Тектоника литосферных плит

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Теория тектоники литосферных плит

2. Основные понятия глобальной тектоники

Заключение

Список литературы

Приложение 1

Введение

Впервые идея о движении блоков коры была высказана в теории дрейфа континентов, предложенной Альфредом Вегенером в 1920-х годах. Эта теория была первоначально отвергнута. Возрождение идеи о движениях в твёрдой оболочке Земли («мобилизм») произошло в 1960-х годах, когда в результате исследований рельефа и геологии океанического дна были получены данные, свидетельствующие о процессах расширения (спрединга) океанической коры и пододвигания одних частей коры под другие (субдукции). Объединение этих представлений со старой теорией дрейфа материков породило современную теорию тектоники плит, которая вскоре стала общепринятой концепцией в науках о Земле.

До принятия теории тектоники плит, науки о Земле носили описательный характер. Тектоника плит сыграла в науках о Земле роль, сравнимую открытием ДНК в генетике. Они достигли высокого уровня совершенства в описании природных объектов, но редко могли объяснить причины процессов. В разных разделах геологии могли доминировать противоположные концепции. Тектоника плит связала различные науки о Земле, дала им предсказательную силу.

1. Теория тектоники литосферных плит

Основой теоретической геологии начала XX века была контракционная гипотеза. Земля остывает подобно испечённому яблоку, и на ней появляются морщины в виде горных хребтов. Развивала эти идеи теория геосинклиналей, созданная на основании изучения складчатых сооружений. Эта теория была сформулирована Дж. Дэна. тектоника континент дрейф земля

Против этой схемы выступил немецкий учёный - метеоролог Альфред Исходной посылкой к созданию теории стало совпадение очертаний западного побережья Африки и восточного Южной Америки. Другим направлением доказательства теории стали палеоклиматические реконструкции, палеонтологические и биогеографические аргументы. Изначально теория дрейфа материков была принята научным сообществом благосклонно, но в 1922 критики теории Вегенера поставили во главу угла вопрос о силе, двигающей континенты, и проигнорировали всё множество фактов, безусловно подтверждавших теорию. По сути, они нашли единственный вопрос, в котором новая концепция была бессильна, и без конструктивной критики отвергли основные доказательства.

После смерти Альфреда Вегенера теория дрейфа материков была отвергнута, и подавляющее большинство исследований продолжали проводиться в рамках теории геосинклиналей. Правда, и ей пришлось искать объяснения истории расселения животных на континентах. Для этого были придуманы сухопутные мосты, соединявшие континенты, но погрузившиеся в морскую пучину. Это было ещё одно рождение легенды об Атлантиде. Стоит отметить, что некоторые учёные не признали вердикт мировых авторитетов и продолжили поиск доказательств движения материков.

Так дю Туа ( Alexander du Toit ) объяснял образование гималайских гор столкновением Индостана и Евразийской плиты.

Вялотекущая борьба фиксистов, как назвали сторонников отсутствия значительных горизонтальных перемещений, и мобилистов, утверждавших, что они всё таки двигаются, с новой силой разгорелась в 1960-х годах, когда в результате изучения дна океанов были найдены ключи к понимаю «машины» под названием Земля.

К началу 1960-х годов была составлена карта рельефа дна Мирового океана, которая показала, что в центре океанов расположены срединно-океанические хребты, которые возвышаются на 1,5--2 км над абиссальными равнинами, покрытыми осадками. Эти данные позволили Р. Дицу и Г. Хессу в 1962 -- 1963 годах выдвинуть гипотезу спрединга. Согласно этой гипотезе, в мантии происходит конвекция со скоростью около 1 см/год. Восходящие ветви конвекционных ячеек выносят под срединно-океаническими хребтами мантийный материал, который обновляет океаническое дно в осевой части хребта каждые 300--400 лет. Континенты не плывут по океанической коре, а перемещаются по мантии, будучи пассивно «впаяны» в литосферные плиты. Согласно концепции спрединга, океанические бассейны структуры непостоянные, неустойчивые, континенты же -- устойчивые. 1963 году гипотеза спрединга получает мощную поддержку в связи с открытием полосовых магнитных аномалий океанического дна. Они были интерпретированы, как запись инверсий магнитного поля Земли, зафиксированная в намагниченности базальтов дна океана.

После этого тектоника плит начала победное шествие в науках о Земле. Всё больше учёных понимали, что, чем тратить время на защиту концепции фиксизма, лучше взглянуть на планету с точки зрения новой теории и, наконец-то, начать давать реальные объяснения сложнейшим земным процессам.

2. Основные понятия глобальной тектоники

Сила, двигающая плиты

Сейчас уже нет сомнений, что горизонтальное движение плит происходит за счёт мантийных теплогравитационных течений -- конвекции. Источником энергии для этих течений служит разность температуры центральных областей Земли, которые имеют очень высокую температуру (5000 °С) и температуры на ее поверхности. Нагретые в центральных зонах Земли породы расширяются, плотность их уменьшается, и они всплывают, уступая место опускающимся более холодными и потому более тяжелым массам, уже отдавшим часть тепла земной коре. Этот процесс переноса тепла идет непрерывно, в результате чего возникают конвективные потоки.

