Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Тектоніка плит



План:


Введення

Тектоніка плит - сучасна геологічна теорія про рух літосфери. Вона стверджує, що земна кора складається з відносно цілісних блоків - плит, які знаходяться в постійному русі щодо один одного. При цьому в зонах розширення ( серединно-океанічних хребтах і континентальних Рифт) в результаті спредінга ( англ. seafloor spreading - Розтікання морського дна) утворюється нова океанічна кора, а стара поглинається в зонах субдукції. Теорія пояснює землетрусу, вулканічну діяльність і горотворення, велика частина яких приурочена до кордонів плит.

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 в твердій оболонці Землі ("Мобілізм") відбулося в 1960-х роках, коли в результаті досліджень рельєфу і геології океанічного дна були отримані дані свідчать про процеси розширення (спредінга) океанічної кори і підсовування одних частин кори під інших (субдукції). Об'єднання цих уявлень зі старою теорією дрейфу материків породило сучасну теорію тектоніки плит, яка незабаром стала загальноприйнятою концепцією в науках про Землю.

У теорії тектоніки плит ключове положення займає поняття геодинамічної обстановки - характерною геологічної структури з певним співвідношенням плит. В одній і тій же геодинамічної обстановці відбуваються однотипні тектонічні, магматичні, сейсмічні й геохімічні процеси.


1. Історія теорії

Детальніше з цієї теми див: Історія теорії тектоніки плит.

Основою теоретичної геології початку XX століття була контракційна гіпотеза. Земля охолоджується подібно випеченому 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 Джеймсом Даною, який додав до контракційної гіпотезі принцип ізостазії. Відповідно до цієї концепції Земля складається з гранітів ( континенти) і базальтів (океани). При стисненні Землі в океанах - западинах виникають тангенціальні сили, які тиснуть на континенти. Останні здіймаються в гірські хребти, а потім руйнуються. Матеріал, який виходить в результаті руйнування, відкладається в западинах.

Проти цієї схеми виступив німецький вчений- метеоролог Альфред Вегенер. 6 січня 1912 року він виступив на зборах Німецького геологічного товариства з доповіддю про дрейфі материків. Вихідною посилкою до створення теорії стало збіг обрисів західного узбережжя Африки і східного Південної Америки. Якщо ці континенти зрушити, то вони збігаються, як якщо б утворилися в результаті розколу одного праматерика.

Вегенер не задовольнився збігом обрисів узбереж (які неодноразово помічалося до нього), а став інтенсивно шукати докази теорії. Для цього він вивчив геологію узбережжя обох континентів і знайшов безліч схожих геологічних комплексів, які збігалися при поєднанні, так само, як і берегова лінія. Іншим напрямком докази теорії стали палеокліматичні реконструкції, палеонтологічні та біогеографічні аргументи. Багато тварин і рослини мають обмежені ареали, по обидва боки Атлантичного океану. Вони дуже схожі, але розділені багатокілометрових водним простором, і важко припустити, що вони перетнули океан.

Крім того, Вегенер став шукати геофізичні та геодезичні докази. Однак у той час рівень цих наук був явно не достатній, щоб зафіксувати сучасний рух континентів. В 1930 році Вегенер загинув під час експедиції в Гренландії, але перед смертю вже знав, що наукове співтовариство не прийняло його теорію.

Спочатку теорія дрейфу материків було прийнята науковим співтовариством прихильно, але в 1922 вона піддалася жорсткій критиці з боку відразу декількох відомих фахівців. Головним аргументом проти теорії стало питання про силі, яка рухає плити. Вегенер вважав, що континенти рухаються по базальтам океанічного дна, але для цього було потрібно величезне зусилля, і джерела цієї сили ніхто назвати не міг. Як джерело руху плит пропонувалися сила Коріоліса, приливні явища і деякі інші, проте найпростіші розрахунки показували, що всіх їх абсолютно недостатньо для переміщення величезних континентальних блоків.

Критики теорії Вегенера поставили на перше місце питання про силу, що рухає континенти, і проігнорували всі безліч фактів, 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. Правда, і 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 відзначити, що деякі вчені не визнали вердикт світових авторитетів і продовжили пошук доказів руху материків. Так дю Туа (Alexander du Toit) пояснював освіта гімалайських гір зіткненням Індостану і Євразійської плити.

