НОВАЯ ГЛОБАЛЬНАЯ ТЕКТОНИКА

С самого начала становления научной геологии, с середины XVIII в., ее главной задачей было объяснение причин движений земной коры, изменений ее структуры и явлений магматизма. С этой целью последовательно выдвигались различные гипотезы: поднятия, контракции, пульсационная, ротационная, расширения Земли, глубинной дифференциации и, наконец, дрейфа материков. Каждая из этих гипотез опиралась на какую-то реально наблюдаемую сторону тектонических процессов и, в конечном счете, терпела неудачу, так как не учитывала их действительного многообразия и (или) не могла предложить удовлетворительного их механизма.
Ближе всего к истине, как потом оказалось, подошла гипотеза дрейфа материков А. Вегенера, но она не смогла предложить убедительный механизм этого дрейфа.

В конце 50-х — начале 60-х годов началось интенсивное геолого-геофизическое исследование океанов и был сделан ряд принципиально важных геофизических открытий. Было установлено существование астеносферы и тем самым слоя, по поверхности которого возможно относительное перемещение литосферы. Было подтверждено отличие мощности и состава океанской коры от континентальной. Было обнаружено существование грандиозной системы срединно-океанских хребтов и рифтов. В океане были открыты линейные знакопеременные магнитные аномалии, параллельные и симметричные относительно осей срединных хребтов. Было открыто также явление периодических инверсий магнитного поля Земли. Горные породы оказались обладающими остаточной намагниченностью, позволяющей восстановить их положение в древнем магнитном поле. На этой основе возникло новое научное направление—палеомагнетизм, первые же результаты которого показали, что материки испытали значительные перемещения, прежде чем занять свое современное положение.

Все эти и некоторые другие новые открытия не укладывались ни в одну тектоническую гипотезу фиксистского направления и заставили вспомнить о гипотезе Вегенера, которая к тому времени насчитывала лишь очень немногочисленных сторонников. В 1961—1968 гг. усилиями американских, английских, канадских и французских геофизиков и геологов были разработаны основы новой мобилистской теории, первоначально больше известной как новая глобальная тектоника, а затем тектоника плит (точнее, тектоника литосферных плит). Зародышем ее явилась идея об образовании океанов в результате раздвижения континентов и разрастания пространства молодой океанской коры начиная от осей срединно-океанских хребтов. Этот процесс был впервые описан американскими геологом Г. Хессом и геофизиком Р. Дитцем и получил от последнего название спрединга океанского дна (спрединг буквально означает распространение, разрастание).

Были октрыты также трансформные разломы, а также нарисована общая картина смещений литосферных плит.
Новой концепции повезло — она вскоре начала получать фактическое подтверждение. В том же 1968 г. началось глубоководное бурение с американского судна «Гломар Челленджер», и уже первый профиль буровых скважин в Южной Атлантике обнаружил совпадение возраста океанской коры, вскрытой скважинами, с возрастом, предсказанным по магнитным аномалиям, а также закономерное увеличение этого возраста по мере удаления от оси срединного хребта.

Рассмотрим основные положения тектоники литосферных плит.

1. Первой предпосылкой тектоники плит является разделение верхней части твердой Земли на две оболочки, существенно отличающиеся по реологическим свойствам (вязкости), — жесткую и хрупкую литосферу и более пластичную и подвижную астеносферу. Как уже говорилось, выделение этих двух оболочек производится по сейсмологическим или магнитотеллурическим данным.

2. Второе положение тектоники плит, которому она и обязана своим названием, состоит в том, что литосфера естественно подразделена на ограниченное число плит—в настоящее время семь крупных и столько же малых. Основанием для их выделения и проведения границ между ними служит размещение очагов землетрясений.

3. Третье положение тектоники плит касается характера их взаимных перемещении. Различают три рода таких перемещений и соответственно границ между плитами: 1) дивергентные границы, вдоль которых происходит раздвижение плит, —спрединг; 2) конвергентные границы, на которых идет сближение плит, обычно выражающееся поддвигом одной плиты под другую; если океанская плита пододвигается под континентальную, этот процесс называется субдукцией, если океанская плита надвигается на континентальную — обдукцией; если сталкиваются две континентальные плиты, тоже обычно с поддвигом одной под другую, — коллизией; 3) трансформные границы, вдоль которых происходит горизонтальное скольжение одной плиты относительно другой по плоскости вертикального трансформного разлома.

В природе преобладают границы первых двух типов.

На дивергентных границах, в зонах спрединга, происходит непрерывное рождение новой океанской коры; поэтому эти границы называют еще конструктивными. Кора эта перемещается астеносферным течением в сторону зон субдукции, где она поглощается на глубине; это дает основание называть такие границы деструктивными.

Четвертое положение тектоники плит заключается в том, что при своих перемещениях плиты подчиняются законам сферической геометрии, а точнее теореме Эйлера, согласно которой любое перемещение двух сопряженных точек по сфере совершается вдоль окружности, проведенной относительно оси, проходящей через центр Земли.

5. Пятое положение тектоники плит гласит, что объем поглощаемой в зонах субдукции океанской коры равен объему коры, нарождающейся в зонах спрединга.

6. Шестое положение тектоники плит усматривает основную причину движения плит в мантийной конвекции. Эта конвекция в классической модели 1968 г. является чисто тепловой и общемантийной, а способ ее воздействия на литосферные плиты состоит в том, что эти плиты, находящиеся в вязком сцеплении с астеносферой, увлекаются течением последней и движутся на манер ленты конвейера от осей спрединга к зонам субдукции. В целом схема мантийной конвекции, приводящей к плитнотектонической модели движений литосферы, состоит в том, что под срединно-океанскими хребтами располагаются восходящие ветви конвективных ячей, под зонами субдукции—нисходящие, а в промежутке между хребтами и желобами, под абиссальными равнинами и континентами — горизонтальные отрезки этих ячей.

