Историческая геология_1 / Учебники / Лекция 6. Геотектонические гипотезы

Лекция 6. Геотектонические гипотезы © В.С. Смывина

Краткий курс лекций по исторической геологии

главная  новости  фотоальбом  резюме  публикации  гостевая  антивирус  кафедра FG  ЛЕКЦИЯ № 6. Современные геотектонические гипотезы Фиксистские гипотезы

Гипотезы мобилизма

Гипотеза образования океанов

На прошлых занятиях мы рассмотрели строение земной коры и выяснили, что отдельные её участки отличаются друг от друга. Какие же это отличия?

В морфологическом плане это крупнейшие элементы - континенты и океанические впадины. В свою очередь, в строении каждого из них мы тоже наблюдаем неоднородности. И континенты, и океаны разделяются на области активного тектонического развития-геосинклинали и стабильного развития- платформы. У каждой области мы отмечаем свой набор геологических формаций и последовательность в их образовании, формы залегания осадочных толщ, проявление магматизма и метаморфизма.

На разных этапах развития геологических знаний ученые пытались найти причину таких различий и на основе известных причинно-следственных связей создать гипотезу, объясняющую различие и особенности в строении и развитии земной коры. Такие гипотезы называют геотектоническими.

Первая гипотеза возникла во второй половине 18 века и получила название гипотеза поднятий. Ее предложили М.В. Ломоносов,  немецкие ученые А. фон Гумбольдт и Л. фон Бух, шотландец Дж. Хаттон.

 Суть гипотезы в следующем - поднятия гор вызваны подъемом из глубин Земли расплавленной магмы, которая на своем пути оказывала раздвигающее действие на окружающие слои, приводившее к образованию складок, пропастей разной величины. Ломоносов впервые выделил два типа тектонических движений - медленные и быстрые, вызывающие землетрясения.

В середине 19 века на смену этой гипотезе пришла гипотеза контракции французского ученого Эли де Бомона. В ее основе была космогоническая гипотеза Канта и Лапласа о происхождении Земли как первоначально раскаленного тела с последующим постепенным охлаждением. Этот процесс приводил к уменьшению объема Земли, и в результате Земная кора сжималась, и возникали складчатые горные сооружения подобные гигантским «морщинам». Для своего времени это была прогрессивная гипотеза, достоинством которой является разработка учения о геосинклинальном, орогенном и платформенном этапах развития земной коры. Но с позиций этой гипотезы было трудно объяснить, почему смятие происходит в определенных зонах, и почему этот процесс был периодическим.

В середине 19 века англичанин Д. Эйри и священник из Калькутты Д. Пратт открыли закономерность в положениях аномалий силы тяжести - высоко в горах аномалии оказывались отрицательными, т.е. обнаруживался дефицит массы, а в океанах аномалии были положительными. Чтобы объяснить это явление предложили гипотезу, согласно которой земная кора плавает на более тяжелом и вязком субстрате и находится в изостатическом равновесии, которое нарушается действием внешних радиальных сил.

Эта гипотеза, не имея широкого самостоятельного значения, тем не менее, в части движения земной коры по субстрату легла в основу другой геотектонической гипотезы.

Космогоническую гипотезу Канта-Лапласа сменила гипотеза О.Ю.Шмидта о первоначальном твердом, холодном и однородном состоянии Земли. Возникла необходимость иного подхода в объяснении формирования земной коры. Такую гипотезу предложил В.В.Белоусов. Называется она радиомиграционная. Суть этой гипотезы:

1. Основной энергетический фактор - радиоактивность. Разогрев Земли с последующим уплотнением вещества происходил благодаря теплу радиоактивного распада. Радиоактивные элементы на начальных этапах развития Земли распределялись равномерно, и поэтому разогрев был сильным и повсеместным.

