Почему это происходит? Объяснение кроется в свойствах мантии. Несмотря на то что этот слой разогрет до очень больших температур, он ничуть не является жидким. Горные породы, слагающие его, находясь под чудовищным давлением, остаются твердыми, но при этом становятся пластичными, даже текучими. И именно эти их свойства – пластичность, текучесть – обусловливают процесс конвекции, движущую силу важнейших геологических событий, совершающихся на планете. Без него невозможны были бы ни землетрясения, ни извержения вулканов. Конвекция вызывается перепадами температуры в мантии Земли. Этот круговорот вещества, как принято считать, обеспечивает движение литосферных плит. Но почему тогда их скорость так заметно разнится? В рамках традиционной теории глобальной тектоники плит ответить на этот вопрос не удается.

Строение Земли

В 2010 году на страницах журнале Science появилась гипотеза американских и австралийских ученых (руководитель – Ваутер Шелларт), которая переворачивала с ног на голову прежние представления, зато объясняла, почему литосферные плиты движутся по-разному. Ее авторы обратили внимание на то, что плиты перемещаются тем медленнее, чем они меньше. Точно так же скорость субдукции зависит от размера плит, пропорциональна ему. Так, может быть, не скорость конвективных потоков в мантии, а размеры зоны субдукции задают темп движения плит? Чем шире эти разверзшиеся на дне океана проемы, тем быстрее в них исчезает земная кора. Очевидно, многие геологические процессы регулируются «сверху вниз», а вовсе не из недр Земли, как считалось прежде.

Эта гипотеза объясняет, почему Индо-Австралийская и Тихоокеанская литосферные плиты, а также плита Наска движутся заметно быстрее, чем Африканская и Евразийская плиты и плита Хуан-де-Фука. Она объясняет и движение исчезнувшей плиты Фараллон, которая почти полностью погрузилась в глубь мантии, а ее обломки продолжают пододвигаться под Северную и Южную Америку. За 50 миллионов лет скорость ее движения снизилась с 10 до 2 сантиметров в год. Очевидно, причина в том, что ширина зоны субдукции за это время уменьшилась с 14 тысяч километров до 1400.

Чем дальше мы проникаем в глубь Земли, тем больше это напоминает нисхождение в ад. Здесь царят дьявольская жара и чудовищное давление. Уже в верхнем слое мантии температура повышается до 1000 °C, а давление возрастает с одного до 24 гигапаскалей – это примерно в 240 тысяч раз выше атмосферного давления.

В этих условиях не выдерживают даже минералы и горные породы. При таком давлении они не могут расплавиться, но зато меняется их структура. Она становится все более компактной. Это удалось выяснить, анализируя движение сейсмических волн.

Например, уже на глубине 410 километров оливин – минерал, из которого по большей части и состоит мантия, – превращается в свою модификацию, вадслеит, имеющий тот же химический состав. Еще через 100 километров мы встречаем новую модификацию оливина – рингвудит.

На глубине свыше 1000 километров даже железо переходит в другое состояние. Теперь отдельные электроны его атомов образуют пары. В зависимости от того, обладают ли электроны, составившие эти пары, одинаковым спином (иными словами, вращаются ли они в одном и том же направлении), решительно меняются свойства минералов, содержащих железо, в частности их плотность, теплопроводность, а также скорость распространения в них сейсмических волн.

Железо находится в подобном состоянии, как выяснилось недавно, в обширной области, на глубине от 1000 до 2200 километров – а там уже начинается нижняя мантия. Давление постепенно возрастает с 24 до 120 гигапаскалей, а температура повышается с 1000 до 3500 °C.