Table of Contents
Двигатель под нашими ногами: Тектоника плит
Поверхность Земли не является единой статической оболочкой. Она разбита на мозаику массивных литосферных фрагментов, называемых тектоническими плитами, которые скользят по горячей полужидкой астеносфере планеты. Эти плиты, состоящие из коры и верхней мантии, движутся со скоростью несколько сантиметров в год, примерно со скоростью, с которой растут ногти. Силы, управляющие этим движением, - это конвекция мантии, тяга плиты (где плотные океанические плиты погружаются в мантию) и толчок хребта (где возвышенные хребты раздвигают пластины). Понимание этой динамической системы необходимо для понимания того, как рождаются, изменяются и в конечном итоге перерабатываются ландшафты.
Есть семь основных плит — тихоокеанская, североамериканская, евразийская, африканская, антарктическая, индо-австралийская и южноамериканская — наряду с многочисленными меньшими. Их края являются зонами интенсивной геологической активности. Взаимодействие на этих границах плит вызывает землетрясения, извержения вулканов, горные хребты и океанские бассейны. В течение глубокого времени эти же процессы собрали и разорвали суперконтиненты, изменили глобальные уровни моря и повлияли на эволюцию жизни.
Для авторитетного фона на тектонике плит, ресурс геологической службы США (USGS) предлагает полный обзор механизмов и доказательств.
Границы плит и их геологические признаки
Тип границы, где встречаются две пластины, определяет, какие формы рельефа и опасности наиболее вероятны.Геологи классифицируют эти границы на три первичные категории на основе относительного движения прилегающих пластин.
Расходящиеся границы: где плиты раздвигаются
На расходящихся границах тектонические плиты удаляются друг от друга. Горячая мантийная порода поднимается, чтобы заполнить пробел, разлагается и частично тает. Это порождает базальтовую магму, которая извергается, образуя новую океаническую кору вдоль срединно-океанических хребтов — самого длинного горного хребта на Земле. Среднеатлантический хребет является классическим примером, где североамериканские и евразийские плиты разделяются, расширяя Атлантический океан примерно на 2,5 сантиметра в год. На континентах расхождение создает рифтные долины, такие как Восточноафриканская рифтовая система. По мере того, как кора истончается и растягивается, вулканы, горячие источники и мелкие землетрясения становятся обычным явлением. Эти рифты могут в конечном итоге превратиться в новые океанские бассейны, процесс, уже проходящий в регионе Афар в Эфиопии.
Сходящиеся границы: столкновения и субдукция
Когда плиты сходятся, результат зависит от типа вовлеченной коры. Если океаническая плита встречается с континентальной плитой, более плотная океаническая плита субдукция (потопы) под континентальной плитой, образуя глубокую океанскую впадину и цепь вулканов на находящемся континенте — вулканическая дуга. Анды иллюстрируют это, с субдукцией плиты Наска под Южной Америкой. Зоны субдукции генерируют крупнейшие землетрясения планеты (например, магнитуда 9 + событий) и взрывные извержения вулканов. Когда две континентальные плиты сталкиваются, ни одна из них не может легко субдукции из-за их плавучести. Вместо этого кора утолщается и пряжется вверх, создавая колоссальные горные цепи, такие как Гималаи, которые сформировались, когда Индийская плита врезалась в Евразийскую плиту. Это продолжающееся столкновение все еще толкает Гималаи вверх на несколько миллиметров каждый год и создает землетрясения по всему региону.
Для более подробной информации о конвергентных процессах, страница НАСА Обсерватория Земли на тектонике плит предоставляет спутниковые снимки и пояснительные диаграммы.
