Повесть о двух континентах: как Гималаи поднимаются из моря Тетис

Представьте себе мир без Гималаев. Ни Эверест, ни К2, ни муссонных дождей, питаемых самыми высокими вершинами мира. Позвоночник Азии, где находятся девять из десяти самых высоких гор на Земле, родился из одного из самых драматических геологических событий в новейшей истории планеты: лобовое столкновение двух массивных тектонических плит. История Гималаев - это не просто история гор - это история континентального дрейфа, древних океанов и неустанной, медленной силы движения, которая продолжает формировать нашу планету сегодня. Это история о том, как Индия, когда-то островной континент, врезалась в Азию и создала диапазон, который все еще растет на несколько миллиметров каждый год.

Глубокие корни: континентальный дрейф и движущаяся кора Земли

Чтобы понять Гималаи, мы должны сначала понять двигатель, который их построил: континентальный дрейф. Теория, которая произвела революцию в науках о Земле, утверждает, что континенты не закреплены на месте. Они дрейфуют по всему миру на массивных плитах породы, называемых тектоническими плитами. Эта идея была впервые предложена в начале 20-го века немецким метеорологом Альфредом Вегенером. В своей книге 1912 года Происхождение континентов и океанов , Вегенер отметил, как береговые линии Африки и Южной Америки, казалось, соединялись вместе, как куски головоломки. Он также указал на соответствующие ископаемые сборки и скальные образования на противоположных сторонах Атлантического океана.

Теория Вегенера была первоначально отвергнута научным истеблишментом, потому что он не мог объяснить правдоподобный механизм движения. Только в 1960-х годах — спустя десятилетия после его смерти — теория тектоники плит предоставила этот механизм. Сегодня мы понимаем, что литосфера Земли (жесткий внешний слой) разбита примерно на дюжину крупных плит. Эти плиты плавают на полужидкой астеносфере ниже. Конвекционные токи в мантии приводят в движение пластины, заставляя их двигаться со скоростью несколько сантиметров в год — примерно с той же скоростью, что растут ваши ногти.

Взаимодействие на границах плит создает самые впечатляющие особенности Земли. Там, где плиты раздвигаются, они создают рифтные долины и срединно-океанические хребты. Там, где они скользят мимо друг друга, они создают разломы, подобные Сан-Андреасу в Калифорнии. И там, где они сталкиваются, — там рождаются горы.

От Гондваны до океана Тетис: долгое путешествие Индии

Индийская плита когда-то была частью суперконтинента Гондвана, который также включал Африку, Антарктиду, Австралию и Южную Америку. Около 130 миллионов лет назад, во время мелового периода, Гондвана начала распадаться. Индия отделилась от Антарктиды и Австралии и начала путешествие на север через океан Тетис - обширное море, которое отделило северный суперконтинент Лавразия от южных земель Гондвана.

Миллионы лет Индия мчалась на север с поразительной скоростью около 15-20 сантиметров в год — намного быстрее, чем любая плита движется сегодня. Этот «спринт» озадачивал геологов на протяжении десятилетий. Некоторые исследователи предполагают, что быстрое движение Индии было связано с «толчком» из горячей точки Реюньона (которая также создала вулканическую провинцию Декан Трапс) или потому, что индийская плита была тоньше и более плавучей, чем другие плиты, что позволило ей легче скользить по астеносфере. Независимо от точной причины, Индия закрыла океан Тетис, как гигантская дверь, захлопнувшаяся.

Столкновение: когда Индия встретила Евразию

Около 50-60 млн лет назад передний край Индийской плиты столкнулся с южным краем Евразийской плиты. Накопившиеся на дне океана Тетис осадки были соскоблены и выброшены вверх. Этот первоначальный контакт сжал бывший океанский бассейн, и появились первые признаки горообразования. Но настоящая драма только начиналась.

Индийская плита не остановилась, когда ударила по Евразии. Она продолжала продвигаться на север, двигая свой передний край (индийскую континентальную кору) под Евразийской плитой. Этот процесс, называемый субдукцией, обычно предназначен для океанической коры, которая плотнее и может погрузиться в мантию. Но континентальная кора слишком плавучая, чтобы легко субдукции. Вместо того, чтобы погружаться, индийская кора «подрывается» под Тибетом, бульдозируя азиатский континентальный массив.

Это продолжающееся недотверждение обеспечивает подъем, который держит Гималаи поднимающимися. Столкновение - это не одно событие, а непрерывный процесс, который был активным в течение по крайней мере 45 миллионов лет. Поскольку обе плиты сделаны из относительно легкой континентальной породы, ни одна из них не может утонуть далеко. Результатом является массивное сокращение коры - геологи подсчитали, что Индия продвинулась на 2000-3000 километров в Азию. Эта дополнительная масса должна была куда-то уехать: она пристегнута вверх, чтобы сформировать Гималаи и высокое Тибетское плато, иногда называемое «крышей мира».