В 50-е годы ХХ в. геологические и геофизические исследования Земли проводились исключительно интенсивно. Особенно это касалось океанов, о строении дна которых и тем более о структуре земной коры в них и ее свойствах мало что было известно. Накопление новых данных началось еще в первой половине ХХ в., но прошло еще много времени, прежде чем полученные факты помогли рождению новой геологической теории.

Решающий вклад в современную геологическую теорию тектоники литосферных плит внесли следующие открытия:

1) установление грандиозной, около 60 тыс. км системы срединно-океанических хребтов и гигантских разломов, пересекающих эти хребты;

2) обнаружение и расшифровка линейных магнитных аномалий океанического дна, дающих возможность объяснить механизм и время его образования;

3) установление места и глубин гипоцентров (очагов) землетрясений и решение их фокальных механизмов, т.е. определение ориентировки напряжений в очагах;

4) развитие палеомагнитного метода, основанного на изучении древней намагниченности горных пород, что дало возможность установить перемещение континентов относительно магнитных полюсов Земли.

Заслуга в создании «тектоники плит», которая была сформулирована к концу 60-х гг.ХХ в.принадлежит Тузо Уилсону (Канада), Ксавье Ле Пишону (Франция) и Джейсону Моргану (США).

Основная идея этой новой теории базировалась на признании разделения литосферы, т.е. верхней оболочки Земли, включающую земную кору и верхнюю мантию до астеносферы, на 7 самостоятельных крупных плит, не считая ряда мелких. Эти плиты в своих центральных частях лишены сейсмичности, они тектонически стабильны, а вот по краям плит сейсмичность очень высокая, там постоянно происходят землетрясения. Следовательно, краевые зоны плит испытывают большие напряжения, т.к. перемещаются относительно друг друга.

Определив характер напряжений в очагах землетрясений на краях плит, удалось выяснить, что в одних случаях это растяжение, т.е. плиты расходятся и происходит это вдоль оси срединно-океанических хребтов, где развиты глубокие ущелья – рифты (англ. «рифт» – расщелина). Подобные границы, маркирующие зоны расхождения литосферных плит называются дивергентными(англ. дивергенс – расхождение)

На других границах плит в очагах землетрясений, наоборот, выявлена обстановка тектонического сжатия, т.е. в этих местах литосферные плиты движутся навстречу друг другу со скоростью, достигающей 10-12 см/год. Такие границы получили название конвергентных(англ. конвергенс – схождение), а их протяженность также близка к 60 тыс. км.

Существует еще один тип границ литосферных плит, где они смещаются горизонтально относительно друг друга, как бы сдвигаются, о чем говорит и обстановка скалывания в очагах землетрясений в этих зонах. Они получили название трансформных разломов(англ. трансформ – преобразовывать), т.к. передают, преобразуют движения от одной зоны к другой.

Некоторые литосферные плиты сложены как океанической, так и континентальной корой одновременно. Например, Южно-Американская единая плита состоит из океанической коры западной части южной Атлантики и из континентальной коры Южно-Американского континента.

Только одна, Тихоокеанская плита целиком состоит из коры океанического типа.

Когда мы говорим о плитах, следует помнить, что Земля круглая, следовательно, они перемещаются по сфере.

Почему перемещаются литосферные плиты? Общепринятой точкой зрения считается признание конвективного переноса вещества мантии. Поверхностным выражением такого явления являются рифтовые зоны срединно-океанических хребтов, где относительно более нагретая мантия поднимается к поверхности, подвергается плавлению и магма изливается в виде базальтовых лав в рифтовой зоне и застывает. Далее в эти застывшие породы вновь внедряется базальтовая магма и раздвигает в обе стороны более древние базальты. И так происходит много раз. При этом океаническое дно как бы наращивается, разрастается. Подобный процесс получил название спрединга(англ. спрединг – развертывание, расстилание).

Когда был установлен процесс спрединга сразу же встал вопрос о том, куда же девается океаническая кора, если радиус Земли не увеличивается.

Где-то она должна поглощаться, но где? И такие конвергентные зоны были найдены и названы зонами субдукции(англ. сабдакшн – погружение).

Располагаются они по краям Тихого океана и на востоке Индийского. Тяжелая и холодная океаническая литосфера подходя к более толстой и легкой континентальной, уходит под нее, как бы подныривает. Если в контакт входят две океанические плиты, то погружается более древняя, т.к. она тяжелее и холоднее, чем молодая плита.

Зоны, где происходит субдукция, морфологически выражены глубоководными желобами, а сама погружающаяся океаническая холодная и упругая литосфера хорошо устанавливается по данным сейсмической томографии – объемного «просвечивания» глубоких недр планеты.

Когда океаническая плита при подходе к континентальной начинает резко

изгибаться, в ней возникают напряжения, которые разряжаясь, провоцируют

землетрясения. Гипоцентры или очаги землетрясений четко маркируют границу трения между двумя плитами и образуют наклонную сейсмофокальную зону, погружающуюся под континентальную литосферу до глубин в 700 км.

Впервые эту зону обнаружил японский геофизик Кию Вадати в 1935 г., а в 1955 г. американский сейсмолог Хуго Беньоф подробно описал эти зоны, которые с тех пор и стали называться зонами Беньофа.

Погружение океанической литосферы приводит еще к одним важным последствиям. При достижении ею на определенной глубине в 100-200 км высоких температур и давлений из нее выделяются флюиды – особые, перегретые минеральные растворы, которые вызывают плавление горных пород континентальной литосферы и образование магматических очагов, питающих цепи вулканов, развитых параллельно глубоководным желобам на активных окраинах Тихого океана и на восточной окраине Индийского океана. Вулканические цепи располагаются тем ближе к глубоководному желобу, чем круче наклонена субдуцирующая океаническая литосфера.