Границы трансформации: горизонтальное скольжение
При границах преобразования плиты скользят горизонтально друг мимо друга. Ни кора не создается, ни разрушена. Трение между плитами нарастает годами или столетиями, затем внезапно высвобождается в виде землетрясения. Разлом Сан-Андреас в Калифорнии — архетипическая граница преобразования, отделяющая Тихоокеанскую плиту от Североамериканской плиты. Такие границы производят неглубокие, но часто разрушительные землетрясения. Со временем смещенные потоки, смещенные заборы и линейные долины отмечают поверхностный след этих разломов. В то время как границы преобразования обычно не имеют вулканизма, они имеют решающее значение для понимания сейсмической опасности в густонаселенных районах.
Как тектонические силы создают ландшафт
Медленное, неустанное движение плит оставляет неизгладимый отпечаток на топографии Земли. От самых высоких вершин до самых глубоких траншей, каждый крупный рельеф земли можно проследить до взаимодействия плит.
Горный дом
Горы возникают в основном на сходящихся границах. Стресс столкновения сжимает и сворачивает слои горных пород, укладывая их в огромные хребты. Аппалачские горы, хотя и размыты, обнаруживают остатки древнего столкновения между Северной Америкой и Африкой. Более молодые хребты, такие как Альпы и Анды, все еще активно растут. Гималаи, где находится гора Эверест (8848 метров), являются самым высоким выражением этого процесса. Поднятие продолжается и сегодня, и регион испытывает частые землетрясения, поскольку Индийская плита движется на север. Скорость подъема может превышать выветривание в некоторых местах, позволяя горам расти, несмотря на эрозию ледниками и реками.
Вулканические формы рельефа
Вулканы сосредоточены вдоль границ плит — как расходящихся, так и сходящихся. На средних океанских хребтах подводные лавовые потоки строят базальты подушки, образующие дно океана. Исландия находится прямо на вершине Среднеатлантического хребта, где вулканическая активность построила большой остров, покрытый обширными лавовыми полями и геотермальными особенностями. Вулканы зоны субдукции, такие как гора Фудзи в Японии или гора Сент-Хеленс в Соединенных Штатах, более взрывоопасны, потому что нисходящая плита выпускает воду и другие летучие вещества в надлежащую мантию, создавая вязкие магмы, богатые кремнеземом. Эти вулканы производят крутые конусы, пирокластические потоки и лахары, которые резко меняют ландшафт. За миллионы лет вулканические островные дуги, такие как индонезийский архипелаг, могут вырасти в новые континенты.
Землетрясения и деформация поверхности
Внезапный разрыв по разломам при землетрясениях может смещать землю на метры за секунды.В 1964 году Великое землетрясение на Аляске (магнитуда 9,2) подняло части побережья на 9 метров, в то время как другие районы утихли.Такие вертикальные смещения изменяют дренажные узоры, вызывают оползни и создают новые береговые линии.Повторяющиеся землетрясения за геологическое время накапливаются для строительства разломов, складчатых холмов и бассейнов.Сейсмическая активность также играет роль в формировании речных систем: ручьевые каналы могут смещаться, а аллювиальные вентиляторы могут образовываться там, где реки оседают осадками вниз по течению разломов.
Рифтовые долины и бассейны
Там, где континентальная кора разъединяется, ландшафт эволюционирует от возвышенностей до глубоких долин, окруженных горами, блокирующими разломы. Восточноафриканская рифтовая система простирается более чем на 6000 километров от Афарского тройного соединения до Мозамбика. В этом разломе пол долины тонет, создавая плоские равнины, где озера, такие как озеро Танганьика и озеро Малави, накапливают толстые осадочные последовательности. Плечи разлома поднимаются как высокогорья, которые перехватывают осадки и поддерживают различные экосистемы. Со временем продолжающееся расширение разрежет континентальную кору, достаточную для начала распространения морского дна, разделив Африку на две отдельные материки.
Тектоническое влияние на глобальные экосистемы
Ландшафты, созданные тектоническими системами, создают физическую стадию, на которой развиваются экосистемы. Связь между движением плит и биоразнообразием глубока и часто недооценивается.
