В гг научная экспедиция на дрейфующей станции. В

Дрейф - перемещение корабля относительно водной поверхности под воздействием ветра. На надстройку корабля действует аэродинамическая сипа ветра - Р. Рх; Ру - составляющие силы Р. Рх - проекция силы Р на диамаметральную плоскость корабля, изменяет относительную скорость на величину ∆V и учитывается относительным лагом. Знак ∆V определяется курсовым углом ветра qw: ветер попутный - скорость увеличивается, прогивный - скорость уменьшается.

Составляющая Pу - проекция силы Р на плоскость шпангоутов, вызывает смещение корабля с линии ИК со скоростью Vдр. Таким образом, корабль перемещается со скоростью V = Vo + Vдр по линии пути, где Vо =Vл - Kл

Угол между северной частью истинного меридиана и линией пути - путевой угол при дрейфе - ПУ α. Угол между линией истинного курса и линией пути, обусловленный влиянием ветра на корабль,- угол дрейфа - α .

ПУ α = ИК + α.

Знак угла дрейфа определяется по курсовому углу ветра:
- ветер в левый борт - корабль сносит вправо: α - знак «плюс»;
- ветер в правый борт - корабль сносит влево: α - знак «минус».

Углы дрейфа определяются опытным путем и заносятся в «Справочные таблицы штурмана» для дальнейшего учета в процессе плавания.

Аргументами для выбора угла дрейфа являются отношения скоростей ветра (W в м/с) и корабля (V в узлах) и курсовой угол ветра qw - угол между диаметральной плоскостью корабля и направлением линии действующего ветра. Для определения направления ветра используется мнемоническое правило: «ветер дует в компас» - это значит, что направление ветра указывает, от куда он «дует». Например: северный ветер - с Севера, ветер 230° с направления 230°, т е. с юго-запада, ветер 315° с направления 315° - с северо-запада и т. д.

Например: ПЛ следует истинным курсом ИК=70,0° со скоростью 6 узлов, направление ветра 130°, скорость W= 12м/с. Отношение W/V=12/6=2. Курсовой угол ветра 60° правого борта. Из таблицы углов дрейфа α =4,0°. Ветер в правый борт - знак угла дрейфа минус. Т.о., угол дрейфа a=-4,0°

Путевая скорость корабля V = Vo / cosα = Vo secα, следовательно при углах дрейфа α ≤ 5°, sec α 5°).

Методика учета дрейфа при ручном графическом счислении

Расчет пути корабля:

1. Из «Справочных таблиц штурмана» по курсовому углу ветра qw и отношению скоростей ветра и корабля W/V выбрать угол дрейфа α.
2. Рассчитать путь корабля: ПУ α= ИК + α и проложить его на карте из точки начала учета дрейфа, если α > 5°, то на карте прокладываются линии истинного курса и пути.
3. У линии пути производится надпись: КК 63,0°(+2,0°) α = +3,0°.

1. Из исходной точки на карте проложить линию пути ПУ α, по которой над лежит следовать.
2. Из «Справочных таблиц штурмана» выбрать угол дрейфа α.
3. По курсовому углу ветра определить знак угла дрейфа.
4. Рассчитать истинный курс и компасный курс корабля, задаваемый рулевому: ИК = ПУ α -α; КК = ИК - Δ К.

Расчет счислимого места на заданный момент времени:

Если α ≤ 5,0°

1. Для расчета счислимого места на заданный момент зафиксировать время Т2 и отсчет лага ОЛ2.
2. Рассчитать пройденное по лагу расстояние: Sл=(ОЛ2 - ОЛ1) * кл.
3. Пройденное расстояние Sл отложить от исходной точки по линии пути, полученная точка - счислнмое место на момент Т2

Если α > 5°

1. Пройденное по лагу расстояние Sл отложить от исходной точки по линии ИК.
2. Полученную точку на ИК снести по перпендикуляру к истинному курсу на ПУ α - точка Т2/ОЛ2 - искомoe счислимое место на момент Т2.

Точка на линии пути может назначаться либо по координатам, либо относительно какого-либо объекта (навигационного ориентира) по заданному пеленгу, расстоянию от ориентира, курсовому углу на ориентир, например траверз. Для предвычисления времени и отсчета лага необходимо:

Eсли α ≤ 5,0°

1. Нанести на линию пути ПУ заданную точку C1 (С2, С3)одним из указанных способов.
2. Измерить расстояние Sл, проходимое кораблем по относительному лагу от исходной до заданной точки.
3. Рассчитать РОЛ, на который изменит отсчет счетчик пройденного расстояния лага: РОЛ=Sл / кл.
4. Рассчитать время плавания от исходной точки до заданной: t=Sл /V0
5. Рассчитать искомое время и отсчет лага: Т2 = T1 + t; ОЛ2=ОЛ1+ РОЛ.

