Кордон розсуву літосферних плит. Тектоніка літосферних плит

тектонічний розлом літосферний геомагнітний

Починаючи з раннього протерозою швидкість руху літосферних плит послідовно знижувалася з 50 см/рік до її сучасного значення близько 5 см/рік.

Зниження середньої швидкості руху плит відбуватиметься і надалі, аж до того моменту, коли завдяки збільшенню потужності океанічних плит та їх тертю одне про одного воно взагалі не припиниться. Але станеться це, мабуть, лише через 1-1,5 мільярда років.

Для визначення швидкостей руху літосферних плит зазвичай використовують дані розташування смужчастих магнітних аномалій на океанському дні. Ці аномалії, як тепер встановлено, з'являються в рифтових зонах океанів завдяки намагнічування базальтів, що вилилися на них, тим магнітним полем, яке існувало на Землі в момент виливу базальтів.

Але, як відомо, геомагнітне поле іноді змінювало напрямок прямо протилежне. Це призводило до того, що базальти, що вилилися у різні періоди інверсій геомагнітного поля, виявлялися намагніченими у протилежні сторони.

Але завдяки розсування океанського дна в рифтових зонах серединно-океанічних хребтів більш давні базальти завжди виявляються відсунутими на великі відстані від цих зон, а разом з океанським дном відсувається від них і "вморожене" в базальти давнє магнітне поле Землі.

Мал.

Розсування океанічної кори разом із разнонамагниченными базальтами зазвичай розвивається суворо симетрично з обох боків від рифтового розлому. Тому і пов'язані з ними магнітні аномалії також розташовуються симетрично по обох схилах серединно-океанічних хребтів і навколишніх абісальних улоговин. Такі аномалії тепер можна використовувати для визначення віку океанського дна та швидкості його розсування у рифтових зонах. Однак для цього необхідно знати вік окремих інверсій магнітного поля Землі та зіставити ці інверсії з магнітними аномаліями, що спостерігаються на океанському дні.

Вік магнітних інверсій було визначено за детальними палеомагнітними дослідженнями добре датованих товщ базальтових покривів та осадових порід континентів та базальтів океанського дна. В результаті зіставлення отриманої таким шляхом геомагнітної тимчасової шкали з магнітними аномаліями на океанському дні вдалося визначити вік океанічної кори на більшій частині акваторій Світового океану. Всі океанічні плити, що сформувалися раніше пізньої юри, вже встигли зануритися в мантію під сучасними або стародавніми зонами підсуву плит, і, отже, не збереглося на океанському дні і магнітних аномалій, вік яких перевищував би 150 млн. років.

Наведені висновки теорії дозволяють кількісно розраховувати параметри руху на початку двох суміжних плит, а потім для третьої, взятої в парі з однією з попередніх. Таким шляхом поступово можна залучити до розрахунку головні з виділених літосферних плит та визначити взаємні переміщення всіх плит на поверхні Землі. За кордоном такі розрахунки були виконані Дж. Мінстером та його колегами, а в Росії – С.А. Ушаковим та Ю.І. Галушкиним. Виявилося, що з максимальною швидкістю океанське дно розсувається у південно-східній частині Тихого океану (біля Великодня). Тут щорічно нарощується до 18 см нової океанічної кори. За геологічними масштабами це дуже багато, тому що тільки за 1 млн років таким шляхом формується смуга молодого дна завширшки до 180 км, при цьому на кожному кілометрі рифтової зони за той же час виливається приблизно 360 км3 базальтових лав! За цими ж розрахунками Австралія віддаляється від Антарктиди зі швидкістю близько 7 см/рік, а Південна Америка від Африки – зі швидкістю близько 4 см/рік. Відсув Північної Америки від Європи відбувається повільніше - 2-2,3 см/рік. Ще повільніше розширюється Червоне море - на 1,5 см/рік (відповідно, тут менше виливається і базальтів - всього 30 км3 на кожен погонний кілометр Красноморського рифту за 1 млн років). Зате швидкість "зіткнення" Індії з Азією досягає 5 см/рік, чим пояснюються інтенсивні неотектонічні деформації, що розвиваються на наших очах, і зростання гірських систем Гіндукуша, Паміра і Гімалаїв. Ці деформації і створюють високий рівень сейсмічної активності всього регіону (тектонічне вплив зіткнення Індії з Азією позначається далеко за межами зони зіткнення плит, поширюючись аж до Байкалу і районів Байкало-Амурської магістралі). Деформації Великого та Малого Кавказу викликаються тиском Аравійської плити на цей район Євразії, проте швидкість зближення плит тут суттєво менша – всього 1,5-2 см/рік. Тому меншою тут виявляється і сейсмічна активність регіону.