Таким образом, благодаря субдукции на активной континентальной окраине наблюдается сильно расчлененный рельеф, высокая сейсмичность и энергичная вулканическая деятельность.

Говоря о субдукционных процессах следует сказать о судьбе осадков, которые перекрывают океаническую литосферу. Край плиты, под которую субдуцирует океаническая, подрезает осадки, скопившиеся на ней, как нож скрепера или бульдозера, деформирует эти отложения и приращивает их к континентальной плите в виде аккреционного клина(англ. аккрешион – приращение). Вместе с тем какая-то часть осадочных отложений, погружается вместе с плитой в глубины мантии. В ряде других мест погружающаяся океаническая литосферная плита разрушает, эродирует край континентальной литосферы и увлекает за собой вглубь ее фрагменты.

Кроме явления субдукции существует т.н. обдукция, т.е. надвигание океанической литосферы на континентальную, примером которой является огромный 500х100 км тектонический покров на восточной окраине Аравийского полуострова, сложенный типичной океанической корой, перекрывающей древние докембрийские толщи Аравийского щита.

Также следует упомянуть о столкновении или коллизиидвух континентальных плит, которые в силу относительной легкости слагающего их материала, не могут погрузиться друг под друга, а сталкиваются, образуя горно-складчатый пояс с очень сложным внутренним строением. Так, например, возникли Гималайские горы, когда 50 млн. лет назад Индостанская плита столкнулась с Азиатской. Так сформировался Альпийский горно-складчатый пояс при коллизии Африкано-Аравийской и Евразийской континентальных плит.

Теория тектоники литосферных плит впервые в истории геологии носит глобальный характер, т.к. она касается всех районов земного шара и позволяет объяснить их историю развития, геологическое и тектоническое строение. На сегодняшний день этой теории нет разумной альтернативы и она вполне закономерно сменила господствовавшую до этого геосинклинальную концепцию, вобрав из нее все наиболее ценное.

Основные геологические данные, используемыми этой парадигмой следующие:

1 – наличие гигантских подвижных зон – срединно-океанических хребтов (СОХ), осевая часть которых занята глубокими рифтовыми долинами;

2 – соответствие этим хребтам областей с аномальным тепловым потоком, а в осевой части – астеносфере;

3 – параллельное расположение по обе стороны СОХ полосовых магнитных аномалий с разным знаком намагниченности пород;

4 – уменьшение мощности осадочного слоя в океанах от окраин к СОХ, омоложение возраста пород в этом же направлении;

5 – материалы о земной коре и верхней части мантии – литосфере, позволяющие подтвердить возможность скольжения жёстких плит по астеносфере;

6 – образование зонами высокой сейсмичности и современного вулканизма узких поясов, подчинённых сверхглубинным разломам, разделяющим верхнюю часть мантии на несколько крупных блоков – литосферных плит.

В соответствии с рассматриваемой парадигмой литосфера состоит из восьми крупных и множества мелких жестких плит, плавающих по астеносфере. Границы плит в одних случаях совпадают с рифтовыми долинами, в других – с глубоководными желобами, расположенными на окраинах океанов и являющихся поверхностным выражением зон глубокофокусных землетрясений, называемых зонами Беньофа.

Основными положениями тектоники плит являются:

1. Верхняя, относительно хрупкая оболочка Земли – литосфера подстилается пластической и менее вязкой оболочкой – астеносферой.

2. Литосфера разделена на небольшое число крупных и средних плит, границы между ними – сейсмоактивные зоны.

3. Существует три рода перемещений плит: 1 – раздвиг, 2 – надвиг – подвиг, 3 – по трансферным разломам.

4. Движение плит подчиняется теореме Эйлера: траектория таких движений описывается дугой окружности, проведенной относительно некоего центра раскрытия. Это даёт возможность построения современной кинематики плит в глобальном масштабе, и восстановления её в прошлые эпохи с помощью графопостроений на компьютерах.

5. Раздвиг и новообразование океанической коры в осевых зонах спрединга компенсируется подвигом, поглощением этой коры в зонах субдукции на периферии океанов и объём Земли остаётся неизменным.

6. Причиной движений литосферных плит являются конвективные течения в мантии, вызванные её разогревом.

Аксиомы 1 – 3 вытекают из данных сейсмологии и основаны на эмпирических данных, четвертое положение – на законе сферической геометрии, пятое шестое – экперементально не проверяемы и носят характер постулатов. Этими положениями декларируются величина теплового потока, интенсивность магнитного поля, мощности и плотности литосферы и коры, глубины дна океана и так далее.

В рифтовых долинах происходят процессы растяжения и раздвигания плит. Через зияющие трещины снизу извергается базальтовая лава, застывающая в виде мощных даек. Они рассматриваются в качестве своеобразных «клиньев», распирающих и смещающих литосферные плиты в разные стороны по горизонтали. Дальнейший процесс расширения

приводит к формированию новых клиньев базальтов рождающейся океанической коры, а ранее образованная молодая кора сдвигается в стороны. Дайки намагничиваются в соответствии с магнитным полем времени их образования. Границы плит называются зонами спрединга, а процесс – спредингом.