Если α >5°

1. Нанести на линию пути ПУα заданную точку С1(С2, С3).
2. Заданную точку С1 (С2, C3)снести по перпендикуляру к ИК на линию истинного курса - полученная точка А1(А2, A3).
3. Измерить расстояние Sл по линии ИК от исходной точки до ТОЧКИ А1 (А2, А3).
4. Рассчитать время плавания t и РОЛ, на который изменит показания счетчик пройденного расстояния лага: t=Sл/V0; РОЛ=Sл / Кл
5. Рассчитать искомое время и отсчет лага Т2 = T1 + t; ОЛ2=ОЛ1 + РОЛ.

80 лет назад ледокольные пароходы Северного флота "Мурман" и "Таймыр" сняли с дрейфующей льдины четверых ученых первой научно-исследовательской станции "Северный полюс" под руководством Ивана Папанина .

На льдину экспедиция высадилась в мае 1937 года и за девять месяцев совершила дрейф на 2,5 тысячи км. Однако в Гренландском море льдина почти полностью разрушилась и спасение папанинцев стало эпопеей, за которой наблюдал весь Советский Союз.

Непредсказуемый лед

Экспедицию папанинцев готовили около пяти лет. До них никто еще не пробовал жить на дрейфующей льдине в течение долгого времени, собирая при этом бесценный материал для исследований. Отправляясь на Северный полюс, ученые, благодаря тому, что направление движения льда можно было просчитать, представляли, как пройдет их маршрут, но они не могли предвидеть, как долго продлится и чем закончится их путешествие.

"Черт возьми, всего лишь девять месяцев прожили мы на этой льдине, а как много пережито", - писал потом в своем дневнике радист Эрнст Кренкель . В его воспоминаниях наиболее подробно описана вся история первой научно-исследовательской станции "Северный полюс". Кроме Кренкеля и Папанина в составе станции работали метеоролог Евгений Федоров и океанолог Петр Ширшов . Еще одним участником экспедиции был пес Веселый, которого взяли для того, чтобы он предупреждал полярников о приближении к станции белых медведей.

Готовя папанинцев, организаторы экспедиции постарались предусмотреть все - от условий работы самого передового для той поры оборудования до бытовых мелочей. Их снабдили солидными запасами продовольствия, походной лабораторией и приборами для научных исследований, ветряком для выработки энергии и радиостанцией для передачи сообщений. Главной особенностью экспедиции папанинцев было то, что ее готовили на основе теоретических представлений об условиях пребывания на Северном полюсе, не имея практики, поэтому сложнее всего было предусмотреть главное: как снять ученых с льдины.

Есть продовольствие и топливо - плыви себе, дрейфуй

"Конечно, риск перед отправлением в такие места всегда присутствует, но было сделано все возможное, чтобы его минимизировать, несмотря на то, что фундаментальные знания о высокоширотной Арктике тогда отсутствовали, кроме данных, которые получил Нансен (норвежский мореплаватель и путешественник, ученый-географ Фритьоф Нансен - прим. ТАСС) - это было все, на чем можно было строить предположения", - сказал ТАСС об экспедиции 1937–38 годов последователь папанинцев - известный российский полярный путешественник, почетный полярник России, председатель Полярной комиссии Русского географического общества Виктор Боярский . Он зимовал на дрейфующей станции "Северный полюс - 24" в конце 1970-х годов.

"На самом деле пребывание на льдине, когда есть продовольствие и топливо, - не сильно рискованное занятие - плывешь себе, дрейфуешь", - считает Боярский. Примерно такое же впечатление складывалось у папанинцев первые несколько месяцев дрейфа. Об их быте на льдине можно судить по экспозиции в Российском государственном музее Арктики и Антарктики в Санкт-Петербурге. Там представлена палатка, в которой жили участники экспедиции, ветряк, динамомашина и другие предметы, служившие первым полярникам.

Палатка размером 4 х 2,5 м утеплялась по принципу пуховика: каркас обтягивали тремя чехлами - внутренний был сшит из парусины, далее шел подбитый гагачьим пухом шелковый чехол, наружная оболочка - из тонкого черного брезента, пропитанного водонепроницаемым составом. На полу в качестве утеплителя лежали оленьи шкуры. "Настоящая палатка у нас в экспозиции была до начала 2000-х годов, но потом ее убрали из-за ее ветхости. Нужны специальные условия, чтобы ее сохранить, поэтому она сейчас находится в фондах", - рассказала ТАСС специалист научно-просветительского отдела музея Ингрид Сафронова.

"Папанинцы вспоминали, как им здесь было тесно, но они умудрились установить в палатке даже лабораторию. Они в дневниках вспоминали, как боялись что-нибудь задеть и разбить эти "тайны океана". Им нужно было иметь акробатические качества, чтобы перемещаться внутри тесной палатки, да еще в громоздкой одежде", - рассказала Сафронова.

Первые концентрированные смеси

"Питались они очень хорошо. Колбаса, сало, масло, сыр. И у них были концентрированные суповые смеси - "прародители" бульонных кубиков, только гораздо более полезные и вкусные. Эти смеси были специально разработаны для СП-1 (эта аббревиатура со временем закрепилась для обозначения экспедиции - прим. ТАСС) и после того, как они себя хорошо в этой экспедиции проявили, они были поставлены на поток производства в Советском Союзе. Одной такой пачки было достаточно, чтобы сварить отличный наваристый суп на четверых", - рассказала сотрудник музея Арктики.

