Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Геологический факультет

Кафедра региональной и морской геологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

Развитие концепции новой глобальной тектоники

Работу выполнил Н.Э. Диброва

Факультет геологический, группа 18

Специальность 130102.65 Технология геологической разведки

Научный руководитель

к.г.н., преп. кафедры

региональной и морской геологии Ю.О. Антипцева

Краснодар 2013

Реферат

Диброва Н.Э. Развитие концепции новой глобальной тектоники (курсовая работа). 30 л. текста, 8 рис.

Курсовая работа состоит из введения, трех разделов и заключения.

В работе рассмотрены возникновение и основные положения глобальной тектоники, а так же современные исследования в данной области.

Ключевые слова. Тектоника, тектоника плит, литосфера, астеносфера, литосферные плиты, рифт, срединно-океанический хребет, спрединг, субдукция, конвекция.

Содержание

• Введение
• 1.Возникновение концепции глобальной тектоники
• 1.1. Первые гипотезы
• 1.2. Гипотеза дрейфа материков
• 1.3. Плитно-тектоническая революция
• 2. Основные положения теории тектоники литосферных плит
• 3. Направление современных исследований
• 3.1. Горячие точки и мантийные струи
• 3.2. Предпосылки создания новой модели
• 3.3. Приоритетные направления в современных исследованиях
• 3.4. Новая модель развития Земли
• Заключение
• Список используемой литературы

Введение

Сверхзадачей теоретической геологии со времени ее возникновения (более 200 лет назад) всегда было создание теории, объясняющей происхождение и развитие Земли. Ровно 200 лет назад, в 1796 г., вышла в свет книга шотландца Дж. Хаттона "Теория Земли". Однако в действительности вплоть до середины двадцатого столетия не было реальных предпосылок для создания такой полноценной теории. Вместо нее появился ряд гипотез, не имевших достаточного фактического основания и противоречащих друг другу. Ситуация резко изменилась в лучшую сторону лишь в середине прошлого столетия что связано с развитием мобилистской гипотезы Вегенера и последующим возникновением теории спрединга которая легла в основу новой глобальной тектоники.

Целью написания курсовой работы является изучение концепции тектоники литосферных плит, анализ предшествующих фундаментальных гипотез развития земной коры, которые в свою очередь явились основой для возникновения тектоники литосферных плит.

Основные задачи работы:

· Рассмотреть возникновение концепции новой глобальной тектоники

· Определить основные положения и противоречия тектоники литосферных плит, косвенные доказательства тектоники литосферных плит.

· Описать направления современных исследований.

Структура курсовой работы состоит из введения, трех разделов, заключения и библиографического списка.

1. Возникновение концепции глобальной тектоники

1.1 Первые гипотезы

Появлению концепции тектоники литосферных плит предшествовал ряд гипотез, стремившихся объяснить причины движения земной коры, её структурных изменений и явлений магматизма: гипотезы поднятия, контракции, пульсационная, ротационная, глубинной дифференциации, расширения Земли, дрейфа материков. Каждая из этих гипотез, давая удовлетворительное объяснение отдельным геологическим явлениям, не могла дать непротиворечивое объяснение всему многообразию процессов, происходящих в земной коре - складчатости, горообразования, магматизма. Контракционная гипотеза объсняла процесс складкообразования, но не раскрывала причины магматизма и поднятий, не связанных со складчатостью. Пульсационная гипотеза, заключавшаяся в предположении существования в геологической истории Земли эпох сжатия и расширения, объясняла механизм заложения геосинклиналей, образования грабенов и магматизма, но оставляла нераскрытой причину одновременного формирования структур растяжения и сжатия, а также причину пульсаций. «Мобилистская» гипотеза дрейфа материков А.Вегенера не давала объяснений механизма этого дрейфа. Между тем, в начале века такой механизм был предложен австрийским геологом О.Ампферером и немецким геофизиком Р Швиннером, которые назвали его «подкоровыми течениями». Голландский геофизик Ф.Вейнинг-Мейнес связал эти течения с конвекцией в мантии. Дальнейшее развитие эта гипотеза получила на рубеже 20-х - 30-х гг. в работах британского учёного А.Холмса и американского ученого Д.Григгса. Однако в те годы убедительных доказательств этих взглядов не существовало - единственным их подтверждением могла служить только схожесть береговой линии материков и сходные по составу комплексы пород, слагающих её по разные стороны океанов [6].