Сучасними геодезичними методами, включаючи космічну геодезію, високоточні лазерні вимірювання та іншими способами встановлені швидкості руху літосферних плит і доведено, що океанічні плити рухаються швидше за тих, до структури яких входить континент, причому, чим товщі континентальна літосфера, тим швидкість руху плити нижча.

Це сучасна геологічна теорія про рух літосфери, згідно з якою земна кора складається з цілісних блоків - літосферних плит, які знаходяться в постійному русі відносно один одного. При цьому в зонах розширення (срединно-океанічних хребтах і континентальних рифтах) в результаті спредінгу (англ. seafloor spreading - розтікання морського дна) утворюється нова океанічна кора, а стара поглинається в зонах субдукції. Теорія тектоніки плит пояснює виникнення землетрусів, вулканічну діяльність та процеси гороутворення, здебільшого приурочені до меж плит.

Вперше ідея про рух блоків кори була висловлена ​​теоретично дрейфу континентів, запропонованої Альфредом Вегенером в 1920-х роках. Ця теорія спочатку відкинута. Відродження ідеї про рухи в твердій оболонці Землі («мобілізм») відбулося в 1960-х роках, коли в результаті досліджень рельєфу та геології океанічного дна були отримані дані, що свідчать про процеси розширення (спредингу) океанічної кори та підсування одних частин кори під інші ( субдукції). Об'єднання цих уявлень зі старою теорією дрейфу материків породило сучасну теорію тектоніки плит, яка стала загальноприйнятою концепцією в науках про Землю.

Теоретично тектоніки плит ключове становище займає поняття геодинамічної обстановки - характерної геологічної структури з певним співвідношенням плит. У тому ж геодинамічної обстановці відбуваються однотипні тектонічні, магматичні, сейсмічні і геохімічні процеси.

Сучасний стан тектоніки плит

За минулі десятиліття тектоніка плит суттєво змінила свої основні положення. Нині їх можна сформулювати так:

Верхня частина твердої Землі ділиться на тендітну літосферу та пластичну астеносферу. Конвекція в астеносфері – головна причина руху плит.

Сучасна літосфера ділиться на 8 великих плит, десятки середніх плит та безліч дрібних. Дрібні плити розташовані у поясах між великими плитами. Сейсмічна, тектонічна та магматична активність зосереджена на межах плит.

Літосферні плити у першому наближенні описуються як тверді тіла, та його рух підпорядковується теоремі обертання Эйлера.

Існує три основні типи відносних переміщень плит

1) розбіжність (дивергенція), виражена рифтингом та спредінгом;

2) сходження (конвергенція) виражене субдукцією та колізією;

3) зсувні переміщення трансформними геологічними розломами.

Спрединг в океанах компенсується субдукцією і колізією за їхньою периферією, причому радіус і обсяг Землі постійні з точністю до термічного стиснення планети (у будь-якому разі середня температура надр Землі повільно протягом мільярдів років зменшується).

Переміщення літосферних плит спричинене їх захопленням конвективними течіями в астеносфері.

Існує два принципово різних види земної кори - кора континентальна (старіша) і кора океанічна (не старше 200 мільйонів років). Деякі літосферні плити складені виключно океанічною корою (приклад - найбільша тихоокеанська плита), інші складаються з блоку континентальної кори, впаяного в океанську кору.

Понад 90% поверхні Землі в сучасну епоху покрито 8 найбільшими літосферними плитами:

1. Австралійська плита.

2. Антарктична плита.

3. Африканська плита.

4. Євразійська плита.

5. Індостанська плита.

6. Тихоокеанська плита.

7. Північноамериканська плита.

8. Південноамериканська плита.

Серед плит середнього розміру можна виділити Аравійську плиту, а також плити Кокос і плиту Хуан де Фука, залишки величезної плити Фаралон, що складала значну частину дна Тихого океану, але зникла в зоні субдукції під Північною та Південною Америками.

ЕВОЛЮЦІЯ ЗЕМЛІ

ЗЕМЛЯ У СОНЯЧНІЙ СИСТЕМІ

Земля належить до планет земної групи, отже вона, на відміну газових гігантів, як-от Юпітер, має тверду поверхню. Це найбільша з чотирьох планет земної групи в Сонячній системі як за розміром, так і за масою. Крім того, Земля має найбільшу щільність, найсильнішу поверхневу гравітацію та сильне магнітне поле серед цих чотирьох планет.

Форма Землі

Зіставлення розмірів планет земної групи (зліва направо): Меркурій, Венера, Земля, Марс.