Продовольствие для папаницев было расфасовано в металлические банки, каждая весила по 45 кг. Для приготовления пищи использовали примусы и паяльные лампы. Для экономии места вся посуда - кастрюли, сковородки, чашки, были изготовлены так, чтобы один предмет входил в другой - этот принцип потом тоже стал широко применяться производителями кухонной посуды.

Все оборудование, посуда, постройки для полярников специально создавались из облегченных, но прочных материалов, чтобы лед не сломался под их тяжестью. В том месте, где высадились полярники, его толщина составляла около трех метров.

Тонкое место

Папанинцы изначально понимали, что их ждут трудности, но они были воодушевлены и готовы к риску, понимая, что они совершают важнейшие открытия. "Не верится, что мы на полюсе, не верится, что в такой прозаической обстановке осуществилась столетняя мечта прогрессивного человечества", - написал он в дневнике 21 мая 1937 года после высадки на льдину из самолета АНТ-4.

Во время работы станции Петр Ширшов проводил промеры глубины, брал образцы грунта, пробы воды на разных глубинах, определял ее температуру, соленость, содержание в ней кислорода. Пробы тут же обрабатывались в походной гидрохимической лаборатории. Одной из главных задач научной станции были метеонаблюдения, за них отвечал Евгений Федоров. Ученые измеряли атмосферное давление, температуру, относительную влажность воздуха, определяли скорость и направление ветра. Данные тут же передавались по радиосвязи на остров Рудольфа. Сеансы связи проводились четыре раза в сутки.

Трудности начались после нового года, когда льдина довольно быстро двигалась на юг и попадала в непогоду. "Оказалось, что для первой станции самое "тонкое место" - это возможность съемки с льдины. Это проявилось, когда возникла необходимость достаточно экстренной эвакуации. Одно дело - высадиться на Северном полюсе, а когда льдина ушла на юг, началась активная ломка льдов, речи о посадке самолета быть не могло, дирижабль, как мы знаем, трагически погиб… Не было возможности оперативно отреагировать на ситуацию. В этом риск той первой экспедиции был выше, чем современных аналогов", - отметил Виктор Боярский.

Когда треснул лед, они сели играть в шахматы

Самые тревожные дни у папанинцев выдались в конце января - начале февраля. "Вечер 31 января. Пятый день бушует пурга. Дмитрич (Иван Дмитриевич Папанин) и Петя (Ширшов) пошли на трещину - проверить сохранность гидрологического хозяйства. На всякий случай привязались друг к другу веревками. На полпути Петя заметил в снегу тонкую извилину трещины. Дмитрич промерил ее лопатой. Лопата провалилась. Значит, трещина глубокая - возможно, лопнула льдина", - написано в дневнике Кренкеля.

Полярники старались сохранять спокойствие и соблюдать обычный распорядок. "В палатке, нашей славной старой жилой палатке, вскипал чайник, готовился ужин. Неожиданно, в самом разгаре приятных приготовлений, раздался резкий толчок и скрипучий шорох. Казалось, где-то рядом рвут шелк или полотно", - вспоминал Кренкель о том, как трещал лед, сужая площадку станции.

"Дмитрич спать не мог. Он курил (первый признак волнения) и возился с хозяйственными делами. Иногда он с тоской поглядывал на репродуктор, подвешенный к потолку. При толчках репродуктор слегка качался и дребезжал. Под утро Папанин предложил сразиться в шахматы. Играли вдумчиво, спокойно, с полным сознанием важности выполняемого дела. И вдруг сквозь грохот ветра снова прорвался необычный шум. Судорожно содрогнулась льдина. Мы решили все же не прекращать игру", - написал он о моменте, когда льдина треснула под самой палаткой.

Даже когда стихия оставила полярникам для существования крошечную площадку в бушующем холодном океане, они не паниковали и отказывались посылать сигнал бедствия. Кренкель тогда довольно буднично передал по радио сообщение Папанина: "В результате шестидневного шторма в 8 часов утра 1 февраля в районе станции поле разорвало трещинами от полукилометра до пяти. Находимся на обломке поля длиной 300, шириной 200 метров. Отрезаны две базы, также технический склад с второстепенным имуществом. Из топливного и хозяйственного складов все ценное спасено. Наметилась трещина под жилой палаткой. Будем переселяться в снежный дом. Координаты сообщу дополнительно сегодня; в случае обрыва связи просим не беспокоиться".

К полярникам уже двинулись корабли "Таймыр" и "Мурман", но добраться до станции им оказалось очень непросто. Они приблизились на 50–60 км, и ночью полярники видели свет их прожекторов, однако ближе подойти было нельзя из-за сложной ледовой обстановки. Планы послать за полярниками самолеты не осуществились - площадка, которую полярники готовили для посадки самолета на льду, разрушилась. Один из самолетов, посланных на поиски полярной станции с корабля, затерялся, и для него самого потребовалась спасательная операция. Корабли смогли пробиться к станции, когда образовалась полынья, они получили в пути значительные повреждения во льдах.