Большинством геологов и геофизиков в 30-х ?50-х гг. была принята гипотеза глубинной диффернциации, «фиксистская» по существу - то есть отрицавшая существенные горизонтальные перемещения земной коры. Согласно данной гипотезе подъёмы и соответствующие им опускания земной коры связаны с глубинной дифференциацией мантийного вещества и подъемом к поверхности лёгких продуктов дифференциации - астенолитов [6]. тектоника материк литосферный

1.2 Гипотеза дрейфа материков

Гипотеза дрейфа материков («мобилистская гипотеза») - существовавшая продолжительное время гипотеза перемещения материков на протяжении геологической истории Земли. Основоположником мобилистской гипотезы считается аббат Ф. Пласе, в 1658 году высказавший мысль, что Старый и Новый Свет некогда представляли собой один материк, расколовшийся после всемирного потопа. В 1858 году итальянский учёный Антонио Синдер-Пеллигрини обосновал раскол Африки и Южной Америки по сходству береговых линий, а также по сходству месторождений угля и растительного мира. В дальнейшем мобилистская гипотеза разрабатывалась Ф. Тейлором, опубликовавшим результаты своих исследований в 1908 году. В наиболее полном виде мобилистская гипотеза была сформулирована немецким геофизиком А.Вегенером. Как и Синдер-Пеллигрини, А.Вегенер основывался на данных комплексных исследований по географии, геологии и биологии, проведившихся им в разных частях Земли; выводы Вегенера были более широкими. Результатом исследований Вегенера стала публикация им двух работ: «Происхождение континентов» (1912) и «Возникновение материков и океанов» (1915) [6].

А. Вегенер впервые сформулировал концепцию «Пангеи» (рис. 1) - единого доисторического континента, в результате раскалывания и перемещения обломков которого образовались современные континенты. В гипотезе Вегенера материки, сложенные гранитами, дрейфовали по более плотным базальтовым слоям земной мантии. Вегенер относительно точно определил время начала распада Пангеи - в интервале 250-200 млн лет назад [6].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Пангея (по А. Вегенеру)

1.3 Плитно-тектоническая революция

В середине ХХ в началось стремительное накопление новых материалов и впервые были получены достоверные данные о строении ложа океанов и процессах, здесь протекающих. Было сделано несколько открытий в морфологии Земли, но крупнейшими были два: мировая система срединно-океанических хребтов (СОХ), в осевой части которых проходит рифтовая система, и поперечные по отношению к ним огромные разломные структуры, испещряющие океанское дно. Первое связано с именами Б. Хизена и М. Юинга, а второе - с именем Г. Менарда. Было подтверждено коренное отличие океанской коры от континентальной и обнаружено, что океанская кора характеризуется линейными магнитными аномалиями, параллельными осям срединных хребтов и расположенными симметрично по отношению к ним. Открытие того факта, что древние породы нередко сохраняют ориентировку магнитного поля, существовавшего в момент их образования (застывания для магматических, осаждения для осадочных пород), привело к разработке нового научного направления - палеомагнетизма. А данные, полученные этим методом подтвердили выводы А. Вегенера о былом соединении материков в единый суперконтинент и его последующем распаде с образованием молодых океанов [4].

В результате уже в 70х годах было сформулировано представление о новообразовании океанов в процессе их расширения - спрединга (Р. Дитц и Г. Хесс 1961-1962 гг.), начиная от осей срединных хребтов, и заполнения базальтовой магмой, изливающейся в рифтовых щелях. Вскоре, в 1967 г. началось глубоководное бурение (буровым судном «Гломар Челленджер»), сразу же подтвердившее идею спрединга; исходя из этой идеи и установленного явления периодического обращения (инверсии) магнитного поля Земли (изучение наслоений базальтовых лав в начале ХХ века), получило объяснение и образование линейных магнитных аномалий (Ф. Вайн и М. Мэтьюз), столь характерных для океанов. А в 1967-1968 годах представление о спрединге, рождающем новую океанскую кору, было дополнено представлением о ее субдукции - поглощении в глубоководных желобах, окаймляющих вулканические островные дуги. Поглощение это происходит вдоль наклонных сейсмоактивных зон, уходящих глубоко в мантию Земли. Уточнение распределения эпицентров землетрясений на поверхности планеты показало, что земная кора и вся литосфера разделены на сравнительно небольшое число крупных и среднего размера относительно жестких и монолитных плит, в швах между которыми сосредоточена почти вся тектоническая, сейсмическая и вулканическая активность планеты.

В итоге родилась новая мобилистская концепция, получившая название тектоники плит, быстро завоевавшая популярность и подтверждение, принесшее ей впервые в истории геологии статус научной теории [4].

2. Основные положения теории тектоники литосферных плит

Тектоника плит (plate tectonics) - современная геологическая теория о движении литосферы. Согласно данной теории, в основе глобальных тектонических процессов лежит горизонтальное перемещение относительно целостных блоков литосферы - литосферных плит. Таким образом, тектоника плит рассматривает движения и взаимодействия литосферных плит.

Основные положения тектоники плит сформулированы в 1967-68 группой американских геофизиков - У. Дж. Морганом, К. Ле Пишоном, Дж. Оливером, Дж. Айзексом, Л. Сайксом в развитие более ранних (1961-62) идей американских учёных Г. Хесса и Р. Дигца о расширении (спрединге) ложа океанов.Основные положения тектоники плит можно свети к нескольким основополагающим [7].

1. Верхняя каменная часть планеты разделена на две оболочки, существенно различающиеся по реологическим свойствам: жесткую и хрупкую литосферу и подстилающую её пластичную и подвижную астеносферу. Подошва литосферы является изотермой приблизительно равной 1300°С, что соответствует температуре плавления мантийного материала при литостатическом давлении, существующем на глубинах первые сотни километров. Породы, лежащие в Земле над этой изотермой, достаточно холодны и ведут себя как жесткий материал, в то время как нижележащие породы того же состава достаточно нагреты и относительно легко деформируются.