Литосферные плиты смещаются от срединно-океанического хребта к окраинам океанов, где подвигаются под континентальные соседние плиты (рис. 4.6), а затем плавятся в мантии. При этом отмечается активный андезитовый магматизм и высокая сейсмическая активность. Слои осадочных пород как бы «соскабливаются» с океанических плит и сминаются в складки на приокеанском борту глубоководного прогиба. Границы погружения плит называются зонами субдукции, а сам процесс – субдукцией. Движущими силами перемещения плит являются конвекционные течения в мантии, возникающие в процессе гравитационного разделения вещества внутри мантии. Одни учёные видят причины движения плит космическими, другие – эндогенными

Если геосинклинальная теория родилась на основе континентальной геологии, то тектоника литосферных плит – океанской. Её базис составляет движение в стороны от спрединговых хребтов, образующих Мировую рифтовую систему с последующим погружением плит в мантию в глубоководных желобах. Стройность и логика построений достигли в новой теории очень высокого уровня, будучи в тоже время не столь сложными, чтоб их не понять. Теория тектоники плит непрерывно усложняется. Имеется несколько мобилистских подходов.

Первый из них – учение о тектонической расслоенности литосферы. В его основу легли принципиально иные тектонические трактовки строения таких крупных горных сооружений, как Урал, Кавказ, Тянь-Шань, Памир, Корякское нагорье, горы Монголии и Кубы, где обнаружены

тектонические покровы больших амплитуд. Тем самым вопреки прежним взглядам констатировалась покровно-складчатая структура этих сооружений. Существенный вклад принесли также неотектонические исследования, раскрывшие несогласованность в литосфере глубинных тектонических планов. Установлено, что тектоническая расслоенность литосферы является её общим геологическим свойством, поскольку относится как к континентам, так и океанам и переходным между ними зонам.

Сущность подхода состоит в том, что литологические неоднородности, вещественные, реологические и геофизические, при тектонических импульсах создают условия для латеральных срывов или тектонического течения как поверхностных, так и глубинных масс (литопластин), движущихся с разными скоростями. Следствием такого движения является формирование ансамблей тектонического скучивания в одних местах и зон растяжения в других, общая перестройка тектонического плана, проскальзывание литопластин и даже земных оболочек одних относительно других. Движение происходит на разных мантийных и коровых уровнях по астенослоям и астенолинзам. Из этого видно отличие модели тектонической расслоенности литосферы от модели тектоники плит, предполагающее целостное перемещение тектонически пассивных литосферных плит.

Механизм тектонического расслоения литосферы связывается с двумя факторами: 1 – изменчивостью глубинных энергетических потоков, вызванной неравномерно протекающими эндогенными процессами; 2 – влиянием на Землю как на открытую систему эпизодических внешних (космических) воздействий. И в том, и другом случаях происходят резкие изменения полей напряжения в геосферах, а отсюда и смена их динамического и кинематического режимов.

Другое мобилистское направление составляет учение о террейнах. Первоначально оно выдвигалось как альтернатива тектонике плит, но затем было приспособлено к новой глобальной тектонике и фактически свелось к механизму континентальной аккреции. Его сущность состоит в движениях на большие расстояния фрагментов (террейнов) любых (континентальных, океанических, островодужных) структур по глубинным поверхностям, коровым или мантийным, с последующим причленением к материковым массам. Так объяснено образование Канадских Кордильер, Аляски и других регионов запада Северной Америки. «Террейновую тектонику» используют японские геологи, объясняя с её помощью геологическое многообразие своих островов. Возражением против трансокеанских движений террейнов состоит в их отсутствии в современных океанах.

Третье (вегенеровское) направление основывается на идее раскола и дрейфа континентов. Современная геология имеет серьёзные аргументы в пользу движений именно континентальных масс, притом очень крупных и на большие расстояния. Один из них заключается в том, что согласно сейсмической томографии корни континентов лежат очень глубоко, на уровнях 500 км. До этих уровней прослеживается объёмная оформленность континентов, которые действительно могут иметь степени свободы в смысле перемещения. Доказательством движения крупных континентальных масс, по мнению сторонников мобилизма, на относительно небольшие расстояния могут служить Мадагаскар, Аравия, Гренландия. На большие – Индия, Тибетский блок и другие «плавающие», глубоко сидящие крупные континентальные массы. Их движение в направлении с юга на север выявлено, в частности, для Центрально-Азиатского пояса. Среди них есть блоки с очень глубокими корнями, претерпевшие «вегенеровское» движение, хотя присутствуют и другие массивы, перемещавшиеся по неглубоким, «террейновым» уровням (поверхность Мохо).

В настоящее время имеются ряд фактов, не согласующихся с постулатами глобальной тектоники плит. К ним относятся:

1. Исходным положением тектоники плит является планетарная конвекция, обуславливающая конвейерное движение литосферных плит по глобальной астеносфере. Однако установлено, что в глубинных геосферах имеется множество астенослоёв и астенолинз. Та астеносфера, с которой связывается движение плит, располагается на разных уровнях и имеет прерывистый характер. Соответственно упорядоченный конвективный процесс в мантии с его линейными законами может быть распространен лишь ограниченно.

2. Краеугольным положением рассматриваемой теории является спрединг. Он доказан, но когда речь идёт об охватываемом им пространстве, то возникают затруднения. Обстоятельные исследования океанских разломов, ортогональных Мировой рифтовой системе, свидетельствует о релаксации (ослаблении) спрединга на разных расстояниях от осевой зоны этой системы. Объяснение этому с точки зрения тектоники плит дать трудно. Дополнительное осложнение вносит разнообразие разломов, среди которых в Атлантике выделяется несколько категорий: трансокеанские, приуроченные к центральным частям океана, развитые только по одну сторону срединного хребта, уходящие из океанов на континенты, далеко отстоящие от него и другие. В этом отражается действие каких-то других факторов, не имеющих отношения к тектонике плит. В самих океанах недавно выделены категории демаркационных разломных зон, разделяющих большие области океанов, резко отличающихся по структуре, тектоническому развитию и геодинамике. В большинстве случаев они не согласуются с границами литосферных плит.