Рух Землі

Земля рухається навколо Сонця еліптичною орбітою з відривом близько 150 млн. км із середньою швидкістю 29,765 км/сек. Швидкість руху Землі орбітою непостійна: у липні вона починає прискорюватися (після проходження афелія), а січні – знову починає сповільнюватися (після проходження перигелія). Сонце і вся Сонячна система обертається навколо центру галактики Чумацького Шляху майже круговою орбітою зі швидкістю близько 220 км/c. Захоплена рухом Сонця, Земля описує просторі гвинтову лінію.

Нині перигелій Землі припадає приблизно 3 січня, а афелій – приблизно 4 липня.

Для Землі радіус сфери Хілла (сфера впливу земної гравітації) дорівнює приблизно 1,5 млн км. Це максимальна відстань, на якій вплив гравітації Землі більший, ніж вплив гравітацій інших планет та Сонця.

Будова землі Внутрішня будова

Загальна структура планети Земля

Земля, як і інші планети земної групи, має шаруватий внутрішню будову. Вона складається з твердих силікатних оболонок (кори, вкрай в'язкої мантії) та металевого ядра. Зовнішня частина ядра рідка (значно менш в'язка, ніж мантія), а внутрішня тверда.

Внутрішня теплота планети, швидше за все, забезпечується радіоактивним розпадом ізотопів калію-40, урану-238 та торію-232. У всіх трьох елементів період напіврозпаду становить понад мільярд років. У центрі планети температура, можливо, піднімається до 7 000 К, а тиск може досягати 360 гПа (3,6 тис. атм.).

Земна кора – верхня частина твердої Землі.

Земна кора розділена різні за величиною літосферні плити, які рухаються щодо одне одного.

Мантія – це силікатна оболонка Землі, складена переважно породами, що складаються з силікатів магнію, заліза, кальцію та ін.

Мантія простягається від глибин 5 – 70 км нижче за кордон із земною корою, до кордону з ядром на глибині 2900 км.

Ядро складається із залізо-нікелевого сплаву з домішкою інших елементів.

Теорія тектонічних плит Тектонічні платформи

Відповідно до теорії тектонічних плит, зовнішня частина Землі складається з літосфери, що включає земну кору і затверділа верхню частину мантії. Під літосферою знаходиться астеносфера, що становить внутрішню частину мантії. Астеносфера поводиться як перегріта і надзвичайно в'язка рідина.

Літосфера розбита на тектонічні плити і плаває по астеносфері. Плити є жорсткими сегментами, які рухаються відносно один одного. Ці періоди міграції становлять багато мільйонів років. На розломах між тектонічними плитами можуть відбуватися землетруси, вулканічна активність, гороутворення, утворення океанських западин.

Серед тектонічних плит найбільшою швидкістю переміщення мають океанські плити. Так, тихоокеанська плита рухається зі швидкістю 52 – 69 мм на рік. Найнижча швидкість – у євразійської плити – 21 мм на рік.

Суперконтинент

Суперконтинент – у тектоніці плит континент, що містить майже всю континентальну кору Землі.

Вивчення історії переміщень континентів показало, що з періодичністю близько 600 млн років всі континентальні блоки збираються в єдиний блок, який потім розколюється.

Утворення чергового суперконтиненту через 50 мільйонів років пророкують американські вчені на підставі супутникових спостережень за переміщенням материків. Африка зіллється з Європою, Австралія і далі рухатиметься на північ і з'єднається з Азією, а Атлантичний океан після деякого розширення зникне зовсім.

Вулкани

Вулкани – геологічні утворення лежить на поверхні земної кори чи кори інший планети, де магма виходить поверхню, утворюючи лаву, вулканічні гази, каміння.

Слово "Вулкан" походить від імені давньоримського Бога вогню Вулкана.

Наука, що вивчає вулкани – вулканологія.

1. Вулканічна активність

Вулкани діляться залежно від ступеня вулканічної активності на діючі, сплячі та згаслі.

Серед вулканологів немає єдиної думки, як визначити активний вулкан. Період активності вулкана може тривати від кількох місяців до кількох мільйонів років. Багато вулканів виявляли вулканічну активність кілька десятків тисяч років тому, але нині не вважаються чинними.

Нерідко в кратерах вулканів є озера рідкої лави. Якщо магма в'язка, то вона може закупорювати жерло, подібно до «пробки». Це призводить до найсильніших вибухових вивержень, коли потік газів буквально вибиває пробку з жерла.

Характерною є геологічна структура з певним співвідношенням плит. У тому ж геодинамічної обстановці відбуваються однотипні тектонічні, магматичні, сейсмічні і геохімічні процеси.