2. Литосфера разделена на плиты, постоянно движущиеся по поверхности пластичной астеносферы. Литосфера делится на 8 крупных плит, десятки средних плит и множество мелких. Между крупными и средними плитами располагаются пояса, сложенные мозаикой мелких корковых плит.

Границы плит являются областями сейсмической, тектонической и магматической активности; внутренние области плит слабо сейсмичны и характеризуются слабой проявленностью эндогенных процессов. Более 90 % поверхности Земли приходится на 8 крупных литосферных плит. Австралийская плита, Антарктическая плита, Африканская плита, Евразийская плита, Индостанская плита, Тихоокеанская плита, Северо-Американская плита, Южно-Американская плита.

Средние плиты: Аравийская (субконтинент), Карибская, Филиппинская, Наска и Кокос и Хуан де Фука и др. Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (например, Тихоокеанская плита), другие включают фрагменты и океанической и континентальной коры [7].

3. Различают три типа относительных перемещений плит: расхождение (дивергенция), схождение (конвергенция) и сдвиговые перемещения. Соответственно, выделяются и три типа основных границ плит.

Дивергентные границы - границы, вдоль которых происходит раздвижение плит.

Геодинамическую обстановку, при которой происходит процесс горизонтального растяжения земной коры, сопровождающийся возникновением протяженных линейно вытянутых щелевых или ровообразных впадин называют рифтогенезом. Эти границы приурочены к континентальным рифтам и СОХ-ам в океанических бассейнах. Термин «рифт» (от англ. rift - разрыв, трещина, щель) применяется к крупным линейным структурам глубинного происхождения, образованным в ходе растяжения земной коры. В плане строения они представляют собой грабенообразные структуры. Закладываться рифты могут и на континентальной (рис. 2), и на океанической коре, образуя единую глобальную систему, ориентированную относительно оси геоида. При этом эволюция континентальных рифтов может привести к разрыву сплошности континентальной коры и превращению этого рифта в рифт океанический (если расширение рифта прекращается до стадии разрыва континентальной коры, он заполняется осадками, превращаясь в авлакоген) [2].

Процесс раздвижения плит в зонах океанских рифтов (СОХ-ов) сопровождается образованием новой океанической коры за счёт магматических базальтовых расплав поступающих из астеносферы. Такой процесс образования новой океанической коры за счёт поступления мантийного вещества называется спрединг (от англ. spread - расстилать, развёртывать) (рис. 3).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

В ходе спрединга каждый импульс растяжения сопровождается поступлением новой порции мантийных расплавов, которые, застывая, наращивают края расходящихся от оси срединно-океанического хребта плит. Именно в этих зонах происходит формирование молодой океанической коры [2].

Конвергентные границы - границы, вдоль которых происходит столкновение плит. Главных вариантов взаимодействия при столкновении может быть три: «океаническая - океаническая», «океаническая - континентальная» и «континентальная - континентальная» литосфера. В зависимости от характера сталкивающихся плит, может протекать несколько различных процессов.

Субдукция - процесс поддвига океанской плиты под континентальную или другую океаническую. Зоны субдукции приурочены к осевым частям глубоководных желобов, сопряжённых с островными дугами (являющихся элементами активных окраин). На субдукционные границы приходится около 80% протяжённости всех конвергентных границ. При столкновении континентальной и океанической плит естественным явлением является поддвиг океанической (более тяжёлой) под край континентальной; при столкновении двух океанических погружается более древняя (то есть более остывшая и плотная) из них [7].

Зоны субдукции (рис. 4) имеют характерное строение: их типичными элементами служат глубоководный желоб - вулканическая островная дуга - задуговый бассейн. Глубоководный желоб образуется в зоне изгиба и поддвига субдуцирующей плиты. По мере погружения эта плита начинает терять воду (находящуюся в изобилии в составе осадков и минералов), последняя, как известно, значительно снижает температуру плавления пород, что приводит к образованию очагов плавления, питающих вулканы островных дуг. В тылу вулканической дуги обычно происходит некоторое растяжение, определяющее образование задугового бассейна. В зоне задугового бассейна растяжение может быть столь значительным, что приводит к разрыву коры плиты и раскрытию бассейна с океанической корой (так называемый процесс задугового спрединга) [7].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Зона субдукции (по Ю.В. Попову).

Значительно более редким процессом взаимодействия континентальной и океанской плит служит процесс обдукции - надвигания части океанической литосферы на край континентальной плиты. Следует подчеркнуть, что в ходе этого процесса происходит расслоение океанской плиты, и надвигается лишь её верхняя часть - кора и несколько километров верхней мантии.