Уповільнена боротьба фіксістов, як назвали прихильників відсутності значних горизонтальних переміщень, і мобілістов, які стверджували, що континенти 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.

На початок 1960-х років була складена карта рельєфу дна Світового океану, яка показала, що в центрі океанів розташовані серединно-океанічні хребти, що піднімаються на 1,5-2 км над абісальними рівнинами, покритими опадами. Ці дані дозволили Р. Діцу і Гаррі Хесс в 1962 - 1963 роках висунути гіпотезу спредінга. Відповідно до цієї гіпотези, в мантії відбувається конвекція зі швидкістю близько 1 см / рік. Висхідні гілки конвекційних осередків виносять під серединно-океанічними хребтами мантійних матеріал, який оновлює океанічне дно в осьовій частині хребта кожні 300-400 років. Континенти не пливуть по океанічної корі, а переміщаються по мантії, будучи пасивно "упаяні" в літосферні плити. Згідно з концепцією спредінга, океанічні басейни структури непостійні, нестійкі, континенти ж - стійкі.

Вік дна океанів (червоний колір відповідає молодий корі)

В 1963 році гіпотеза спредінга 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, чим витрачати час на захист концепції фіксізма, краще поглянути на планету з точки зору нової теорії і, нарешті, почати давати реальні пояснення складним земних процесів.

Зараз тектоніка плит підтверджена прямими вимірами швидкості плит методом інтерферометрії випромінювання від далеких квазарів і вимірами за допомогою супутникових навігаційних систем GPS. [1] Результати багаторічних досліджень повністю підтвердили основні положення теорії тектоніки плит.


2. Сучасний стан тектоніки плит

За минулі десятиліття тектоніка плит значно змінила свої основні положення. Нині їх можна сформулювати наступним чином:

  • Верхня частина твердої Землі ділиться на тендітну літосферу і пластичну астеносферу. Конвекція в астеносфері - головна причина руху плит.
  • Сучасна літосфера ділиться на 8 великих плит, десятки середніх плит і безліч дрібних. Дрібні плити розташовані в поясах між великими плитами. 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
  1. розбіжність (дивергенція), висловлено рифтингу і спредінга;
  2. сходження (конвергенція) виражене субдукцією і колізією;
  3. зсувні переміщення по Трансформаційний геологічним розламах.
  • Спредінга в океанах компенсується субдукцією і колізією по їх периферії, причому радіус і об'єм Землі постійні з точністю до термічного стиску планети (в будь-якому випадку середня температура надр Землі повільно, протягом мільярдів років, зменшується).
  • 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 літосферні плити складені виключно океанічної корою (приклад - найбільша тихоокеанська плита), інші складаються з блоку континентальної кори, упаяний в кору океанічну.

Більше 90% поверхні Землі в сучасну епоху покрито 8 найбільших літосферними плитами:

Серед плит середнього розміру можна виділити Аравійську плиту, а так само плити Кокос і плиту Хуан де Фука, залишки величезної плити Фаралон, що складають значну частину дна Тихого океану, але нині зниклу в зоні субдукції під Північною і Південною Америками.


3. Сила, що рухає плити

Зараз вже немає сумнівів, що горизонтальний 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 (за оцінками, температура ядра становить близько 5000 С) і температури на її поверхні. Нагріті в центральних зонах Землі породи розширюються (див. термічне розширення), 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 (наслідок спливання легких-гарячих мас і занурення важких-більш холодних мас) йде безперервно, в результаті чого виникають конвективні потоки. Ці потоки - течії замикаються самі на себе і утворюють стійкі конвективні осередки, узгоджуються з напрямками потоків з сусідніми осередками. При цьому у верхній частині клітинки протягом речовини відбувається майже в горизонтальній площині, і саме ця частина течії захоплює плити в горизонтальному ж напрямку з величезною силою за рахунок величезної в'язкості мантійних речовини. Якби мантія була зовсім рідкої - в'язкість пластичної мантії під корою була б малою (скажімо, як у води або близько того), то через шар такої речовини з малою в'язкістю не могли б проходити поперечні сейсмічні хвилі. А земна кора захоплювалася б потоком такої речовини з порівняно малою силою. Але, завдяки високому тиску, при відносно низьких температурах, що панують на поверхні Мохоровичича і нижче, в'язкість мантійних речовини тут дуже велика (так що в масштабі років речовина мантії Землі рідке (текуче), а в масштабі секунд - тверде).