Історія теорії

Основою теоретичної геології початку XX століття була контракційна гіпотеза. Земля остигає подібно до випеченого яблука, і на ній з'являються зморшки у вигляді гірських хребтів. Розвивала ці ідеї теорія геосинкліналей, створена виходячи з вивчення складчастих утворень. Ця теорія була сформульована Джеймсом Даною, який додав до контракційної гіпотези принцип ізостазії. Відповідно до цієї концепції Земля складається з гранітів (континенти) та базальтів (океани). При стиску Землі в океанах-впадинах виникають тангенціальні сили, які тиснуть на континенти. Останні здіймаються в гірські хребти, а потім руйнуються. Матеріал, що виходить внаслідок руйнування, відкладається у западинах.

Крім того, Вегенер почав шукати геофізичні та геодезичні докази. Проте на той час рівень цих наук був явно недостатній, щоб зафіксувати сучасний рух континентів. У 1930 році Вегенер загинув під час експедиції в Гренландії, але перед смертю вже знав, що наукова спільнота не прийняла його теорію.

Від самого початку теорія дрейфу материківбула прийнята науковою спільнотою прихильно, але в 1922 році вона зазнала жорсткої критики з боку відразу кількох відомих фахівців. Головним аргументом проти теорії стало питання про силу, яка рухає плити. Вегенер вважав, що континенти рухаються базальтами океанічного дна, але для цього вимагалося величезне зусилля, і джерела цієї сили ніхто назвати не міг. Як джерело руху плит пропонувалися сила Коріоліса, приливні явища та деякі інші, проте найпростіші розрахунки показували, що їх абсолютно недостатньо для переміщення величезних континентальних блоків.

Критики теорії Вегенера поставили на чільне місце питання про силу, що рухає континенти, і проігнорували все безліч фактів, що безумовно підтверджували теорію. По суті вони знайшли єдине питання, в якому нова концепція була безсила, і без конструктивної критики відкинули основні докази. Після смерті Альфреда Вегенера теорія дрейфу материків була відкинута, отримавши статус маргінальної науки, і переважна більшість досліджень продовжували проводитися в рамках теорії геосинкліналей. Щоправда, їй довелося шукати пояснення історії розселення тварин на континентах. Для цього були придумані сухопутні мости, що з'єднували континенти, але занурилися в морську безодню. Це було ще одне народження легенди про Атлантиду. Варто зазначити, деякі вчені не визнали вердикт світових авторитетів і продовжили пошук доказів руху материків. Так дю Туа ( Alexander du Toit) пояснював утворення гімалайських гір зіткненням Індостану та Євразійської плити.

Млява боротьба фіксістів, як назвали прихильників відсутності значних горизонтальних переміщень, і мобілістів, які стверджували, що континенти все-таки рухаються, з новою силою розгорілася в 1960-х роках, коли в результаті вивчення дна океанів було знайдено ключі до розуміння «машини» під назвою Земля.

На початку 1960-х років була складена карта рельєфу дна Світового океану, яка показала, що в центрі океанів розташовані серединно-океанічні хребти, які височіють на 1,5-2 км над абісальними рівнинами, вкритими опадами. Ці дані дозволили Р. Дітцу (англ.)російська.та Г. Хессу (англ.)російська.у -1963 роках висунути гіпотезу спредінгу. Згідно з цією гіпотезою, в мантії відбувається конвекція зі швидкістю близько 1 см/рік. Східні гілки конвекційних осередків виносять під серединно-океанічними хребтами мантійний матеріал, який оновлює океанічне дно в осьовій частині хребта кожні 300-400 років. Континенти не пливуть океанічною корою, а переміщаються мантією, будучи пасивно «впаяні» в літосферні плити. Відповідно до концепції спредингу, океанічні басейни – структури непостійні, нестійкі, континенти ж – стійкі.

Вік дна океанів (червоний колір відповідає молодій корі)

Ця ж рушійна сила (перепаду висот) визначає ступінь пружного горизонтального стиснення кори силою в'язкого тертя потоку про земну кору. Величина цього стиску мала в області сходження мантійного потоку і збільшується в міру наближення до місця опускання потоку (за рахунок передачі напруги стиснення через нерухому тверду кору у напрямку від місця підйому до місця спуску потоку). Над потоком, що опускається, сила стиснення в корі така велика, що іноді перевищується міцність кори (в області найменшої міцності і найбільшої напруги), відбувається непружна (пластична, тендітна) деформація кори - землетрус. При цьому з місця деформації кори видавлюються цілі гірські ланцюги, наприклад, Гімалаї (кілька етапів).

При пластичній (тендітній) деформації дуже швидко (у темпі зміщення кори при землетрусі) зменшується і напруга в ній - сила стиску в осередку землетрусу та його околицях. Але відразу після закінчення непружної деформації триває перерване землетрусом дуже повільне наростання напруги (пружної деформації) рахунок дуже повільного руху в'язкого мантійного потоку, починаючи цикл підготовки наступного землетрусу.

