12. История создания теории тектоники литосферных плит и современные представления о развитии литосферы.

История создания теории.

1889 г. Османд Фишер, физик, опубликовал научную работу «Физика земной коры», в которой:

• изложил представления о зонах растяжения – рифтовые зоны (Исландия, Восточная Африка), и сжатия – Тихоокеанский пояс;

• признавал горизонтальное перемещение континентов и блоков земной коры;

• определял механизм горизонтального движения в результате конвективного течения под корой.

1912 г. Альфред Вегенер. Выдвинул гипотезу дрейфа материков. Считал, что в конце палеозоя существовал единый суперматерик Пангея. Разработал целую систему доказательств существования Пангеи:

• сходство береговых линий материков Атлантического океана (например, Африки и Южной Америки);

• общность флоры и фауны палеозоя и мезозоя;

• позднепалеозойское оледенение на территории материков Южного полушария (Южная Америка, Африка, Австралия, Индостан).

Однако Вегенером не был разработан достоверный механизм дрейфа материков. Причиной дрейфа он считал ротационные (вращение Земли) и приливные силы, которые, в действительности, не могли привести к горизонтальному перемещению земной коры.

1928 г. Артур Холмс, геолог, повторно высказал предположение о конвективных течениях за счет радиоактивного распада.

На протяжении 30-50-х гг ХХ века гипотеза дрейфа материков была отвергнута. Господствовала точка зрения фиксистов.

Начало 60-х годов ХХ в. – в результате палеомагнитных исследований было установлено, что магнитные материалы способны «запоминать» древние магнитные поля. Данные исследования подтвердили гипотезу Вегенера о единой Пангее.

50-60-е гг. ХХ в. – на океаническом дне открыты полосчатые магнитные аномалии и крупные подводные хребты (рифты), длиной свыше 60000 км; установлено, что возраст пород дна океана составляет не более 140-150 млн. лет.

60-х гг. ХХ в. – гипотеза переросла в научную концепцию – теорию тектоники литосферных плит.

1961-62 гг. Г. Хесс, Р. Дитц (США), повторно сформулировали идею Фишера об образовании океанической коры в срединно-океанических хребтах и ее погружении в зонах островных дуг и желобов;

1965 г., Дж. Вильсон (Канада), утверждение о том, что литосфера разбита на плиты, оконтуренные тремя типами границ: рифтовыми зонами; зонами подвига плит; трансформными (сдвиговыми) разломами;

1968 г., В. Морган (США), К. ле Пишон (Франция), выделили наиболее крупные литосферные плиты и рассчитали параметры их движения;

1970 г., Дж. Дьюи, Дж. Берд (Великобритания), впервые рассмотрели с точки зрения новой теории развитие геосинклиналей и образование горных поясов.

Конец 80-х гг. ХХ в. – теоретически доказано, что первый суперматерик (Моногея, Пангея 0) возник на рубеже архея и протерозоя в результате выделения земного ядра (1988-1989, Хаин, Сорохтин, Ушаков); доказано, что в истории Земли могло существовать только четыре суперконтинента: Моногея (2,6 млрд. лет), Мегагея (1,8 млрд. лет), Мезогея (1,0 млрд. лет), Пангея (0,2 млрд. лет); установлен механизм дифференциации земного ядра – непосредственной причины движения литосферных плит (Монин, Сорохтин, Ушаков).

В современном понимании литосфера включает в себя земную кору и часть верхней мантии, в которой мантийное вещество полностью раскристаллизовалось и превратилось в горную породу. Тектоника литосферных плит – это геологическая теория, которая рассматривает образование, строение и взаимные перемещения литосферных плит, сопровождаемые их деформациями, магматическими проявлениями и другими процессами, приводящими к формированию земной коры и связанных с ней полезных ископаемых.

Согласно теории тектоники плит литосфера Земли в настоящее время разделена на семь крупных плит (Тихоокеанская, Северо-Американская, Южно-Американская, Африканская, Евразийская, Индийская и Антарктическая). В несколько раз меньше по размерам плита Наска, но она также, как правило, причисляется к крупным плитам. Кроме этих плит обычно выделяется несколько средних плит, из которых самые крупные – Филиппинская, Скотия и Карибская – по площади соизмеримы с плитами Аравийской и Кокос; несколько десятков более мелких плит. Некоторые малые плиты входят в состав Альпийско-Гималайского и Циркум-Тихоокеанского планетарных поясов сжатия литосферы. Суммарная мощность океанической литосферы меняется в пределах от 2-3 км в районе рифтовых зон океанов до 80-90 км вблизи континентальных окраин. Толщина континентальной литосферы достигает 200-220 км.

В отличие от литосферы подстилающая ее пластичная астеносфера не обладает пределом прочности и ее вещество может деформироваться (течь) под действием даже очень малых избыточных давлений. Астеносфера четко выражена под океанами и практически отсутствует под континентами.

