Тектоніка літосферних плит

Розглянувши загальну структуру Землі звернемося до найбільш важливих для мешканців Землі уявленням теорії тектоніки літосферних плит – великих, до багатьох мільйонів км2, брил земної літосфери, фундамент яких утворюють сильно зім’яті в складки магматичні, метаморфізує і гранітні породи, прикриті зверху 3-4 кілометровим «чохлом »осадових порід. Рельєф платформи складають великі рівнини і окремі гірські хребти. Ядром кожного материка є одна або декілька древніх платформ, облямованих гірськими хребтами.
Початок XX в. ознаменувався появою гіпотези, якій надалі було призначено зіграти ключову роль у науках про Землю. Ф. Тейлор (1910), а слідом за ним А. Вегенер (1912) висловили ідею про горизонтальні переміщеннях материків на великі відстані (дрейфі материків), але «У 30-ті роки XX ст. в тектоніці утвердилося течія, считавшее провідним типом рухів земної кори вертикальні рухи, в основі яких лежали процеси диференціації речовини мантії Землі. Воно отримало назву фіксизму, бо визнавало постійно фіксованим положення блоків кори щодо підстильної мантії »[Геологія … с. 43, 33-34]. Однак у 1960-х рр. після відкриття в океанах глобальної системи серединно-океанічних хребтів, оперізують всю земну кулю і місцями виходять на сушу, і ряду інших результатів відбувається повернення до ідей початку XX ст. про дрейф континентів, але вже в новій формі – тектоніки плит, яка залишається провідною теорією в науках про Землю. Вона витіснила пануюче в середині XX століття уявлення про провідну роль в зсувах і деформаціях земної кори вертикальних рухів і вивела на перше місце горизонтальні переміщення літосферних плит, що включали не тільки кору, але і верхи мантії [Хаин +2002].
«Основні положення тектоніки плит зводяться до наступного. Літосфера стелить менш в’язкою астеносферой. Літосфера розділена на обмежене число великих (7) і малих плит, межі яких проводяться по згущення осередків землетрусів. До великих плит належать: Тихоокеанська, Евразиатско, Північно-Американська, Південно-Американська, Африканська, Індо-Австралійська, Антарктична. Літосферні плити, які рухаються по астеносфері, володіють жорсткістю і монолітністю. При цьому «континент не прокладають собі шлях крізь океанічне дно під впливом якоїсь невидимої сили (що передбачалося в первісній версії« дрейфу материків »), а пасивно пливуть по Мантійна матеріалу, який піднімається вгору під гребенем хребта і потім поширюється від нього в обидві сторони ». У цій моделі океанічне дно «представляється гігантської конвеєрною стрічкою, що виходить на поверхню в рифтових зонах серединно-океанічних хребтів і потім переховуються в глибоководних жолобах»: розширення (спрединг) ложа океанів у зв’язку з розбіжністю плит уздовж осей серединних хребтів і народження нової океанської кори компенсується її поглинанням в зонах поддвига (субдукції) океанської кори в глибоководних жолобах, завдяки чому обсяг Землі залишається постійним. Цей процес супроводжується «численними дрібнофокусними землятресений (з епіцентрами на глибині декількох десятків кілометрів) в рифтових зонах і глибокофокусними землятресений в районі глибоководних жолобів (рис. 12.2, 12.3) [Єськов, с. 43, 44].

«Дані сейсмічної томографії свідчать про занурення глибоко в мантію похилих зон підвищених сейсмічних швидкостей – пластин-слебов океанської літосфери. Ці дані збігаються з давно встановленими по гіпоцентри землетрусів сейсмофокального поверхнями, що досягають покрівлі нижньої мантії. Вперше було виявлено, що в ряді випадків слеби опускаються і на великі глибини, проникаючи в нижню мантію. Поведінка занурюються слебов виявляється неоднозначним: одні з них, досягаючи нижньої мантії, не перетинають її, а відхиляються уздовж поверхні, приймаючи практично горизонтальне положення; інші – перетинають покрівлю нижньої мантії, але потім утворюють роздувши і не занурюються глибше; треті ж йдуть на великі глибини, в деяких районах досягаючи ядра … Важливий, результат новітніх сейсмотомографіческіх досліджень – відкриття відриву нижній частині погружающегося слябів. Це явище також не було повною несподіванкою. Сейсмологи констатували в окремих регіонах зникнення на деякій глибині осередків землетрусів, а потім їх виникнення знову ще глибше »[Хаїн 2002].
