Як магнітныя ўзоры фіксуюць зрухі пліт
Уявіце сабе акіянічнае дно як гіганцкі «архіў», які захоўвае сляды часу. Не ў пісьмовай форме, а ў магнітных узорах, убудаваных у горныя пароды. Гэтыя ўзоры — сіметрычныя магнітныя лініі на акіянічным дне — сталі аднымі з наймацнейшых доказаў таго, што тэктанічныя пліты сапраўды рухаюцца. Дзякуючы гэтым магнітным запісам навукоўцы могуць прасачыць, калі ўтварылася акіянічная кара, як хутка адбывалася расцяжэнне акіянічнага дна і як зрушваліся зямныя пліты на працягу мільёнаў гадоў.
Зямны магнетызм і натуральны «компас» у горных пародах
Зямля мае глабальнае магнітнае поле, якое нагадвае гіганцкі стрыжанькавы магніт. Магнітныя сілавыя лініі выходзяць з паўднёвага магнітнага полюса і ўваходзяць у паўночны магнітны полюс. Гэта магнітнае поле не з'яўляецца пастаянным: яго сіла можа змяняцца, становішча магнітных полюсаў можа зрушвацца, і, самае галоўнае для гэтай дыскусіі, яно часам змяняе кірунак на супрацьлеглы (геамагнітная рэверсія). Калі адбываецца рэверс, кірунак магнітнага поля Зямлі змяняецца на 180 градусаў: компас, які паказваў «на поўнач», цяпер паказвае «на поўдзень» (у магнітным сэнсе).
Дык якое ж дачыненне гэта мае да горных парод? Многія горныя пароды, асабліва тыя, што ўтварыліся з магмы, утрымліваюць магнітныя мінералы, такія як магнетыт (Fe₃O₄). Калі магма астывае і ператвараецца ў магматычную пароду, магнітныя мінералы ў ёй «блакуюць» кірунак магнітнага поля Зямлі пры зацвярдзенні. Гэты працэс называецца рэшткавай намагнічанасцю. Іншымі словамі, магматычныя пароды, якія ўтварыліся ў пэўны час, могуць дзейнічаць як рэгістратары дадзеных: захоўваць кірунак магнітнага поля Зямлі ў момант іх утварэння.
Сярэднічна-акіянічны хрыбет: новая фабрыка зямной кары
Ключом да магнітнага запісу руху пліт з'яўляецца сярэдзінна-акіянічны хрыбет. Гэта серыя падводных гор, якія ўтвараюцца на дывергенных межах пліт, дзе дзве пліты разыходзяцца. Па меры таго, як пліты разыходзяцца, магма з мантыі падымаецца, каб запоўніць прамежак, а затым застывае ў новую акіянічную кару. Гэты пастаянны працэс называецца спрэдінгам акіянічнага дна.
Паколькі новая кара пастаянна ўтвараецца на сярэдзінна-акіянічных хрыбтах, акіянічнае дно па сутнасці падобна на канвеерную стужку: самы малады пласт знаходзіцца прама пасярэдзіне (на хрыбце), а затым старэе, аддаляючыся налева і направа. Кожны «пласт» кары, які ўтвараецца ў пэўны момант часу, фіксуе кірунак магнітнага поля Зямлі ў гэты час. Калі магнітнае поле нармальнае ў гэты перыяд, горныя пароды будуць намагнічвацца ў нармальным кірунку; калі гэта перыяд рэверсіі, горныя пароды будуць намагнічвацца ў адваротным кірунку.
Сіметрычныя магнітныя палосы: адбіткі пальцаў пашырэння
Калі навукоўцы склалі карту магнітных анамалій на дне акіяна з дапамогай буксіраваных магнітометраў, яны выявілі дзіўную заканамернасць: палосы магнітных анамалій, якія ішлі паралельна сярэдзінна-акіянічным хрыбтам і размяшчаліся сіметрычна па абодва бакі ад іх. Гэтыя палосы чаргаваліся паміж «нармальнай» і «адваротнай» арыентацыяй.
Чаму ўзнікае паласатая карціна? Таму што акіянічная кара пастаянна фармуецца, у той час як магнітнае поле Зямлі часам нармальнае, а часам адваротнае. Уявіце сабе, што вы малюеце лініі на канвеернай стужцы: калі наносіцца чорная фарба, утвараецца адна паласа; калі наносіцца белая фарба, утвараецца іншая паласа; і гэтак далей. На дне акіяна гэтая «фарба» — палярнасць магнітнага поля. Калі магма застывае на сярэдзінна-акіянічных хрыбтах, яна фіксуе бягучую палярнасць, а затым выносіцца па меры руху пліт. Паколькі распаўсюджванне адбываецца ў абодвух напрамках з адноснай раўнавагай, аднолькавая паласатая карціна з'яўляецца па абодва бакі хрыбта, ствараючы вельмі характэрную сіметрыю.
Гэты сіметрычны ўзор з'яўляецца пераканаўчым доказам таго, што акіянічнае дно рухаецца і пастаянна абнаўляецца. Ён таксама адказвае на адвечнае пытанне: куды дзяецца старая акіянічная кара? Адказ: у рэшце рэшт яна субдукуецца пад іншыя пліты ў зонах субдукцыі і зноў вяртаецца ў мантыю.
