Table of Contents

Теория континентального дрейфа выступает в качестве одной из самых преобразующих идей в науке о Земле, фундаментально меняя наше понимание того, как поверхность планеты развивается в течение сотен миллионов лет. Объясняя медленное, неустанное движение континентов, эта концепция не только проясняет прошлую конфигурацию континентов, но и обеспечивает мощную основу для интерпретации сегодняшней географии - формы береговых линий, распределения горных хребтов, а также моделей климата и жизни. В этой статье исследуется наука, стоящая за континентальным дрейфом, доказательства, которые его поддерживают, механизмы, которые его управляют, и его глубокое влияние на географию Земли.

Что такое континентальный дрейф?

Континентальный дрейф относится к постепенному движению континентов Земли относительно друг друга по поверхности планеты. Гипотеза была впервые формально предложена немецким метеорологом и геофизиком Альфредом Вегенером в 1912 году. Вегенер утверждал, что все континенты когда-то были объединены в один суперконтинент, который он назвал Пангеей (что означает «все земли»). На протяжении миллионов лет Пангея фрагментировалась, и полученные в результате куски дрейфовали до их нынешних позиций. Хотя первоначальные идеи Вегенера были встречены скептицизмом - в первую очередь потому, что он не мог обеспечить убедительный механизм - последующие открытия в середине 20-го века подтвердили его видение, что привело к современной теории тектоники плит.

Сегодня под континентальным дрейфом понимают поверхностное выражение движения тектонических плит. Литосфера Земли разбивается на несколько больших плит (например, Тихоокеанская, Североамериканская, Евразийская, Африканская, Антарктическая, Индо-Австралийская, Южноамериканская) и многочисленные меньшие. Эти плиты плавают на частично расплавленной, пластичной астеносфере под ними и движутся со скоростью несколько сантиметров в год — примерно со скоростью, с которой растут ногти. В геологических временных масштабах такое, казалось бы, тривиальное движение накапливается, чтобы произвести драматические сдвиги в континентальных положениях.

Основные доказательства, подтверждающие континентальный дрейф

Дело о дрейфе континентов опирается на несколько независимых линий доказательств, каждая из которых убедительна сама по себе и вместе образует неопровержимый аргумент.Вегенер собрал многие из этих наблюдений в своей книге 1915 года Происхождение континентов и океанов.

1.Пригодность континентов

Наиболее наглядным доказательством являются дополнительные формы береговых линий. Восточное побережье Южной Америки и западное побережье Африки, по-видимому, подходят друг к другу как куски головоломки. Хотя Вегенер в основном использовал сами береговые линии, современный анализ континентальных шельфов (погруженных краев континентов) обеспечивает еще более тесное соответствие.

2. Ископаемые улики

Идентичные окаменелости растений и животных были обнаружены на континентах, теперь разделенных обширными океанами. Например, окаменелые останки рептилии Мезозавры найдены только в восточной части Южной Америки и западной Африке. Этот пресноводный вид не мог плавать через Атлантику. Аналогично, папоротник Глоссоптерис появляется в горных породах по всей Южной Америке, Африке, Индии, Австралии и Антарктиде — свидетельство того, что эти массивы суши когда-то были связаны в умеренном, растительном суперконтиненте.

3 Геологические сходства

Горные хребты и скальные образования на разных континентах имеют замечательную преемственность. Например, Аппалачские горы в восточной части Северной Америки выравниваются с Каледонскими горами в Шотландии и Скандинавии, когда континенты вновь собираются. Слои гор, возрасты и структурные ориентации совпадают в этих ныне отдаленных регионах. Древние ледниковые отложения (тиллиты) в Индии, Южной Америке, Африке и Австралии также показывают идентичные последовательности, что указывает на то, что они когда-то были частью массивного ледяного щита, находясь вблизи Южного полюса.

4. палеоклиматические доказательства

Свидетельства прошлого климата еще больше поддерживают дрейф. Ледниковые полосы (скраты, оставленные движущимся льдом) в современных тропических регионах указывают на то, что эти области когда-то были в полярных широтах. И наоборот, залежи угля, образованные из древних тропических болот, обнаружены в Антарктиде, предполагая, что он когда-то сидел в более теплой зоне. Эти климатические парадоксы легко разрешаются, если континенты перемещались через различные климатические пояса с течением времени.

5. Палеомагнетизм

После Второй мировой войны изучение магнетизма, сохранившегося в породах, оказало мощную поддержку. Поскольку магматические породы охлаждаются, магнитные минералы выравниваются с магнитным полем Земли, регистрируя широту и ориентацию во время формирования. Измерения из пород одного возраста на разных континентах показали, что магнитные полюса, по-видимому, сместились, но истинное объяснение заключается в том, что сами континенты сдвинулись. Эти данные «очевидного полярного блуждания» стали краеугольным камнем тектонической теории плит.