Рушійною силою течії в'язкого мантійних речовини безпосередньо під корою є перепад висот вільної поверхні мантії між областю підйому і областю опускання конвекційного потоку. Цей перепад висот, можна сказати, величина відхилення від ізостазії, утворюється через різної щільності трохи більше гарячого (у висхідній частині) і трохи більше холодного речовини, оскільки вага більш і менш гарячого стовпів в рівновазі однаковий (при різній щільності!). Насправді ж, положення вільної поверхні не може бути виміряна, воно може бути тільки обчислено (висота поверхні Мохоровичича + висота стовпа мантійних речовини, по вазі еквівалентного шару легшою кори над поверхнею Мохоровичича). [2]

Ця ж рушійна сила (перепаду висот) визначає ступінь пружного горизонтального стиснення кори силою в'язкого тертя потоку про земну кору. Величина цього стиснення мала в області сходження мантійних 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 опускається потоком сила стиснення в корі так велика, що час від часу перевищується міцність кори (в області найменшої міцності і найбільшого напруги), відбувається непружна (пластична, тендітна) деформація кори - землетрус. При цьому з місця деформації кори видавлюються цілі гірські ланцюги, наприклад, Гімалаї (у кілька етапів). [2]

При пластичної (тендітної) деформації дуже швидко (в темпі зсуву кори при землетрусі) зменшується і напруга в ній - сила стиснення у вогнищі землетрусу і його околицях. Але відразу ж після закінчення непружної деформації триває перерване землетрусом дуже повільне наростання напруги (пружною деформації) за рахунок дуже повільного ж рухи в'язкого мантійних потоку, починаючи цикл підготовки наступного землетрусу.

Таким чином, рух плит - наслідок перенесення тепла з 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 деякому сенсі являє собою тепловий двигун.

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

Інша модель пояснює нагрів хімічної диференціацією Землі. Спочатку планета була сумішшю силікатного і металевого речовин. Але одночасно з утворенням планети почалася її диференціація на окремі оболонки. Більш щільна металева частина кинулася до центру планети, а силікати концентрувалися у верхніх оболонках. При цьому потенційна енергія системи зменшувалася і перетворювалася на теплову енергію.

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


3.1. Другорядні сили

Сила в'язкого тертя, що виникає внаслідок теплової конвекції, грає визначальну роль в рухах плит, але крім неї на плити діють і інші, менші за величиною, але також важливі сили. Це - сили Архімеда, забезпечують плавання легшою кори на поверхні більш важкої мантії. Приливні сили, обумовлені гравітаційним впливом Місяця і Сонця (відмінністю їх гравітаційного впливу на разноудаленние від них точки Землі). 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 товщиною 0,3 м (або граніту товщиною не менше 10 см). Причому ця зміна може відбуватися в зоні шириною в сотні кілометрів, тоді як зміна приливних сил відбувається більш плавно - на відстанях в тисячі кілометрів.


4. Дивергентні кордону або кордону розсування плит

Це межі між плитами, що рухаються в протилежні сторони. У рельєфі Землі ці кордону виражені Рифт, 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 надалі може перетворитися на океанічний басейн з океанічним рифтом в центрі. В океанічних Рифт в результаті спредінга формується нова океанічна кора.


4.1. Океанічні рифти

Схема будови серединно-океанічного хребта
Детальніше з цієї теми див: Серединно-океанічний хребет.

На океанічної корі рифти приурочені до центральних частинах серединно-океанічних хребтів. У них відбувається утворення нової океанічної кори. Загальна їх протяжність більше 60 тисяч кілометрів. До них приурочено безліч гідротермальних джерел, які виносять у океан значну частину глибинного тепла, і розчинених елементів. Високотемпературні джерела називаються чорними курцями, з ними пов'язані значні запаси кольорових металів.


4.2. Континентальні рифти

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


5. Конвергентні кордону

Детальніше з цієї теми див: Зона субдукції.