Магнітны каляндар: ператварэнне ўзораў у час
Магнітныя ўзоры не толькі паказваюць на рух пліт, але і дазваляюць датаваць іх. Навукоўцы пабудавалі шкалу часу геамагнітнай палярнасці на аснове дадзеных зямной лавы, якую можна датаваць з дапамогай радыеметрычных метадаў (напрыклад, калій-аргон або аргон-аргон). Гэтая шкала пералічвае ўсе перыяды нармальнай і адваротнай палярнасці за апошні мільён гадоў.
Калі параўноўваць магнітныя паласы на марскім дне з глабальнай шкалой часу інверсіі, кожную паласу можна «супаставіць» з пэўным прамежкам часу. Гэта як супастаўленне штрых-кода: аднолькавая паслядоўнасць палос паказвае на адну і тую ж часовую паслядоўнасць. Такім чынам, навукоўцы могуць вызначыць узрост акіянічнай кары ў пэўным месцы проста па яе магнітнай паласе.
Вымярэнне хуткасці зрушэння пліт
Пасля таго, як узрост зямной кары вядомы, наступным крокам будзе вымярэнне хуткасці руху пліт. Метад просты па канцэпцыі:
1. Вымерайце адлегласць магнітнай стужкі ад восі сярэдзінна-акіянічнага хрыбта (дзе ўтвараецца зямная кара).
2. Вызначце ўзрост стужкі па шкале магнітнага перавярнення.
3. Хуткасць пашырэння = адлегласць / час.
Напрыклад, калі паласа, якая ўтварылася 5 мільёнаў гадоў таму, знаходзіцца на адлегласці 100 км ад хрыбта, то хуткасць распаўсюджвання з аднаго боку складае 100 км / 5 мільёнаў гадоў = 20 км на мільён гадоў, або 2 см у год. Паколькі распаўсюджванне адбываецца з абодвух бакоў, агульная хуткасць падзелу паміж двума плітамі можа быць удвая большай (у залежнасці ад выкарыстоўванага азначэння).
Выкарыстоўваючы гэты метад, даследчыкі выявілі, што хуткасць руху пласцін адрозніваецца: некаторыя складаюць усяго некалькі міліметраў у год, іншыя — некалькі сантыметраў у год — параўнальна з хуткасцю росту пазногцяў чалавека.
Рэканструкцыя мінулых рухаў пліт
Магнітныя заканамернасці таксама дапамагаюць рэканструяваць гісторыю адкрыцця акіяна і дрэйфу кантынентаў. Калі Атлантыка пачала адкрывацца, на Сярэдне-Атлантычным хрыбце ўтварылася новая акіянічная кара. Магнітныя палосы, якія захаваліся на дне Атлантыкі, цяпер фіксуюць, як паступова раздзяляліся Афрыка і Амерыка. Супастаўляючы ўзрост палос, становішча хрыбта і геаметрыю пліт, навукоўцы могуць пераматаць тэктанічны «фільм» назад: ацаніць становішча кантынентаў мільёны гадоў таму.
Акрамя таго, змены кірунку хрыбтоў або няроўнасці ў паласатых структурах могуць даць падказкі аб зменах тэктанічных сіл, зрухах у руху пліт або такіх падзеях, як скачкі хрыбтоў. Такім чынам, магнітны запіс — гэта не толькі хуткасць, але і тое, як дынаміка тэктанічнай сістэмы змяняецца з цягам часу.
Чаму гэтыя доказы такія моцныя?
Да адкрыцця магнітных заканамернасцей акіянічнага дна ідэя дрэйфу кантынентаў (прапанаваная Альфрэдам Вегенерам) шырока адхілялася, бо не было ніякага механізму або пераканаўчых доказаў таго, як могуць рухацца кантыненты. Сіметрычныя карты магнітных палос давалі колькасныя і глабальныя доказы: такая ж заканамернасць была выяўлена ў многіх акіянах, што адпавядае рэверсам магнітнага поля Зямлі, таксама зафіксаваным у зямных пародах, і сумяшчальна з канцэпцыяй нараджэння новай зямной кары на сярэдзінна-акіянічных хрыбтах і яе страты ў зонах субдукцыі.
Гэтыя доказы таксама вымерныя. Вы не проста «бачыце», што нешта падыходзіць; вы можаце вылічыць яго ўзрост і хуткасць руху. Менавіта гэта зрабіла палеамагнетызм акіянічнага дна ключавой вяхой у нараджэнні сучаснай тэорыі тэктонікі пліт у сярэдзіне 20 стагоддзя.
Закрыццё
Магнітныя ўзоры на акіянічным дне — гэта запіс гісторыі Зямлі, захаваны ў горных пародах. Кожная паласа магнітных анамалій фіксуе кірунак магнітнага поля падчас фарміравання зямной кары, і паколькі акіянічная кара адыходзіць ад сярэдзінна-акіянічных хрыбтоў, узоры акуратна размешчаны і сіметрычныя. Супастаўляючы іх з маштабам магнітных інверсій, навукоўцы могуць вызначыць узрост зямной кары, разлічыць хуткасць расцяжэння і рэканструяваць рух пліт на працягу мільёнаў гадоў. Па гэтых нябачных «палосах» мы чытаем зрух пліт — доказ таго, што паверхня Зямлі — гэта жывая, рухомая і пастаянна зменлівая сістэма.
Калі жадаеце, я магу дадаць ілюстрацыю канцэпцыі магнітнай стужкі (простую дыяграму) або адаптаваць гэты артыкул для папулярнага (больш лёгкага) або навуковага (больш тэхнічнага) стылю па меры неабходнасці.