Большие сомнения вызывает наличие зон субдукции, где происходит погружение в глубоководные желоба цельных литосферных плит до глубин 600-700 км. Признание в качестве цельной, например, Тихоокеанской литосферной плиты, занимающей огромную часть Тихого океана, крайне затруднительно. В ней симатическая кора подвержена значительным тектоническим преобразованиям. Здесь происходит разломообразование, вертикальные восходящие и нисходящие движения, формируются грабены, горсты, тектоно-вулканические структуры, а также структуры скучивания, обязанные своим происхождением горизонтальным срывам и движению литопластин. Это свидетельствует в пользу тектонической подвижности океанской литосферы, поэтому не только Тихоокеанская плита, но также Индо-Австралийская, Карибская, Евроазиатская и некоторые другие кажутся не более чем результатом искусственных построений, а отсюда представлений о субдукции.

Выдвинутая японскими геологами парадигма охватывает воедино триаду: тектонику ядра Земли, плюмтектонику, распространяющуюся на всю мантию от ядра до границы 670 км, и тектонику плит. Но этому противоречит невозможность существования жёстких плит на больших глубинах, где должны находиться флюидные субстанции.

Конце́пция текто́ники литосфе́рных плит (прежнее назв. — «новая глобальная тектоника») — общая геологическая концепция, рассматривающая литосферу, сложенную из отдельных взаимно перемещающихся литосферных плит, и связанные с их перемещением деформацию, магматизм и другие процессы, приводящие к образованию земной коры.

Развитие представлений о глобальной тектоникеПравить

См. также статью Гипотеза дрейфа материков А.Вегенера

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. Большинством геологов и геофизиков в 30-х −50-х гг. была принята гипотеза глубинной дифференциации, «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 подъёму к поверхности лёгких продуктов дифференциации — астенолитов.

Начавшееся с конца 50-х гг. интенсивное геолого-геофизическое исследование океанов повлекло новые открытия, стоящие в противоречии с теорией глубинной дифференциации и объяснявшие положения мобилистской гипотезы Вегенера: было установлено существование относительно вязкой астеносферы, по поверхности которой было возможно гипотетическое перемещение литосферы; была открыта глобальная система срединно-океанических хребтов и рифтов; установлено различие мощности и состава континентальной и океанской коры; обнаружено существование магнитных аномалий, тянущихся параллельно срединно-океаническим хребтам и др.

Основой новой глобальной тектоники стала теория спрединга, выдвинутая в 1963 году английскими геофизиками Ф.Вайном и Д.Мэтьюзом и канадскими геологом Л.Морли. Теория спрединга предполагала немонолитную литосферу и, в сочетании с допущением гипотезы об периодической инверсии магнитного поля Земли, объясняла явление полосовых магнитных аномалий в океане. На основе теории спрединга была разработана первая возрастная шкала океанских магнитных аномалий, включавшая кайнозойскую эру и вторую половину верхнего мела. В Тихом океане были открыты разломы, пересекавшие срединно-океанический хребет, которые были выделены в класс трансфертных разломов, маркировавших трансформные границы литосферных плит. На основе изучения распределения трансфертных разломов и сейсмических очагов по Земному шару американский геофизик Дж. Морган, английские учёные Д.Маккензи и Ф.Паркером и французский учёный К.Ле Пишон определили литосферные плиты. Основные положения концепции тектоники литосферных плит были опубликованы в 1968 г.

Основные положения тектоники литосферных плитПравить

Верхний слой Земли разделён подразделяется на жёсткую и хрупкую литосферу и находящуюся под ней относительно вязкую и пластичную астеносферу.

Подразделение литосферы на плиты

Литосфера Земли разделена на некоторое число плит, границы которых маркированы очагами сейсмической активности. В большинстве случаев эти очаги позволяют достаточно точно определить границы литосферных плит, хотя в ряде районов Земли наблюдаются пояса рассеянной сейсмичности.

Движение литосферных плит

Характер взаимных перемещений литосферных плит, и, соответственно, характер границы между плитами различны и выделены в 3 типа:

• дивергентные границы — вдоль которых происходит раздвижение плит — рифтогенез и, в частности,спрединг. Приурочены к осевым зонам срединно-океанических хребтов;
• конвергентные границы — вдоль которых происходит процесс сближения плит с поддвигом одной плиты — более тяжёлой — под более лёгкую. Приурочены к осевым зонам глубоководных желобов. Этот процесс может быть 3-х видов:
  субдукция, происходящая при поддвиге океанской литосферной плиты под континентальную, либо при взаимодействии двух океанских литосферных плит с поддвигом более тяжелой;обдукция, имеющая место при надвижении океанской плиты на континентальную;коллизия, вдоль которой происходит столкновение (обычно с поддвигом) двух континентальных плит;
• субдукция, происходящая при поддвиге океанской литосферной плиты под континентальную, либо при взаимодействии двух океанских литосферных плит с поддвигом более тяжелой;
• обдукция, имеющая место при надвижении океанской плиты на континентальную;
• коллизия, вдоль которой происходит столкновение (обычно с поддвигом) двух континентальных плит;
• трансформные границы, вдоль которых происходит горизонтальное скольжение одной плиты относительно другой по плоскости вертикального трансформного разлома.

Преобладающими являются границы первых двух типов, причём на некоторые границах (транспрессивная граница) сочетаются как поддвиг, так и сдвиг, характерные для конвергентных и трансформных границ.

В ряде районов Земли имеет место схождение трёх плит — тройные сочленения. На тройных сочленениях в различных сочетаниях могут сходиться границы разного типа — как конвергентные и дивергентные, так и границы трансформных разломов. Наиболее распространённым является тройное сочленение осей спрединга (например в районе о. Буве в южной Атлантике). Тройные сочленения являются неустойчивыми и имеют сложную структуру. В их зоне предполагается выделение отдельных микроплит.