18 февраля 1938 года наконец показались корабли. "Дмитрич стоял на высоком торосе и махал флагом. Был ясно виден дым парохода, затем показались мачты", - написал Кренкель в дневнике.

"Мурман" и "Таймыр" пришвартовались к ледовому полю в полутора километрах от полярной станции в 13 часов 40 минут 19 февраля. Они приняли на борт всех участников экспедиции и их снаряжение. 21 февраля папанинцы перешли на ледокол "Ермак", который доставил их в Ленинград 16 марта.

Опыт нужно копить

"Конечно, им было сложнее всего: они были первыми. Потом у нас целая плеяда замечательных станций прошла, и с каждым годом опыт накапливался. В разные ситуации попадали люди, и поэтому ошибок предыдущих стараются избегать. Горе ждет тех путешественников, ученых, которые не используют предыдущий опыт", - сказал Боярский.

Последняя станция "Северный полюс" была организована в России в 2015 году.

В этот день, 21 мая 1937 года - 79 лет назад экспедиция И.Папанина, Э.Кренкеля, П.Ширшова, Е.Федорова высадилась на льдах Северного Ледовитого океана в районе Северного полюса и развернула первую полярную станцию «Северный полюс-1».

На протяжении десятков лет тысячи отчаянных путешественников и исследователей Севера стремились попасть на Северный полюс, старались во что бы то ни стало водрузить там флаг своей страны, ознаменовав победу своего народа над суровыми и могучими силами природы.

С появлением авиации возникли новые возможности для достижения Северного полюса. Такие как полеты Р. Амундсена и Р. Берда на самолетах и полеты дирижаблей «Норвегия» и «Италия». Но для серьезных научных исследований Арктики эти экспедиции были кратковременными и не очень значительными. Настоящим прорывом было успешное завершение первой воздушной высокоширотной советской экспедиции и высадки на дрейфующий лед в 1937 году героической «четверки» под руководством И. Д. Папанина.

Так, О.Ю. Шмидт возглавил воздушную часть переброски на Полюс, а И. Д. Папанин отвечал за ее морскую часть и зимовку на дрейфующей станции «СП-1». В планах экспедиции была высадка в районе Северного полюса на год, в течение которого предполагалось собрать огромное количество разнообразных научных данных по метеорологии, геофизики, гидробиологии. Пять самолетов вылетели из Москвы 22 марта. Перелет завершился 21 мая 1937 года.

В 11 часов 35 минут флагманский самолет под управлением командира летного отряда Героя Советского Союза М.В. Водопьянова опустился на лед, перелетев 20 км за Северный полюс. А последний из самолетов приземлился только 5 июня, столь трудными были условия полета и посадки. Над Северным полюсом 6 июня был поднят флаг СССР, и самолеты отправились в обратный путь.

На льдине осталась четверка отважных исследователей с палаткой для жизни и работы, двумя радиостанциями, соединенными антенной, мастерской, метеорологической будкой, теодолитом для измерения высоты солнца и складами, сооруженными изо льда. В составе экспедиции были: П.П. Ширшов - гидробиолог, гляциолог; Е.К. Федоров - метеоролог-геофизик; Э.Т. Кренкель - радист и И.Д. Папанин - начальник станции. Предстояли месяцы изнурительного труда, нелегкого быта. Но это было время массового героизма, высокой духовности и нетерпеливого стремления вперед.

Каждый день пребывания на Северном Полюсе приносил исследователям новые открытия, и первым из них была глубина воды подо льдом в 4290 метров. Ежедневно в определенные сроки наблюдений отбирали пробы грунта, измеряли глубины и скорость дрейфа, определяли координаты, вели магнитные измерения, гидрологические и метеорологические наблюдения.

Вскоре обнаружился дрейф льдины, на которой располагался лагерь исследователей. Начались ее странствования в районе Северного Полюса, затем льдина устремилась на юг со скоростью 20 км в сутки.

Через месяц после высадки папанинцев на льдину (так окрестили отважную четверку во всем мире), когда в Кремле состоялась торжественная встреча участников Первой в мире воздушной экспедиции на Северный полюс, был зачитан указ о присуждении О.Ю. Шмидту и И.Д. Папанину званий Героя Советского Союза, остальные участники дрейфа были награждены Орденами Ленина. Льдина, на которой располагался лагерь папанинцев, через 274 дня превратилась в обломок шириной не более 30 метров с несколькими трещинами.

Принято решение об эвакуации экспедиции. Позади остался путь в 2500 км по Северному Ледовитому океану и Гренландскому морю. 19 февраля 1938 года полярников сняли со льдины ледоколы «Таймыр» и «Мурман». 15 марта полярники были доставлены в Ленинград.