Отдельные литосферные плиты могут расходиться, сближаться или скользить друг относительно друга. В первом случае между плитами возникают зоны растяжения с рифтовыми трещинами вдоль границ плит, во втором – зоны сжатия, сопровождаемые надвиганием одной плиты на другую (надвигание – обдукция; поддвигание – субдукция), в третьем – сдвиговые зоны – трансформные разломы, вдоль которых происходит скольжение соседних плит. В местах сближения и столкновения плит образуются геосинклинальные пояса, в пределах которых происходит горообразование. В настоящее время выделяются два геосинклинальных пояса: Альпийско-Гималайский пояс (образовался на месте океана Тетис) и Тихоокеанский (по периметру Тихого океана).

Типичная геосинклинальная область состоит из трех частей: глубоководного желоба, по которому происходит поддвигание Тихоокеанской плиты под другие плиты (Марианский, Японский, Курильский); островной дуги (Японские, Марианские, Курильские острова); котловины окраинного моря (Японское, Восточно-Китайское, Филиппинское море).

Плиты могут удаляться друг от друга. При этом образуются рифтовые зоны, в пределах которых в образовавшийся разлом поднимается мантийное вещество. Рифтовые зоны приурочены к срединно-океаническим хребтам, которые образуют глобальную систему рифтов длинной до 60 тыс. км. Реже рифты встречаются и на суше (Восточно-Африканская рифтовая зона, Байкальский рифт).

Таким образом, выделяется три типа границ между литосферными плитами 1) Дивергентные – раздвижение, спрединг; 2) Конвергентные – зоны субдукции; 3) Трансформные разломы – сдвиг (например, разлом Сан-Андреас в Калифорнии). На севере Тихого океана сохранились отмершие трансформные разломы, в том числе Клиппертон.

Пояса сейсмической активности. Землетрясения в рифтовых зонах (осевой части срединно-океанических хребтов) имеют небольшую глубину очагов (2-3 км, максимум 5-10 км). По характеру механизма выделяются два типа: очаги первого типа сосредоточены вдоль гребня хребта; второго типа приурочены к трансформным разломам.

Землетрясения в районах островных дуг обрамления Тихого океана. Глубины очагов здесь достигают 600-650 км. Ширина уходящей в глубь зоны сейсмической активности не превышает 50-60 км.

Землетрясения в пределах Альпийско-Гималайского пояса. Зона представлена в виде широкой области рассеянных землетрясений, которые концентрируются вдоль крупных разломов и имеют глубину очага от 70 до 100 км, а вдали от разломов – на глубинах до 20 км.

Параметры перемещения литосферных плит. Плиты перемещаются как жесткие фрагменты литосферы по сферической поверхности. Такое перемещение описывается теоремой Эйлера (1777 г.) и может быть представлено поворотом плиты с определенной угловой скоростью относительно оси, проходящей через центр Земли и некоторую точку на ее поверхности, называемую полюсом вращения этой плиты.

Рифтовые разломы практически всегда ориентированы на полюса раздвижения плит, трансформные разломы всегда перпендикулярны этим направлениям.

При определении скорости раздвижения литосферных плит обычно используют данные по полосчатым магнитным аномалиям. В настоящее время максимальная скорость раздвижения характерна для юго-восточной части Тихого океана (район о. Пахи) и составляет 18 см/год, то есть 180 км за 1 млн. лет.

Австралия удаляется от Антарктиды со скоростью 7 см/год, Южная Америка от Африки – 4 см/год, Северная Америка от Европы – 2-2,3 см/год, Красное море расширяется со скоростью 1,5 см/год, Индостан сближается с Азией со скоростью 5 см/год.

Океанические плиты, сформировавшиеся раньше поздней юры (свыше 150 млн. лет) уже не сохранились. Поэтому расчеты перемещения плит могут быть рассчитаны для более позднего времени. Для более ранних эпох используются палеомагнитные данные.

Последовательность образования литосферных плит: раскол в рифтовой зоне (срединно-океаническом хребте) – растяжение литосферы – расплав базальтов – кристаллизация базальтов.

Образование горных поясов при движении литосферных плит. Развитие литосферы и образование горных поясов при движении литосферных плит происходит в течении так называемого «цикла Вильсона», длительностью около 800 млн. лет. Цикл Вильсона включает: раскол континентов – образование и закрытие океана Атлантического типа – деформацию бывших окраин континентов – повторное соединение континентов.

Последовательность событий в цикле Вильсона:

• Раскол суперконтинента и образование рифтовой системы Восточно-африканского типа;

• Формирование узкого морского бассейна Красноморского типа;

• Формирование океана Атлантического типа, время существования которого составляет около 200 млн. лет;

• Развитие геосинклиналей на окраинах расколовшегося суперконтинента и накопление пород мощностью 15-18 км;

• Смена центробежного растяжения центростремительным сближением, постепенное закрытие океана с возникновением на месте рифтовой зоны островной дуги;

• Погружение континентальной окраины под давлением приближающейся островной дуги;

• Полное закрытие океана в тылу островной дуги и смятие пород в складки;

• Поднятие, горообразование, надвиговые и разрывные деформации.