Странные образования на дне океана

Начиная с 1977 года, ученые, опускающиеся на дно в глубоководных исследовательских батискафах, увидели много интересного на дне океанов. Они обнаружили гигантские трещины в земной коре, высокие горные хребты, действующие вулканы и необычные лавовые образования. Но самыми удивительными оказались горячие источники вдоль границ спрединга или раздвигания дна в восточной части Тихого океана.

Эти горячие источники, называемые также "черными курильщиками" и "белыми курильщиками", выбрасывают горячую воду из отверстий на дне океана. Вода в черном источнике имеет температуру не менее 350 0С. Она настолько горячая, что может даже расплавить пластмассовые стержни, на которых держатся термометры океанографов. Вода в белом источнике не такая горячая.

Горячие источники находятся на глубине около 2 500 метров ниже поверхности океана. Из-за высокого давления на этих глубинах вода в горячих источниках не кипит.

Геологи считают, что горячие источники образуются в результате попадания холодной воды океана в земную кору, где она нагревается поднимающейся из мантии магмой.

Горячие источники извергают глубинную воду в океан, где она вновь охлаждается водой океана. По мере охлаждения воды из нее выделяются минералы и осаждаются вокруг отверстий в виде структур, напоминающих дымоходы. Они представляют собой холмы ценных минеральных отложений, иногда их высота достигает 10 метров.

Возле горячих источников живет много удивительных организмов, например гигантский трубчатый червь. Эти уникальные животные питаются бактериями, которым не нужна энергия солнца. Ученые продолжают изучать необычные образования и обнаруженные организмы возле горячих источников.

ВЫВОДЫ

• Форма Земли напоминает форму шара. Расстояние вокруг Земли вдоль экватора составляет 40 000 километров.
• Большинство землетрясений является результатом движения пород вдоль разлома.
• Сейсмические волны подразделяются на три основных типа: первичные или продольные волны, вторичные или поперечные волны и поверхностные волны.
• Слои Земли, если считать от поверхности, следующие: земная кора, мантия, внешнее ядро и внутреннее ядро.

ВОПРОСЫ/ ЗАДАЧИ

1. Опишите слои или геосферы Земли.
2. Объясните, как образуются сейсмические волны.
3. Объясните различие между продольными волнами и поперечными волнами (волнами сдвига).
4. Объясните, как изменяется скорость сейсмических волн в различных слоях Земли.
5. Почему ученые считают, что внешнее ядро жидкое?
6. Объясните, что подразумевается под землетрясением с глубоким очагом происхождения?
7. Каковы возможные причины странного поведения животных накануне землетрясения?
8. Почему ученые пытаются найти причины такого поведения?
9. Где находятся горячие источники в океане?
10. Что такое "черный курильщик"?

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Подсчитайте, какая температура должна быть в центре Земли, если градиент изменения температуры составляет 2°С на каждые 100 м от поверхности и остается неизменным до самого центра Земли. Радиус Земли составляет 6 370 км. Предположим, что температура на поверхности начинается с 15°С. Сравните Ваш результат с предполагаемой температурой ядра Земли равной 5 500°С.
2. Прочитайте в энциклопедии или в других книгах, взятых в библиотеке, о сейсмографах двух типов. Сделайте описание и рисунки этих сейсмографов.
3. Найдите пять интересных или необычных фактов из истории известных землетрясений.
4. Узнайте, есть ли в Вашем городе техническое или учебное заведение, в котором используются сейсмографы, и посетите это заведение, чтобы увидеть сейсмографы в действии.

Так выглядит северное побережье Африки, Красное море и Арабский полуостров со спутника, вращающегося вокруг Земли по околоземной орбите. Постарайтесь представить, что Вы удаляете Красное море и поворачиваете Арабский полуостров в сторону Африки. Удивительно, но эти массивы суши очень хорошо стыкуются друг с другом. После изучения этой главы. Вы поймете, почему это так происходит.

В этой главе объясняются некоторые новые теории образования Земли. Потребовалось много лет, чтобы изменить старые представления о природе земной коры. Все началось со странной идеи о том, что континенты могут двигаться или дрейфовать по поверхности Земли. Исследования в океане дали тому удивительное подтверждение. Еще нет ответов на многие загадки природы, но новью теории дают основу для будущих исследований.

ЦЕЛИ ГЛАВЫ

1. Объяснить значение дрейфа материков.
2. Перечислить доказательства, подтверждающие расширение дна океанов.
3. Сравнить три типа границ плит.
4. Описать две силы, которые могут вызвать движение плит.