Научные результаты, полученные в уникальном дрейфе, были представлены Общему Собранию АН СССР 6 марта 1938 года и получили высокую оценку специалистов. Научному составу экспедиции были присвоены ученые степени. Иван Дмитриевич Папанин получил звание доктора географических наук.

С героического дрейфа папанинцев началось планомерное освоение всего Арктического бассейна, что сделало регулярной навигацию по Северному морскому пути. Несмотря на все гигантские препятствия и трудности судьбы, папанинцы своим личным мужеством вписали одну из самых ярких страниц в историю освоения Арктики.

Кликабельно

Согласно современной теории литосферных плит вся литосфера узкими и активными зонами - глубинными разломами - разделена на отдельные блоки, перемещающиеся в пластичном слое верхней мантии относительно друг друга со скоростью 2-3 см в год. Эти блоки называются литосферными плитами.

Впервые предположение о горизонтальном движении блоков коры было высказано Альфредом Вегенером в 1920-х годах в рамках гипотезы «дрейфа континентов», но поддержки эта гипотеза в то время не получила.

Лишь в 1960-х годах исследования дна океанов дали неоспоримые доказательства горизонтальных движении плит и процессов расширения океанов за счёт формирования (спрединга) океанической коры. Возрождение идей о преобладающей роли горизонтальных движений произошло в рамках «мобилистического» направления, развитие которого и повлекло разработку современной теории тектоники плит. Основные положения тектоники плит сформулированы в 1967-68 группой американских геофизиков — У. Дж. Морганом, К. Ле Пишоном, Дж. Оливером, Дж. Айзексом, Л. Сайксом в развитие более ранних (1961-62) идей американских учёных Г. Хесса и Р. Дигца о расширении (спрединге) ложа океанов.

Утверждается, что ученые не совсем уверены, что вызывает эти самые сдвиги и как обозначились границы тектонических плит. Существует бессчетное множество различных теорий, но ни одна из них полностью не объясняет все аспекты тектонической активности.

Давайте хотя бы узнаем как это себе представляют сейчас.

Вегенер писал: «В 1910 г. мне впервые пришла в голову мысль о перемещении материков…, когда я поразился сходством очертаний берегов по обе стороны Атлантического океана». Он предположил, что в раннем палеозое на Земле существовали два крупных материка - Лавразия и Гондвана.

Лавразия - это был северный материк, который включал территории современной Европы, Азии без Индии и Северной Америки. Южный материк - Гондвана объединял современные территории Южной Америки, Африки, Антарктиды, Австралии и Индостана.

Между Гондваной и Лавразией находилось первое морс - Тетис, как огромный залив. Остальное пространство Земли было занято океаном Панталасса.

Около 200 млн лет назад Гондвана и Лавразия были объединены в единый континент - Пангею (Пан - всеобщий, Ге - земля)

Примерно 180 млн лет назад материк Пангея снова начал разделяться на составные части, которые перемешались но поверхности нашей планеты. Разделение происходило следующим образом: сначала вновь появились Лавразия и Гондвана, потом разделилась Лавразия, а затем раскололась и Гондвана. За счет раскола и расхождения частей Пангеи образовались океаны. Молодыми океанами можно считать Атлантический и Индийский; старым - Тихий. Северный Ледовитый океан обособился при увеличении суши в Северном полушарии.

А. Вегенер нашел много подтверждений существованию единого материка Земли. Особенно убедительным показалось ему существование в Африке и в Южной Америке остатков древних животных - листозавров. Это были пресмыкающиеся, похожие на небольших гиппопотамов, обитавшие только в пресноводных водоемах. Значит, проплыть огромные расстояния по соленой морской воде они не могли. Аналогичные доказательства он нашел и в растительном мире.

Интерес к гипотезе движения материков в 30-е годы XX в. несколько снизился, но в 60-е годы возродился вновь, когда в результате исследований рельефа и геологии океанического дна были получены данные, свидетельствующие о процессах расширения (спрединга) океанической коры и «подныривания» одних частей коры под другие (субдукции).

Строение континентального рифта

Верхняя каменная часть планеты разделена на две оболочки, существенно различающиеся по реологическим свойствам: жесткую и хрупкую литосферу и подстилающую её пластичную и подвижную астеносферу.
Подошва литосферы является изотермой приблизительно равной 1300°С, что соответствует температуре плавления (солидуса) мантийного материала при литостатическом давлении, существующем на глубинах первые сотни километров. Породы, лежащие в Земле над этой изотермой, достаточно холодны и ведут себя как жесткий материал, в то время как нижележащие породы того же состава достаточно нагреты и относительно легко деформируются.

Литосфера разделена по плиты, постоянно движущиеся по поверхности пластичной астеносферы. Литосфера делится на 8 крупных плит, десятки средних плит и множество мелких. Между крупными и средними плитами располагаются пояса, сложенные мозаикой мелких коровых плит.

