Астрономы составили карту Земли глазами инопланетян
Астрономы составили карту Земли, какой её могли бы увидеть инопланетяне с расстояния в десятки световых лет. По ней понятно, что и мы при случае сможем догадаться, что на иных планетах есть океаны и материки, и даже выяснить, где примерно они находятся.
Kepler ищет тень Земли
На орбиту отправился космический телескоп Kepler. Его задача – найти пригодные для жизни планеты у…
07 марта 15:57
В начале марта в космос был запущен космический телескоп Kepler для поиска планет, похожих на Землю, у других звёзд нашей Галактики. Пару недель назад официально завершилась фаза его испытаний и калибровки, и телескоп приступил к слежению за почти двумя сотнями тысяч звёзд на границе созвездий Лебедя и Лиры. Учёные надеются, что в ближайшие три года он сможет открыть несколько десятков, а в лучшем случае – и сотен планет размером с Землю, кружащихся на таких орбитах, где возможно существование жидкой воды.
Вода – молекула в космосе весьма распространённая.
Но как проверить, что она там на самом деле есть?
А значит, есть условия для существования жизни в том виде, в котором мы её знаем.
Непосредственно разглядеть поверхность такой маленькой планеты, как наша Земля, на расстояниях даже в несколько световых лет вряд ли станет возможным в обозримом будущем. Сейчас мы едва-едва умудряемся различить диски крупных звёзд, а «земли» даже в стометровый телескоп будут выглядеть, как «бледные голубые точки» – точь-в-точь по Карлу Сагану, описавшему так снимок Земли, сделанный одним из аппаратов Voyager с далёких окраин нашей планетной системы.
Остаётся выглядывать в далёком космосе океаны по каким-то косвенным признакам. В начале XXI века астрономы под руководством Эрика Форда предложили искать блики от жидкой воды.
Другая идея – следить за изменениями цвета планеты. При вращении планеты на её освещённой звездой части будут появляться то океаны, то континенты, и это должно каким-то образом отразиться на спектральном составе излучения, составляющего «бледную голубую точку». Она будет становиться чуть более голубой, когда в освещённой части окажется океан, и чуть менее голубой, когда планета повернётся в эту область континентом.
Будет ли этого изменения цвета достаточно для того, чтобы заметить смену океанов и материков под облаками над правдоподобной «землёй»?
Чтобы ответить на этот вопрос, учёные проверили идею на единственной подобной Земле планете, известной человечеству на сегодняшний день, – самой Земле.
Статья астрономов под руководством аспиранта Университета американского штата Вашингтон Николаса Кована принята к публикации в августовском выпуске Astrophysical Journal и доступна в архиве электронных препринтов Корнельского университета.
Deep Impact снял прохождение Луны по диску Земли
Космический аппарат Deep Impact, три года назад сбросивший болванку на ядро кометы Темпля-1, получил серию фотоснимков, показывающих прохождение Луны по диску Земли. Серия цветных…
Год назад космический аппарат Deep Impact провёл три серии наблюдений Земли с расстояний от 17 до 33 миллионов километров. В каждой серии 30-сантиметровая камера аппарата в течение суток сделала около сотни фотографий нашей планеты в 7-ми спектральных фильтрах – от синего до ближнего инфракрасного диапазона.
Это позволило получить настоящие цветные видеоролики вращения нашей планеты.
Самым известным результатом этой работы стал видеоролик, составленный из наблюдений от 28 мая прошлого года, во время которых Deep Impact поймал прохождение Луны по диску нашей планеты. Анализ этого случая Кован и его коллеги оставили «на сладкое», а в текущей статье сконцентрировались на двух других сериях наблюдений – от 18 марта и 6 июня.
Чтобы смоделировать условия наблюдения внесолнечных планет, учёные проинтегрировали блеск Земли по всей её отлично разрешаемой Deep Impact’ом поверхности. Получились 7 (по числу фильтров) кривых блеска «бледных голубых точек», в отличиях которых друг от друга и прячется секрет Полишинеля – наличие океанов и материков на Земле. Для правдоподобия учёные также добавили к реальным данным шум на уровне 2–3% – такой ожидается неточность наблюдений блеска землеподобной планеты, расположенной на расстоянии в 30 световых лет, при часовых экспозициях 16-метровым космическим телескопом будущего (проект ATLAST).
Базовым, «средним цветом Земли», что неудивительно, оказался цвет облаков, которые покрывают планету более или менее равномерным на глобальных масштабах слоем. Этот цвет по большей части серый (равномерный по фильтрам) с небольшой голубоватой компонентой. Однако при дальнейшем анализе данных методом главных компонент (PCA, principal component analysis), который широко применяется, к примеру, в популяционной генетике,
выявились две комбинации цветов, которые в сумме отвечают за 98% всей вариации цвета с фазой вращения Земли.
Это «цветовые отличия» каких-то двух важных компонентов вращающейся Земли. Как мы с вами прекрасно знаем, речь идёт о «голубоватых» океанах и «красноватых» материках. Но догадаться, что на нашей планете есть два основных типа поверхности, смогли бы и инопланетяне, и уж если они смогут построить 16-метровый космический телескоп, им должно хватить фантазии, что два компонента – это вода и суша.