При столкновении континентальных плит, кора которых более лёгкая, чем вещество мантии, и вследствие этого не способна в неё погрузиться, протекает процесс коллизии. В ходе коллизии края сталкивающихся континентальных плит дробятся, сминаются, формируются системы крупных надвигов, что приводит к росту горных сооружений со сложным складчато-надвиговым строением. Классическим примером такого процесса служит столкновение Индостанской плиты с Евразийской, сопровождающееся ростом грандиозных горных систем Гималаев и Тибета. Процесс коллизии сменяет процесс субдукции, завершая закрытие океанического бассейна. При этом в начале коллизионного процесса, когда края континентов уже сблизились, коллизия сочетается с процессом субдукции (продолжается погружение под край континента остатков океанической коры).

Для коллизионных процессов типичны масштабный региональный метаморфизм и интрузивный гранитоидный магматизм. Эти процессы приводят к созданию новой континентальной коры (с её типичным гранито-гнейсовым слоем) [7].

Трансформные границы - зоны, вдоль которых происходят сдвиговые смещения плит, поперечные к осям срединных хребтов.

Сегментация рифтовых зон океана многочисленными поперечными разломами - их характерная особенность; механические свойства океанской литосферы, по-видимому, благоприятствуют хрупкой деформации. Поперечные нарушения между сегментами принадлежат категории трансформных разломов (Дж.Т. Вилсон, 1965) - особого кинематического типа разрывов со сдвиговым смещением, которые переносят, трансформируют горизонтальное движение литосферы от одной активной границы (дивергентной или конвергентной) к другой. Трансформные разломы рифтовых зон соответствуют типу «хребет - хребет», т.е. снимают горизонтальные напряжения между двумя отрезками рифтовой зоны. На некоторых отрезках Срединно-Атлантического хребта они следуют через каждые 100-50 км и даже чаще [5].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Причины накопления напряжений между сегментами срединно-океанского хребта связаны с неравномерностью спрединга. Вдоль хребта меняется его скорость, симметричный спрединг может соседствовать с асимметричным (рис. 5, в). Считают вероятным и изначально кулисообразное размещение осей спрединга, тогда образование разрыва связывает их (рис. 5, а, б). В целом, как отмечалось выше, развитие рифтогенеза на разделенных трансформными разломами сегментах протекает в значительной степени обособленно. Соседние сегменты могут одновременно находиться в разных фазах этого процесса, и магматический спрединг может соседствовать со сбросовыми деформациями растяжения.

Во всех случаях трансформные разломы вторичны по отношению к рифтогенному раздвигу и это определяет свойственное им направление горизонтальных перемещений. По обе стороны от рифтовой зоны трансформный разлом обычно утрачивает активность - сразу или постепенно в зависимости от кинематического баланса [5].

4. Объём поглощённой в зонах субдукции океанской коры равен объёму коры, возникающей в зонах спрединга. Это положении подчёркивает мнение о постоянстве объёма Земли. Но такое мнение не является единственным и окончательно доказанным. Не исключено, что объём планы меняется пульсационно, или происходит его уменьшение за счёт охлаждения [7].

5. Основной причиной движения плит служит мантийная конвекция, обусловленная мантийными теплогравитационными течениями. Источником энергии для этих течений служит разность температуры центральных областей Земли и температуры близповерхностных её частей.

Нагретые в центральных зонах Земли породы расширяются, плотность их уменьшается, и они всплывают, уступая место опускающимся более холодными и потому более тяжёлым массам, уже отдавшим часть тепла в близповерхностных зонах. Этот процесс переноса тепла идёт непрерывно, в результате чего возникают упорядоченные замкнутые конвективные ячейки. При этом в верхней части ячейки течение вещества происходит почти в горизонтальной плоскости, и именно эта часть течения определяет горизонтальное перемещение вещества астеносферы и расположенных на ней плит. В целом, восходящие ветви конвективных ячей располагаются под зонами дивергентных границ (СОХ и континентальными рифтами), нисходящие - под зонами конвергентных границ.

Таким образом, механизмы, приводящие в движение литосферные плиты, могут быть условно отнесены к следующим двум группам: 1) связанные с силами мантийного “волочения” (mantle drag mechanism), приложенными к любым точкам подошвы плит, 2) связанные с силами, приложенными к краям плит (edge-force mechanism). Роль того или иного движущего механизма, а также тех или иных сил оценивается индивидуально для каждой литосферной плиты [7].

6. При своих перемещениях плиты подчиняются законам сферической геометрии, а точнеетеореме Эйлера, согласно которой любое перемещение двух сопряженных точек по сфере совершается вдоль окружности, проведенной относительно оси, проходящей через центр Земли. Выход этой воображаемой оси на земную поверхность называется полюсом вращения или раскрытия. Поскольку на поверхности Земли трансформные разломы простираются вдоль тех же дуг окружностей, в центре которых находится полюс вращения, эта воображаемая точка может быть найдена как точка пересечения перпендикуляров, проведенных относительно трансформных разломов. На основании этого положения может быть реконструировано положение континентов в прошлые геологические эпохи. Анализ перемещений континентов привёл к выводу, что каждые 400-600 млн. лет они объединяются в единый суперконтинент, подвергающийся в дальнейшем распаду. В результате раскола такого суперконтинента Пангеи, произошедшего 200-150 млн. лет назад, и образовались современные континенты [5].