Анатомия орогенов: построение гималайского хребта

Гималайский эпизод горостроения, известный как гималайское орогение, разворачивается в несколько этапов. Геологи делят диапазон на три основных тектонических единицы, каждая из которых представляет собой отдельную фазу столкновения.

Главная центральная тяга (MCT)

MCT является старейшим и самым высоким из основных разломов тяги. Он отделяет Высокую гималайскую кристаллическую последовательность (метаморфные породы, которые когда-то были глубоко в коре) от Нижних гималайских пород. На ранних стадиях столкновения (около 25 миллионов лет назад) компрессионные силы толкали Высокие гималайские породы вверх по этому разлому. Эти породы испытывали экстремальную жару и давление, превращая их в гнейссы и схисты. Вы можете увидеть эти древние, глубоко погребенные породы сегодня, выставленные на поверхности в высоких пиках - свидетельство огромного подъема.

Главная граница (MBT)

По мере продолжения столкновения зона деформации сместилась на юг. ОБТ, образовавшаяся около 15 млн лет назад, отмечает границу между Малыми Гималаями (осадочные и некоторые метаморфические породы) и Суб-Гималайями (молодые отложения, эродированные из растущего ареала). Эта тяга менее крутая, чем МХТ, и все еще активна сегодня.

Главная фронтальная тяга (MFT)

MFT является самым молодым и самым южным разломом тяги, представляющим собой нынешний «фронт» процесса горостроения. Вдоль этого разлома Индийская плита продолжает скользить под Гималаями. Она является источником многих крупных землетрясений региона, в том числе землетрясения Горкха 2015 года в Непале.

Эти три разлома тяги не являются изолированными структурами; они образуют лестничную систему, которая наклоняется вверх с севера на юг. Общий эффект заключается в том, что вся гималайская дуга «укорачивается», как смятый ковер, прижатый к стене. Скорость укорочения, измеренная GPS, составляет около 15-20 мм в год, причем большая часть сходимости размещена вдоль этих разломов.

Живые пики: Эверест, К2 и крыша мира

Гималаи простираются примерно на 2400 километров, от долины реки Инд в Пакистане до реки Брахмапутры в восточной Индии и Тибете. В пределах этой дуги диапазон поднимается до впечатляющих высот. Гора Эверест (Сагарматха на непальском языке, Чомолунгма на тибетском языке) стоит на 8 848,86 метра (29 031,7 фута) над уровнем моря. Она все еще поднимается примерно на 4-5 мм в год относительно уровня моря, хотя эрозия противодействует некоторым из этих подъемов.

В ареале более 100 пиков, превышающих 7000 метров, и 14 пиков, которые достигают 8000 метров. К2 (8611 метров) в Каракоруме является вторым по высоте. Горы потрясающе крутые, потому что подъем молодой и быстрый - не было достаточно времени для более мягких скал, чтобы размыться в округлые склоны.

Ледники, реки и муссонная связь

Гималаи часто называют «третьим полюсом», потому что они содержат самую большую концентрацию льда за пределами Арктики и Антарктики. Тысячи ледников питают великие реки Азии: Инд, Ганг, Брахмапутра, Янцзы и Меконг. Эти реки поддерживают почти два миллиарда человек. Сезонное таяние снега и льда приводит к летним муссонам, поскольку высокое плато нагревается и привлекает влагозагруженный воздух из Индийского океана.

Геолог Питер Молнар и другие показали, что подъем Тибетского плато, возможно, вызвал усиление азиатского муссона около 8 миллионов лет назад. По мере роста плато меняло характер атмосферной циркуляции, усиливая сезонное разворот ветров. Эта муссонная система, в свою очередь, приводит к эрозии, которая лепит горы. Взаимодействие тектоники и климата является классическим примером науки о системе Земли.

Сейсмическая сила: землетрясения в зоне столкновения

Поскольку столкновение Индии и Азии все еще активно, Гималаи являются одним из самых сейсмически опасных регионов на Земле. Землетрясение в Кашмире в 2005 году (магнитуда 7,6) убило 80 000 человек. Землетрясение в Горкхе в Непале в 2015 году (магнитуда 7,8) убило почти 9 000 человек и разрушило большую часть долины Катманду. Эти землетрясения происходят, когда стресс, накопленный вдоль MFT или других захороненных разломов, внезапно высвобождается.