Кован и его коллеги тем временем двинулись дальше и даже попытались составить карту распределения суши и вод по поверхности Земли на основании этих данных.
close
100%
«Газета.Ru» предлагает читателю самому определить, насколько его впечатляет это достижение в сравнении с реальной географической картой. Однако если представить, что подобная карта была бы составлена не для Земли, а для какой-то внесолнечной планеты, ей бы точно нашлось место на наших самых заметных страницах.
Конечно, новый метод сработает не всегда. Например, если бы материки обнимали экватор планеты ровным слоем, то вся работа завершилась бы ещё на стадии выделения главных компонент цветовых отличий – кривые блеска не менялись бы при вращении планеты. Ничего не получилось бы (ровно по той же причине), и если бы планета была повёрнута к нам своим полюсом или вовсе не вращалась.
А вот для того, чтобы определить наиболее подходящих кандидатов для подробного спектрального изучения будущими очень крупными телескопами, метод подойдёт. Осталось дождаться открытия первой подобной Земле планеты на орбите, подобной земной. Команда Kepler’а надеется представить их список примерно через три года.
описание, содержание, интересные факты и многое другое о фильме
Ночное небо, мириады звезд. Наша Земля – уникальное место, единственная планета во вселенной, где имеется такая богатая разнообразная жизнь. Планета вращается вокруг Солнца, а потому здесь происходит постоянная смена дня и ночи, которая порождает огромное многообразие жизни. Один день, проведенный здесь – самое потрясающее зрелище во всей вселенной. У всех нас есть нечто общее. Жизнь всех существ подчиняется вечному ритму смены дня и ночи. Одни ждут с нетерпением Солнца, другие от него прячутся. Но большинство из нас Солнце очень любят, некоторые из нас даже поют ему гимн.
Журавли встречают восход Солнца протяжными криками, пингвины тоже издают торжествующие крики, скаты выпрыгивают из моря и снова погружаются в воду. Сурикаты стоят у своих норок, встречая рассвет. Восход – это сила, приводящая мир в движение.
Африка. Здесь первые часы дня принадлежат не только тем, кто рано встает, но и тем, кто поздно ложится. Дикий кот сервал возвращается домой после ночной охоты. Но он решает ухватить еще кусочек добычи. Он замечает саванновую крысу. В высокой траве лучший способ выслеживать добычу – совершение высоких прыжков с последующим резким броском. Сервал грациозно прыгает по саванне, пытаясь поймать жирного грызуна. А еще сервалу помогает тонкий слух. Но сегодня крысе удалось ускользнуть. Значит, пора на боковую.
На другом краю света, на Галапагосских островах живут существа, которым утром не до суеты. Морские игуаны сидят на прибрежных камнях, жадно впитывая всем своим телом солнечную энергию, которой им нужно подзарядиться. Но они не единственные, кто нуждается в солнечной энергии.
Тут же ползают полозы. Этим змеям не по зубам взрослая морская игуана. Но из песка, нагретого лучами восходящего солнца, появляются только что вылупившиеся из зарытых здесь яиц детеныши морской игуаны. Их-то и подстерегают змеи. Начинается соревнование на быстроту передвижения. Если молодая игуана недостаточно проворна – она становится добычей многочисленных змей, для которых такая охота – лучшее пиршество в течение всего года. Молодые морские игуаны спешат укрыться от преследователей на скалах. Но здесь их подстерегает засада: под камнями прячутся полозы, для которых их сородичи загоняют добычу.
Утро разгорается. Растения превращают свет в жизнь. Идет процесс фотосинтеза. От этой алхимии зависит все на свете. Росянки пожирают попавших к ним в ловушку мух. А бамбук под светом солнца растет со скоростью один миллиметр в минуту. Это самая большая скорость для растений в мире. В лесах на юге Китая обитают большие панды, которых еще называют бамбуковыми медведями. Они питаются исключительно бамбуком.
К сожалению, его питательность очень низка, а потому большая панда вынуждена есть четырнадцать часов в сутки. А то и больше. Если она кормящая мать. А вот ее детеныш питается мамашиным молоком, а потому для него поедание бамбука – только хобби. Сегодня молодая панда имеет возможность исследовать мир. Она бродит по лесу. Большие панды – одни из самых редких животных в мире. Таких детенышей – всего несколько сотен на всей Земле.
Утреннее солнце набирает силу. Африка. Солнечная энергия испаряет влагу, она конденсируется в облака, которые потом проливаютдожди на иссушенную землю. Но влага по территории Африки распределяется неравномерно. А потому миллионы животных постоянно мигрируют по территории континента в поисках свежей травы. Как этот табун зебр. И даже этот маленький жеребенок, которому нелегко даются путешествия. Поэтому малышка старается не отставать от матери. Табун зебр натыкается на преграду. Перед животными бурный поток, приходится переправляться через реку, в которой обитают крокодилы и бегемоты.