Границы плит являются областями сейсмической, тектонической и магматической активности; внутренние области плит слабо сейсмичны и характеризуются слабой проявленностью эндогенных процессов.
Более 90 % поверхности Земли приходится на 8 крупных литосферных плит:

Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (например, Тихоокеанская плита), другие включают фрагменты и океанической и континентальной коры.

Схема образования рифта

Различают три типа относительных перемещений плит: расхождение (дивергенция), схождение (конвергенция) и сдвиговые перемещения.

Дивергентные границы – границы, вдоль которых происходит раздвижение плит. Геодинамическую обстановку, при которой происходит процесс горизонтального растяжения земной коры, сопровождающийся возникновением протяженных линейно вытянутых щелевых или ровообразных впадин называют рифтогенезом. Эти границы приурочены к континентальным рифтам и срединно-океанических хребтам в океанических бассейнах. Термин «рифт» (от англ. rift – разрыв, трещина, щель) применяется к крупным линейным структурам глубинного происхождения, образованным в ходе растяжения земной коры. В плане строения они представляют собой грабенообразные структуры. Закладываться рифты могут и на континентальной, и на океанической коре, образуя единую глобальную систему, ориентированную относительно оси геоида. При этом эволюция континентальных рифтов может привести к разрыву сплошности континентальной коры и превращению этого рифта в рифт океанический (если расширение рифта прекращается до стадии разрыва континентальной коры, он заполняется осадками, превращаясь в авлакоген).

Процесс раздвижения плит в зонах океанских рифтов (срединно-океанических хребтов) сопровождается образованием новой океанической коры за счёт магматических базальтовых расплав поступающих из астеносферы. Такой процесс образования новой океанической коры за счёт поступления мантийного вещества называется спрединг (от англ. spread – расстилать, развёртывать).

Строение срединно-океанического хребта. 1 – астеносфера, 2 – ультраосновные породы, 3 – основные породы (габброиды), 4 – комплекс параллельных даек, 5 – базальты океанического дна, 6 – сегменты океанической коры, образовавшие в разное время (I-V по мере удревнения), 7 – близповерхностный магматический очаг (с ультраосновной магмой в нижней части и основной в верхней), 8 – осадки океанического дна (1-3 по мере накопления)

В ходе спрединга каждый импульс растяжения сопровождается поступлением новой порции мантийных расплавов, которые, застывая, наращивают края расходящихся от оси СОХ плит. Именно в этих зонах происходит формирование молодой океанической коры.

Столкновение континентальной и океанической литосферных плит

Субдукция – процесс поддвига океанской плиты под континентальную или другую океаническую. Зоны субдукции приурочены к осевым частям глубоководных желобов, сопряжённых с островными дугами (являющихся элементами активных окраин). На субдукционные границы приходится около 80% протяжённости всех конвергентных границ.

При столкновении континентальной и океанической плит естественным явлением является поддвиг океанической (более тяжёлой) под край континентальной; при столкновении двух океанических погружается более древняя (то есть более остывшая и плотная) из них.

Зоны субдукции имеют характерное строение: их типичными элементами служат глубоководный желоб – вулканическая островная дуга – задуговый бассейн. Глубоководный желоб образуется в зоне изгиба и поддвигасубдуцирующей плиты. По мере погружения эта плита начинает терять воду (находящуюся в изобилии в составе осадков и минералов), последняя, как известно, значительно снижает температуру плавления пород, что приводит к образованию очагов плавления, питающих вулканы островных дуг. В тылу вулканической дуги обычно происходит некоторое растяжение, определяющее образование задугового бассейна. В зоне задугового бассейна растяжение может быть столь значительным, что приводит к разрыву коры плиты и раскрытию бассейна с океанической корой (так называемый процесс задугового спрединга).

Объём поглощённой в зонах субдукции океанской коры равен объёму коры, возникающей в зонах спрединга. Это положении подчёркивает мнение о постоянстве объёма Земли. Но такое мнение не является единственным и окончательно доказанным. Не исключено, что объём планы меняется пульсационно, или происходит уменьшение его уменьшение за счёт охлаждения.

Погружение субдуцирующей плиты в мантию трассируется очагами землетрясений, возникающих на контакте плит и внутри субдуцирующей плиты (более холодной и вследствие этого более хрупкой, чем окружающие мантийные породы). Эта сейсмофокальная зона получила название зона Беньофа-Заварицкого. В зонах субдукции начинается процесс формирования новой континентальной коры. Значительно более редким процессом взаимодействия континентальной и океанской плит служит процесс обдукции – надвигания части океанической литосферы на край континентальной плиты. Следует подчеркнуть, что в ходе этого процесса происходит расслоение океанской плиты, и надвигается лишь её верхняя часть – кора и несколько километров верхней мантии.

