Маршия Бьорнеруд - Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога

Считается, что срединно-океанические хребты соответствуют зонам конвективного апвеллинга (восходящего потока мантийного вещества), где земная кора растягивается и делается тоньше над поднимающимся плюмом (мантийным потоком) горячей породы. Как это ни парадоксально, но плавление начинается только тогда, когда порода поднимается вверх и теряет бóльшую часть своего тепла. Что же заставляет твердую мантийную породу плавиться при приближении к поверхности? Вопреки интуитивной логике, это вызвано не поступлением тепла, а снижением давления. В отличие от воды, аномального во всех отношениях вещества, которое, однако, формирует наши представления о фазовых переходах, твердые породы ведут себя так, как и положено нормальному веществу: при плавлении они расширяются, при охлаждении сжимаются. Это означает, что, если порода, находясь на некой глубине в земной мантии, близка к своей температуре плавления и по какой-то причине (например, в результате подъема к поверхности) происходит снижение давления, она переходит в фазу с меньшей плотностью — расплавленную магму. Это явление называется декомпрессионным плавлением и может происходить даже при охлаждении породы, если давление снижается быстрее, чем температура. (Декомпрессионное плавление особенно приводит в недоумение лыжников и фигуристов, поскольку в этих зимних видах спорта поверхность становится скользкой благодаря противоположному поведению воды: лед тает при повышении давления.)

Сегодня, после 4,5 млрд лет охлаждения Земли в процессе мантийной конвекции, поднимающаяся в апвеллинге мантийная порода не несет достаточно тепловой энергии, чтобы подвергнуться полному плавлению. В результате магмы в океанических хребтах содержат только те компоненты мантийной породы, которые плавятся при самых низких температурах. Именно этот процесс частичного, или фракционного, плавления ведет к образованию базальта, имеющего другой состав — больше кремнезема, алюминия и кальция, меньше магния, — чем породившая его мантия.

По мере того как новая порция базальтового расплава поднимается вверх и заполняет центральную осевую зону океанического рифта, предыдущие порции, уже застывшие в твердую породу, смещаются симметрично в стороны в ходе процесса, называемого спредингом (расширением) океанического дна (рис. 7). Только что изверженный базальт более теплый и менее плотный по сравнению с несколько более ранними породами, которые он раздвигает; таким образом, каждая новая генерация базальта постепенно остывает и отодвигается все дальше от места своего рождения в рифте. Это объясняет, почему срединно-океанические хребты вздымаются на дне высокими гребнями подобно свежеиспеченным суфле, только что вынутым из духовки. На самом деле одним из ключевых открытий, приведших к теории тектоники плит, ставшей настоящим озарением в начале 1960-х гг., когда были составлены первые карты океанического дна, стало обнаружение того, что форма поперечного сечения этих подводных хребтов, по сути, представляет собой пару симметричных кривых охлаждения — напоминающих две лыжи, которые положили на полу носок к носку.

Давайте на минуту остановимся и осмыслим тот невероятный факт, что бо́льшая часть поверхности Земли — океаническое дно — не была картографирована вплоть до середины XX в. Даже сегодня топография большей части морского дна известна нам с разрешением около 5 км: батиметрические карты океана в 100 раз более «размытые», чем современные карты поверхности Венеры и Марса [25] Отсутствие детальной информации о топографии морского дна стало очевидно, например, при поиске обломков «Боинга» рейса 370 Malaysian Airlines, потерпевшего крушение где-то над Индийским океаном в марте 2014 г. В 2016 г. международная команда геофизиков провела акустическое зондирование полосы шириной 160 км длиной 2400 км примерно в 1600 км к западу от Австралии, обнаружив многие ранее неизвестные зоны разломов, сбросовые уступы, оползни и вулканические центры, но не нашла никаких следов исчезнувшего самолета. См.: Picard, K., Brooke, B., and Coffin, M., 2017. Geological insights from Malaysia Airlines Flight MH370 search. EOS, Transactions of the American Geophysical Union , 98; https://doi.org/10.1029/2017EO069015 . Еще более невероятно то, что первые карты двух третей нашей планеты были составлены практически одним человеком, имя которого, однако, неизвестно большинству жителей Земли (в отличие от Америго Веспуччи, в честь которого, несмотря на всю сомнительность его заслуг как первооткрывателя, названы целых два континента). Этим невоспетым героем картографии была Мари Тарп, американский геолог и океанограф. Она получила степень магистра геологии в Мичиганском университете, некоторое время работала на одну из нефтяных компаний, после чего в 1948 г. присоединилась к новому океанографическому проекту под руководством Мориса Юинга в Колумбийском университете [26] Замечательную биографию Мари Тарп можно найти в книге: Hali Felt, 2012. Soundings: The Story of the Remarkable Woman who Mapped the Ocean Floor . New York: Henry Holt, 368 pp. . На протяжении нескольких лет чисто мужская команда аспирантов Юинга занималась эхолокацией океанического дна, а Тарп кропотливо преобразовывала линейные графики показаний глубин в трехмерные топографические карты.