Зебры ступают в воду. И тут выясняется, что главный враг – не хищники, а сам стремительный поток воды. Маленькая зебра, выбиваясь из сил, пытается не отстать от матери. Но она слишком легкая, ее постоянно сносит вниз по течению, ей никак не удается выбраться на противоположный берег. Уже все животные завершили переправу, только мать стоит у берега и зовет своего детеныша. Наконец, малышке удается выбраться на берег.В Африке есть поговорка: хочешь идти быстро – иди один; хочешь уйти далеко – иди со всеми.
Солнце приближается к зениту, нещадно палит. В Арктике земля и море многие месяцы скованы льдами. Но сейчас солнце пригревает все сильнее, и холод отступает. Начинается таяние ледников, покрывающих землю и море. Снова начинают течь реки. Возникают проталины и в морских льдах. В одной из таких проталин плавает стая нарвалов. Эти китообразные, вооруженные витым рогом – одни из самых удивительных животных на нашей планете. Проталины становятся все больше, наконец лед, покрывающий море, разрывают щели, образуются каналы.
Нарвалы обретают свободу и пускаются в путешествие по своему ледяному царству.
Чем дальше к югу – тем солнце жарит все сильнее. В Северной Америке обитают бурые медведи гризли. Им в это время года становится жарко в своих шубах. Медведица со своими медвежатами заходит на опушку леса. Она трется о деревья. Это помогает ей освободиться от зимнего меха, а еще она оставляет метки, чтобы пометить территорию.
Полдень, солнце проникает в самые глубокие щели. В Африке вблизи экватора настоящее пекло. Малютке зебре и ее матери приходится нелегко. Они пытаются найти самые крохотные клочки тени под деревьями. У хищников они сейчас как на ладони. Но у этого времени суток есть одно преимущество. Львы в такую жару не охотятся. Они предпочитают валяться в теньке. Но кое-кто не успокаивается даже сейчас. Два жирафа решили выяснить отношения. Молодой самец пытается оспорить у вожака право на территорию и самок. Сначала соперники просто толкают друг друга боками, затем начинается настоящая битва.
Животные наносят друг другу мощные удары своими длинными шеями. Они бьют друг друга не только по шеям, но и по бокам, и по ногам. Молодой жираф мощным ударом сбивает старого с ног. Победа близка. Но опытный боец даже из положения лежа наносит мощнейший удар под колено сопернику. Молодой претендент валится на землю. Победа осталась за хозяином, а побежденный будет изгнан.
Земля и ее обитателей нежатся под полуденным солнцем. Но одна среда обитания хранит прохладу, солнце не может прогреть морские глубины. Семья кашалотов ведет жизнь не менее сложную, чем мы. Среди них – детеныш. Эта малышка, которой исполнился всего год, и длина которой достигает пяти метров, очень любопытна. Она постоянно тычется мордой в камеру. Она будет питатьсядва-три года молоком матери, которое по жирности – как наш творог. А еще оно не растворяется в морской воде при кормлении. Семья кашалотов решает отдохнуть. Животные становятся вертикально, хвостами к поверхности моря, и засыпают. Мозг кашалота – самый крупный среди всех млекопитающих.
Интересно, какие сны снятся этим гигантам?
В тропиках удушливая жара продлится до вечера. На небольшом острове вблизи Панамы жизнь течет неторопливо. Трехпалый ленивец в это время пребывает практически в коме. Только одно событие может вывести его из полуденного оцепенения. Раздается призывный крик самки. Ленивец разжимает когти и падает с дерева прямо в воду морской бухты. Он решает сократить расстояние и добраться до самки вплавь. Но вот беда, определить по крику ее местоположение очень трудно. Наконец, ленивец видит сидящую на дереве самку. Он выбирается из воды и лезет на это дерево. Но оказывается, что он обманулся в своих ожиданиях. У самки есть детеныш. Поэтому ей пока самцы неинтересны. Что называется, приходите завтра.
В других местах ритм жизни совсем иной. Остров Завадовского неподалеку от Антарктиды. Здесь располагается крупнейшая в мире колония птиц. Это полтора миллиона антарктических пингвинов. Они заняты выращиванием птенцов. Пока один из родителей сидит с детьми, другой ловит рыбу, в поисках которой он может заплывать на расстояние пятидесяти миль от этого вулканического острова.
Потом добытчику приходится с полным животом карабкаться по крутым скалам, цепляясь коготками за окаменевшую вулканическую лаву. Да и после того, как пингвин преодолеет пару километров до того места, где его ожидает семья, он может ее не обнаружить в этой толчее. Но пингвин безошибочно узнает голос своей подруги серди множества других. Он добрался до семьи, самка встречает его радостным покачиванием головой. Птенцы будут накормлены.
Джунгли Эквадора. Здесь на протяжении всего года температура остается практически неизменной, что создает условия для произрастания огромного числа растений. Ракетохвостая колибри питается нектаром цветов. Это существо размером с большой палец человека тратит огромное количество энергии, а потому вынуждено принимать пищу не менее тысячи раз за день. Такое существование – настоящийбег на перегонки со временем. Но колибри – не единственный потребитель нектара цветов. Поэтому пчелам не нравится ее присутствие. Они атакуют птичку, их яд смертельно опасен для колибри.