Климат и погодные условия
Большие горные хребты вызывают подъем воздушных масс, охлаждение и высвобождение осадков на наветренной стороне, в то время как подветренные стороны остаются сухими в дождевых тенях. Гималаи, например, блокируют влагозасушливые муссонные ветры, создавая засушливое Тибетское плато и приводя к проливным дождям в Индии и Бангладеш. Анды образуют дождевую тень, которая производит пустыню Атакама, одно из самых сухих мест на Земле. В течение более длительных временных масштабов горное строительство может изменить глобальную атмосферную циркуляцию, вызвать оледенения и влиять на океанские течения, поскольку континенты дрейфуют. Закрытие Панамского перешейка около 3 миллионов лет назад - продукт тектоники плит - перенаправило океанские течения и способствовало наступлению оледенений Северного полушария.
Узнайте больше о том, как горостроение и климат взаимодействуют с обзором природного образования о горостроении и климате [FLT: 1].
Горячие точки биоразнообразия
Тектоническая активность создает изолированные места обитания, которые приводят к видообразованию. Вулканические острова, такие как те, что находятся в Галапагосских или Гавайских архипелагах, содержат уникальную флору и фауну, которые развивались изолированно. Рифтовые долины с их глубокими озерами и разнообразными возвышенностями, действуют как эволюционные инкубаторы. Озеро Танганьика, образованное рифтингом, содержит сотни эндемичных видов цихлид. Горные хребты служат биологическими коридорами или барьерами — подъем Анд отделил низменные амазонские виды от тех, что находятся на Тихоокеанском склоне, что приводит к различным сборкам. Сложная топография, создаваемая разломами, складчатостью и вулканизмом, часто приводит к высокому местному эндемизму, потому что виды ограничены узкими возвышенными или климатическими зонами.
Формирование почвы и питательный цикл
Вулканический пепел богат такими элементами, как калий, фосфор и магний, которые выветриваются в плодородные почвы. Такие регионы, как Ява (Индонезия) и Филиппины, поддерживают плотные популяции из-за их вулканических почв. Эрозия горных пород поставляет осадочные породы в поймы и дельты, обновляя плодородие почвы. И наоборот, в тектонически стабильных районах длительное выветривание может выщелачивать питательные вещества, оставляя древние, бедные питательными веществами почвы, такие как в большей части Австралии. Землетрясения могут вызвать массивные оползни, которые обнажают свежую породу и доставляют свежие минеральные питательные вещества на дно долины, инициируя новое развитие почвы. На протяжении веков эти импульсы возмущения и обновления поддерживают продуктивность экосистем.
Нарушение экосистемы и преемственность
Тектонические события часто сбрасывают экологические часы. Извержение вулкана может похоронить целые леса под пеплом или лавой, но жизнь быстро реколонизируется. В годы после извержения вулкана Сент-Хеленс 1980 года на равнине пемзы появились новаторские растения, такие как люпины и водоросли, за которыми следуют кустарники и деревья. Землетрясения могут создавать новые водно-болотные угодья, блокируя реки оползневым мусором или осушать озера, открывая трещины. Эти нарушения создают мозаику последовательных стадий, которые повышают общее биоразнообразие. Виды, которые требуют ранних стадий обитания, такие как некоторые птицы и насекомые, извлекают выгоду из динамичной природы тектонически активных ландшафтов.
Человеческие общества и тектонические ландшафты
Люди давно поселились в тектонически активных регионах, запряженных плодородными почвами, водными ресурсами и торговыми путями.Понимание этих ландшафтов жизненно важно для снижения риска и использования преимуществ.
Жизнь с риском землетрясения
Крупные популяции живут вблизи сходящихся границ: Токио, Лос-Анджелес, Стамбул и Мехико — все в сейсмических зонах. Строительные коды эволюционировали, чтобы включить инженерные практики, такие как изоляция базы и перекрестное сцепление. Системы раннего предупреждения, такие как используемые в Японии и Мексике, могут обеспечить секунды или десятки секунд оповещения до того, как прибудет сильное встряхивание. Планирование землепользования также должно учитывать зоны сжижения, оползни и цунами. Государственное образование и регулярные учения являются важными компонентами устойчивости. Землетрясение и цунами в Тохоку 2011 года продемонстрировали как опустошение, так и эффективность мер готовности в Японии.