Движущей силой течения вязкого мантийного вещества непосредственно под корой является перепад высот свободной поверхности мантии между областью подъема и областью опускания конвекционного потока. Эта же движущая сила определяет степень упругого горизонтального сжатия коры силой вязкого трения потока о земную кору. Величина этого сжатия мала в области восхождения мантийного потока и увеличивается по мере приближения к месту опускания потока Над опускающимся потоком сила сжатия в коре так велика, что время от времени превышается прочность коры, происходит неупругая деформация коры -- землетрясение. При этом из места деформации коры выдавливаются целые горные цепи (Гималаи).

Таким образом, движение плит -- следствие переноса тепла из центральных зон Земли очень вязкой магмой. При этом часть тепловой энергии превращается в механическую работу по преодолению сил трения, а часть, пройдя через земную кору, излучается в окружающее пространство. Так что наша планета в некотором смысле представляет собой тепловой двигатель.

Второстепенные силы

Кроме силы вязкого трения неё на плиты действуют и другие. Это -- силы Архимеда, обеспечивающие плавание более легкой коры на поверхности более тяжелой мантии, приливные силы, обусловленные гравитационным воздействием Луны и Солнца, а также силы, возникающие вследствие изменения атмосферного давления на различные участки земной поверхности.

Дивергентные границы или границы раздвижения плит.

Это границы между плитами, двигающимися в противоположные стороны. В рельефе Земли эти границы выражены рифтами, в них преобладают деформации растяжения, мощность коры пониженная, тепловой поток максимален, и происходит активный вулканизм. Если такая граница образуется на континенте, то формируется континентальный рифт, который в дальнейшем может превратиться в океанический бассейн с океаническим рифтом в центре.

Океанические рифты.

На океанической коре рифты приурочены к центральным частям срединно-океанических хребтов (СОХ). В них происходит образование новой океанической коры. Общая их протяжённость более 60 тысяч километров. К ним приурочено множество гидротермальных источников, которые выносят в океан значительную часть глубинного тепла, и растворённых элементов. Высокотемпературные источники называются чёрными курильщиками, с ними связаны значительные запасы цветных металлов.

Континентальные рифты.

Раскол континента на части начинается с образования рифта. Кора утончается и раздвигается, начинается магматизм. Формируется протяжённая линейная впадина глубиной порядка сотен метров, которая ограничена серией сбросов. Возможно два варианта: либо расширение рифта прекращается и он заполняется осадочными породами, превращаясь в авлакоген, либо континенты продолжают раздвигаться и между ними, уже в типично океанических рифтах, начинает формироваться океаническая кора.

Конвергентные границы.

Конвергентными называются границы на которых происходит столкновение плит. Возможно три варианта:

Континентальная плита с океанической. Океаническая кора плотнее, чем континентальная и погружается под континент в зоне субдукции; Океаническая плита с океанической. В таком случае одна из плит заползает под другую и также формируется зона субдукции, над которой образуется островная дуга; Континентальная плита с континентальной. Происходит коллизия, возникает мощная складчатая область (Гималаи).

В зонах субдукции поглощается океаническая кора, в них происходят исключительно сложные процессы, взаимодействия коры и мантии. Так океаническая кора может затягивать в мантию блоки континентальной коры, которые по причине низкой плотности эксгумируются обратно в кору. Так возникают метаморфические комплексы сверхвысоких давлений, один из популярнейших объектов современных геологических исследований.

Активные континентальные окраины

Активная континентальная окраина (Рис. 1 «Приложение 1»). Активная континентальная окраина возникает там, где под континент погружается океаническая кора (западное побережье Южной Америки). Для неё характерны многочисленные вулканы и мощный магматизм. Расплавы имеют три компонента: океаническую кору, мантию над ней и низы континентальной коры. Возможны несколько сценариев равновесия. Если плита двигается медленно и имеет относительно малую мощность, то континент соскабливает с неё осадочный чехол. Осадочные породы сминаются в интенсивные складки, метаморфизуются и становятся частью континентальной коры. Образующая при этом структура называется аккреционным клином. Если скорость погружающейся плиты высока, а осадочный чехол тонок, то океаническая кора стирает низ континента и вовлекает его в мантию.

Островные дуги

Островная дуга (Рис. 2 «Приложение 1»). Островные дуги -- это цепочки вулканических остров над зоной субдукции, возникающие там, где океаническая плита погружается под океаническую (Алеутские, Курильские острова). Островные дуги образуются при столкновении двух океанических плит. При этом одна из плит оказывается снизу и поглощается в мантию. На верхней же плите образуются вулканы островной дуги. Выгнутая сторона островной дуги направлена в сторону поглощаемой плиты. С этой стороны находятся глубоководный желоб и преддуговый прогиб. За островной дугой расположен задуговый бассейн (Охотское море, Южно-Китайское море и т.д.).