3. Направление современных исследований

Следующее двадцатилетие после появления тектоники плит - 70-80-е годы явились временем ее более широкого применения в глобальном и региональном масштабе. Вся картина развития земной коры и земной поверхности подверглась коренному пересмотру с мобилистских позиций. При этом, естественно, выявилось, что в действительности все процессы, описываемые тектоникой плит, протекают в более сложной форме, чем ею первоначально постулировалось. Но эти поправки все же не затрагивали главной идеи, заложенной в основу данной концепции. Исключение составила необходимость объяснения магматизма, проявляющегося внутри плит, которые рассматривались как внутренне монолитные [4].

3.1 Горячие точки и мантийные струи

Для объяснения внутриплитного магматизма середине 60-х годов была предложена дополнительная гипотеза горячих точек - мантийных струй. Суть этой гипотезы состоит в том, что внутриплитный магматизм обусловлен подъемом из глубин мантии разогретых струй ("плюмов"), как бы прожигающих, прошивающих литосферу и выраженных на поверхности горячими точками - вулканами. Эти струи, таким образом, не участвуют в конвективном круговороте вещества мантии. Многие полагают, что они поднимаются с огромных глубин - с границы мантии и ядра или нижней и верхней мантий. Исходным примером для данной гипотезы явился Гавайский вулканический архипелаг в Тихом океане и продолжающий его под некоторым углом к северу подводный Императорский хребет, подходящий к берегам Камчатки. Возраст вулканических построек вдоль этой цепи закономерно возрастает к северо-западу и северо-северо-западу от современного до позднемелового, а ее простирание отвечает направлению движения Тихоокеанской литосферной плиты. Такая картина могла возникнуть при перемещении этой плиты над неподвижной мантийной струей. Позже были обнаружены и другие примеры, но оставался открытым вопрос о том, как взаимодействуют в мантии эти две системы - конвективная, ответственная за горизонтальное перемещение плит, и адвективная, ответственная за внутриплитный магматизм.

Тем не менее до конца 80-х годов теория тектоники плит практически полностью удовлетворяла запросы исследователей Земли. И лишь в последние годы все более отчетливым стало понимание того, что тектоника плит не может рассматриваться как полноценная, достаточно всеобъемлющая теория развития нашей планеты. Поэтому начались поиски такой модели этого развития [3].

3.2 Предпосылки создания новой модели

Почему же тектоника плит, несмотря на свое экспериментальное подтверждение и успешное применение для расшифровки истории отдельных регионов и планеты в целом, перестала удовлетворять исследователей Земли? Дело в том, что была осознана ее изначальная ограниченность как в пространстве, так и во времени. Когда тектоника плит только создавалась, т.е. в 60-е годы, геологи и геофизики еще были убеждены, что эндогенная активность Земли не распространяется глубже верхов мантии (отсюда разрабатывавшийся в то десятилетие международный проект верхней мантии). Однако в дальнейшем выяснилось, что это было заблуждением, и к настоящему времени стало вполне очевидным, что "корни" тектонических и магматических процессов достигают ядра Земли и даже границы внешнего и внутреннего ядра. Данные сейсмического "просвечивания" Земли - сейсмической томографии - показали, что распределение более разогретых и менее разогретых областей в мантии вполне соответствует картине распределения литосферных плит и континентов и океанов лишь до глубин 300 - 400 км максимум, ниже эта картина существенно другая. А это означает, что названная глубина, отвечающая границе верхней и средней (ее еще называют переходной) мантии, является нижним пределом действия тектоники плит.

Ограниченным оказывается действие тектоники плит и в геологическом времени. Полный набор признаков, свидетельствующих о проявлении механизма тектоники плит, известен лишь начиная с границы среднего и позднего протерозоя (рифея), т.е. для последнего миллиарда лет. К этим признакам относится присутствие реликтов океанской коры - офиолитов - показателей спрединга, известково-щелочных магматитов и метаморфических пород низкой температуры-высокого давления - показателей субдукции. И хотя некоторые из этих признаков известны и для среднего-раннего протерозоя (1,0 - 2,5 млрд. лет назад), а отчасти и для архея (2,5 - 4,0 млрд. лет назад), все же довольно очевидно, что полномасштабная и сходная с современной тектоника плит действовала лишь начиная с позднего протерозоя.

Таким образом, тектоника плит - это тектоника самых верхних оболочек твердой Земли в течение последнего миллиарда лет ее существования. А вот тектоника мантийных струй - "плюм-тектоника", вероятно, действовала уже на заре истории Земли [3].

3.3 Приоритетные направления в современных исследованиях

3.3.1 Глубинная геодинамика

В последнее десятилетие определились два главных направления исследований в науках о Земле - глубинная геодинамика и ранняя история Земли. В задачу глубинной геодинамики входит изучение физических и химических процессов, протекающих в недрах Земли ниже уровня 400 км, т.е. границы собственно верхней мантии, образующей вместе с корой тектоносферу - основную область проявления тектоники плит. Для решения этой задачи в настоящее время применяются три метода: сейсмическая томография, экспериментальная минералогия и математическое моделирование. Применение двух из них стало возможным с появлением современных суперкомпьютеров, а эксперименты над минералами в условиях давлений и температур, господствующих в мантийных глубинах, - с созданием аппаратов, воспроизводящих эти термодинамические условия. Дополнительные материалы для суждения о том, что происходит с веществом на соответствующих глубинах, дают алмазоносные кимберлитовые трубки, которые, как недавно выяснилось, выносят минералы с этих глубин.