Движение литосферной плиты может быть представлено как вращение вокруг оси, проходящей через центр шара и точку на поверхности, называемой «полюс Эйлера». Вдоль «эйлеровых широт» происходят трансформные разломы

Движение литосферных плит в первом приближении описывается теоремой вращения Эйлера. Согласно этой теореме, по поверхности сферы точка движется по окружности, вращаясь вокруг оси, проходящей через центр шара. В точке пересечения перпендикуляров, восстановленных от дуги окружности, находится «полюс Эйлера» — выход оси вращения на поверхность. Тем самым, в случае движения точки, принадлежащей литосферной плите является заданной ось вращения некоторой точки литосферной плиты, что, вследствие монолитности и жёсткости всей литосферной плиты определяет её траекторию.

Для определения оси вращения литосферной плиты может быть взят любой отрезок её траектории, но наиболее удобным для этой цели является граница трансформного разлома — известный участок, пройденный плитой. Определением оси вращения по восстановленным от краёв трансформного разлома (служащего границей двух литосферных плит) перпендикулярам устанавливается движение соответственно пары литосферных плит.

Определение оси вращения литосферной плиты позволяет достаточно точно судить о её как древнем так и будущем местоположении. Таким образом, концепция тектоники литосферных плит имеет математическое обоснование одного из важнейших своих положений.

Соотношение масштабов спрединга и субдукции

Объём океанской коры, образующейся в зонах спрединга, равен объёму коры, уходящей в астеносферу в зонах субдукции. Таким образом, объём Земли остаётся постоянным. Это положение обеспечивает достоверность палеотектонических реконструкций.

В отличие от явления спрединга, явление субдукции длительное время не признавалось многими учёными, предполагавшими результатом спрединга увеличение размеров Земли. Однако установленное изменение размеров Земли существенно уступает предполагаемому изменению при отсутствии субдукции.

Шестое положение касается причин движения литосферных плит. В классической схеме новой глобальной тектоники причина, по которой литосферные плиты находятся в движении, заключена в мантийной конвекции. Литосферные плиты увлекаются течением вязкой астеносферы от осей спрединга к зонам субдукции. Согласно этому положению, под осями спрединга находятся восходящие ветви конвективных ячей, под зонами субдукции — нисходящие, а под литосферными плитами — горизонтальные.

Явление мантийной конвекции, введённое в теорию тектоники как теоретическое предположение, было затем подтверждено открытием мощной гидротермальной деятельности в срединно-океанических и окраинно — морских хребтах, что явилось свидетельством мощного теплового потока, идущего из глуби Земли. Мантийная конвекция является единственным объективным механизмом удаления этого тепла, при отсутствии которого температура Земли должна была быть существенно выше, вплоть до плавления её верхней оболочки. Также существование конвекции было подтверждено сейсмографическими исследованиями, обнаружившими дифференциацию температур в толще мантии.

Современная теория, признавая главную движущую роль мантийной конвекции, существенную роль отводит гравитационным факторам: от срединных хребтов плиты расходятся под влиянием гравитации вследствие их значительного превышения над абиссальными равнинами; в зоне субдукции океанская литосфера, охлаждённая и ставшая тяжелее астеносферы, под действием силы тяжести погружается в астеносферу.

Современные литосферные плиты и их расположениеПравить

Более 90% литосферы образуют 7 крупнейших плит: Евразийская, Африканская, Северо-Американская, Южно-Американская, Антарктическая, Индо-Австралийская, Тихоокеанская. Из них Тихоокеанская является наибольшей по площади и единственной полностью океанской плитой.

К крупным плитам относятся: Кокос, Наска, Карибская, Скотия, Аравийская, Филиппинская, Каролинская, Иберийская, Анатолийская, Охотоморская, Амурская. В стадии обсуждения находится выделение плит Сомалийской и Берингии.

К микроплитам (имеющим как правило несколько сотен км. в поперечнике) относятся: Горда, Хуан де Фука, Эксплорер и др. Предположительно микроплит находятся в районе Каспия и моря Бисмарка. Кроме того, предположительно микроплиты располагаются в зоне тройных сочленений (в районах о.Пасхи, о.Родригес, Галапагосских и Азорских о-вов. и др.)

Плитнотектонические процессы в прошлые геологические эпохиПравить

Тектоника плит происходила на Земле со среднеархейской эпохи, когда в основном завершился процесс дифференциации земной коры на лёгкую — континентальную и тяжёлую — океанскую.

Точная картина перемещения плит за последние 160 — 180 млн. лет восстановлена с помощью изучения линейных магнитных аномалий океанского ложа. Более древние аномалии обычно не сохраняются и палеотектоническая реконструкция с помощью палеомагнитного метода является затруднительной. Он осуществляется совместно с палеобиогеографическими и палеокиматологическими исследованиями. Главными признаками развития плитнотектонических механизмов далёкого прошлого являются геологические проявления субдукции и спрединга — вулканические дуги, вулкано-плутонические комплексы и офиолиты.

Характер и интенсивность тектоники плит в фанерозое и протерозое обусловили последовательное образование и распад нескольких суперконтинентов и в свою очередь зависели от них: в эпохи существования суперконтинентов выражения глобальной тектоники были менее яркими вследствие меньшей протяжённости зон спрединга и субдукции.

В раннепротерозойскую и архейскую эпохи характер тектонических процессов отличился от современного более значительным количеством более мелких плит и большей протяжённостью оси спрединга. Существование плитнотектонического механизма в архее было обосновано в результате изучения зеленокаменных поясов среднего и позднего архея, обнаружившего большое сходство с более строения последних с более молодыми офиолитами.