Столкновение континентальных литосферных плит

При столкновении континентальных плит, кора которых более лёгкая, чем вещество мантии, и вследствие этого не способна в неё погрузиться, протекает процесс коллизии. В ходе коллизии края сталкивающихся континентальных плит дробятся, сминаются, формируются системы крупных надвигов, что приводит к росту горных сооружений со сложным складчато-надвиговым строением. Классическим примером такого процесса служит столкновение Индостанской плиты с Евразийской, сопровождающееся ростом грандиозных горных систем Гималаев и Тибета. Процесс коллизии сменяет процесс субдукции, завершая закрытие океанического бассейна. При этом в начале коллизионного процесса, когда края континентов уже сблизились, коллизия сочетается с процессом субдукции (продолжается погружение под край континента остатков океанической коры). Для коллизионных процессов типичны масштабный региональный метаморфизм и интрузивный гранитоидный магматизм. Эти процессы приводят к созданию новой континентальной коры (с её типичным гранито-гнейсовым слоем).

Основной причиной движения плит служит мантийная конвекция, обусловленная мантийными теплогравитационными течениями.

Источником энергии для этих течений служит разность температуры центральных областей Земли и температуры близповерхностных её частей. При этом основная часть эндогенного тепла выделяется на границе ядра и мантии в ходе процесса глубинной дифференциации, определяющего распад первичного хондритового вещества, в ходе которого металлическая часть устремляется к центру, наращивая ядро планеты, а силикатная часть концентрируются в мантии, где далее подвергается дифференциации.

Нагретые в центральных зонах Земли породы расширяются, плотность их уменьшается, и они всплывают, уступая место опускающимся более холодными и потому более тяжёлым массам, уже отдавшим часть тепла в близповерхностных зонах. Этот процесс переноса тепла идёт непрерывно, в результате чего возникают упорядоченные замкнутые конвективные ячейки. При этом в верхней части ячейки течение вещества происходит почти в горизонтальной плоскости, и именно эта часть течения определяет горизонтальное перемещение вещества астеносферы и расположенных на ней плит. В целом, восходящие ветви конвективных ячей располагаются под зонами дивергентных границ (СОХ и континентальными рифтами), нисходящие – под зонами конвергентных границ. Таким образом, основная причина движения литосферных плит – «волочение» конвективными течениями. Кроме того, на плиты действуют ещё рад факторов. В частности, поверхность астеносферы оказывается несколько приподнятой над зонами восходящих ветвей и более опущенной в зонах погружения, что определяет гравитационное «соскальзывание» литосферной плиты, находящейся на наклонной пластичной поверхности. Дополнительно действуют процессы затягивания тяжёлой холодной океанской литосферы в зонах субдукции в горячую, и как следствие менее плотную, астеносферу, а также гидравлического расклинивания базальтами в зонах СОХ.

К подошве внутриплитовых частей литосферы приложены главные движущие силы тектоники плит – силы мантийного “волочения” (англ. drag) FDO под океанами и FDC под континентами, величина которых зависит в первую очередь от скорости астеносферного течения, а последняя определяется вязкостью и мощностью астеносферного слоя. Так как под континентами мощность астеносферы значительно меньше, а вязкость значительно больше, чем под океанами, величина силы FDC почти на порядок уступает величине FDO. Под континентами, особенно их древними частями (материковыми щитами), астеносфера почти выклинивается, поэтому континенты как бы оказываются “сидящими на мели”. Поскольку большинство литосферных плит современной Земли включают в себя как океанскую, так и континентальную части, следует ожидать, что присутствие в составе плиты континента в общем случае должно “тормозить” движение всей плиты. Так оно и происходит в действительности (быстрее всего движутся почти чисто океанские плиты Тихоокеанская, Кокос и Наска; медленнее всего – Евразийская, Северо-Американская, Южно-Американская, Антарктическая и Африканская, значительную часть площади которых занимают континенты). Наконец, на конвергентных границах плит, где тяжелые и холодные края литосферных плит (слэбы) погружаются в мантию, их отрицательная плавучесть создает силу FNB (индекс в обозначении силы – от английского negative buoyance). Действие последней приводит к тому, что субдуцирующая часть плиты тонет в астеносфере и тянет за собой всю плиту, увеличивая тем самым скорость ее движения. Очевидно, сила FNB действует эпизодически и только в определенных геодинамических обстановках, например в случаях описанного выше обрушения слэбов через раздел 670 км.

Таким образом, механизмы, приводящие в движение литосферные плиты, могут быть условно отнесены к следующим двум группам: 1) связанные с силами мантийного “волочения” (mantle drag mechanism), приложенными к любым точкам подошвы плит, на рисунке – силы FDO и FDC; 2) связанные с силами, приложенными к краям плит (edge-force mechanism), на рисунке – силы FRP и FNB. Роль того или иного движущего механизма, а также тех или иных сил оценивается индивидуально для каждой литосферной плиты.