Причина переміщення літосферних плит – теплова конвекція в мантії Землі. Над висхідними гілками конвективних течій літосфера відчуває підйом і розтягнення, що приводить до раздвігом плит у виникаючих рифтових зонах. З віддаленням від серединно-океанічних Рифт літосфера ущільнюється, важчає, поверхня її опускається, що пояснює збільшення глибини океану, і в кінцевому рахунку занурюється в глибоководних жолобах. У континентальних рифтах загасання висхідних потоків розігрітій мантії веде до охолодження і занурення літосфери з утворенням басейнів, заповнюваних опадами. У зонах сходження і зіткнення плит кора і літосфера відчувають стиснення, потужність кори зростає і починаються інтенсивні висхідні рухи, що ведуть до горотворенню. Всі ці процеси, включаючи рух літосферних плит і слябів, мають безпосереднє відношення до механізмів формування корисних копалин.
Сучасні тектонічні рухи вивчаються геодезичними методами, які показують, що вони відбуваються безперервно і повсюдно. Швидкість вертикальних рухів становить від часток до перших десятків мм, горизонтальних на порядок вище – від часток до перших десятків см на рік (Скандинавський півострів за 25 тис. Років піднявся на 250 м, Санкт-Петербург за час свого існування піднявся на 1 м [Куликов, с. 174-175]). Тобто причиною землетрусів, вивержень вулканів, повільних вертикальних (гори висотою в тисячі метрів утворюються за мільйони років) і горизонтальних переміщень (за сотні мільйонів років це призводить до зсувів в тисячі кілометрів (рис. 12.4)) є повільні, але надзвичайно потужні переміщення речовини мантії.
«Положення теорії тектоніки плит пройшли експериментальну перевірку в ході розпочатого в 1968 р глибоководного буріння з американського науково-дослідного судна« Гломар Челленджер », що підтвердив освіту океанів в процесі спрединга, в результаті досліджень рифтових долин серединних хребтів, дна Червоного моря і Аденської затоки зі спускаються підводних апаратів, також встановили реальність спрединга і існування перетинають серединні хребти Трансформаційний розломів, і, нарешті, у вивченні сучасних рухів плит різними методами космічної геодезії.

З позицій тектоніки плит знаходять пояснення багато геологічних явища, але разом з тим з’ясувалася більша, ніж передбачалася вихідної теорією, складність процесів взаємних переміщень плит … Не отримало пояснення в тектоніці плит періодична зміна інтенсивності тектонічних рухів і деформацій, існування стійкої глобальної мережі глибоких розломів і деякі ін. Залишається відкритим питання про початок дії тектоніки плит в історії Землі, оскільки прямі ознаки плитно-тектонічних процесів … відомі лише з пізнього протерозою. Проте деякі дослідники визнають прояв тектоніки плит починаючи з архею або раннього протерозоя4. З ін. Планет Сонячної системи деякі ознаки тектоніки плит вбачаються на Венері »[Хаїн 2001].
«Тектоніка плит, спочатку зустрінута зі скепсисом, особливо в нашій країні, – пише академік В.Є. Хаин, отримала переконливе підтвердження в ході глибоководного буріння і спостережень з підводних апаратів, що спускаються в океанах, в безпосередніх вимірах переміщень літосферних плит методами космічної геодезії, в даних палеомагнетизму та інших матеріалах і перетворилася в першу дійсно наукову теорію в історії геології.