2. Нагревание первичного вещества и его уплотнение привело к разделению магмы или ее дифференциации на базальтовую и гранитную. В последней концентрировались радиоактивные элементы. Как  более легкая, гранитная магма “всплывала” в верхнюю часть Земли, а базальтовая погружалась вниз. При этом происходила и температурная дифференциация. В то время как, верхняя гранитная часть остывала и кристаллизовалась, внутренняя часть за счет внутреннего разогрева расширялась, воздействовала на твердую оболочку и та начинала растрескиваться. По образовавшимся трещинам устремлялись лавы. Это приводило к потере энергии и охлаждению подкоровых областей. В местах наибольшего охлаждения происходило сжатие, земная кора прогибалась и зарождались геосинклинали. В результате каждого геосинклинального цикла внедрялись гранитные магмы и с ними происходила миграция радиоактивных элементов в верхнюю часть земной коры. Следствием этого явилось постепенное охлаждение внутренних частей Земли, которое привело к переходу от активных тектонических движений к более спокойным, т.е. от геосинклинального состояния к платформенному.

Недостатком этой гипотезы можно считать то, что с ее позиций трудно объяснить периодичность и синхронность тектонических процессов. Устранить этот недостаток должна была гипотеза пульсации. Согласно этой гипотезе  Земля периодически испытывает периоды расширения, сменяющиеся периодами сжатия. В периоды расширения развиваются вертикальные движения, появляются разрывы в земной коре, интенсивно проявляется магматизм. В периоды сжатия происходит складкообразование, затухает магматизм.

Если проанализировать перечисленные гипотезы, то можно отметить для них общее:

1.   Преобладание вертикальных (или радиальных) тектонических движений в процессе формирования земной коры.

2.   Признание стабильного (фиксированного) положения отдельных частей земной коры относительно подстилающей мантии.

Отсюда эти гипотезы стали называть фиксистскими, а ученых, которые развивают идеи фиксизма, стали называть фиксистами.

Современные геотектонические гипотезы разрабатываются, используя идеи мобилизма. В основе этой идеи лежат представления о преобладании в тектонических движениях земной коры горизонтальных движений.

Впервые для объяснения механизма и последовательности геотектонических процессов немецким ученым А. Вегенером была предложена гипотеза горизонтального дрейфа континентов. Какие факты легли в основу этой гипотезы?

1.Сходство очертаний берегов Атлантического океана, особенно в южном полушарии (у Ю.Америки и Африки).

 2.Сходство геологического строения континентов (совпадение некоторых региональных тектонических простираний, сходство в составе и возрасте пород и др.).

По представлениям Вегенера в конце Палеозоя современные континенты представляли собой один суперконтинент - Пангея. В Мезозое началось дробление этого суперконтинента и перемещение отдельных континентальных глыб в направлении их современного положения (или их дрейф). Образование складчатости объясняется смятием внешних кромок континентов (Кордильеры) или их столкновением (Гималаи).

Главным недостатком гипотезы был её описательный характер и отсутствие физического обоснования. Поэтому многочисленным критикам этой гипотезы несложно было доказать ошибочность механизма дрейфа континентов. Гипотезу отвергли и забыли. Но по мере накопления новых фактов при изучении океанической коры, которые не укладывались в рамки геосинклинальной гипотезы, геологи вновь обратились к идеям мобилизма, но уже на качественно другом уровне. Что же нового установили геологи при изучении ложа Мирового океана?

1.   Системы срединно-океанических хребтов.

2.   Раздвигание океанской коры в стороны от этих хребтов.

3.   Линейное расположение зон вулканизма и землетрясений.

4.   Наличие в зонах срединно-океанических хребтов теплового потока.

5.   Полосовое размещение знакопеременных магнитных аномалий относительно срединно-океанических хребтов.

Все эти и другие факты позволили модернизировать гипотезу дрейфа континентов в гипотезу тектоники литосферных плит или новую глобальную тектонику. Главные положения этой гипотезы:

1.Земная кора с верхней частью мантии образует литосферу, которая подстилается пластичной астеносферой. Литосфера разделена на крупные блоки (плиты). Границами плит являются рифтовые зоны, глубоководные желоба, к которым примыкают разломы, глубоко проникающие в мантию - это зоны Беньофа-Заварицкого, а также зоны современной сейсмической активности.

2.Литосферные плиты горизонтально перемещаются. Это движение определяют два основных процесса - раздвигание плит или спрединг, погружение одной плиты под другую - субдукция или надвигание одной плиты на другую - обдукция.

3.В зону раздвига периодически поступают из мантии базальты. Доказательством раздвига служат полосовые магнитные аномалии в базальтах.