Измерения GPS показывают, что индийская плита в настоящее время сходится с Тибетом со скоростью около 36 мм в год в восточных Гималаях и 40 мм в год на северо-западе. Большая часть этого движения поглощается ползучим движением вдоль глубокой границы плит, но запертые участки действительно существуют. Эти запертые сегменты способны генерировать землетрясения магнитудой 8,5+, известные как «великие гималайские землетрясения». Последнее такое событие произошло в 1950 году в Ассаме (величина 8,6), и некоторые исследователи предупреждают, что большой сегмент границы плит в Непале и северной Индии может быть запоздалым для крупного разрыва.

Для получения дополнительной информации о современной сейсмической опасности в регионе, информация Геологической службы США о гималайских землетрясениях обеспечивает отличный технический обзор. Кроме того, в статье 2016 Боллинджера и др. в Nature Geoscience обсуждается сейсмические циклы вдоль главной фронтальной тяги.

Эрозия и эксгумация: Великое разруливание

В то время как тектоника толкает горы вверх, эрозия неустанно их сносит. Гималаи расчленены глубокими ущельями, особенно там, где реки, такие как Кали Гандаки, пересекают Аннапурну и Дхаулагири. Скорость эрозии является одной из самых быстрых на Земле - до нескольких миллиметров в год в самых влажных районах. Сильные муссонные дожди, ледниковый таяние и крутые склоны объединяются, чтобы произвести массивные оползни и потоки мусора.

Геологи называют процесс поднятия глубоко погребенных пород на поверхность «эксгумация». В Гималаях темпы эксгумации увеличились за последние 10 миллионов лет, возможно, потому, что климат стал влажным и эрозия ускорилась. Удаление породы с вершины диапазона на самом деле стимулирует больше подъема — явление, известное как изостатический отскок. Когда вес удаляется, кора поднимается как лодка, когда груз разгружается. Эта петля обратной связи между эрозией и подъемом может помочь объяснить, почему Гималаи настолько впечатляюще высоки.

Тонкие признаки продолжающегося движения

Не все движения в Гималаях бурные. Медленный, асейсмический ползание происходит вдоль некоторых отрезков разломов. Речные террасы и древние береговые линии, которые были подняты, фиксируют устойчивый подъем хребта. В долине Кашмира ледниковые отложения озер находятся на высоте нескольких сотен метров над дном долины, что указывает на постледниковый подъем. Эти тонкие признаки напоминают нам, что горообразование происходит даже тогда, когда земля не трясется.

Более широкая картина: Гималаи в системе Земли

Гималаи влияют на глобальный климат, региональные погодные условия и биоразнообразие. Ассортимент действует как барьер для холодного воздуха с севера, сохраняя Южную Азию относительно теплой зимой, а также блокируя влагу, движущуюся на север от Индийского океана, предотвращая попадание большого количества осадков в Центральную Азию. Этот эффект дождевой тени создает сухие ландшафты Тибетского плато и пустыни Гоби.

В горах также обитает необычайный диапазон экосистем — от тропических лесов в предгорьях до альпийских лугов и постоянного снега. Это разнообразие существует потому, что крутой градиент высоты создает резкие изменения температуры и осадков на коротких расстояниях. Гималайская точка биоразнообразия содержит тысячи эндемичных видов растений и животных, многим из которых угрожают изменение климата и развитие.

Для всестороннего обзора естественной истории диапазона, запись Британники на Гималаях является хорошей отправной точкой. Для последнего научного понимания столкновения Индии и Азии, обзор 2020 Tapponnier et al. в Коммуникации Земля и окружающая среда предлагает современный синтез исследований.

Оригинальное название: Mountains in Motion

Гималаи являются результатом континентального столкновения, которое началось, когда динозавры все еще бродили по Земле. Неустанное движение Индийской плиты в Азию привело к появлению самых высоких гор, самых глубоких долин и самых мощных землетрясений на суше. Диапазон все еще растет, все еще разрушается, все еще развивается. Каждый год Эверест набирает несколько миллиметров высоты - если предположить, что эрозия не претендует на эту высоту в первую очередь.

Понимание Гималаев как живой, динамичной особенности тектоники плит помогает нам понять, почему земля под нашими ногами никогда не бывает по-настоящему спокойной. Столкновение континентов, начавшееся 50 миллионов лет назад, не закончилось. Оно будет продолжаться еще миллионы лет, пока, возможно, не соберется следующий суперконтинент, и цикл дрейфа и столкновения начнется заново. Пока же мы живем в тени диапазона, который не просто древний — он активно рождается, прямо на наших глазах.