Таким чином, рух плит - наслідок перенесення тепла із центральних зон Землі дуже в'язкою магмою. При цьому частина теплової енергії перетворюється на механічну роботу з подолання сил тертя, а частина, пройшовши через земну кору, випромінюється в навколишній простір. Так що наша планета в певному сенсі є тепловим двигуном.

Щодо причини високої температури надр Землі існує кілька гіпотез. На початку XX століття була популярною гіпотеза радіоактивної природи цієї енергії. Здавалося, вона підтверджувалася оцінками складу верхньої кори, які показали дуже значні концентрації урану, калію та інших радіоактивних елементів, але згодом з'ясувалося, що вміст радіоактивних елементів у породах земної кори зовсім недостатньо для забезпечення спостережуваного потоку глибинного тепла. А вміст радіоактивних елементів у підкоровій речовині (за складом близьким до базальтів океанічного дна), можна сказати, мізерний. Однак це не виключає достатньо високого вмісту важких радіоактивних елементів, що генерують тепло, у центральних зонах планети.

Інша модель пояснює нагрівання хімічною диференціацією Землі. Спочатку планета була сумішшю силікатної та металевої речовин. Але водночас із заснуванням планети почалася її диференціація деякі оболонки. Більш щільна металева частина прямувала до центру планети, а силікати концентрувалися у верхніх оболонках. При цьому потенційна енергія системи зменшувалась і перетворювалася на теплову енергію.

Інші дослідники вважають, що розігрів планети стався в результаті акреції при ударах метеоритів об поверхню небесного тіла, що зароджується. Це пояснення сумнівно - при акреції тепло виділялося на поверхні, звідки воно легко йшло у космос, а чи не в центральні області Землі.

Другі сили

Сила в'язкого тертя, що виникає внаслідок теплової конвекції, відіграє визначальну роль у рухах плит, але, крім неї, на плити діють інші, менші за величиною, але також важливі сили. Це - сили Архімеда, які забезпечують плавання легшої кори лежить на поверхні більш важкої мантії. Приливні сили, зумовлені гравітаційним впливом Місяця і Сонця (відмінністю їх гравітаційного на різновіддалені від нього точки Землі). Зараз приливний «горб» на Землі, викликаний тяжінням Місяця, в середньому близько 36 см. Раніше Місяць був ближчим, і це мало великі масштаби, деформація мантії призводить до її нагрівання. Наприклад, вулканізм, що спостерігається на Іо (супутник Юпітера), викликаний саме цими силами - приплив на Іо близько 120 м. А також сили, що виникають внаслідок зміни атмосферного тиску на різні ділянки земної поверхні - сили атмосферного тиску досить часто змінюються на 3%, що еквівалентно суцільному шару води завтовшки 0,3 м (або граніту завтовшки не менше 10 см). Причому ця зміна може відбуватися в зоні шириною сотні кілометрів, тоді як зміна приливних сил відбувається більш плавно - на відстані в тисячі кілометрів.

Дивергентні межі чи межі розсування плит

Це межі між плитами, що рухаються у протилежні сторони. У рельєфі Землі ці межі виражені рифтами, у яких переважають деформації розтягування, потужність кори знижена, тепловий потік максимальний, і відбувається активний вулканізм. Якщо така межа утворюється на континенті, то формується континентальний рифт, який може перетворитися на океанічний басейн з океанічним рифтом у центрі. В океанічних рифтах у результаті спредингу формується нова океанічна кора.

Океанічні рифти

Схема будови серединно-океанічного хребта

На океанічній корі рифти присвячені центральним частинам серединно-океанічних хребтів. Вони відбувається утворення нової океанічної кори. Загальна їхня довжина понад 60 тисяч кілометрів. До них приурочено безліч, які виносять в океан значну частину глибинного тепла та розчинених елементів. Високотемпературні джерела називаються чорними курцями, з ними пов'язані значні запаси кольорових металів.

Континентальні рифти

Розкол континенту на частини починається з утворення рифту. Кора витончується і розсувається, починається магматизм. Формується протяжна лінійна западина глибиною близько сотень метрів, яка обмежена серією скидів. Після цього можливо два варіанти розвитку подій: або розширення рифту припиняється і він заповнюється осадовими породами, перетворюючись на авлакоген, або континенти продовжують розсуватися і між ними, вже в типово океанічних рифтах, починає формуватися океанічна кора.

Конвергентні кордони

Конвергентними називаються межі, у яких відбувається зіткнення плит. Можливо три варіанти (Convergent plate boundary):

1. Континентальна плита з океану. Океанічна кора щільніша, ніж континентальна, і занурюється під континент у зоні субдукції.
2. Океанічні плити з океанічної. У такому разі одна з плит заповзає під іншу і також формується зона субдукції, над якою утворюється острівна дуга.
3. Континентальна плита з континентальної. Відбувається колізія, виникає потужна складчаста область. Класичний приклад - Гімалаї.