Конвергентними називаються кордону, на яких відбувається зіткнення плит. Можливо три варіанти:

  1. Континентальна плита з океанічної. Океанічна кора щільніше, ніж континентальна і занурюється під континент в зоні субдукції.
  2. Океанічна плита з океанічної. У такому випадку 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 рідкісних випадках відбувається насування океанічної кори на континентальну - обдукція. Завдяки цьому процесу виникли офіоліти Кіпру, Нової Каледонії, Оману та інші.

У зонах субдукції поглинається океанічна кора, і тим самим компенсується її поява в серединно-океанічних хребтах. У 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.

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


5.1. Активні континентальні околиці

Активна континентальна окраїна
Детальніше з цієї теми див: Активна континентальна окраїна.

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

Під активною континентальної окраїною відбувається активне механічне взаємодія океанічної і 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 зскрібає з неї осадовий чохол. Осадові породи мнуть в інтенсивні складки, метаморфізуются та стають частиною континентальній кори. Утворюється при цьому структура називається аккреційний клином. Якщо швидкість занурюється плити висока, а осадовий чохол тонкий, то океанічна кора стирає низ континенту і втягує його в мантію.


5.2. Острівні дуги

Острівна дуга
Детальніше з цієї теми див: Острівна дуга.

Острівні дуги - це ланцюжки вулканічних островів над зоною субдукції, що виникають там, де океанічна плита занурюється під континентальну. Як типових сучасних острівних дуг можна назвати Алеутські, Курильські, Маріанські острови, і багато інших архіпелаги. Японські острови також часто називають острівної дугою, але їх фундамент дуже древній і насправді вони утворені кількома різновіковими комплексами острівних дуг, так що Японські острови є мікроконтінентом.

Острівні дуги утворюються при зіткненні двох океанічних плит. При цьому одна із 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 (типові приклади: Охотське море, Південно-Китайське море і т.д.) в якому також може відбуватися спредінга.


5.3. Колізія континентів

Зіткнення континентів
Детальніше з цієї теми див: Колізія континентів.

Зіткнення континентальних плит призводить до зминання кори і утворення гірських ланцюгів. Прикладом колізії є Альпійсько-Гімалайський гірський пояс, що утворився в результаті закриття океану Тетіс і зіткнення з Євразійської плитою Індостану і Африки. У результаті потужність кори значно збільшується, під Гімалаями вона становить 70 км. Це нестійка структура, вона інтенсивно руйнується поверхневої і тектонічної ерозією. У корі з різко збільшеною потужністю йде виплавка гранітів з метаморфізованних осадових і магматичних порід. Так утворилися найбільші батоліти, напр., Ангаро-Вітімське і Зерендінскій.


6. Трансформаційний кордону

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

6.1. Трансформаційний розломи

Детальніше з цієї теми див: Трансформаційний розлом.

В океанах Трансформаційний розломи йдуть перпендикулярно серединно-океанічних хребтах (ЦОГ) 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, навколо розлому формуються численні оперяющіе структури - Недовго, складки і грабени. В результаті, в зоні розлому нерідко оголюються мантійні породи.

За обидві сторони від сегментів СОХ знаходяться неактивні частини Трансформаційний розломів. Активних рухів у них не відбувається, але вони чітко виражені в рельєфі дна океанів лінійними підняттями з центральною депресією.

Трансформаційний розломи формують закономірну сітку і, очевидно, виникають не випадково, а в силу об'єктивних фізичних причин. Сукупність даних чисельного моделювання, теплофізичних експериментів і геофізичних спостережень дозволила з'ясувати, що мантійна конвекція має тривимірну структуру. Крім основної течії від ЦОГ, в конвективної осередку за рахунок охолодження верхній частині потоку, виникають поздовжні течії. Це остигле речовина спрямовується вниз вздовж основного напрямку течії мантії. У зонах цього другорядного опускається потоку і знаходяться Трансформаційний розломи. Така модель добре узгоджується з даними про тепловому потоці: над Трансформаційний розломів спостерігається його зниження.


6.2. Зрушення на континентах

Детальніше з цієї теми див: Зрушення.

Зсувне кордону плит на континентах зустрічаються відносно рідко. Мабуть, єдиним нині активним прикладом кордону такого типу є розлом Сан-Андреас, що відокремлює Північно-Американську плиту від Тихоокеанської. 800-мильний розлом Сан-Андреас - один з найбільш сейсмоактивних районів планети: в рік плити зміщуються відносно один одного на 0,6 см, землетруси з магнітудою понад 6 одиниць відбуваються в середньому раз на 22 роки. Місто Сан-Франциско і велика частина району бухти Сан-Франциско побудовані в безпосередній близькості від цього розламу.