Разом з тим за минулі чверть століття, у міру накопичення нового і все більш різноманітного фактичного матеріалу, здобутого за допомогою нових інструментів і методів, ставало все більш очевидним, що тектоніка плит не може претендувати на значення всеосяжною, справді глобальної моделі розвитку Землі »(Геологія … с. 43). Тому «досить скоро після свого оформлення тектоніка плит стала перетворюватися в основу інших наук про тверду Землі» … Дуже велике взаємовплив … виявилося між геотектонікою і геофізикою з одного боку, і петрології (наука про гірських породах) і геохімією – з іншого. Синтез цих наук вже до початку 70-х років породив нову, комплексну науку – геодинаміку, вивчаючу всю сукупність глибинних, ендогенних (внутрішніх) процесів, що змінюють літосферу і визначають еволюцію її структури »[Хаїн 1997, 156-157], що вивчає фізичні процеси, які обумовлюють розвиток твердої Землі в цілому, і сили, їх викликають. «Дані сейсмічного« просвічування »Землі, що отримав назву« сейсмотомографии », показали, що активні процеси, що призводять в остаточному підсумку до змін структури земної кори і рельєфу, зароджуються значно глибше – в нижній мантії і навіть на її кордоні з ядром. Та й саме ядро, як зовсім недавно з’ясувалося, бере участь у цих процесах …
Поява сейсмічної томографії визначило перехід геодинаміки на наступний рівень, і в середині 80-х років вона породила глибинну геодинаміку, що стала наймолодшим і перспективним напрямком в науках про Землю. У вирішенні нових завдань на допомогу, крім сейсмотомографии, прийшли і деякі інші науки: експериментальна мінералогія, завдяки новій апаратурі має тепер змогу дослідити поведінку мінеральної речовини при тисках і температурах, що відповідають максимальним глибин мантії; ізотопна геохімія, що вивчає, зокрема, баланс ізотопів рідкісних елементів і благородних газів в різних оболонках Землі і що порівнює його з метеоритними даними; геомагнетизм, який намагається розкрити механізм і причини інверсій магнітного поля Землі; геодезія, уточнююча фігуру геоїда (а також, що не менш важливо, горизонтальні і вертикальні переміщення земної кори), і деякі інші гілки наших знань про Землю …
Вже перші результати сейсмотомографіческіх досліджень показали, що сучасна кінематика літосферних плит цілком адекватна лише до глибин 300- 400 км, а нижче картина переміщень мантійного речовини стає суттєво іншою …
(Проте) теорія тектоніки літосферних плит продовжує задовільно пояснювати розвиток земної кори континентів і океанів протягом принаймні останніх 3 млрд років, а супутникові вимірювання переміщення літосферних плит підтвердили наявність переміщень для сучасної епохи.
В даний час вимальовується наступна картина. У поперечному перерізі земної кулі існують три найбільш активних шари, кожен потужністю в кілька сотень кілометрів: астеносфера і шар D ” в підставі мантії. Мабуть, їм належить провідна роль у глобальній геодинаміці, перетворюється на нелінійну геодинаміку Землі як відкритої системи [Геологія …], тобто синергетичні ефекти типу ефекту Бенара (див. Частина 1, гл. 9), можуть мати місце в мантії і рідкому ядрі.
Для пояснення незрозумілого в рамках теорії тектоніки літосферних плит явища внутріплітного магматизму, і особливо освіти лінійних вулканічних ланцюгів, в яких вік будівель закономірно збільшується в міру віддалення від сучасних активних вулканів, була висунута в 1963 р Дж. Вілсоном і обгрунтована в 1972 р В. Морганом Гіпотеза висхідних мантійних струменів (рис. 12.1, 12.5), виступаючих на поверхню в «гарячих точках» 5 (розміщення «гарячих точок» на поверхні контролюється ослабленими, проникними зонами в корі і літосфері, класичний приклад сучасної «гарячої точки» – о. Ісландія.). «Ця плюм-тектоніка з кожним роком все більш популярна [Геологія …].
Вона стає … майже рівноправним партнером плейт-тектоніки (тектоніки літосферних плит). Доводиться, зокрема, що глобальна масштаб виносу глибинного тепла через «гарячі точки» перевершує тепловиділення в зонах спрединга серединно-океанських хребтів … Є серйозні підстави припускати, що коріння суперплюми досягають самих низів мантії … Головна проблема – співвідношення конвекції, керуючої кінематикою літосферних плит, з адвекцией (горизонтальним переміщенням), що викликає підйом плюмов.

Посилання на основну публікацію