Тектоніка літосферних плит
1. Теорія тектоніки літосферних плит
2. Основні поняття глобальної тектоніки
Вперше ідея про рух блоків кори була висловлена в теорії дрейфу континентів, запропонованої Альфредом Вегенером в 1920-х роках. Ця теорія була спочатку відкинута. Відродження ідеї про рухи у твердій оболонці Землі ( «Мобілізм») відбулося в 1960-х роках, коли в результаті досліджень рельєфу і геології океанічного дна були отримані дані, що свідчать про процеси розширення (спрединга) океанічної кори і підсовування одних частин кори під інші ( субдукції). Об'єднання цих уявлень зі старою теорією дрейфу материків породило сучасну теорію тектоніки плит, яка незабаром стала загальноприйнятою концепцією в науках про Землю.
До прийняття теорії тектоніки плит, науки про Землю носили описовий характер. Тектоніка плит зіграла в науках про Землю роль, порівнянну відкриттям ДНК в генетиці. Вони досягли високого рівня досконалості в описі природних об'єктів, але рідко могли пояснити причини процесів. У різних розділах геології могли домінувати протилежні концепції. Тектоніка плит зв'язала різні науки про Землю, дала їм передбачувану силу.
1.Теория тектоніки літосферних плит
Основою теоретичної геології початку XX століття була контракційна гіпотеза. Земля охолоджується подібно спечений яблуку, і на ній з'являються зморшки у вигляді гірських хребтів. Розвивала ці ідеї теорія геосинкліналей, створена на підставі вивчення складчастих споруд. Ця теорія була сформульована Дж. Дена. тектоніка континент дрейф земля
Проти цієї схеми виступив німецький учений - метеоролог Альфред Вихідною посилкою до створення теорії стало збіг обрисів західного узбережжя Африки і східного Південної Америки. Іншим напрямком докази теорії стали палеокліматичні реконструкції, палеонтологічні і біогеографічні аргументи. Спочатку теорія дрейфу материків була прийнята науковим співтовариством прихильно, але в 1922 критики теорії Вегенера поставили на чільне місце питання про силу, що рухає континенти, і проігнорували все безліч фактів, безумовно підтверджували теорію. По суті, вони знайшли єдине питання, в якому нова концепція була безсила, і без конструктивної критики відкинули основні докази.
Так дю Туа (Alexander du Toit) пояснював освіту гімалайських гір зіткненням Індостану і Євразійської плити.
Млява боротьба фіксістов, як назвали прихильників відсутності значних горизонтальних переміщень, і мобілістов, які стверджували, що вони все таки рухаються, з новою силою розгорілася в 1960-х роках, коли в результаті вивчення дна океанів були знайдені ключі до розуміння «машини» під назвою Земля .
До початку 1960-х років була складена карта рельєфу дна Світового океану, яка показала, що в центрі океанів розташовані серединно-океанічні хребти, які підносяться на 1,5-2 км над абісальними рівнинами, покритими опадами. Ці дані дозволили Р. Діцу і Г. Хесс в 1962 - 1963 роках висунути гіпотезу спрединга. Відповідно до цієї гіпотези, в мантії відбувається конвекція зі швидкістю близько 1 см / рік. Висхідні гілки конвекційних осередків виносять під серединно-океанічними хребтами мантійний матеріал, який оновлює океанічне дно в осьової частини хребта кожні 300-400 років. Континенту пливуть по океанічної корі, а переміщаються по мантії, будучи пасивно «впаяні» в літосферні плити. Згідно з концепцією спрединга, океанічні басейни структури непостійні, нестійкі, континенти ж - стійкі. 1963 році гіпотеза спрединга отримує потужну підтримку в зв'язку з відкриттям смугових магнітних аномалій океанічного дна. Вони були інтерпретовані, як запис інверсій магнітного поля Землі, зафіксована в намагніченості базальтів дна океану.
Після цього тектоніка плит початку переможний хід в науках про Землю. Все більше вчених розуміли, що, ніж витрачати час на захист концепції фіксизму, краще поглянути на планету з точки зору нової теорії і, нарешті, почати давати реальні пояснення складним земних процесів.
2.Основні поняття глобальної тектоніки
Сила, що рухає плити
Зараз вже немає сумнівів, що горизонтальне рух плит відбувається за рахунок мантійних теплогравітаціонних течій - конвекції. Джерелом енергії для цих течій служить різниця температури центральних областей Землі, які мають дуже високу температуру (5000 ° С) і температури на її поверхні. Нагріті в центральних зонах Землі породи розширюються, щільність їх зменшується, і вони спливають, поступаючись місцем опускається більш холодними і тому більш важким масам, вже віддали частину тепла земній корі. Цей процес перенесення тепла йде безперервно, в результаті чого виникають конвективні потоки.