Пчелы отгоняют конкурента от цветов. Но тут на помощь колибри приходит погода. Собравшиеся над джунглями облака разражаются ливнем. Хотя под слоем листвы ливень почти не ощущается, отдельные капли долетают до самой земли. Попадание капли дождя в голову колибри неприятно птичке, но для пчел это – катастрофа. Капли воды одну за другой сбивают на землю сердитых насекомых. И теперь колибри может в одиночестве спокойно лакомиться нектаром.
На европейском лугу посреди дня выходит за пищей мышь-малютка. Она забирается на стебли растений, добирается до зерен в колосках и с удовольствием их поедает. Но внезапно она замечает угрозу. Это сова-сипуха. Они вылетают на охоту ночью, но эта птица решила отправиться за добычей уже на исходе дня. В панике мышь срывается с вершины стебля, падает на землю и устремляется к своему гнезду, которое она сплела из травы. Там мать встречают дети. Слепые мышата, тела которых еще не обросли шерстью, сосут материнское молоко.
Над шлюзом реки Тиса в Венгрии на закате один день в году можно наблюдать удивительное зрелище.
Примерно пять миллионов поденок выбираются из воды и взлетают над водой. На этих насекомых охотятся рыбы и птицы. Поэтому они стараются взять численностью. Раз в году пять миллионов этих существ, которым не нужен корм (у них даже рта нет), встречают партнеров, спариваются, откладывают яички и умирают. Их жизнь продолжается всего несколько часов.
В горах на юго-западе Китая начинаются сумерки. Белоголовые лангуры – редчайшие животные, их еще меньше, чем больших панд. Эти хвостатые обезьяны с наступлением темноты начинают испытывать тревогу. Ночью им нельзя оставаться в лесу, они начинают подъем по отвесным скалам, в расселинах которых и проведут ночь. Восхождение таит опасности. Белоголовый лангур может сорваться или выронить детеныша, которого несет на руках. Но это не может остановить обезьян. Слишком велика опасность, таящаяся в ночи.
Сумерки – самое опасное время для зебры и ее детеныша. На охоту выходят хищники. На малышку положил глаз гепард. Он бросается в погоню, настигает жеребенка, хватает, но тут же получает мощный удар копытами.
За своего ребенка вступилась мать. Детеныш спасен.
Наступает ночь. На сцену выходят совсем другие актеры – ночные животные. Огромные стаи летучих мышей, совы, гиены. А в морских глубинах рифовые акулы, которые днем лениво проплывали мимо разноцветных обитателей коралловых рифов, сбиваются в хищные стаи и начинают выслеживать добычу. От них прячется вся морская живность. Рыбки забираются в расселины рифов, прячутся в водорослях. Хотя у акул слабое зрение, они обладают шестым чувством: они ощущают слабые электромагнитные колебания, которые возникают в результате сердцебиения испуганных рыб. Обнаружив жертву, акула набрасывается на нее, а другие хищницы стараются вырвать пойманную добычу из пасти удачливой охотницы.
Наш звездный сосед обозначает свое присутствие даже по ночам. Он украшает небо сполохами полярного сияния.Только люди, заливая электрическим огнем свои города, вырвались из естественного ритма смены дня и ночи. И к этим условиям приспосабливаются некоторые животные, например, еноты, обитающие в Торонто.
Они обследуют содержимое мусорных бачков.
Человечество исследует космос в поисках чудес. Но самое удивительное можно обнаружить у себя дома – на нашей маленькой голубой планете. И ее будущее в наших руках.
Каким будет климат, когда на Земле сформируется следующий суперконтинент?
Климат, науки о Земле, пресс-релиз
Каким будет климат, когда на Земле сформируется следующий суперконтинент?
Давным-давно все континенты были объединены в один большой массив суши под названием Пангея. Пангея распалась около 200 миллионов лет назад, ее части разлетелись по тектоническим плитам, но не навсегда. Континенты снова воссоединятся в далеком будущем. А новое исследование, которое будет представлено 8 декабря во время онлайн-постерной сессии на заседании Американского геофизического союза, предполагает, что будущее устройство этого суперконтинента может кардинально повлиять на обитаемость и стабильность климата Земли.
Представленное для публикации исследование является первой моделью климата на суперконтиненте в далеком будущем.
Ученые не совсем уверены, как будет выглядеть следующий суперконтинент и где он будет расположен. Одна из возможностей состоит в том, что через 200 миллионов лет все континенты, кроме Антарктиды, могут соединиться вокруг северного полюса, образовав суперконтинент «Амазия». Другая возможность состоит в том, что «Аурика» могла образоваться из всех континентов, сближающихся вокруг экватора примерно через 250 миллионов лет.
Как земля могла быть распределена на суперконтиненте Аурика (вверху) по сравнению с Амасией. Будущие конфигурации суши показаны серым цветом, с современными очертаниями континентов для сравнения. Кредит: Уэй и др. 2020
В новом исследовании исследователи использовали трехмерную глобальную климатическую модель, чтобы смоделировать, как эти два устройства суши повлияют на глобальную климатическую систему.
Исследование возглавил Майкл Уэй, физик из Годдардовского института космических исследований НАСА, филиала Института Земли Колумбийского университета.
