Внутреннее строение Земли и литосферные плиты

Самая глубокая скважина в истории — Кольская сверхглубокая, пробурённая на Кольском полуострове: 12 262 метра. Звучит внушительно, но это лишь одна пятисотая радиуса планеты: если сравнить Землю с яблоком, бурение не прошло и кожуры. Значит, о недрах мы знаем не потому, что их видели.

Главный инструмент — сейсмические волны. При каждом сильном землетрясении по телу планеты расходятся упругие колебания, и сейсмографы на разных континентах записывают, когда они пришли. Скорость волн зависит от плотности и состояния вещества: в твёрдом она выше, в расплавленном одни типы волн замедляются, а другие не проходят вовсе. По тому, где волны ускоряются, преломляются и исчезают, и построена картина внутреннего строения — примерно так же, как врач видит внутренности по ультразвуку.

Что эта картина показывает. Земная кора — тонкая твёрдая оболочка: под океанами 5–10 км, под равнинами 30–40 км, под горами до 70–80 км. Мантия — до глубины 2900 км, на неё приходится около 83 % объёма планеты; вещество там твёрдое, но при огромных давлениях и температурах способно очень медленно течь. Внешнее ядро — жидкое, именно его движение создаёт магнитное поле Земли, защищающее нас от солнечного ветра. Внутреннее ядро — твёрдое, железо-никелевое, температура около 5000–6000 °C, то есть как на поверхности Солнца; твёрдым оно остаётся из-за чудовищного давления.

И ещё одна величина, которая пригодится: температура растёт примерно на 3 °C на каждые 100 м вглубь. Поэтому в глубоких шахтах жарко, а на Кольской сверхглубокой на забое было около 220 °C.

В 1912 году немецкий учёный Альфред Вегенер предложил идею дрейфа материков: когда-то все континенты были единым массивом (Вегенер назвал его Пангеей), потом он раскололся, и части разошлись.

Доводы Вегенера были такие. Очертания берегов: восточный выступ Южной Америки входит в Гвинейский залив Африки как деталь пазла. Одинаковые ископаемые: остатки одних и тех же наземных ящеров и растений найдены в Африке, Южной Америке, Индии и Антарктиде — переплыть океан они не могли. Общие горные породы: складчатые структуры Аппалачей продолжаются в горах Шотландии и Скандинавии. Следы древних оледенений лежат в Индии и Центральной Африке, то есть там, где сейчас тропики.

Современники теорию отвергли: Вегенер не мог объяснить, какая сила двигает материки. Ответ нашли только через полвека, когда изучили дно океанов и обнаружили срединно-океанические хребты — гигантские подводные горные цепи, вдоль которых из трещин поднимается магма, застывает и раздвигает океаническое дно в обе стороны. Породы дна оказались тем древнее, чем дальше от хребта, а полосы намагниченности по обе стороны хребта — зеркально симметричными. Это и стало решающим доказательством.

Так сложилась теория литосферных плит. Литосфера разбита примерно на семь крупных и десяток мелких плит, которые «плавают» на пластичном слое верхней мантии, увлекаемые медленными конвективными потоками. Скорость движения — от 1 до 10 см в год, то есть примерно как растут ногти; сегодня её измеряют напрямую спутниковыми системами. За сто миллионов лет такая скорость даёт тысячи километров — этого достаточно, чтобы собрать и разорвать материк.

Внутри мантии происходит медленное перемешивание вещества: разогретое поднимается, остывшее опускается. Эти потоки увлекают за собой литосферные плиты. Сами плиты изнутри жёсткие и устойчивые — землетрясения и вулканы там почти не встречаются, поэтому центральные части плит (древние платформы) — самые спокойные территории планеты. Зато на границах плит вещество ломается, сминается в складки и плавится. Именно поэтому пояса землетрясений и вулканов на карте вытянуты узкими полосами и точно повторяют контуры плит. Главные из них — Тихоокеанский пояс (его называют «Тихоокеанским огненным кольцом») и Средиземноморско-Трансазиатский (Альпийско-Гималайский) пояс. Если в задании нужно выбрать регион с высокой вероятностью землетрясения, ищи тот, что лежит в одном из этих поясов.

Землетрясения и вулканы распределены по планете не случайно: почти все они выстроены в узкие полосы вдоль границ литосферных плит. Внутри плиты, вдали от границ, кора устойчива, и сильных землетрясений там не бывает веками.

Тихоокеанское огненное кольцо — главный пояс планеты, охватывающий Тихий океан по периметру: Камчатка, Курилы, Япония, Филиппины, Индонезия, Новая Зеландия, затем Анды, Кордильеры, Аляска и Алеутские острова. Здесь океаническая плита погружается под материковую (такую зону называют зоной субдукции), край опускающейся плиты плавится, расплав поднимается вверх — так рождаются вулканы. Рядом с зонами субдукции лежат самые глубокие места океана — глубоководные жёлоба, включая Марианский (около 11 км) и Курило-Камчатский. На это кольцо приходится около 80 % всех землетрясений Земли.

Альпийско-Гималайский пояс тянется от Средиземноморья через Кавказ и Иран к Гималаям. Здесь сближаются две материковые плиты, и ни одна не может утонуть: края сминаются в складки, и растут самые высокие горы планеты. Вулканов тут мало, а землетрясения часты и разрушительны — Турция, Иран, Непал.

Срединно-океанические хребты — пояс, где плиты расходятся. Землетрясения там неглубокие и сравнительно слабые, зато вулканизм постоянный; Исландия — редкий случай, когда такой хребет выходит на сушу.

В России сейсмоопасны Камчатка, Курильские острова и Сахалин (Тихоокеанское кольцо), Кавказ (Альпийско-Гималайский пояс), а также Алтай и Прибайкалье, где кора раскалывается по системе разломов Байкальского рифта. Действующие вулканы в стране есть только в одном месте — на Камчатке и Курилах, и это нужно помнить дословно.

Формулировки этих линий однотипны: «В каком из перечисленных регионов России наиболее вероятны сильные землетрясения?», «В каких двух регионах необходимо учитывать вероятность извержений вулканов?», «Территория какого региона расположена в области новейшей складчатости?» Все они решаются одним движением, если держать в голове короткий список.

Опасные регионы России — их всего несколько. Землетрясения: Камчатский край, Сахалинская область (включая Курилы), республики Северного Кавказа, Республика Алтай, Иркутская область и Бурятия (Прибайкалье). Вулканы: только Камчатский край и Сахалинская область. Цунами: только тихоокеанское побережье — Камчатка, Курилы, Сахалин. Лавины и сели: горные районы — Кавказ, Алтай, Камчатка.

Всё остальное — платформа, и там спокойно. Тверская, Курская, Орловская, Рязанская, Псковская, Вологодская, Костромская области, Мордовия, Чувашия, Татарстан — это Восточно-Европейская равнина, древний фундамент, никаких вулканов и сильных землетрясений.

Две ловушки, на которых теряют балл чаще всего. Первая: Курильские острова административно входят в Сахалинскую область, и в списке регионов вулканы «прячутся» под её названием. Вторая: Уральские горы — это герцинская складчатость палеозоя, они древние и разрушенные, поэтому к сейсмичным районам не относятся, хотя слово «горы» в названии есть. То же со Средним и Южным Уралом в вопросах о новейшей складчатости: новейшая — это кайнозойская, альпийская, то есть Кавказ, Камчатка, Курилы, Сахалин.