У поодиноких випадках відбувається насув океанічної кори на континентальну обдукцію. Завдяки цьому процесу виникли офіоліти Кіпру, Нової Каледонії, Оману та інші.

У зонах субдукції поглинається океанічна кора, і цим компенсується її поява в срединно-океанических хребтах . Вони відбуваються виключно складні процеси взаємодії кори і мантії. Так океанічна кора може затягувати в мантію блоки континентальної кори, які через низьку щільність ексгумуються назад у кору. Так виникають метаморфічні комплекси надвисоких тисків, один із найпопулярніших об'єктів сучасних геологічних досліджень.

Більшість сучасних зон субдукції розташовані на периферії Тихого океану, утворюючи тихоокеанське вогняне кільце. Процеси, що йдуть у зоні конвергенції плит, по праву вважаються одними з найскладніших у геології. У ній поєднуються блоки різного походження, утворюючи нову континентальну кору.

Активні континентальні околиці

Активна континентальна околиця

Активна континентальна околиця виникає там, де під континент поринає океанічна кора. Еталоном цієї геодинамічної обстановки вважається західне узбережжя Південної Америки, її часто називають індійськимтипом континентальної околиці. Для активної континентальної околиці характерні численні вулкани і потужний магматизм. Розплави мають три компоненти: океанічну кору, мантію над нею та низи континентальної кори.

Під активною континентальною околицею відбувається активна механічна взаємодія океанічної та континентальної плит. Залежно від швидкості, віку та потужності океанічної кори можливі кілька сценаріїв рівноваги. Якщо плита рухається повільно і має відносно малу потужність, то континент зіскоблює з неї чохол. Осадові породи змінюються в інтенсивні складки, метаморфізуються та стають частиною континентальної кори. Структура, що утворюється при цьому, називається акреційним клином. Якщо швидкість плити, що занурюється, висока, а осадовий чохол тонкий, то океанічна кора стирає низ континенту і залучає його в мантію.

Острівні дуги

Острівна дуга

Острівні дуги – це ланцюжки вулканічних островів над зоною субдукції, що виникають там, де океанічна плита занурюється під іншу океанічну плиту. Як типові сучасні острівні дуги можна назвати Алеутські, Курильські, Маріанські острови, і багато інших архіпелаги. Японські острови також часто називають острівною дугою, але їхній фундамент дуже древній і насправді вони утворені кількома різночасними комплексами острівних дуг, так що Японські острови є мікроконтинентом.

Острівні дуги утворюються при зіткненні двох океанічних плит. При цьому одна з плит виявляється знизу та поглинається в мантію. На верхній плиті утворюються вулкани острівної дуги. Вигнута сторона острівної дуги спрямована в бік плити, що поглинається. З цього боку знаходяться глибоководний жолоб і передгинальний прогин.

За острівною дугою розташований задуковий басейн (типові приклади: Охотське море, Південно-Китайське море і т. д.), в якому також може відбуватися спредінг.

Колізія континентів

Зіткнення континентів

Зіткнення континентальних плит призводить до зминання кори та утворення гірських ланцюгів. Прикладом колізії є Альпійсько-Гімалайський гірський пояс, що утворився внаслідок закриття океану Тетіс і зіткнення з Євразійською плитою Індостану та Африки. Внаслідок цього потужність кори значно збільшується, під Гімалаями вона становить 70 км. Це нестійка структура, вона інтенсивно руйнується поверхневою та тектонічною ерозією. У корі з різко збільшеною потужністю йде виплавка гранітів із метаморфізованих осадових та магматичних порід. Так утворилися найбільші батоліти, напр., Ангаро-Вітімський і Зерендінський.

Трансформні кордони

Там, де плити рухаються паралельним курсом, але з різною швидкістю, виникають трансформні розломи - грандіозні порушення зрушень, широко поширені в океанах і рідкісні на континентах.

Трансформні розломи

В океанах трансформні розломи йдуть перпендикулярно серединно-океанічним хребтам (СОХ) і розбивають їх на сегменти завширшки в середньому 400 км. Між сегментами хребта є активна частина трансформного розлому. На цій ділянці постійно відбуваються землетруси і гороутворення, навколо розлому формуються численні структури, що операють, - надвиги, складки і грабени. У результаті зоні розлому нерідко оголюються мантійні породи.

По обидва боки від сегментів СОХ є неактивні частини трансформних розломів. Активних рухів у них немає, але вони чітко виражені в рельєфі дна океанів лінійними підняттями з центральною депресією.