Команда обнаружила, что, изменяя атмосферную и океанскую циркуляцию, Амасия и Аурика будут оказывать совершенно различное влияние на климат. Планета может оказаться на 3 градуса по Цельсию теплее, если все континенты сойдутся вокруг экватора в сценарии Аурики.
В сценарии Амасии, когда земля скапливается вокруг обоих полюсов, нехватка земли между ними нарушает конвейерную ленту океана, которая в настоящее время переносит тепло от экватора к полюсам. В результате полюса будут холоднее и покрыты льдом круглый год. И весь этот лед будет отражать тепло в космос.
С Амасией «выпадает намного больше снега», — объяснил Уэй. «Вы получаете ледяные щиты, и вы получаете очень эффективную обратную связь ледяного альбедо, которая имеет тенденцию снижать температуру планеты».
В дополнение к более низким температурам Уэй предположил, что уровень моря, вероятно, будет ниже в сценарии Амасии, с большим количеством воды, связанной в ледяных шапках, и что снежные условия могут означать, что не будет много земли для выращивания сельскохозяйственных культур.
.
Aurica, напротив, был бы немного более пляжным. Земля, сосредоточенная ближе к экватору, поглощала бы там более сильный солнечный свет, и не было бы полярных ледяных шапок, отражающих тепло из земной атмосферы — отсюда и более высокая глобальная температура.
Хотя Уэй сравнивает берега Аурики с райскими пляжами Бразилии, «внутри страны, вероятно, будет довольно сухо», предупредил он. Будет ли большая часть земли пригодной для сельскохозяйственных работ, будет зависеть от распределения озер и характера выпадения осадков на ней — деталей, которые в данной статье не рассматриваются, но могут быть исследованы в будущем.
Распределение снега и льда зимой и летом на Аурике (слева) и Амасии. Кредит: Уэй и др. 2020
Моделирование показало, что температура воды в жидком состоянии соответствует примерно 60% территории Амасии, в отличие от 99,8% территории Аурики — открытие, которое может помочь в поисках жизни на других планетах. Один из основных факторов, на который обращают внимание астрономы при изучении потенциально обитаемых миров, заключается в том, сможет ли жидкая вода выжить на поверхности планеты.
При моделировании этих других миров они, как правило, имитируют планеты, которые либо полностью покрыты океанами, либо имеют рельеф, похожий на рельеф современной Земли. Новое исследование, однако, показывает, что важно учитывать расположение суши при оценке того, попадают ли температуры в «обитаемую» зону между замерзанием и кипением.
Хотя может пройти 10 или более лет, прежде чем ученые смогут установить фактическое распределение суши и моря на планетах в других звездных системах, исследователи надеются, что наличие более обширной библиотеки данных о суше и море для моделирования климата может оказаться полезным для оценки потенциальной обитаемости. соседних миров.
Ханна Дэвис и Жоао Дуарте из Лиссабонского университета и Маттиас Грин из Бангорского университета в Уэльсе были соавторами этого исследования.
Запросы СМИ
Кевин Краджик
(917) 361-7766
[email protected]
Кэролайн Адельман
(917) 370-1407
ca2699@columbia.
edu
Теги:
Американский геофизический союзКлиматклиматическое моделированиеобитаемые планетыNASA-GISSсуперконтинентыДвижение континентов в результате тектоники плит
Тектонические плиты Земли
Рис. 7.14. На этой карте мира показаны основные тектонические плиты Земли. Стрелки указывают направление движения плиты. На этой карте показаны только 15 крупнейших тектонических плит.
Изображение предоставлено Геологической службой США (USGS)
Земная кора разбита на отдельные куски, называемые тектоническими плитами (рис. 7.14). Напомним, что кора — это твердая каменистая внешняя оболочка планеты. Он состоит из двух совершенно разных типов материала: менее плотной континентальной коры и более плотной океанической коры. Оба типа коры покоятся на твердом материале верхней мантии.
Верхняя мантия, в свою очередь, плавает на более плотном слое нижней мантии, похожем на густую расплавленную смолу.
Каждая тектоническая плита свободно плавает и может двигаться независимо. Землетрясения и извержения вулканов являются прямым результатом движения тектонических плит по линиям разломов. Термин разлом используется для описания границы между тектоническими плитами. Большинство землетрясений и извержений вулканов вокруг Тихоокеанского бассейна — явление, известное как «огненное кольцо», — происходят из-за движения тектонических плит в этом регионе. Другие наблюдаемые результаты кратковременного движения плит включают постепенное расширение озер Великого разлома в восточной Африке и подъем Гималайского горного хребта. Движение плит можно описать четырьмя общими схемами:
Рис. 7.15. Схема движения плит
Изображение Байрона Иноуэ
- Столкновение : когда две континентальные плиты сталкиваются вместе
- Субдукция : когда одна плита погружается под другую (рис.
7.15) - Распространение : при раздвигании двух пластин (рис. 7.15)
- Трансформация разлом : когда две плиты скользят друг мимо друга (рис. 7.15)
7.15)
Подъем Гималайской горной цепи происходит из-за продолжающегося столкновения Индийской плиты с Евразийской плитой. Землетрясения в Калифорнии происходят из-за движения трансформных разломов.