Внутриплитная тектоникаПравить

Размещение главных горячих точек (Вилсон,1973)

Новая глобальная тектоника, согласно которой плиты являются абсолютно монолитными, не могла объяснить явления внутриплитного и окраинно-плитного магматизма. В 1963 г. Дж. Вилсоном была выдвинута гипотеза существования мантийных струй плюмов — выходящих на поверхность в «горячих точках», получившая обоснование и развитие в 1972 г. в работе В.Моргана на примере вулканизма Гавайского и Императорского хребтов в Тихом океане. Гавайский хребет, включающий островные вулканы Килауэа, Моуна-Лоа, Моуна-Кеа и др, простирается в северо-западном направлении, где сочленяется с подводным Императорским хребтом. Возраст вулканов, как было установлено, увеличивается в Гавайском хребте вдоль северо-западного направления до среднепалеогенового и продолжает возрастать в Императорском хребте до позднемелового. Теория мантийных струй объясняет это явление движением Тихоокеанской плиты в северо-западном направлении над стационарной мантийной струёй, проходящей сквозь литосферу и инициирующей деятельность новых вулканов.

Согласно теории мантийных струй, с большинством горячих точек связано проявление вулканической деятельности. Очаги мантийных струй находятся в мантии на большой глубине, вплоть от границы ядра, что доказывается практически одинаковым щёлочно-базальтовым составом магмы, не зависящей, таким образом, от строения литосферы и состава земной коры.

Существование мантийных струй, как и существование мантийной конвекции, ныне подтверждено сейсмотомографическими исследованиями и является общепризнанным. Расхождения во взглядах на мантийные струи связаны с оценкой масштаба их влияния на тектонику плит. Эта оценка колеблется от признания теории мантийных струй дополнительной к теории тектоники плит и хорошо согласующейся с ней до точки зрения на деятельность мантийных струй как на главную причину глобальной тектоники в целом.

ЛитератураПравить

• Хаин В.Е, Халилов Э.Н. Цикличность геодинамических процессов: её возможная природа. — .: Научный мир, 2009. — С. 519о книге
• Монин А.С. История Земли. — .: Наука, 1977. — С. 228о книге

Что такое тектоника плит? Это один из многих вопросов, которые вы будете решать на ранних этапах уроков географии / геологии. С точки зрения непрофессионала, тектоника плит — это научная теория, которая описывает движения внешней оболочки Земли над ее последующим слоем.

Внешняя оболочка Земли, известная как литосфера, является жесткой и имеет толщину около 100 км. Она состоит из коры (как океанической, так и континентальной) и верхнего слоя мантии.

Ниже литосферы находится астеносфера, вязкий и в основном податливый слой мантии, который позволяет твердому слою сверху скользить и скользить. Он расположен между 80-200 км ниже поверхности земли. Характер и механизм этого движения до сих пор является активной областью исследований.

История тектонической теории плит

Теория тектоники плит — это современная, значительно усовершенствованная версия знаменитой гипотезы дрейфа континентов Альфреда Вегенера, которую он представил в 1912 году. Он предположил, что все континенты были когда-то частью единого массива суши (который он назвал Пангеей) до распада и принятия их нынешней формы. Вегенер, однако, не смог дать правдоподобного объяснения того, как массивные континенты могли двигаться.

Анимация континентального дрейфа за последние 250 миллионов лет

Исследователи начали замечать сходство между формами континентов на каждой стороне Атлантического океана впервые в 16 веке. Несколько выдающихся географов, в 17 и 18 веках, отметили, что континенты Африки и Южной Америки, похоже, тесно связаны друг с другом.

Было предложено несколько теорий для объяснения таких явлений, но ни одна из них не была достаточно достоверной. Теория континентального дрейфа Вегенера также подвергалась критике и даже была отвергнута несколькими геологами.

Только в 1960-х годах, после прямых сейсмологических свидетельств распространения морского дна, научное сообщество приняло тектонику плит (и, в конечном итоге, теорию континентального дрейфа).

Что такое тектоническая плита? И сколько их там всего?

Основные и некоторые второстепенные тектонические плиты

Тектоническая плита — это массивный кусок литосферы неправильной формы, состоящий из коры и самого верхнего слоя мантии. Геологи выделили несколько тектонических плит, которые подразделяются на три основные категории: крупные, мелкие и микро(плиты).

Всего существует восемь основных тектонических плит, включая Тихоокеанскую, Североамериканскую, Южноамериканскую, Евразийскую, Африканскую, Антарктическую, Австралийскую и Индийскую плиты. Плиты, площадь которых превышает 20 млн. Км 2, классифицируются как основные. Имеется пятнадцать малых плит и множество известных микроплит.

Границы плиты

Тектонические плиты многократно взаимодействуют друг с другом, и место, где они взаимодействуют, называется границами плит. По характеру этого взаимодействия границы плит можно разделить на три типа: расходящиеся, сходящиеся и трансформирующиеся.

Расходящаяся граница — это место, где две противоположные литосферные плиты удаляются друг от друга, оставляя за собой зазор. Этот разрыв заполняется магмой, которая поднимается изнутри земной мантии.

Лучшим примером расходящейся границы является срединно-океанический хребет, где тектонические плиты постепенно удаляются друг от друга, в то время как восходящая магма непрерывно создает новую кору.

Сходящаяся граница, с другой стороны, — это место, где одна литосферная плита опускается под другую. Эти регионы также известны как зоны субдукции, где часто происходят землетрясения и извержения вулканов.

Третий тип границы плит — это трансформирующийся разлом, когда плиты скользят друг о друга по горизонтали. Хотя большая часть разломов трансформации находится под океанами, лишь немногие из них наблюдаются на суше, как, например, калифорнийский разлом Сан-Андреас.

Другими примерами границы преобразования являются разлом Чамана в Пакистане, Северо-Анатолийский разлом в Турции и разлом Королевы Шарлотты в Соединенных Штатах.

Как это работает?

Как работает тектоника плит? Или, точнее, что заставляет массивные тектонические плиты перемещаться по планете? Ответ будет двояким. Первый — некая мантийная конвекция (пока неясно), а второй — гравитация.