Основное внимание исследователей в наши дни приковано к двум глубинным уровням: границе на 670 км между нижней мантией и переходной зоной к верхней мантии и к границе на 2900 км между мантией и ядром, к так называемому слою ''D'', по общепринятой терминологии, впервые предложенной австралийским геофизиком К. Булленом. Некоторое внимание уделяется также границе на 400 (410) км между собственно верхней мантией и переходной к нижней мантии зоной (слой Голицына, названный так в честь основоположника русской сейсмологии). На всех этих границах наблюдается заметный скачок в изменении скорости распространения сейсмических волн, свидетельствующий о соответствующем изменении фазового состояния вещества, о смене одних минеральных видов с глубиной другими. На границе мантия-ядро происходит не только смена твердого состояния, характерного для мантии, жидким, характерным для внешнего ядра, но и замещение силикатов, слагающих мантию, железо-никелевым, с небольшой примесью некоторых других элементов, веществом ядра [4].

Менее ясно положение с границей на глубине 670 км. Очевидно, что это в основном фазовая граница, но существуют данные, свидетельствующие о том, что здесь может происходить и некоторое изменение химизма, в частности увеличение содержания железа с глубиной. Вопрос этот приобрел кардинальное значение. Дело в том, что в классической тектонике плит принималось, что конвекция в мантии охватывает ее целиком. Между тем, если сведения об изменении химического состава на данной границе достоверны, конвекция должна протекать раздельно в нижней и верхней (включая переходную зону) мантии. Моделирование, в частности проведенное в нашей стране, показывает, что это вполне возможно, но прямые доказательства в данном случае дает сейсмотомография, которая стала главным инструментом глубинной геодинамики. Конкретно речь идет о том, пересекают ли эту границу погружающиеся вдоль зон субдукции холодные пластины океанской литосферы, которые характеризуются повышенными скоростями распространения сейсмических волн. Исследования, проведенные на нескольких участках таких зон, окружающих Тихий океан, не дали, однако, однозначного результата. Оказалось, что в одних случаях субдуцируемые плиты останавливаются на этой границе, загибаясь вдоль нее в направлении своего наклона; в других случаях пластины ее пересекают, испытывая различные изгибы и как бы встречая сопротивление; в третьих погружаются почти отвесно, достигая границы ядра. Наиболее правдоподобное объяснение этих сложностей, предложенное французскими и японскими исследователями, заключается в том, что данная граница "полупрозрачна", субдуцируемый материал на ней задерживается на какое-то время (его определяют цифрой примерно в 500 млн. лет, значение которой см. ниже), и когда его накопление достигает некоторой критической массы, проваливается в нижнюю мантию и может достигать ядра [4].

Границе мантия-ядро придается исключительно важное значение: она рассматривается как базальный уровень зарождения мантийных струй - плюмов. Как показывают опять же данные сейсмотомографии, это справедливо на крайней мере для наиболее крупных из них, так называемых суперплюмов, проявляющихся на поверхности Земли не в виде горячих точек, а целых горячих полей. Наиболее типичное такое поле известно в юго-западной части Тихого океана; сейсмотомография установила под ним область разуплотнения мантии вплоть до ее границы с ядром. Однако другие мантийные струи могут подниматься и с меньших глубин, в частности с границы 670 км, и питаться за счет накапливающегося здесь субдуцируемого материала, как предположил австралийский геохимик А. Рингвуд.

Происходящие в слое «D» процессы некоторые исследователи привлекают для объяснения такого замечательного явления, как периодические инверсии магнитного поля Земли. Обнаружена определенная корреляция между частотой таких инверсий и активностью мантийных струй - эпохи появления суперплюмов отвечают эпохам спокойного магнитного поля, т.е. отсутствия инверсий, подобно середине мелового периода [4].

3.3.2 Ранняя история земли

На втором главном направлении современных исследований - изучении ранней истории Земли - в последние годы также достигнуты существенные успехи, хотя далеко не все вопросы могут считаться решенными. Эти успехи выражаются прежде всего в охвате геологическими исследованиями практически всех основных регионов распространения раннедокембрийских пород, так называемых щитов древних платформ. В этих исследованиях основное внимание уделено определению абсолютного возраста горных пород радиоизотопными методами. В настоящее время достигнута поразительная точность - первые миллионы лет для пород с возрастом более трех миллиардов лет.