Геологи выдвинули гипотезу, что движение тектонических плит связано с конвекционными течениями в мантии Земли. C конвекционные потоки описывают подъем, распространение и опускание газа, жидкости или расплавленного материала, вызванные приложением тепла. Пример конвекционного течения показан на рис. 7.16. Внутри стакана горячая вода поднимается вверх в точке приложения тепла. Горячая вода движется к поверхности, затем растекается и охлаждается. Более холодная вода опускается на дно.
Изображение
Подпись к изображению
Рис.
7.16. На этой диаграмме конвекционных потоков в стакане с жидкостью красные стрелки обозначают жидкость, которая нагревается пламенем и поднимается на поверхность. На поверхности жидкость охлаждается и опускается вниз (синие стрелки).
Правообладатель иллюстрации и источник
Изображение предоставлено Oni Lukos, Wikimedia Commons
Твердая кора Земли действует как теплоизолятор для горячих недр планеты. Магма — это расплавленная горная порода под корой, в мантии. Огромная жара и давление внутри земли заставляют горячую магму течь конвекционными потоками. Эти течения вызывают движение тектонических плит, составляющих земную кору.
Голос моря
Деятельность
Моделирование распространения тектонических плит путем моделирования конвекционных потоков, происходящих в мантии.
Задание
Изучите карту тектонических плит Земли. Основываясь на доказательствах, обнаруженных на границах плит, выдвиньте несколько гипотез о движении этих плит.
Сравнение-Контраст-Подключение
Изображение
Рис. 7.18. Положения континентальных массивов суши
Изображения предоставлены Геологической службой США (USGS)
Земля во многом изменилась с тех пор, как сформировалась 4,5 миллиарда лет назад. Расположение основных массивов суши Земли сегодня сильно отличается от их расположения в прошлом (рис. 7.18). Они постепенно перемещались в течение сотен миллионов лет, попеременно объединяясь в суперконтиненты и разъединяясь в процессе, известном как дрейф континентов . Суперконтинент Пангея сформировался в результате постепенного объединения массивов суши примерно между 300 и 100 млн лет назад. Сухопутные массивы планеты в конечном итоге переместились на свои нынешние позиции и будут продолжать двигаться в будущем.
Тектоника плит — научная теория, объясняющая движение земной коры.
Сегодня это широко признано учеными. Напомним, что и континентальные массивы суши, и дно океана являются частью земной коры, и что кора разбита на отдельные части, называемые тектоническими плитами (рис. 7.14). Движение этих тектонических плит, вероятно, вызвано конвекционными потоками в расплавленной породе в мантии Земли под корой. Землетрясения и извержения вулканов являются краткосрочными результатами этого тектонического движения. Долговременным результатом тектоники плит является перемещение целых континентов в течение миллионов лет (рис. 7.18). Присутствие одного и того же типа окаменелостей на континентах, которые в настоящее время сильно разделены, свидетельствует о том, что континенты перемещались в течение геологической истории.
Деятельность
Оценить и интерпретировать несколько свидетельств дрейфа континентов в геологических временных масштабах.
Доказательства движения континентов
Рис.
7.19. На некоторых массивах суши древнего суперконтинента Гондвана обнаружены отдельные геологические и ископаемые свидетельства.
Изображение Геологической службы США и Министерства внутренних дел США, измененное Байроном Инуойе
Формы континентов дают представление о движении континентов в прошлом. Края континентов на карте, кажется, складываются вместе, как мозаика. Например, на западном побережье Африки есть углубление, в которое вписывается выпуклость вдоль восточного побережья Южной Америки. Форма континентальных шельфов — затопленных массивов суши вокруг континентов — показывает, что соответствие между континентами еще более поразительно (рис. 7.19).
Некоторые окаменелости свидетельствуют о том, что когда-то континенты располагались ближе друг к другу, чем сегодня. Окаменелости морской рептилии под названием Mesosaurus (рис. 7.20 A) и наземная рептилия под названием Cynognathus (рис.
7.20 B) были обнаружены в Южной Америке и Южной Африке. Другим примером является ископаемое растение под названием Glossopteris, которое встречается в Индии, Австралии и Антарктиде (рис. 7.20 C). Присутствие идентичных окаменелостей на континентах, которые в настоящее время сильно разделены, является одним из основных свидетельств, которые привели к первоначальной идее о том, что континенты перемещались в течение геологической истории.
Рис. 7.20. ( A ) Ископаемый скелет мезозавра sp.
Изображение предоставлено Томми, Flickr
Рис. 7.20. ( B ) Ископаемый череп Cynognathus sp.
Изображение предоставлено Гедогедо, Wikimedia Commons
Рис. 7.20.
( C ) Ископаемое Glossopteris sp. листья растений
Изображение предоставлено Daderot, Wikimedia Commons
Рис. 7.20. ( D ) Ископаемый скелет Lystrosaurus sp.
Изображение предоставлено Гедогедо, Wikimedia Commons
Доказательства дрейфа континентов также обнаруживаются в типах горных пород на континентах. В Африке и Южной Америке есть пояса горных пород, которые совпадают, когда соединяются концы континентов. Горы сопоставимого возраста и структуры находятся в северо-восточной части Северной Америки (Аппалачи) и через Британские острова в Норвегию (Каледонские горы). Эти массивы суши можно собрать так, чтобы горы образовали непрерывную цепь.