Конвекция в мантии

Мантийная конвекция — это процесс, при котором тепло из недр земли медленно передается на поверхность конвекционными потоками. Она управляет тектоникой плит на земле посредством тяги (погружения) и толкания (распространения).

Горячая лава поднимается в середине океанических хребтов, а холодная, относительно плотная океаническая литосфера погружается глубоко в мантию в зонах субдукции. Долгое время этот процесс считается ведущей силой, заставляющей двигаться тектонические плиты.

Однако ученые-геологи сейчас считают, что гравитация играет в тектонике плит гораздо более важную роль, чем считалось ранее. Новая кора, формирующаяся на срединно-океанических хребтах, значительно менее плотная, чем астеносфера. Она постепенно отходит от расходящейся границы и становится прохладнее (за счет проводящего охлаждения), а также плотнее. Более высокая плотность океанической литосферы по сравнению с астеносферой позволяет ей опускаться вглубь мантии в зонах субдукции.

Механизм, позволяющий новой коре медленно удаляться от срединно-океанических хребтов, известен как гравитационное скольжение (обычно называемое хребтовым толчком). По мере формирования новой океанической литосферы вблизи хребта гравитация заставляет ее опускаться вниз и толкать старые материалы, чтобы удалиться от хребта дальше.

Тектоническая активность в прошлом

Самому старому фрагменту континентальной коры, найденному на Земле, около 4,02 миллиардов лет (сам возраст Земли составляет 4,54 миллиарда лет). Однако, поскольку океаническая литосфера постоянно перерабатывается, самому раннему известному морскому дну всего около 340 миллионов лет. Он был обнаружен в части восточного Средиземного моря.

Исследователи полагают, что тектоническая активность впервые началась на Земле около 3-3,5 миллиардов лет назад, основываясь на древних породах и минералах, добытых со всего земного шара. Континенты были здесь на протяжении большей части земной истории; тем не менее, они, вероятно, прошли через несколько конфигураций, прежде чем достигнут той формы, в которой они находятся сегодня.

Значительное количество исследований было сделано для реконструкции истории тектоники плит на земле. Непрерывное (хотя и медленное) движение тектонических плит позволяет континентам формироваться и разрушаться с течением времени. Это включает в себя окончательное образование (и распад) суперконтинента, единой массы суши, которая содержит все континенты.

Считалось, что первый суперконтинент сформировался еще 2 миллиарда лет назад и распался около 1,5 миллиарда лет назад или около того. Он называется Колумбия или Нуна.

Следующий (возможно) суперконтинент, Родиния, образовался 1 миллиард лет назад, а затем разорвался примерно 600 миллионов лет назад. Пангая, последний суперконтинент, был создан около 300 миллионов лет назад в позднепалеозойскую эпоху.

Когда Пангея распалась почти 175 миллионов лет назад, она была разделена на две большие части; Прото-Лавразия и Прото-Гондвана, в то время как оба были разделены Океаном Тетис.

Лавразия стала тем, что мы теперь знаем, как Европа, Азия и Северная Америка, в то время как Гондвана стала остальным миром, который включает Индийский субконтинент, Африку, Южную Америку, Аравию, Австралию и Антарктиду.

Их роль в климате Земли

Ряд исследований, проведенных астробиологами и геологами, показал, что тектоника плит может быть существенно важной для поддержания жизни на земле в ее нынешнем виде. Без рециркуляции его коры, мы не могли бы иметь стабильную температуру на поверхности. Без субдукции и создания новой коры земные океаны могли бы остаться лишенными питательных веществ, дающих жизнь. Исследование, проведенное в 2015 году, даже утверждает, что тектоника плит имеет важное значение для эволюции передовых видов.

Новая глобальная тектоника

«тектоника плит», тектоническая гипотеза, представляющая собой современный вариант Мобилизма. Оформилась в виде законченной концепции в 1968 (Дж. Морган, З. Ле Пишон, Б. Изакс, Дж. Оливер, Л. Сайкс и др.) в развитие идей американских геологов Р. С. Дитца и X. X. Хесса о раздвижении океанического дна. Однако основные принципы «Н. г. т.» были намечены в 1929 шотландским геологом А. Холмсом, который объединил гипотезу подкорковых течений О. Ампферера, радиогенную гипотезу Дж. Джоли и гипотезу дрейфа материков А. Вегенера. Согласно «Н. г. т.», литосфера, подстилаемая менее вязкой астеносферой, разделена на ряд плит. Границы плит являются зонами максимальной тектонической, сейсмической и вулканической активности. Вдоль этих границ происходит раздвиг, надвиг, поддвиг или горизонтальное смещение плит друг относительно друга. В рифтовых зонах срединных хребтов океанов плиты раздвигаются и раздвиг заполняется базальтовой магмой, поднимающейся из астеносферы. Конвекционные течения в астеносфере увлекают плиты в стороны от оси срединных хребтов, а вдоль островных дуг и окраин материков плиты океанической коры погружаются под кору материковую с наращиванием последней в обстановке сжатия и выделения тепла, а также подъёма кремнезёма, щелочей, водяных паров, обусловливающего андезитовый вулканизм, гранитизацию, складчатость и региональный метаморфизм. Концепция «Н. г. т.», опирающаяся на новые факты, полученные в последние десятилетия геологией и геофизикой, особенно в отношении океанов, завоевала большую популярность, но встречает и серьёзные возражения, касающиеся механизма конвекции, погружения океанической коры под континент и др. (В. В. Белоусов, Ю. М. Шейнман, Е. В. Артюшков и др.); рядом исследователей она отрицается в целом.Лит.: Зоненшайн Л. П., Проблемы глобальной тектоники, «Природа», 1972, №11. В. Е. Хаин.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.
.