Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

п / Геофизика / Тектоника

.doc
Скачиваний:
19
Добавлен:
16.03.2015
Размер:
4.81 Mб
Скачать

Элементы тектоники плит. Срединно-океанический хребет. Палеомагнетизм океанических базальтов и возраст океанического дна, спрединг и субдукция океанических литосферных плит.

В 1889 г. была опубликована книга английского физика О.Фишера “Физика земной коры”. Не имея практически никакой геологической и геофизической базы, лишь на основе аналогии с движением лавы в кратере вулкана, Фишер предположил, что важнейшим геологическим процессом на Земле является выход горячего мантийного вещества на дне океанов. Это вещество отвердевает при движении от области излива, и погружается обратно в мантию в области островных дуг. Согласно Фишеру, движущим механизмом этого процесса является свободная тепловая конвекция. Книга О.Фищера настолько обогнала свое время, что практически не была замечена современниками.

В 1912 г. немецкий физик А.Вегенер выдвинул гипотезу о дрейфе континентов, положив начало новому направлению в геологии, названному мобилизмом. Согласно этой гипотезе Атлантический океан является относительно молодым и когда-то южная Америка и Африка были одним континентом. В настоящее время расстояние между ними постепенно увеличивается. Основой этой гипотезы было географическое подобие очертаний континентов и сходное геологическое строение соответствующих (после совмещения береговых линий) участков этих континентов, а также сходства ископаемой флоры и фауны в верхнепалеозойских и нижнемезозойских отложениях южных материков (т.е. в период, предшествующий расширению Атлантики ), а также следы покровного оледенения. Некоторое время гипотеза Вегенера была очень популярна, однако в то время очень мало знали о реологических свойствах горных пород, о свойствах астеносферы. Кроме того, Вегенер не смог предложить физически правдоподобного механизма, который заставляет двигаться континенты. Он предполагал, что дрейф континентов происходит за счет ротационных сил и приливных взаимодействий Луны и Земли.

Новый импульс геологии дал международный геофизический 1958 год. Были открыты срединные (СО) хребты. Наиболее длинный СО хребет расположен приблизительно вдоль меридиана в Атлантическом океане и заходит в Северный ледовитый океан. СО хребет представляет собой два параллельных гребня, разделенных неглубокой впадиной шириной порядка 10 км. Суммарная протяженность всех СО хребтов Земли достигает 60 000 км.

На рисунке приведен профиль поперечного сечения дна Атлантического океана. Видно, что в центральной части, над СО хребтом, глубина океана около 2.5 км а на расстоянии 1-2 тыс. км она достигает 5-6 км. Таким образом, СО хребет достаточно пологий – разность высот около 3 км имеет место на расстоянии порядка 1500 км.

Другим геологическим открытием шестидесятых годов 20 века было определение возраста океанического дна. Оказалось, что возраст пород океанического дна не превышает 100-150 млн. лет, причем возраст пород увеличивается при увеличении расстояния от СО хребта. Надо отметить, что возраст пород континентальной литосферы достигает 2-3 млрд. лет,т.е. приблизительно в 10 раз больше.

Третьим геологическим открытием был специфический палеомагнетизм пород океанического дна. Для того, чтобы понять суть этого открытия, надо сказать несколько слов о палеомагнетизме горных пород и магнитном поле Земли.

Главное магнитное поле Земли связано с течением вещества в жидком металлическом ядре Земли. Это течение имеет неустойчивый, турбулентный характер, что проявляется в смещении магнитного полюса относительно географического полюса (оси вращения) Земли. Именно из-за этих перемещений магнитного полюса приходится через каждые несколько лет менять навигационные карты для плавания в Северном ледовитом океане, так как изменяется магнитное склонение. Наряду с относительно быстрыми, небольшими смещениями магнитного полюса, периодически, приблизительно один раз в 30 млн. лет происходит инверсия магнитного поля – северный и южный полюса Земли меняются местами.

Ориентация магнитного поля Земли может “записываться” в горных породах, содержащих металлические (ферромагнитные) минералы. Это эффект связан с так называемой точкой Кюри. Известно, что металл является ферромагнетиком, т.е. может обладать достаточно сильным собственным постоянным магнитным полем только при температуре, меньшей температуры Кюри, которая зависит от типа ферромагнетика. В частности, для железа температура кюри равна 768 0С. При повышении температуры выше точки Кюри ферромагнетик теряет свой магнитные свойства, а при охлаждении ниже точки Кюри он опять становится ферромагнетиком. Если охлаждение происходит во внешнем магнитном поле, то направление намагниченности определяется направлением внешнего магнитного поля.

Вернемся к палеомагнетизму пород океанического дна. Оказалось, что по обе стороны от СО хребта существуют приблизительно параллельные ему полосы с одинаковым направлением намагниченности пород (см. рис. ниже)

Перечисленные выше результаты, полученные в 60-70 годы 20 столетия (существование СО хребта, относительно малый возраст пород океанического дна и палеомагнетизм пород океанического дна), явились геологической основой для разработки в 70 годах новой концепции – тектоники литосферных плит.

Основные положения этой концепции.