Совокупность этих процессов отражает общий геодинамический процесс, охватывающих области от поверхностных до глубинных зон Земли. В настоящее время в мантии Земли развивается двухъячейковая мантийная конвекция с закрытыми ячейками (согласно модели сквозьмантийной конвекции) или раздельная конвекция в верхней и нижней мантии с накоплением слэбов под зонами субдукции (согласно двухъярусной модели). Вероятные полюсы подъема мантийного вещества расположены в северо-восточной Африке (примерно под зоной сочленения Африканской, Сомалийской и Аравийской плит) и в районе острова Пасхи (под срединным хребтом Тихого океана – Восточно-Тихоокеанским поднятием). Экватор опускания мантийного вещества проходит примерно по непрерывной цепи конвергентных границ плит по периферии Тихого и восточной части Индийского океанов.Современный режим мантийной конвекции, начавшийся примерно 200 млн. лет назад распадом Пангеи и породивший современные океаны, в будущем сменится на одноячейковый режим (по модели сквозьмантийной конвекции) или (по альтернативной модели) конвекция станет сквозьмантийной за счет обрушения слэбов через раздел 670 км. Это, возможно, приведет к столкновению материков и формированию нового суперконтинента, пятого по счету в истории Земли.

Перемещения плит подчиняются законам сферической геометрии и могут быть описаны на основе теоремы Эйлера. Теорема вращения Эйлера утверждает, что любое вращение трёхмерного пространства имеет ось. Таким образом, вращение может быть описана тремя параметрами: координаты оси вращения (например, её широта и долгота) и угол поворота. На основании этого положения может быть реконструировано положение континентов в прошлые геологические эпохи. Анализ перемещений континентов привёл к выводу, что каждые 400-600 млн. лет они объединяются в единый суперконтинент, подвергающийся в дальнейшем распаду. В результате раскола такого суперконтинента Пангеи, произошедшего 200-150 млн. лет назад, и образовались современные континенты.

Тектоника литосферных плит - это первая общегеологическая концепция, которую можно было проверить. Такая проверка была проведена. В 70-х гг. была организована программа глубоководного бурения. В рамках этой программы буровым судном «Гломар Челленджер», было пробурено несколько сотен скважин, которые показали хорошую сходимость возрастов, оцененных по магнитным аномалиям, с возрастами, определенными по базальтам или по осадочным горизонтам. Схема распространения разновозрастных участков океанической коры показана на рис.:

Возраст океанской коры по магнитным аномалиям (Кеннет, 1987): 1 - области отсутствия данных и суша; 2–8 - возраст: 2 - голоцен, плейстоцен, плиоцен (0–5 млн лет); 3 - миоцен (5–23 млн лет); 4 - олигоцен (23–38 млн лет); 5 - эоцен (38–53 млн лет); 6 - палеоцен (53–65 млн лет) 7 - мел (65–135 млн лет) 8 - юра (135–190 млн лет)

В конце 80-х гг. завершился еще один эксперимент по проверке движения литосферных плит. Он был основан на измерении базовых линий по отношению к далеким квазарам. На двух плитах выбирались точки, в которых, с использованием современных радиотелескопов, определялось расстояние до квазаров и угол их склонения, и, соответственно, рассчитывались расстояния между точками на двух плитах, т. е., определялась базовая линия. Точность определения составляла первые сантиметры. Через несколько лет измерения повторялись. Была получена очень хорошая сходимость результатов, рассчитанных по магнитным аномалиям, с данными, определенными по базовым линиям

Схема, иллюстрирующая результаты измерений взаимного перемещения литосферных плит, полученные методом интерферометрии со сверхдлинной базой - ИСДБ (Картер, Робертсон, 1987). Движение плит изменяет длину базовой линии между радиотелескопами, расположенными на разных плитах. На карте Северного полушария показаны базовые линии, на основании измерений которых по методу ИСДБ получено достаточное количество данных, чтобы сделать надежную оценку скорости изменения их длины (в сантиметрах в год). Числа в скобках указывают величину смещения плит, рассчитанную по теоретической модели. Почти во всех случаях расчетная и измеренная величины очень близки

Таким образом, тектоника литосферных плит за эти годы прошла проверку рядом независимых методов. Она признана мировым научным сообществом в качестве парадигмы геологии в настоящее время.

Зная положение полюсов и скорости современного перемещения литосферных плит, скорости раздвижения и поглощения океанического дна, можно наметить путь движения континентов в будущем и представить их положение на какой-то отрезок времени.

Такой прогноз был сделан американскими геологами Р. Дитцем и Дж. Холденом. Через 50 млн. лет, по их предположениям, Атлантический и Индийский океаны разрастутся за счет Тихого, Африка сместится на север и благодаря этому постепенно ликвидируется Средиземное море. Гибралтарский пролив исчезнет, а «повернувшаяся» Испания закроет Бискайский залив. Африка будет расколота великими африканскими разломами и восточная ее часть сместится на северо-восток. Красное море настолько расширится, что отделит Синайский полуостров от Африки, Аравия переместится на северо-восток и закроет Персидский залив. Индия все сильнее будет надвигаться на Азию, а значит, Гималайские горы будут расти. Калифорния по разлому Сан-Андреас отделится от Северной Америки, и на этом месте начнет формироваться новый океанический бассейн. Значительные изменения произойдут в южном полушарии. Австралия пересечет экватор и придет в соприкосновение с Евразией. Этот прогноз требует значительного уточнения. Многое здесь еще остается дискуссионным и неясным.