2.1. ОЧЕРТАНИЯ МАТЕРИКОВ

Многочисленные тайны нашей планеты всегда возбуждали любопытство наблюдательных людей. В начале нашего столетия исследователей удивил тот факт, что в горных породах покрытой вечными льдами суши Арктики и Антарктики были найдены окаменелые остатки со следами теплолюбивых папоротников. Как могли растения, которые любят теплый и влажный климат, существовать в таком неблагоприятном для них регионе? Какие изменения произошли на Земле с тех пор? Один человек попытался ответить на поставленные ниже вопросы, чтобы разрешить эти загадки:

• Что такое теория дрейфа материков?
• Какие существуют доказательства дрейфа материков?

Теория дрейфа материков

Первые правдоподобные карты Европы и Америки были выполнены в 1600 годах. С тех самых пор многих людей удивляло совпадение очертаний атлантических побережий южной Америки и Африки. Но они могли только гадать, почему эти материки выглядят так, как будто они могут дополнить друг друга как части детской головоломки. В 1912 году Альфред Вегенер, немецкий ученый, опубликовал теорию, объясняющую эту загадку, в своей книге "Возникновение материков и океанов". Он заявил, что все материки когда-то представляли единое целое. На карте внизу показаны соединенные материки, которые Вегенер назвал Пангеей, что по-гречески означает "вся земля".

Совпадение очертаний материков

Вегенер считал, что Пангея начала раскалываться и расходиться в стороны (дрейфовать) много миллионов лет тому назад. Он настаивал на том, что совпадение очертаний материков не случайно, но является результатом раскола Пангеи. Он утверждал, что материки медленно дрейфовали по океанической коре, пока не заняли современное положение.

Доказательства теории Вегенера о дрейфе материков

Какие доказательства привел Вегенер, подтверждающие дрейф материков? Во-первых, исследователи обнаружили окаменелости и слои горных пород на восточном побережье южной Америки, которые оказались идентичны породам и окаменелостям на западном побережье Африки.

Эволюция расхождения материков

Окаменелые остатки животного, показанного ниже, были обнаружены как в Южной Америке, так и в Африке. Эти открытия убедили Вегенера, что континенты когда-то были соединены. Во-вторых, исследователи обнаружили горные породы, образовавшиеся в результате ледниковых отложении, на экваторе, где ледников не могло быть. Как Вегенер объяснил эти открытия? Он считал, что массивы суши дрейфовали в сторону более теплого региона на Земле. Свидетельства Вегенера были интересными, но не доказывали, что материки двигались. Ученые отвергли теорию дрейфа материков, потому что Вегенер не смог объяснить, как или почему двигались материки. Его теория, основанная на богатом воображении, не совсем точная, но она стала отправной точкой для других еще более смелых идей.

Трилобиты (окаменелости возрастом 200 миллионов лет)

2.2. ОТКРЫТИЯ В ОКЕАНЕ

Научные открытия в 1960-х годах вызвали повторный интерес к теории дрейфа материков Вегенера. Исследовательские данные доказывали, что Атлантический океан растет. Как может расти океан? Возможно ли движение земной коры? Задайте себе вопросы, которые поставлены ниже:

• Что такое срединно-океанические хребты и желоба?
• Что такое раздвигание морского дна?

Желоба и срединно-океанические хребты

Ученые имели мало данных о строении дна океанов в то время, когда Вегенер предложил свою теорию. В конце 1940-х годов у ученых появились новые приборы, позволившие им провести картографирование дна океанов и регистрировать землетрясения в океанической земной коре.

Моряки давно знали о существовании глубоких мест в океане. При составлении карт дна океанов определялись глубина и размер районов самых глубоких впадин. Эти глубокие места оказались длинными и узкими; их назвали желобами. На карте обратите внимание на количество желобов, опоясывающих Тихий океан. Желоба в Тихом океане в некоторых местах имеют глубину до 10 километров.

При составлении карты Атлантического океана на дне в середине его были обнаружены горы, называемые Срединно-Атлантическим хребтом. Хребет - это длинная, узкая цепь холмов и гор. Срединно-Атлантический хребет теперь известен как часть подводной горной цепи, которая простирается на 65 000 километров вокруг планеты.

Подводные хребты во всем мире очень отличаются размерами и формами. Многие хребты в Тихом океане представлены в виде гор с плоскими вершинами. В отличие от них хребты в Атлантическом океане выглядят как две параллельные цепочки гор. Между этими горами находится долина шириной от 2 до 50 километров. Океанические хребты и желоба показаны на нижеприведенной карте.

Хребты и желоба в океанах

Раздвигание морского дна

В 1962 году ученые предложили смелую теорию образования новой коры в районе океанических хребтов. Они нашли подтверждение этой идеи на дне океана. Ученые обнаружили трещины в середине срединно-океанического хребта, там, где дно океана раскололось и откуда происходит раздвигание дна в обе стороны.

Из этих трещин на поверхность поднимается магма, расплавленное вещество мантии. Она застывает и образует новую кору. Новая кора поднимается вверх в виде холмов и горных вершин и образует хребет. По мере того как все больше магмы вытекает на поверхность, она отталкивает вновь образованную кору по обе стороны, захватывая при этом старую кору.