Поверхность Земли не является неподвижной структурой, она разделена примерно на 20 отдельных, твердых (литосферных) плит, которые “плавают” в более плотном, но пластичном мантийном веществе. Плиты двигаются с различной скоростью от 2 до 20 см в год. На рис. 2 представлено разделение поверхности Земли на отдельные плиты и указано название и направление движения каждой плиты в настоящее время. В прошлом эти направления могли быть и другими.

Рисунок 2. Литосферные плиты и их границы.

К крупным литосферным плитам принадлежат:Тихоокеанская, Наска, Северо-Американская плита, Южно-Американская, Африканская, Евразийская, Индийская, или Индо-Австралийская, Антарктическая. Иногда к крупным литосферным плитам относят и Аравийскую плиту (из них Тихоокеанская - самая большая и Наска - самая маленькая по размерам). К средним литосферным плитам относятся: Филипинская, Скотия и Карибская. По площади с ними соизмеримы плиты Кокос и Аравийская. Кроме этого существует и целый ряд малых плит.

В СО хребте происходит раздвигание океанической литосферы в две противоположные стороны, а внутреннее расплавленное вещество Земли поднимается из мантии и застывает на поверхности океана. В этом месте образуется новая молодая литосфера. Это явление носит название спрединга.

Наиболее характерным срединно-океаническим хребтом является Срединно-Атлантический хребет. В настоящее время распространена точка зрения, что 200 миллионов лет назад Атлантического океана не было, а суша Земли представляла собой единый материк Пангею, которая потом раскололась вдоль этого хребта.

Океанические плиты двигаются до континентальных литосферных плит, плиты сталкиваются друг с другом, край океанической плиты опускается в мантию, поддвигаясь под край континентальной плиты. Мантия поглощает материал опускающейся (поддвигающейся) плиты (рис.). Вдоль границ таких плит образуются глубоководные желоба. Зона поддвига называется зоной субдукции.

Если посмотреть на карту Тихого океана, то мы увидим, что островные дуги, окаймляющие Азиатский материк с востока, прилегают к глубоководным желобам. Это как раз и есть зоны, где Тихоокеанская плита погружается под материковую Евразийскую плиту. Это - зона максимальной сейсмической активности. как показано на рис. 4.

Рисунок 4.

Эпицентры землетрясений в Тихоокеанском регионе за последние 30 лет.

(Отмечены кружки разного цвета: белые -неглубокие, черные - средней глубины и глубокофокусные).

Очаги и коровых, и глубоких землетрясений, и землетрясений средней глубины в этом регионе в основном связаны с зоной субдукции. Именно в ней за счет продвижения плит постоянно накапливаются деформации. Размер Тихоокеанской плиты постоянно уменьшается.

Рисунок 5.

Размещение очагов землетрясений по глубине

(разрез через Курильскую эпицентральную зону)

Существуют плиты, которые продвигаются друг относительно друга в горизонтальной плоскости, а направления их движения противоположны (рис.6).

Рисунок 6.

Такая граница носит название разлома. Разломы также являются постоянными источниками сейсмической активности. Наиболее характерным примером разлома можно считать разлом Сан Андреас в Калифорнии (США).

При движении двух континентальных плит, приблизительно равных по мощности, навстречу друг другу эти плиты сталкиваются, но не происходит поддвига, а возникают мощные горные системы (как Гималаи).

Теперь остановимся на причинах, вызывающих движение литосферных плит. В настоящее время считается, что литосфера представляет собой тонкую сферическую оболочку, лежащую на охваченой течениями астеносфере. Под влиянием астеносферных течений возникают подвижки и взаимные перемещения литосферных плит. Причиной возникновения астеносферных течений считаются конвективные процессы, происходящие в нижней мантии. Над восходящими потоками вещества в нижней мантии образуются расходящиеся астеносферные течения, в зонах которых литосферные плиты будут расходиться в стороны и между ними будут возникать рифтовые зоны. А над нисходящими потоками вещества нижней мантии будут возникать сходящиеся астеносферные течения, что в свою очередь вызывает наползание одной литосферной плиты на другую и их деформацию.

Конвективные ячейки в мантии (их расположение, величина и направление потоков) меняются во времени. И определяющее воздействие на взаимодействие литосферных плит оказывают именно конвективные потоки мантийного вещества.

При конвективном движении в мантии, вещество мантии перемещается (происходит массообмен). По оценочным данным общая масса земного вещества, прошедшего через конвективный массообмен, приблизительно в 10 раз превышает массу всей Земли и в 16 раз суммарную массу мантии. Если происходит один полный оборот мантийного вещества (один цикл), то он вовлекает в движение все вещество мантии. Таким образом, за время жизни Земли могло пройти более 16 конвективных циклов.

Процесс дрейфа континентов происходит, естественно, и в настоящее время. Он выражается в увеличении площади растущих океанов Атлантического и Индийского и в уменьшении площади Тихого океана за счет дрейфа обоих Американских материков на запад, а Евразии на восток. На рис.2 указаны направления движения основных литосферных плит и по ним можно определить тенденции изменения картины расположения океанов и материков на нашей планете.

Соседние файлы в папке Геофизика