Механизм континентального дрейфа

Вегенер не смог дать удовлетворительного объяснения тому, как континенты могут вспахивать дно океана. Современная наука определяет движущую силу как движение тектонических плит, приводимое в движение конвекционными потоками в мантии Земли. Механизм сложен, но работают три основных процесса:

Мантильная конвекция

Тепло от ядра Земли и радиоактивный распад в мантии создают медленную конвекцию. Горячий, менее плотный материал поднимается, затем охлаждается и опускается. Эти течения перетаскивают вышележащие тектонические плиты по конвейерной ленте. Поднимающаяся магма на срединно-океанических хребтах создает новую литосферу, а тонущие плиты в зонах субдукции перерабатывают старую кору обратно в мантию.

Слаб тянет

Это доминирующая сила, управляющая движением плиты. При сходящихся границах край плотной, холодной океанической плиты погружается в мантию под собственным весом, тянущей за собой остальную часть плиты. На слаботягу приходится большая часть скорости быстро движущихся плит, таких как Тихоокеанская плита.

Ридж Толчок

При расходящихся границах (среднеокеанских хребтах) повышенный хребет новой, горячей коры оказывает гравитационное воздействие, когда она охлаждается и скользит вниз по склону, отталкивая пластину от оси хребта.

Границы тектонической плиты

Взаимодействия на краях плит производят основные геологические особенности нашей планеты. Есть три основных типа:

  • Дивергентные границы:] Пластины раздвигаются, позволяя магме подниматься и образовывать новую океаническую кору. Пример: Срединно-Атлантический хребет, где североамериканские и евразийские плиты разделяются примерно на 2,5 сантиметра в год.
  • Сходящиеся границы: Пластины сталкиваются. Когда океаническая плита встречается с континентальной плитой, более плотная океаническая плита субдуктов, создавая глубокие океанские траншеи и вулканические дуги (например, Анды). Когда две континентальные плиты сталкиваются, ни субдукты легко; вместо этого, они смываются и поднимаются, чтобы сформировать массивные горные хребты, как Гималаи.
  • Преобразовать границы:Платы скользят горизонтально мимо друг друга. Трение нарастает до тех пор, пока внезапный выброс не вызовет землетрясения.Разлом Сан-Андреас в Калифорнии является классическим примером.

Влияние континентального дрейфа на географию Земли

Неустанное смещение континентов сформировало почти каждый аспект земной поверхности, от распределения суши и моря до эволюции жизни. Ниже мы рассмотрим наиболее значительные географические воздействия.

Формирование горных хребтов

Основные горные пояса почти исключительно являются продуктом конвергентной тектоники плит. Гималаи, самый высокий в мире диапазон, образовались, когда Индийская плита столкнулась с Евразийской плитой около 50 миллионов лет назад. Это столкновение продолжается и сегодня, толкая горы вверх на несколько миллиметров каждый год. Аналогично, Альпы возникли в результате столкновения африканской и евразийской плит, в то время как Анды представляют собой вулканический диапазон, построенный на зоне субдукции, где плита Наска ныряет под Южную Америку.

Создание и эволюция океанических бассейнов

Континентальный дрейф непосредственно изменяет формы и размеры океанов. Атлантический океан начал открываться около 200 млн лет назад, когда Пангея разорвалась на части, и он продолжает расширяться. Между тем Тихий океан медленно закрывается по мере сближения окружающих плит. Эти изменения влияют на глобальные океанские течения, которые в свою очередь влияют на климат. Например, закрытие Панамского перешейка (образованного вулканической активностью и взаимодействиями плит около 3 млн лет назад) отделило Атлантику и Тихий океан, перенаправив океанские течения и вызвав начало оледенения Северного полушария.

Климат и атмосферная циркуляция

По мере смещения континентов позиции они перемещаются по разным широтным климатическим зонам. Наличие большой суши на высоких широтах может способствовать образованию ледяного покрова (например, Антарктида за последние 40 млн лет). И наоборот, расположение континентов может создавать или разрушать океанские ворота, резко изменяя теплотранспорт. Открытие пролива Дрейка между Южной Америкой и Антарктидой позволило развиться Антарктическому циркумполярному течению, термически изолировав Антарктиду и приведя к ее глубокому замораживанию.

Биоразнообразие и биогеография

Континентальный дрейф был основным двигателем эволюции и распределения видов. Когда материк разделяется, популяции разделяются генетически и часто развиваются в различные виды — процесс, известный как аллопатрическое видообразование. Например, сумчатые в Австралии эволюционировали изолированно после того, как этот континент отделился от Южной Америки и Антарктиды. И наоборот, когда континенты сталкиваются, ранее изолированные биоты смешиваются, как это произошло, когда Северная и Южная Америка соединились через Панамский перешеек, вызвав Великий американский обмен.