Трансформні розломи формують закономірну сітку і, очевидно, виникають не випадково, а через об'єктивні фізичні причини. Сукупність даних чисельного моделювання, теплофізичних експериментів та геофізичних спостережень дозволила з'ясувати, що мантійна конвекція має тривимірну структуру. Крім основного течії від СОХ, у конвективному осередку рахунок охолодження верхню частину потоку виникають поздовжні течії. Ця остигла речовина спрямовується вниз уздовж основного напряму течії мантії. У зонах цього другорядного потоку, що опускається, і знаходяться трансформні розлами. Така модель добре узгоджується з даними про тепловий потік: над трансформними розломами спостерігається його зниження.

Зрушення на континентах

Зсувні межі плит на континентах трапляються відносно рідко. Мабуть, єдиним нині активним прикладом кордону такого типу є розлом Сан-Андреас, що відокремлює Північноамериканську плиту від Тихоокеанської. 800-мильний розлом Сан-Андреас - один із найсейсмоактивніших районів планети: на рік плити зміщуються відносно одна одної на 0,6 см, землетруси з магнітудою понад 6 одиниць відбуваються в середньому раз на 22 роки. Місто Сан-Франциско і більшість району бухти Сан-Франциско побудовані в безпосередній близькості від цього розлому.

Внутрішньоплитні процеси

Перші формулювання тектоніки плит стверджували, що вулканізм та сейсмічні явища зосереджені за межами плит, але незабаром стало зрозуміло, що і всередині плит йдуть специфічні тектонічні та магматичні процеси, які також були інтерпретовані в рамках цієї теорії. Серед внутрішньоплитних процесів особливе місце зайняли явища довготривалого базальтового магматизму деяких районах, звані гарячі точки.

Гарячі точки

На дні океанів розташовані численні вулканічні острови. Деякі з них розташовані в ланцюжках з віком, що послідовно змінюється. Класичним прикладом такої підводної гряди став Гавайський підводний хребет. Він піднімається над поверхнею океану у вигляді Гавайських островів, від яких на північний захід йде ланцюжок підводних гір з безперервно зростаючим віком, деякі з яких, наприклад, атол Мідвей, виходять на поверхню. На відстані близько 3000 км від Гаваїв ланцюг трохи повертає на північ і називається вже Імператорським хребтом. Він переривається у глибоководному жолобі перед Алеутською острівною дугою.

Для пояснення цієї дивовижної структури було зроблено припущення, що під Гавайськими островами знаходиться гаряча точка - місце, де до поверхні піднімається гарячий мантійний потік, який проплавляє океанічну кору, що рухається над ним. Таких точок на Землі встановлено безліч. Мантійний потік, що їх викликає, був названий плюмом. У деяких випадках передбачається виключно глибоке походження речовини плюмів, аж до межі ядра – мантії.

Гіпотеза гарячих точок викликає заперечення. Так, у своїй монографії Сорохтін і Ушаков вважають її несумісною з моделлю загальної конвекції в мантії, і також вказують, що магми, що виділяються, в гавайських вулканах саме ставляться до відносно холодним, і не свідчать про підвищену температуру в астеносфері під розломом. «У цьому відношенні плідною є гіпотеза Д. Таркота та Є. Оксбурга (1978), згідно з якою літосферні плити, переміщуючись поверхнею гарячої мантії, змушені пристосовуватися до змінної кривизни еліпсоїда обертання Землі. І хоча радіуси кривизни літосферних плит при цьому змінюються несуттєво (всього на частки відсотка), їх деформація викликає в тілі великих плит появу надмірної напруги розтягування або зсуву близько сотень бар.»

Трапи та океанічні плато

Окрім довготривалих гарячих точок, усередині плит іноді відбуваються грандіозні виливи розплавів, які на континентах формують трапи, а в океанах – океанічні плато. Особливість цього магматизму у цьому, що відбувається за короткий у геологічному сенсі час - близько кількох мільйонів років, але захоплює величезні площі (десятки тисяч км²); при цьому виливається колосальний обсяг базальтів, який можна порівняти з їх кількістю, що кристалізується в серединно-океанічних хребтах.

Відомі сибірські траппи на Східно-Сибірській платформі, траппи плоскогір'я Декан на Індостанському континенті та багато інших. Причиною утворення траппов також вважаються гарячі мантійні потоки, але, на відміну гарячих точок, вони короткочасно, і різниця з-поміж них зовсім ясна.

Гарячі точки та трапи дали підстави для створення так званої плюмовий геотектоніки, Що стверджує, що значну роль геодинамічних процесах грає як регулярна конвекція, а й плюми. Плюмова тектоніка не суперечить тектоніці плит, а доповнює її.

Тектоніка плит як система наук

Нині тектоніку вже не можна розглядати як чисто геологічну концепцію. Вона відіграє ключову роль у всіх науках про Землю, у ній виділилося кілька методичних підходів із різними базовими поняттями та принципами.