Однако возраст древнейших пород, сохранившихся на поверхности Земли, не превышает 4,0 млрд. лет, а возраст переотложенных в более молодых породах зерен циркона, обнаруженных в Австралии, составляет 4,2 - 4,3 млрд. лет. Иначе говоря, первые 300 и даже 600 миллионов лет существования Земли остаются недокументированными. Тем не менее высказываются предположения, что первоначально, когда Земля еще была сильно разогрета, на или близ ее поверхности существовал "магматический океан", в результате застывания которого образовалась первичная базальтовая или близкая по составу кора Земли. Примерно одновременно за счет конденсации водяных паров, окутывавших Землю, образовалась ее водная оболочка - гидросфера. Повторное плавление этой коры либо под влиянием мантийных струй, либо в первых зонах субдукции привело к возникновению островов континентальной, вернее, протоконтинентальной коры, сложенной натровыми гранитоидами, превращенными в гнейсы. Это так называемые "серые гнейсы", распространенные на всех древних щитах. Именно по ним получены самые древние возрастные определения - 4,0 - 3,2 млрд. лет. В среднем и вполне определенно в позднем архее, т.е. после 3,5 млрд. лет активно развивались вулканические дуги, сформированные на первичной, остаточной или вторичной, новообразованной при растяжении океанской коре над зонами субдукции. Эти дуги последовательно примыкали к древним "серогнейсовым" ядрам, наращивая их. Таким образом, к концу архея, т.е. 2,7 - 2,5 млрд. лет назад, возникли уже значительные площади континентальной коры, которые, вероятно, слились в единый суперконтинент, первую Пангею в истории Земли. Мощность этой коры достигла нормальной для современных континентов мощности в 35 - 40 км, низы ее под влиянием высоких давления и температуры испытали значительный метаморфизм, а на средних уровнях произошло выплавление больших масс гранитов, теперь уже содержавших больше окисла калия, чем натрия [4].

В начале протерозоя (2,5 млрд. лет назад) произошла крупная перестройка структурного плана Земли. Возникший в конце архея суперконтинент - первая Пангея - претерпел деструкцию и к 2,3 - 2,2 млрд. лет распался на отдельные, относительно небольшие континенты, разделенные бассейнами с новообразованной океанской корой. Соответственно раннепротерозойская тектоника может быть названа, вслед за канадским геологом А. Гудвином, тектоникой малых плит, в то время как позднеархейская тектоника - эмбриональной тектоникой плит. К концу раннего протерозоя (около 1,7 млрд. лет) континенты вновь спаялись в единый суперконтинент; образовалась новая Пангея. Распад этой Пангеи начался после 1,0 млрд. лет, хотя частичная ее деструкция и восстановление могли иметь место и в промежутке между 1,7 и 1,0 млрд. лет. В интервале 1,0 - 0,6 млрд. лет структурный план земной коры претерпел радикальные изменения и существенно приблизился к современному; с этого времени, как отмечалось, вступила в действие полномасштабная тектоника плит. Возник Тихий океан, наметились прообразы современных Северной Атлантики и будущего широтного океана Тетис, разделившего континенты на северную и южную группы. Но к концу палеозойской эры все континенты вновь спаялись в единый суперматерик; это и есть вегенеровская Пангея [4].

Таким образом, в истории Земли, как теперь выяснилось, неоднократно происходило формирование и затем распад Пангеи. Длительность таких циклов составляет 500-600 млн. лет, т.е. отвечает времени смены двухъярусной конвекции общемантийной (см. выше). Но на эту крупномасштабную периодичность изменения конвективного режима земных недр накладывается периодичность меньших порядков, проявляющаяся в усилении или ослаблении противоположно направленных тенденций: растяжения коры - рифтогенеза и ее сжатия - орогенеза. Связано это, очевидно, с периодическим усилением и ослаблением тепловыделения из недр Земли, что, в свою очередь, должно было отражаться на некотором изменении радиуса Земли. Следовательно, постулат классической тектоники плит о неизменности объема Земли вследствие автоматической компенсации спрединга субдукцией может быть принят лишь в самой общей форме, а в действительности Земля может претерпевать некоторую пульсацию своего объема. Мало того, поскольку наша планета несомненно испытывает вековое охлаждение, растрачивая запасенное при своем образовании и выделяемое естественно радиоактивными элементами тепло, должна проявляться общая тенденция уменьшения ее радиуса.

3.4 Новая модель развития Земли

Итак, тектоника плит, сохраняя свое значение в качестве основного инструмента анализа истории тектонических движений, деформаций и магматизма, становится лишь частным элементом более общей теории Земли, глобальной геодинамической модели, контуры которой начинают все более явственно намечаться. Эта модель должна учитывать многооболочечное строение Земли и, с одной стороны, автономность протекающих в каждой из оболочек процессов, а с другой стороны, их взаимодействие, которое может носить переменный характер. Должно быть признано равноправие, в объеме всей Земли, конвективного и адвективного (плюм-тектоника) тепломассопереноса. Модель должна также учитывать существование многопорядковой периодичности в изменении эндогенной активности Земли наряду с проявлением общей тенденции снижения этой активности в связи с исчерпанием запасов внутреннего тепла. Иначе говоря, модель должна иметь временную, историческую компоненту, а не только отражать сиюминутную динамику. Наконец Земля в ней должна рассматриваться как открытая система, подверженная влиянию процессов, протекающих в околоземном космическом пространстве [4].