Землетрясение и вулканическая активность

Границы дрейфующих плит являются наиболее геологически активными зонами на планете. Огненное кольцо — подковообразный пояс вокруг Тихого океана — принимает около 75% вулканов мира и 90% его землетрясений, все из-за субдукции и разрушения трансформаций. Понимание континентального дрейфа имеет важное значение для оценки сейсмических опасностей в таких регионах, как Япония, Индонезия и Калифорния.

Тематические исследования в Continental Drift

Примеры реального мира демонстрируют текущие и прошлые эффекты континентального дрейфа на географию. Вот три примечательных тематических исследования:

Гималаи и индийско-азиатское столкновение

Около 120 миллионов лет назад Индия откололась от Гондваны (южная часть Пангеи) и начала двигаться на север со скоростью до 15 сантиметров в год — исключительно быстро для движения плит. Она столкнулась с Евразийской плитой примерно 50 миллионов лет назад, закрыв древний океан Тетис. Результирующее сжатие утолстило кору, подняв гималайский хребет и Тибетское плато. Сегодня Индийская плита продолжает вторгаться в Евразию примерно на 4-5 см/год, вызывая частые землетрясения в регионе и поддерживая Гималаи как самые высокие горы в мире.

Среднеатлантический хребет: Расширение океанского дна

Среднеатлантический хребет — это расходящаяся граница плит, проходящая по центру Атлантического океана. Здесь североамериканские и евразийские плиты (на севере) и южноамериканские и африканские плиты (на юге) раздвигаются со скоростью 2-5 см/год. По мере их отделения магма поднимается из мантии, затвердевает и образует новую океаническую кору. Этот процесс, известный как распространение морского дна, создает симметричный рисунок магнитных полос по обе стороны хребта, обеспечивая некоторые из самых сильных доказательств тектоники плит. Исландия сидит на вершине хребта и в результате вулканически активна.

Восточноафриканская рифтовая система

В Восточной Африке Африканская плита раскалывается на две меньшие плиты — Нубийскую плиту на западе и Сомалийскую плиту на востоке. Эта рифтовая система простирается на тысячи километров, от Афарского треугольника (где встречаются три рифта) до Мозамбика. По мере того, как плиты раздвигаются, кора разрежается, образуя глубокие долины, большие озера (например, озеро Танганьика, озеро Малави) и многочисленные вулканы (например, гора Килиманджаро, гора Кения). За десятки миллионов лет этот рифт может в конечном итоге затопить морскую воду, превратив Восточную Африку в отдельный островной континент.

Континентальный дрейф и современная теория тектоники плит

Континентальный дрейф теперь интегрирован в более широкую теорию тектоники плит, которая появилась в 1960-х годах после открытий о распространении морского дна и палеомагнетизме. Тектоника плит не только объясняет движение континентов, но и объясняет создание и разрушение океанской коры, распределение землетрясений и вулканов и долгосрочную эволюцию поверхности Земли. Теория поддерживается измерениями GPS, которые непосредственно измеряют движения плит — например, Гавайи движутся в сторону Японии со скоростью около 8 см в год.

Достижения в мантийной томографии (с использованием сейсмических волн для изображения глубины Земли) подтвердили существование холодных, тонущих плит в зонах субдукции и горячих восходящих плюмов, которые питают вулканы горячих точек, такие как на Гавайях и в Исландии. Численные модели теперь имитируют цикл Уилсона - цикл формирования и распада суперконтинента - в течение миллиардов лет. Ожидается, что следующий суперконтинент, иногда называемый «Пангея Проксима», образуется примерно через 250 миллионов лет, когда Атлантика закрывается, а Тихий океан расширяется.

Заключение

Континентальный дрейф — это гораздо больше, чем историческое любопытство; это динамичный, продолжающийся процесс, который продолжает формировать географию Земли глубокими путями. От подъема Гималаев до открытия Атлантики, от изоляции австралийских сумчатых до ледяных щитов Антарктиды, движение континентов оставило неизгладимый след на ландшафтах планеты, климате и жизни. Понимание этой науки имеет важное значение для геологов, географов, климатологов и биологов. По мере того, как исследовательские инструменты — такие как сети GPS высокого разрешения, глубоководное бурение и измерения гравитации спутников — продолжают улучшаться, наше понимание сложного танца тектонических плит углубляется, открывая планету, которая является чем-то кроме статики. Для получения дополнительной информации исследуйте богатые ресурсы тектоники плит из Геологическая служба США , обзор палеонтологической исследовательской организации , обзор тектоники плит Земли и динамическое моделирование Земли по Образование IRI