и Лавразию, – нагревание подошвы и затем разрушение на части. Но когда это произойдет, неизвестно: более долгосрочные прогнозы, по словам Михаила Кабана, пока делать бессмысленно, поскольку они не будут точными.
Результаты исследований опубликованы в декабрьском номере Physics of the Earth and Planetary Interiors.