7. Внутріплітного процеси

Перші формулювання тектоніки плит стверджували, що вулканізм та 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 внутріплітного процесів особливе місце зайняли явища довготривалого базальтового магматизму в деяких районах, так звані гарячі точки.

7.1. Гарячі точки

На дні океанів розташовані численні вулканічні острови. Деякі з них розташовані в ланцюжках з послідовно змінюваних віком. 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 збільшується віком, деякі з яких, наприклад, атол Мідуей, виходять на поверхню. На відстані близько 3000 км від Гаваїв ланцюг трохи повертає на північ і називається вже Імператорським хребтом. Він переривається в глибоководному жолобі перед Алеутській острівної дугою.

Для пояснення цієї дивної структури було зроблено припущення, що під Гавайськими островами знаходиться гаряча точка - місце, де до поверхні піднімається гарячий мантійних потік, який проплавляются рухається над ним океанічну кору. Таких точок зараз на Землі встановлено безліч. Мантійних потік, який їх викликає, був названий плюмом. В деяких випадках передбачається виключно глибоке походження речовини плюмом, аж до кордону ядра - мантії.


7.2. Трапп і океанічні плато

Крім довготривалих 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 у геологічному сенсі час - близько декількох мільйонів років, але захоплює величезні площі (десятки тисяч км ); при цьому виливається колосальний обсяг базальтів, порівнянний з їх кількістю, кристалізуються в серединно-океанічних хребтах .

Відомі сибірські Трапп на Східно-Сибірської платформі, Трапп плоскогір'я Декан на Індостанському континенті та багато інших. Причиною утворення траппов також вважаються гарячі мантійні потоки, але на відміну від гарячих точок вони діють короткочасно, і різниця між ними не зовсім 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, а й плюм. Плюмовая тектоніка не суперечить тектоніці плит, а доповнює її.


8. Тектоніка плит як система наук

Карта тектонічних плит

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

З точки зору кінематичного підходу, рухи плит можна описати геометричними законами переміщення фігур на сфері. Земля розглядається як мозаїка плит різного розміру, що переміщаються відносно один одного і самі планети. Палеомагнітние дані дозволяють відновити становище магнітного полюса щодо кожної плити на різні моменти часу. Узагальнення даних за різними плитам призвело до реконструкції всієї послідовності відносних переміщень плит. Об'єднання цих даних з інформацією, отриманою з нерухомих гарячих точок, зробило можливим визначити абсолютні переміщення плит та історію руху магнітних полюсів Землі.

Теплофізичний підхід розглядає Землю як теплову машину, в якій теплова енергія частково перетворюється в механічну. У рамках цього підходу рух речовини у внутрішніх шарах Землі моделюється як потік в'язкої рідини, описуваний рівняннями Нав'є - Стокса. Мантійна конвекція супроводжується фазовими переходами і хімічними реакціями, які відіграють визначальну роль в структурі мантійних течій. Грунтуючись на даних геофізичного зондування, результати теплофізичних експериментів і аналітичних і 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, впливають на процеси, що йдуть на поверхні планети.

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

Історичний підхід. У сенсі історії планети Земля, тектоніка плит - це історія з'єднуються і розколюється континентів, народження та згасання вулканічних ланцюгів, появи і закриття океанів і морів. Нині для великих блоків кори історія переміщень встановлена ​​з великою детальністю і за значний проміжок часу, а для невеликих плит методичні труднощі багато великі. Найскладніші геодинамічні процеси відбуваються в зонах зіткнення плит, де утворюються гірські ланцюги, складені безліччю дрібних різнорідних блоків - террейнов. При вивченні Скелястих гір зародилося особливий напрямок геологічних досліджень - террейновий аналіз, який увібрав в себе комплекс методів, з виділення террейнов і реконструкції їх історії.


8.1. Тектоніка плит на інших планетах

В даний час немає підтверджень сучасної тектоніки плит на інших планетах Сонячної системи. Дослідження магнітного поля Марса, проведені в 1999 космічною станцією Mars Global Surveyor, вказують на можливість тектоніки плит на Марсі в минулому.