Рушійною силою течії в'язкого мантійного речовини безпосередньо під корою є перепад висот вільної поверхні мантії між областю підйому і областю опускання конвекційного потоку. Ця ж рушійна сила визначає ступінь пружного горизонтального стиснення кори силою в'язкого тертя потоку об земну кору. Величина цього стиснення мала в області сходження мантійного потоку і збільшується в міру наближення до місця опускання потоку Над опускається потоком сила стиснення в корі так велика, що час від часу перевищується міцність кори, відбувається непружна деформація кори - землетрус. При цьому з місця деформації кори видавлюються цілі гірські ланцюги (Гімалаї).
Таким чином, рух плит - наслідок перенесення тепла з центральних зон Землі дуже вузький магмою. При цьому частина теплової енергії перетворюється в механічну роботу з подолання сил тертя, а частина, пройшовши через земну кору, випромінюється в навколишній простір. Так що наша планета в деякому сенсі є тепловий двигун.
Крім сили в'язкого тертя неї на плити діють і інші. Це - сили Архімеда, що забезпечують плавання легшою кори на поверхні важчій мантії, приливні сили, обумовлені гравітаційним впливом Місяця і Сонця, а також сили, що виникають внаслідок зміни атмосферного тиску на різні ділянки земної поверхні.
Дівергентние кордону або межі розсування плит.
Це кордону між плитами, що рухаються в протилежні сторони. У рельєфі Землі ці межі виражені рифтами, в них переважають деформації розтягування, потужність кори знижена, тепловий потік максимальний, і відбувається активний вулканізм. Якщо така межа утворюється на континенті, то формується континентальний рифт, який в подальшому може перетворитися в океанічний басейн з океанічним рифтом в центрі.
На океанічної корі рифти приурочені до центральних частин серединно-океанічних хребтів (СОХ). У них відбувається утворення нової океанічної кори. Загальна їх довжина складає більш ніж 60 тисяч кілометрів. До них приурочено безліч гідротермальних джерел, які виносять в океан значну частину глибинного тепла, і розчинених елементів. Високотемпературні джерела називаються чорними курцями, з ними пов'язані значні запаси кольорових металів.
Розкол континенту на частини починається з освіти рифту. Кора тоншає і розсувається, починається магматизм. Формується протяжна лінійна западина глибиною близько сотень метрів, яка обмежена серією скидів. Можливо два варіанти: або розширення рифту припиняється і він заповнюється осадовими породами, перетворюючись в авлакоген, або континенти продовжують розсуватися і між ними, вже в типово океанічних Рифт, починає формуватися океанічна кора.
Конвергентними називаються кордону на яких відбувається зіткнення плит. Можливо три варіанти:
Континентальна плита з океанічною. Океанічна кора щільніше, ніж континентальна і занурюється під континент в зоні субдукції; Океанічна плита з океанічною. У такому випадку одна з плит заповзає під іншу і також формується зона субдукції, над якою утворюється острівна дуга; Континентальна плита з континентальною. Відбувається колізія, виникає потужна складчаста область (Гімалаї).
У зонах субдукції поглинається океанічна кора, в них відбуваються виключно складні процеси, взаємодії кори і мантії. Так океанічна кора може затягувати в мантію блоки континентальної кори, які внаслідок низької щільності ексгумують назад в кору. Так виникають метаморфічні комплекси надвисоких тисків, один з найпопулярніших об'єктів сучасних геологічних досліджень.
Активні континентальні околиці
Активна континентальна окраїна (Рис. 1 «Додаток 1»). Активна континентальна окраїна виникає там, де під континент занурюється океанічна кора (західне узбережжя Південної Америки). Для неї характерні численні вулкани і потужний магматизм. Розплави мають три компоненти: океанічну кору, мантію над нею і низи континентальної кори. Можливі кілька сценаріїв рівноваги. Якщо плита рухається повільно і має відносно малу потужність, то континент зскрібає з неї осадовий чохол. Осадові породи мнуть в інтенсивні складки, метаморфизов і стають частиною континентальної кори. Утворює при цьому структура називається аккреційним клином. Якщо швидкість занурюється плити висока, а осадовий чохол тонкий, то океанічна кора стирає низ континенту і залучає його в мантію.
Острівна дуга (Рис. 2 «Додаток 1»). Острівні дуги - це ланцюжки вулканічних острів над зоною субдукції, що виникають там, де океанічна плита занурюється під океанічну (Алеутські, Курильські острови). Острівні дуги утворюються при зіткненні двох океанічних плит. При цьому одна з плит виявляється знизу і поглинається в мантію. На верхній же плиті утворюються вулкани острівної дуги. Вигнута сторона острівної дуги спрямована в бік поглинається плити. З цього боку знаходяться глибоководний жолоб і преддуговий прогин. За острівної дугою розташований задугових басейн (Охотське море, Південно-Китайське море і т.д.).
Зіткнення континентів (Рис. 3 «Додаток 1»). Зіткнення континентальних плит призводить до того, що зім'яло кори і утворення гірських ланцюгів (Альпійсько-Гімалайський гірський пояс). В результаті потужність кори значно збільшується. Це нестійка структура.
Там, де плити рухаються паралельним курсом, але з різною швидкістю, виникають Трансформаційний розломи - грандіозні зсувні порушення, широко поширені в океанах і рідкісні на континентах.
В океанах Трансформаційний розломи йдуть перпендикулярно серединно-океанічних хребтах (СОХ) і розбивають їх на сегменти шириною в середньому 400 км. Між сегментами хребта знаходиться активна частина Трансформаційний розлому. На цій ділянці постійно відбуваються землетруси і горотворення. В результаті, в зоні розлому нерідко оголюються мантійні породи.
Зрушення на континентах
Зсувні кордону плит на континентах зустрічаються відносно рідко (розлом Сан-Андреас). 800-мильний розлом Сан-Андреас один з найбільш сейсмоактивних районів планети.
Перші формулювання тектоніки плит стверджували, що вулканізм і сейсмічні явища зосереджені на межі плит, але незабаром стало ясно, що і всередині плит йдуть специфічні тектонічні і магматичні процеси, які також були інтерпретовані в рамках цієї теорії. Серед внутріплітнимі процесів особливе місце зайняли явища довготривалого базальтового магматизму в деяких районах, так звані гарячі точки.
На дні океанів розташовані численні вулканічні острови. Деякі з них розташовані в ланцюжках з послідовно змінюваних віком (Гавайський підводний хребет). Під Гавайськими островами знаходиться гаряча точка - місце, де до поверхні піднімається гарячий мантійний потік, який проплавляющей рухається над ним океанічну кору. Таких точок зараз на Землі встановлено безліч. Мантійних потік, який їх викликає, був названий плюмом. У деяких випадках передбачається виключно глибоке походження речовини плюмов, аж до кордону ядро - мантія.
Трапп і океанічні плато
Крім довгострокових гарячих точок, всередині плит іноді відбуваються грандіозні виливи розплавів, які на континентах формують Трапп, а в океанах океанічні плато. Особливість цього типу магматизму в тому, що він відбувається за короткий в геологічному сенсі час порядку декількох мільйонів років, але захоплює величезні площі (десятки тисяч км?) І виливається колосальний обсяг базальтів, який можна порівняти з їх кількістю, кристалізується в серединно-океанічних хребтах (сибірські Трапп на Східно-Сибірській платформі, Трапп плоскогір'я Декан) Причиною утворення траппов також вважаються гарячі мантійні потоки, але на відміну від гарячих точок вони діють короткочасно, і різниця між ними не зі сем ясна.
Гарячі точки і Трапп дали підстави для створення так званої плюмовой геотектоніки, яка стверджує, що значну роль в геодинамічних процесах відіграє не тільки регулярна конвекція, але і плюмами. Плюмовой тектоніка який суперечить тектоніку плит, а доповнює її.
За минулі десятиліття тектоніка плит значно змінила свої основні положення. Зараз їх можна сформулювати наступним чином:
· Верхня частина твердої Землі ділиться на тендітну літосферу і пластичну астеносферу. Конвекція в астеносфері - головна причина руху плит.
· Літосфера ділиться на 8 великих плит, десятки середніх плит і безліч дрібних. Сейсмічна, тектонічна і магматична активність зосереджена на кордонах плит.
· Літосферні плити в першому наближенні описуються як тверді тіла, і їх рух підкоряється теоремі обертання Ейлера.
· Існує три основних типи відносних переміщень плит розбіжність (дивергенція), виражене рифтингу (западением) і спредингом (розтягуванням); сходження (конвергенція) виражене субдукцией (зануренням вниз) і колізією (застрягання); зсувні переміщення по Трансформаційний розломів.
· Спрединг в океанах компенсується субдукцией і колізією по їх периферії, причому радіус і обсяг Землі постійні з точністю до термічного стиску планети. Сталість розмірів Землі безперервно спростовується, але спроби докази істотних змін розмірів планети недостатньо обгрунтовані.
· Переміщення літосферних плит викликано їх захопленням конвективними течіями в астеносфері.
· Існує два принципово різних види земної кори - кора континентальна (давніша) і кора океанічна (не старше 200 мільйонів років). Деякі плити літосфери складені виключно океанічної корою (найбільша тихоокеанська плита), інші складаються з блоку континентальної кори, впаянного в кору океанічну.
1. Зоненшайн Л. П. Проблеми глобальної тектоніки. // Природа - 1972, -№11.
2. Мейерхофф А. Мейерхофф Г. Нова глобальна тектоніка - основні протиріччя. - В кн. Нова глобальна тектоніка. - М. Мир, 1974.
3. Хаїн В.Є. Тектоніка літосферних плит - досягнення і невирішені проблеми. - Изв. АН СРСР, сер. геол. 1984, № 12
Малюнок 1 «Активна континентальна окраїна»
Малюнок 2 «Острівна дуга»
Малюнок 3 «Зіткнення континентів»
Розміщено на Allbest.ru