Морские отложения в виде частиц, которые оседают из воды, очень незначительны или даже отсутствуют в районе хребтов. Но постепенно, чем дальше от центра хребта, тем толще становятся осадки.

Образование новой коры на морском дне называется раздвиганием или расползанием (по-английски спрединг) океанической коры. Появление новой коры на дне океана подтверждает, что в движении находятся не только континенты, но более крупные тектонические образования.

Образование новой коры на дне океана

Знаете ли Вы? Раздвигание морского дна происходит так медленно, что это почти незаметно. Кроме того, этот процесс протекает на дне океана, и мы не можем его видеть; его только можно фиксировать с помощью специальных приборов. Ежегодно во всем мире образуется от 2 до 20 сантиметров новой коры.

2.3. ТЕКТОНИКА ПЛИТ: НОВАЯ ТЕОРИЯ

Для лучшего понимания любого предмета необходимо добавлять новую информацию к тем знаниям, которые уже имеются. Например, Вы уже умели писать и понимать цифры до того, как научились определять время. Подобным же образом ученые, изучающие проблемы Земли, использовали информацию о раздвигании морского дна для разработки более полной теории, объясняющей, почему Земля выглядит такой, как она есть сегодня. Прочитайте об этой новой теории и подумайте над такими вопросами:

• Как теория тектоники плит изменила наше представление о поверхности Земли?
• Какие три типа границ плит Вы можете назвать?

Теория тектоники плит

В соответствии с теорией тектоники плит поверхность Земли разделена примерно на 20 отдельных кусков, называемых плитами. Их толщина составляет примерно 70 километров. На рисунке показано, что толщина плит примерно соответствует толщине литосферы, которая является твердой внешней оболочкой Земли. Литосфера включает кору и верхнюю мантию. Плиты прочные и они движутся по более мягкой астеносфере мантии. Вы помните слои Земли? Вновь просмотрите соответствующие рисунки в Главе 1.

Слои Земли

Знаете ли Вы? Плиты движутся со скоростью от 2 до 20 см в год. Тихоокеанская плита движется со скоростью 5,5 см в год на север вдоль Северной Америки. При такой скорости Лос-Анджелес, расположенный на Тихоокеанской плите, окажется рядом с Сан-Франциско через 10 миллионов лет.

На карте плит обратите внимание, что одна и та же плита может включать как континентальную кору, так и океаническую кору. Стрелочками показаны направления движения, характерные для настоящего времени. В прошлом эти направления движения могли быть другими.

Тектонические плиты

Границы плит

Зоны, где плиты соприкасаются, называются границами плит. От направления движения плит зависят те процессы, которые происходят на границе между плитами. Плиты могут отодвигаться друг от друга, сталкиваться друг с другом или происходит горизонтальное смещение плит относительно друг друга.

Границы раздвига, изображенные на верхнем рисунке, наблюдаются в зоне срединно-океанических хребтов, где плиты раздвигаются. В зоне границ раздвига или спрединга образуется новая кора. Исландия, остров в северной Атлантике, образовалась на границе раздвига в северной части Срединно-Атлантического хребта. Вдоль этого срединного хребта в океане и вдоль других границ раздвига регулярно происходят извержения вулканов и землетрясения. Когда раскололась Пангея, она разошлась вдоль этого Срединно-Атлантического хребта. Потребовалось 200 миллионов лет для того, чтобы Атлантический океан вырос до нынешнего размера. Границы раздвига могут также называться дивергентными границами.	Границы раздвига
Границы поддвига, показанные на среднем рисунке, образуются там, где две плиты сталкиваются и надвигаются друг на друга. Кромка одной плиты опускается в мантию, уходя под кромку другой плиты. В зоне, где мантия поглощает кромку опускающейся плиты, под действием нагрева и давлений образуются вулканы и землетрясения. Под действием больших давлений вдоль границ поддвига слои горных пород могут образовать мощные горные системы, такие как Гималаи в Индии. Границы поддвига могут также называться конвергентными границами или границами надвига. Желоба, окаймляющие Тихий океан, являются зонами, где Тихоокеанская плита погружается. Размер плиты постепенно уменьшается по мере того, как она опускается в зоне желобов. Тихий океан медленно сжимается. Потеря коры в желобах уравновешивается образованием новой коры в срединно-океанических хребтах.	Границы поддвига
Границы сдвига, показанные на нижнем рисунке, наблюдаются там, где происходит горизонтальное смещение двух плит относительно друг друга. Разломы - это трещины в земной коре. Землетрясения сотрясают Землю, когда горные породы движутся вдоль разлома.	Границы сдвига

Разлом Сан Андреас в Калифорнии, США, отмечает границу между двумя плитами, которые перемещаются (скользят) друг относительно друга. Люди, живущие возле разлома, должны быть готовы к землетрясениям. Границы сдвига иногда называются трансляционными границами.