Палеоклиматологи ( палео = древний; климат = долгосрочная температура и погодные условия) изучают свидетельства доисторического климата.
Свидетельства ледниковых бороздок в скалах, глубоких бороздок на земле, оставленных движением ледников, показывают, что 300 млн лет назад были большие щиты льда, покрывавшие части Южной Америки, Африки, Индии и Австралии. Эти штрихи указывают на то, что направление движения ледников в Африке было в сторону бассейна Атлантического океана, а в Южной Америке — из бассейна Атлантического океана. Эти данные свидетельствуют о том, что Южная Америка и Африка когда-то были связаны, и что ледники двигались через Африку и Южную Америку. Нет никаких ледниковых свидетельств движения континентов в Северной Америке, потому что 300 миллионов лет назад континент не был покрыт льдом. Северная Америка могла быть ближе к экватору, где высокие температуры препятствовали образованию ледяного щита.
Научные практики
Распространение морского дна срединно-океаническими хребтами
Конвекционные потоки приводят в движение твердые тектонические плиты Земли в жидкой расплавленной мантии планеты.
В местах, где конвекционные потоки поднимаются к поверхности земной коры, тектонические плиты удаляются друг от друга в процессе, известном как растекание морского дна (рис. 7.21). Горячая магма поднимается на поверхность земной коры, на дне океана появляются трещины, и магма выталкивается вверх и наружу, образуя срединно-океанические хребты. Срединно-океанические хребты или спрединговые центры — это линии разломов, где две тектонические плиты удаляются друг от друга.
Рис. 7.21. Распространение морского дна и образование трансформных разломов.
Изображение Байрона Иноуэ
Рис. 7.22. Карта срединно-океанических хребтов мира
Изображение предоставлено Геологической службой США (USGS)
Срединно-океанические хребты являются крупнейшими непрерывными геологическими образованиями на Земле.
Они имеют протяженность в десятки тысяч километров, проходят через большую часть океанических бассейнов и соединяют их. Океанографические данные показывают, что расширение морского дна медленно расширяет бассейн Атлантического океана, Красное море и Калифорнийский залив (рис. 7.22).
Рис. 7.22.1. Полосы положительной и отрицательной магнитной полярности на этой диаграмме горных пород вблизи срединно-океанических хребтов указывают на инверсию магнитного поля Земли.
Изображение Брайона Иноуэ
Постепенный процесс расширения морского дна медленно раздвигает тектонические плиты, образуя новые породы из остывшей магмы. Скалы океанского дна, расположенные вблизи срединно-океанического хребта, не только моложе отдаленных пород, но и демонстрируют устойчивые полосы магнетизма в зависимости от их возраста (рис. 7.22.1). Каждые несколько сотен тысяч лет магнитное поле Земли меняется на противоположное в процессе, известном как геомагнитное обращение.
Некоторые полосы горных пород образовались в то время, когда полярность магнитного поля Земли была противоположна его текущей полярности. Инверсия геомагнитного поля позволяет ученым изучать движение дна океана с течением времени.
Палеомагнетизм — изучение магнетизма древних горных пород. По мере того как расплавленная порода остывает и затвердевает, частицы внутри горных пород выравниваются с магнитным полем Земли. Другими словами, частицы будут указывать в направлении магнитного поля, присутствующего при охлаждении породы. Если плита, содержащая горную породу, дрейфует или вращается, то частицы в горной породе больше не будут выровнены с магнитным полем Земли. Ученые могут сравнить направленный магнетизм частиц горной породы с направлением магнитного поля в текущем местоположении горной породы и оценить, где находилась плита, когда образовалась горная порода (рис. 7.22.1).
Рис.
7.23. Погружение плиты Наска под Южно-Американскую плиту, образующее составные вулканы, составляющие Анды.
Изображение Байрона Иноуэ
Расширение морского дна постепенно раздвигает тектонические плиты срединно-океанических хребтов. Когда это происходит, противоположный край этих плит упирается в другие тектонические плиты. Субдукция возникает, когда встречаются две тектонические плиты и одна перемещается под другую (рис. 7.23). Океаническая кора в основном состоит из базальта, что делает ее немного более плотной, чем континентальная кора, состоящая в основном из гранита. Поскольку при встрече океанической и континентальной коры она более плотная, океаническая кора скользит под континентальную кору. Это столкновение океанической коры одной плиты с континентальной корой второй плиты может привести к образованию вулканов (рис. 7.23). Когда океаническая кора входит в мантию, давление разрушает горную породу земной коры, тепло от трения плавит ее, и образуется лужа магмы.
Эта густая магма, называемая андезитовой лавой, состоит из смеси базальта океанической коры и гранита континентальной коры. Вынужденная огромным давлением, она в конце концов течет по более слабым каналам земной коры к поверхности. Магма периодически прорывается сквозь земную кору, образуя огромные взрывоопасные составные вулканы — горы с крутыми склонами, конусообразные, как в Андах на краю Южно-Американской плиты (рис. 7.23).