З точки зору кінематичного підходу, рух плит можна описати геометричними законами переміщення фігур на сфері . Земля сприймається як мозаїка плит різного розміру, що переміщаються щодо одне одного і самої планети. Палеомагнітні дані дозволяють відновити положення магнітного полюса щодо кожної плити різні моменти часу. Узагальнення даних із різних плит призвело до реконструкції всієї послідовності відносних переміщень плит. Об'єднання цих даних з інформацією, отриманою з нерухомих гарячих точок, уможливило визначити абсолютні переміщення плит та історію руху магнітних полюсів Землі.

Теплофізичний підхідрозглядає Землю як теплову машину, в якій теплова енергія частково перетворюється на механічну. У рамках цього підходу рух речовини у внутрішніх шарах Землі моделюється як потік в'язкої рідини, що описується рівняннями Навье-Стокса. Мантійна конвекція супроводжується фазовими переходами та хімічними реакціями, які відіграють визначальну роль у структурі мантійних течій. Ґрунтуючись на даних геофізичного зондування, результатах теплофізичних експериментів та аналітичних та чисельних розрахунках, вчені намагаються деталізувати структуру мантійної конвекції, знайти швидкості потоків та інші важливі характеристики глибинних процесів. Особливо важливі ці дані для розуміння будови найглибших частин Землі - нижньої мантії та ядра, які недоступні для безпосереднього вивчення, але, безсумнівно, мають величезний вплив на процеси, що йдуть на поверхні планети.

Геохімічний підхід. Для геохімії тектоніка плит важлива як механізм безперервного обміну речовиною та енергією між різними оболонками Землі. Для кожної геодинамічної ситуації характерні специфічні асоціації гірських порід. У свою чергу, за цими характерними рисами можна визначити геодинамічну обстановку, в якій утворилася порода.

Історичний підхід. У сенсі історії планети Земля, тектоніка плит - це історія континентів, що з'єднуються і розколюються, народження і згасання вулканічних ланцюгів, появи і закриття океанів і морів. Зараз для великих блоків кори історія переміщень встановлена ​​з великою детальністю і за значний проміжок часу, але для невеликих плит методичні труднощі значно більші. Найскладніші геодинамічні процеси відбуваються у зонах зіткнення плит, де утворюються гірські ланцюги, складені безліччю дрібних різнорідних блоків – террейнів. При вивченні Скелястих гір зародився особливий напрямок геологічних досліджень - террейновий аналіз, який увібрав у себе комплекс методів, з виділення террейнів та реконструкції їхньої історії.

. - основні літосферні плити. - - - Літосферні плити Росії.

Чим складено літосферу.

У цей час на протилежному від розлому кордоні відбувається зіткнення літосферних плит. Зіткнення це може протікати по-різному в залежності від видів плит, що стикаються.

• Якщо стикаються океанічна та материкова плити, то перша занурюється під другу. При цьому виникають глибоководні жолоби, острівні дуги (Японські острови) або гірські хребти (Анди).
• Якщо стикаються дві материкові літосферні плити, то на цьому місці краї плит змінюються на складки, що веде до утворення вулканів та гірських хребтів. Таким чином, на кордоні Євразійської та Індо-Австралійської плити виникли Гімалаї. Взагалі, якщо в центрі материка є гори, це означає, що колись це було місцем зіткнення двох літосферних плит, що спаялися в одну.

Таким чином, земна кора перебуває у постійному русі. У її незворотному розвитку рухливі області - геосинкліналі- перетворюються шляхом тривалих перетворень на відносно спокійні області - платформи.

Літосферні плити Росії.

Росія розташована на чотирьох літосферних плитах.

• Євроазіатська плита- Більшість західної та північної частини країни,
• Північноамериканська плита- північно-східна частина Росії,
• Амурська літосферна плита– південь Сибіру,
• Охотоморська плита– Охотське море та його узбережжя.

Рис 2. Карта літосферних плит Росії.

У будові літосферних плит виділяються відносно рівні стародавні платформи та рухомі складчасті пояси. На стабільних ділянках платформ розташовані рівнини, а області складчастих поясів знаходяться гірські хребти.

Рис 3. Тектонічну будову Росії.

Росія розташована на двох стародавніх платформах (Східноєвропейській та Сибірській). У межах платформ виділяються плитиі щити. Плита – це ділянка земної кори, складчаста основа якої покрита шаром осадових порід. Щити, на противагу плитам, мають дуже мало осадових відкладень і тільки тонкий шар ґрунту.

У Росії виділяють Балтійський щит на Східно-Європейській платформі та Алданський та Анабарський щити на Сибірській платформі.

Рис 4. Платформи, плити та щити біля Росії.