Коллизия континентов

Столкновение континентов (Рис. 3 «Приложение 1»). Столкновение континентальных плит приводит к смятию коры и образованию горных цепей (Альпийско-Гималайский горный пояс). В результате мощность коры значительно увеличивается. Это неустойчивая структура.

Трансформные границы

Там, где плиты двигаются параллельным курсом, но с разной скоростью, возникают трансформные разломы -- грандиозные сдвиговые нарушения, широко распространённые в океанах и редкие на континентах.

Трансформные разломы

В океанах трансформные разломы идут перпендикулярно срединно-океаническим хребтам (СОХ) и разбивают их на сегменты шириной в среднем 400 км. Между сегментами хребта находится активная часть трансформного разлома. На этом участке постоянно происходят землетрясения и горообразование. В результате, в зоне разлома нередко обнажаются мантийные породы.

Сдвиги на континентах

Сдвиговые границы плит на континентах встречаются относительно редко (разлом Сан-Андреас). 800-мильный разлом Сан-Андреас один из самых сейсмоактивных районов планеты.

Внутриплитные процессы

Первые формулировки тектоники плит утверждали, что вулканизм и сейсмические явления сосредоточены по границам плит, но вскоре стало ясно, что и внутри плит идут специфические тектонические и магматические процессы, которые также были интерпретированы в рамках этой теории. Среди внутриплитных процессов особое место заняли явления долговременного базальтового магматизма в некоторых районах, так называемые горячие точки.

Горячие точки

На дне океанов расположены многочисленные вулканические острова. Некоторые из них расположены в цепочках с последовательно изменяющимся возрастом (Гавайский подводный хребет). Под Гавайскими островами находится горячая точка -- место, где к поверхности поднимается горячий мантийный поток, который проплавляет двигающуюся над ним океаническую кору. Таких точек сейчас на Земле установлено множество. Мантийный поток, который их вызывает, был назван плюмом. В некоторых случаях предполагается исключительно глубокое происхождение вещества плюмов, вплоть до границы ядро -- мантия.

Траппы и океанические плато

Кроме долговременных горячих точек, внутри плит иногда происходят грандиозные излияния расплавов, которые на континентах формируют траппы, а в океанах океанические плато. Особенность этого типа магматизма в том, что он происходит за короткое в геологическом смысле время порядка нескольких миллионов лет, но захватывает огромные площади (десятки тысяч км?) и изливается колоссальный объём базальтов, сравнимый с их количеством, кристаллизующимся в срединно-океанических хребтах (сибирские траппы на Восточно-Сибирской платформе, траппы плоскогорья Декан) Причиной образования траппов также считаются горячие мантийные потоки, но в отличие от горячих точек они действуют кратковременно, и разница между ними не совсем ясна.

Горячие точки и траппы дали основания для создания так называемой плюмовой геотектоники, которая утверждает, что значительную роль в геодинамических процессах играет не только регулярная конвекция, но и плюмы. Плюмовая тектоника не противоречит тектонике плит, а дополняет её.

Заключение

За прошедшие десятилетия тектоника плит значительно изменила свои основные положения. Сейчас их можно сформулировать следующим образом:

· Верхняя часть твёрдой Земли делится на хрупкую литосферу и пластичную астеносферу. Конвекция в астеносфере -- главная причина движения плит.

· Литосфера делится на 8 крупных плит, десятки средних плит и множество мелких. Сейсмическая, тектоническая и магматическая активность сосредоточена на границах плит.

· Литосферные плиты в первом приближении описываются как твёрдые тела, и их движение подчиняется теореме вращения Эйлера.

· Существует три основных типа относительных перемещений плит расхождение (дивергенция), выраженное рифтингом(западением) и спредингом (растяжением); схождение (конвергенция) выраженное субдукцией (погружением вниз) и коллизией (замятие); сдвиговые перемещения по трансформным разломам.

· Спрединг в океанах компенсируется субдукцией и коллизией по их периферии, причём радиус и объём Земли постоянны с точностью до термического сжатия планеты. Постоянство размеров Земли непрерывно опровергается, но попытки доказательства существенных изменений размеров планеты недостаточно обоснованы.

· Перемещение литосферных плит вызвано их увлечением конвективными течениями в астеносфере.

· Существует два принципиально разных вида земной коры -- кора континентальная (более древняя) и кора океаническая (не старше 200 миллионов лет). Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (крупнейшая тихоокеанская плита), другие состоят из блока континентальной коры, впаянного в кору океаническую.

Список литературы

1. Зоненшайн Л. П., Проблемы глобальной тектоники. // Природа - 1972, -№11.

2. Мейерхофф А., Мейерхофф Г. Новая глобальная тектоника - основные противоречия. - В кн.: Новая глобальная тектоника. - М.: Мир, 1974.

3. Хаин В.Е. Тектоника литосферных плит - достижения и нерешённые проблемы. - Изв. АН СССР, сер. геол., 1984, № 12

Приложение 1

Рисунок 1 «Активная континентальная окраина»

Рисунок 2 «Островная дуга»

Рисунок 3 «Столкновение континентов »

Размещено на Allbest.ru