Работа над созданием глобальной геодинамической модели, отвечающей перечисленным критериям, уже активно ведется как в нашей стране, так и за рубежом. На данный момент в этом направлении больше всего преуспели наши японские коллеги, судя по опубликованной ими серии статей в юбилейном, сотом номере Журнала Японского Геологического Общества за 1994 год. Основные положения предложенной ими геодинамической модели таковы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

В Земле выделяется по характеру господствующих геодинамических процессов три главных области (рис. 6): тектоносфера, охватывающая кору и верхнюю мантию с переходной зоной, нижняя мантия и ядро. В тектоносфере господствует тектоника плит, в нижней мантии - плюм-тектоника мантийных струй и в ядре - "тектоника роста", выражающаяся в разрастании внутреннего ядра за счет внешнего. В связи с тем, что Земля, находясь в холодном космическом пространстве, охлаждается сверху, первотолчком в геодинамических процессах служит погружение в зонах субдукции пластин охлажденной океанской литосферы. Достигнув границы на глубине 670 км, эти пластины здесь задерживаются, пока материала не накопится столько, что он начнет "проваливаться" в нижнюю мантию, достигая в конечном счете поверхности ядра. Внедрение этого материала в ядро нарушает проявляющийся в нем режим конвекции и вызывает подъем мантийных струй - плюмов от границы ядра. Достигнув уровня 670 км, эти плюмы расщепляются (рис. 7), проникая далее в верхнюю мантию и порождая здесь восходящие течения, над которыми образуются оси спрединга срединноокеанских хребтов (в дальнейшем они могут отклоняться от породивших их плюмов). Так совершается, согласно японской модели, переход от плюм-тектоники к тектонике плит (плейт-тектонике) [4].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

В историческом аспекте, в соответствии с той же моделью, развитие Земли, как и других планет, началось с "тектоники роста", т.е. с образования ядра (рис. 8). Оно продолжалось временем господства плюм-тектоники, которая уже в архее начала сменяться в верхних оболочках Земли плейт-тектоникой. Подобная смена, вероятно, наблюдается в настоящее время на Венере. Марс, по мнению японских исследователей, уже миновал стадию плейт-тектоники и вступил в стадию общего сжатия литосферы, а Меркурий и Луна почти полностью утратили глубинную активность и на них господствуют экзогенные, вызванные внешними воздействиями процессы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кратко пересказанная выше концепция несомненно является сегодня наиболее прогрессивной. Естественно, однако, что она не лишена недостатков. Главным из них представляется недооценка влияния на земные, не только поверхностные, но и глубинные процессы, космического фактора, обусловленного перемещением Земли и всей Солнечной системы по галактической орбите и ее периодическим пересечением скоплений космической пыли. Попытки учесть этот фактор уже предприняты в отечественной науке [4].

Заключение

Целью данной работы было исследование развития концепции новой глобальной тектоники, рассмотрение процесса становления ее доминирующей научной теорией в геологии, изучение ее ключевых моментов и обзор актуальных научных изысканий в данной области.

Научная геология, поставившая целью выяснение закономерностей строения и развития нашей планеты, возникла в конце 18-го - начале 19-го века и с тех пор прошла большой и сложный путь. Первые объяснения движений и деформаций земной коры отдавали преимущество ее вертикальным перемещениям; это направление получило название фиксизма. Попытки его пересмотреть в десятые - двадцатые годы нашего века и заменить мобилизмом - признанием возможности крупных, тысячекилометровых перемещений пластин и блоков коры, т.е. мобилизмом, потерпели неудачу. Однако получение новых данных геофизики и изучения океанов привели в 60-е годы к торжеству мобилизма и появлению в геологии первой научной теории - тектоники литосферных плит. Тектоника плит сыграла в науках о Земле роль, сравнимую с гелиоцентрической концепцией в астрономии, или открытием ДНК в генетике. До принятия теории тектоники плит, науки о Земле носили описательный характер. Они достигли высокого уровня совершенства в описании природных объектов, но редко могли объяснить причины процессов. На ее основе геология успешно развивалась в 70-е - 80-е годы, но затем была осознана ограниченность этой теории и начались поиски новой, более универсальной модели. Разработка такой модели продолжается по сей день.

Список используемой литературы

Опубликованная

1. Кузьмин М.И., Корольков А.Т., Дриль С.И., Коваленко С.Н. Историческая геология с основами тектоники плит и металлогении. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 2000. 281 с.

2. Милановский Е.Е. Рифтовые зоны континентов. М.: Недра, 1976. 280 с.

3. Хаин В.Е. Основные проблемы современной геологии. М.: Наука, 1994. 188 с.

4. Хаин В.Е. Современная геология проблемы и перспективы. Соросовский образовательный журнал, 1996, №1. С. 66-73.

5. Хаин В.Е, Ламизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики, 1995. 480 с.

Интернет ресурсы

6. http://traditio-ru.org (Энциклопедия Традиция).

7. http://popovgeo.professorjournal.ru/33 (Попов Ю.В. Основные положения теории тектоники литосферных плит).

Размещено на Allbest.ru

...