4.В районах островных дуг выделяются зоны скопления очагов глубокофокусных землетрясений, которые отражают зоны погружения плиты с базальтовой океанической корой под континентальную земную кору, т.е. эти зоны отражают зоны субдукции. В этих зонах, вследствие дробления и плавления, часть материала погружается, а другая в виде вулканов и интрузий проникает в континент и тем самым происходит наращивание мощности континентальной коры. В зонах же обдукции происходит смятие, и возникают глыбово-сводовые горные хребты типа Гималаев.

Таким образом, в масштабах Земли формируются два типа областей тектонических напряжений: области растяжения в рифтовых зонах и области сжатия в глубоководных желобах и островных дугах. Эти напряжения компенсируют друг друга, благодаря чему объем Земли остается неизменным.

Вероятной причиной горизонтальных перемещений плит предполагают конвективные течения в мантии. Механизм этих течений заключается в следующем.

Во внешнем, жидком ядре происходит тепловая конвекция, которая генерирует магнитное поле. Тепловая энергия из ядра проникает в нижнюю и верхнюю мантии не сплошным фронтом. Здесь образуются участки восходящего теплового потока и зоны нисходящих потоков. В результате образуются гигантские ячейки, над которыми в литосфере образуются плиты. Восходящие тепловые потоки фиксируются в зонах раздвига срединно-океанических хребтов, а нисходящие - в зонах субдукции. Таким образом, осуществляется механизм тектоники плит.

Гипотеза образования океанов

В период господства контракционной гипотезы, океаны и континенты считались постоянными, возникшими с начала возникновения на Земле водной оболочки. Наиболее древний - Тихий океан (согласно одной из гипотез представляет шрам на поверхности Земли, образовавшийся при отрыве от нее Луны). Согласно этому представлению океанические впадины очень древние. В их участках, прилегающих к континентам, продолжают формироваться геосинклинали, за счет развития которых происходит наращивание континентов. Площади континентов, таким образом, увеличиваются за счет океанов.

Другая точка зрения - океанские впадины молодые, образовались в Мезозое и с тех пор углубляются и расширяются. Основой таких представлений послужило следующее:

● океанографическими исследованиями установлено, что некоторые участки океанов погрузились недавно. Такие участки располагаются как вблизи континентов (Алеутская гряда - вулканические конусы здесь со следами наземной эрозии), так и удаленные от континентов (гайоты в юго-западной части Тихого океана, представляющие собой погрузившиеся вулканические конусы на 2-3 км, на склонах которых обнаружена Меловая фауна, указывающая на то, что в этот период они были вулканическими островами).

● к молодым океаническим впадинам относят Северную Атлантику и районы Арктики; южную Атлантику и Индийский океан. На основании происходившего здесь массового излияния базальтов в позднем Мелу и Кайнозое делается предположение о расколе континента, погружении континентальной коры и ее замещение проникающей из мантии океанической базальтовой коры. В результате площадь океанов увеличивается за счет континентов.

С позиций этой гипотезы пока нет объяснения установленного на Земле водного баланса. Считается, что водная оболочка Земли существует не менее 3.5 млрд. лет и что она накапливалась за счет паров выносимых при вулканических извержениях. И вся эта масса должна была до Мезозоя где-то размещаться. Если не в океанических впадинах, то где? Ответа пока не найдено. С другой стороны, объяснить образование всего имеющегося объема воды лишь в последние 70 млн. лет авторы не могут.

Чтобы объяснить эти противоречия предлагается компромиссный вариант, согласно которого впадина Тихого океана сформировалась в докембрии, и Тихий океан существовал уже в то время, тогда как другие океаны - более молодого возраста, а часть из них Мезозойские

Основные выводы по геотектоническим гипотезам.

1.   Главной причиной эволюции земной коры и тектонических движений является внутренняя энергия Земли.

2.   Внутренняя энергия Земли поступает к поверхности циклично.

3.   В строении земной коры выделяются жесткие глыбы (древние платформы, литосферные плиты), которые разделяются зонами повышенной тектонической активности.

оглавление / вперед / наверх             #bn {display:block;} #bt {display:block;}