Континентальное столкновение происходит, когда сталкиваются две плиты, несущие континенты. Поскольку континентальные коры состоят из одного и того же материала с низкой плотностью, одна не погружается под другую. Во время столкновения земная кора движется вверх, а ее материал сворачивается, изгибается и ломается (рис. 7.24, А). Многие из крупнейших в мире горных хребтов, такие как Скалистые горы и Гималаи, образовались в результате столкновения континентов, что привело к восходящему движению земной коры (рис.
7.24 Б). Гималаи образовались в результате столкновения Индийской и Евразийской тектонических плит.
Изображение
Рис. 7.24. ( A ) Зона субдукции образуется, когда океаническая кора скользит под континентальную кору.
Изображение Байрона Иноуэ
Изображение
Рис. 7.24. ( B ) Столкновение двух континентальных кор прерывает процесс субдукции и образует новую горную цепь.
Изображение Байрона Иноуэ
Изображение
Рис. 7.24. ( C ) Океаническая кора продолжает скользить под континентальной корой, образуя новую зону субдукции и новый подводный желоб. Две континентальные коры начинают сливаться.
Изображение Байрона Иноуэ
Океанические желоба представляют собой крутые впадины на морском дне, образованные в зонах субдукции, где одна плита движется вниз под другую (рис.
7.24 C). Эти желоба бывают глубокими (до 10,8 км), узкими (около 100 км) и длинными (от 800 до 5,9 км).00 км), с очень крутыми бортами. Самая глубокая океанская впадина — Марианская впадина к востоку от Гуама. Он расположен в зоне субдукции, где Тихоокеанская плита погружается под край Филиппинской плиты. Зоны субдукции также являются местами глубоководных землетрясений.
Трансформные разломы обнаруживаются там, где две тектонические плиты движутся мимо друг друга. Когда плиты скользят друг относительно друга, возникает трение, и перед тем, как произойдет скольжение, может накопиться большое напряжение, что в конечном итоге приведет к неглубоким землетрясениям. Люди, живущие вблизи разлома Сан-Андреас, трансформного разлома в Калифорнии, регулярно испытывают такие землетрясения.
Горячие точки
Рис. 7.25. Образование вулканических островов
Изображение Байрона Иноуэ
Вспомним, что некоторые вулканы образуются вблизи границ плит, особенно вблизи зон субдукции, где океаническая кора перемещается под континентальную кору (рис.
7.24). Однако некоторые вулканы образуются над горячими точками в середине тектонических плит вдали от зон субдукции (рис. 7.25). А 9Горячая точка 0039 — это место, где магма поднимается из земной мантии к поверхности коры. Когда магма извергается и вытекает на поверхность, она называется лавой . Базальтовая лава, обычно встречающаяся в горячих точках, течет горячим густым сиропом и постепенно образует щитовые вулканы. Щитовой вулкан имеет форму купола с пологими сторонами. Эти вулканы гораздо менее взрывоопасны, чем составные вулканы, образовавшиеся в зонах субдукции.
Рис. 7.26. Пример окаймляющего рифа у береговой линии Напали на Кауаи, Гавайи
Изображение предоставлено Дсамуэлис, Wikimedia Commons
Некоторые щитовые вулканы, такие как острова Гавайского архипелага, начали формироваться на дне океана над горячей точкой.
Каждый щитовой вулкан медленно растет с повторяющимися извержениями, пока не достигает поверхности воды, образуя остров (рис. 7.25). Самая высокая вершина острова Гавайи достигает 4,2 км над уровнем моря. Однако основание этого вулканического острова находится почти на 7 км ниже поверхности воды, что делает пики Гавайских островов одними из самых высоких гор на Земле — намного выше горы Эверест. Почти все острова бассейнов Средней части Тихого и Среднего Атлантического океанов сформировались аналогичным образом над вулканическими горячими точками. В течение миллионов лет по мере движения тектонической плиты вулкан, находившийся над горячей точкой, отдаляется, перестает извергаться и угасает (рис. 7.25). Эрозия и опускание (оседание земной коры) в конечном итоге приводят к тому, что старые острова опускаются ниже уровня моря. Острова могут разрушаться в результате естественных процессов, таких как ветер и течение воды. Рифы продолжают расти вокруг эрозионного массива суши и образуют окаймляющие рифы, как это видно на Кауаи на основных Гавайских островах (рис.
7.26).
В конце концов от острова осталось только кольцо кораллового рифа. Атолл представляет собой кольцеобразный коралловый риф или группу коралловых островков, выросших вокруг края потухшего подводного вулкана, образующего центральную лагуну (рис. 7.27). Формирование атолла зависит от эрозии земли и роста коралловых рифов вокруг острова. Атоллы коралловых рифов могут встречаться только в тропических регионах, оптимальных для роста кораллов. Все основные Гавайские острова, вероятно, станут коралловыми атоллами через миллионы лет в будущем. Более старые Северо-Западные Гавайские острова, многие из которых сейчас являются атоллами, были образованы той же вулканической горячей точкой, что и более молодые основные Гавайские острова.
Рис. 7.27. ( A ) Атолл Нукуоро, Федеративные Штаты Микронезии
Изображение предоставлено Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА)
Рис.