Геотермальная энергия и вулканические ресурсы
Там, где тектонические плиты раздвигаются или магма приближается к поверхности, доступно геотермальное тепло. Исландия получает большую часть своего электричества и тепла от геотермальных установок, которые подключаются к горячим жидкостям под землей. Гейзеры в Калифорнии и геотермальные поля Новой Зеландии и Кении являются другими яркими примерами. В вулканических регионах также находятся рудные месторождения: зоны субдукции производят медные, золотые и серебряные месторождения, связанные с порфировыми системами. Рифтовые бассейны часто содержат осадочные минералы, такие как калий и соли. Эти ресурсы ценны, но требуют тщательной добычи, чтобы минимизировать воздействие на окружающую среду.
Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA) предоставляет данные о геотермальных энергетических мощностях и тенденциях роста во всем мире.
Сельскохозяйственные возможности и вызовы
Вулканические почвы являются одними из самых продуктивных на Земле, поддерживая интенсивное сельское хозяйство в таких местах, как Индонезия, Центральная Америка и Восточно-Африканский разлом. Однако тектоническая активность также несет риски: золопад может душить сельскохозяйственные культуры, землетрясения могут разрушать системы орошения, а оползни могут разрушать сельскохозяйственные угодья. Фермеры в активных регионах часто адаптируются путем диверсификации сельскохозяйственных культур, посадки на террасах и использования традиционных знаний о стабильности ландшафта. В рифтовых долинах контролируемые разломами источники обеспечивают надежные источники воды для орошения, что позволяет круглогодично культивировать. Балансирование преимуществ плодородия с опасным потенциалом требует надежного управления земельными ресурсами и готовности к стихийным бедствиям.
Сохранение тектонически-образных местообитаний
Уникальные экосистемы, рожденные тектоническими процессами — от гидротермальных жерл среднего океанского хребта до альпийских лугов молодых горных хребтов — требуют защиты. Многие из них существуют в национальных парках или на объектах Всемирного наследия ЮНЕСКО. Галапагосские острова, сформированные вулканической активностью и движением плит, являются живой лабораторией эволюции. Горы Рвензори в Уганде, блок, поврежденный во время Восточноафриканского разлома, являются местом обитания эндемичных растений и животных, которым угрожают изменение климата и обезлесение. Усилия по сохранению должны учитывать, что эти ландшафты по своей природе динамичны: то, что является средой обитания сегодня, может быть изменено следующим землетрясением или извержением. Поэтому адаптивные стратегии управления, которые позволяют создавать естественные возмущения, наиболее эффективны. Защита больших, смежных областей, которые включают в себя градиенты высоты и несколько последовательных стадий, помогает сохранить полный спектр видов, которые зависят от тектонических процессов.
Заключение
Тектоника плит — медленный, но мощный двигатель, который строит горы, открывает океаны и приводит в движение землетрясения и вулканы. Пейзажи, которые мы видим — от парящих вершин Анд до глубоких траншей Тихого океана — это снимки продолжающегося, многомиллиардного процесса. Эти динамические силы формируют не только физическую форму Земли, но и ее климат, почвы и распределение жизни. Поскольку человеческие популяции все чаще занимают тектонически активные регионы, понимание этих процессов становится решающим для построения устойчивых обществ, управления природными ресурсами и сохранения необычайного биоразнообразия, которое возникает из беспокойной планеты. Далеко не будучи отдаленной геологической концепцией, тектоническая деятельность — это живая сила, которая продолжает формировать мир под нашими ногами и экосистемы, которые поддерживают нас.