Деякі процеси крижаної тектоніки на Європі аналогічні процесам, що відбуваються на Землі.


8.2. Коли почалася тектоніка плит на Землі

Перші блоки континентальній кори кратон, виникли на Землі в архее, тоді ж почалися їх горизонтальні переміщення, але повний комплекс ознак механізму дії тектоніки плит сучасного типу зустрічається тільки в пізньому протерозое. До цього мантія, можливо, мала іншу структуру масопереносу, в якій велику роль грали не встановилися конвективні потоки, а турбулентна конвекція і плюм.

Минулого потік тепла з надр планети був більше, тому кора була тонше, тиск під набагато більш тонкою корою було теж набагато нижче. А при істотно більш низькому тиску і трохи більшій температурі в'язкість мантійних конвекційних потоків безпосередньо під корою була набагато нижче нинішньої. Тому в корі, що пливе на поверхні мантійних потоку, менш в'язкого, ніж сьогодні, виникали лише порівняно невеликі пружні деформації. І механічні напруги, що породжуються в корі менш в'язкими, ніж сьогодні, конвекційними потоками, були недостатні для перевищення межі міцності порід кори. Тому й не було такої тектонічної активності, як в даний час.


8.3. Минулі переміщення плит

Детальніше з цієї теми див: Давні материки.
Детальніше з цієї теми див: Історія переміщення плит.

Відновлення минулих переміщень плит - один з основних предметів геологічних досліджень. З різним ступенем детальності положення континентів і блоків, з яких вони сформувалися, реконструйовано аж до архею.

З аналізу переміщень континентів було зроблено емпіричне спостереження, що континенти кожні 400-600 млн років збираються у величезний материк, що містить в собі майже все континентальну кору - суперконтинент. Сучасні континенти утворилися 200-150 млн років тому, в результаті розколу суперконтиненту Пангеї. Зараз континенти знаходяться на етапі майже максимального завершення. Атлантичний океан розширюється, а Тихий океан закривається. Індостан рухається на північ і мне Євразійську плиту, але, мабуть, ресурс цього руху вже майже вичерпано, і незабаром часу в геологічному Індійському океані виникне нова зона субдукції, в якій океанічна кора Індійського океану буде поглинатися під Індійський континент.


8.4. Вплив переміщень плит на клімат

Розташування великих континентальних масивів в приполярних областях сприяє загальному зниженню температури планети, так як на континентах можуть утворюватися покривні заледеніння. Чим ширше розвинене заледеніння, тим більше альбедо планети і тим нижче середньорічна температура.

Крім того, взаємне розташування континентів визначає океанічну і атмосферну циркуляцію.

Однак проста і логічна схема: континенти в приполярних областях - заледеніння, континенти в екваторіальних областях - підвищення температури, виявляється невірною при зіставленні з геологічними даними про минуле Землі. Четвертинний заледеніння дійсно відбулося, коли в районі Південного полюса виявилася Антарктида, і в північній півкулі Євразія і Північна Америка наблизилися до Північного полюса. З іншого боку, сильне протерозойських заледеніння, під час якого Земля виявилася майже повністю вкрита льодом, відбулося тоді, коли більша частина континентальних масивів знаходилася в екваторіальній області.

Крім того, істотні зміни положення континентів відбуваються за час порядку десятків мільйонів років, в той час як, сумарна тривалість льодовикових епох складає порядку декількох мільйонів років, і під час однієї льодовикової епохи відбуваються циклічні зміни заледенінь і Інтергляціал періодів. Всі ці кліматичні зміни відбуваються швидко в порівнянні зі швидкостями переміщення континентів, і тому рух плит не може бути їх причиною.

З вищесказаного випливає, що переміщення плит не грають визначальної ролі в кліматичних змінах, але можуть бути важливим додатковим фактором, "підштовхуючим" їх.


8.5. Значення тектоніки плит

Тектоніка плит зіграла в науках про Землю роль, порівнянну з геліоцентричної концепцією в астрономії, або відкриттям ДНК в генетиці. До прийняття теорії тектоніки плит, науки про Землю носили описовий характер. 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 предсказательную силу.


Примітки


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Тектоніка
Тектоніка
Новітня тектоніка
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru