Главная » Декор » Теории дрейфа материков и литосферных плит. Геосинклинали - складчатые горные системы. Тектоника литосферных плит

Теории дрейфа материков и литосферных плит. Геосинклинали - складчатые горные системы. Тектоника литосферных плит

December 10th, 2015

Кликабельно

Согласно современной теории литосферных плит вся литосфера узкими и активными зонами - глубинными разломами - разделена на отдельные блоки, перемещающиеся в пластичном слое верхней мантии относительно друг друга со скоростью 2-3 см в год. Эти блоки называются литосферными плитами.

Впервые предположение о горизонтальном движении блоков коры было высказано Альфредом Вегенером в 1920-х годах в рамках гипотезы «дрейфа континентов», но поддержки эта гипотеза в то время не получила.

Лишь в 1960-х годах исследования дна океанов дали неоспоримые доказательства горизонтальных движении плит и процессов расширения океанов за счёт формирования (спрединга) океанической коры. Возрождение идей о преобладающей роли горизонтальных движений произошло в рамках «мобилистического» направления, развитие которого и повлекло разработку современной теории тектоники плит. Основные положения тектоники плит сформулированы в 1967-68 группой американских геофизиков — У. Дж. Морганом, К. Ле Пишоном, Дж. Оливером, Дж. Айзексом, Л. Сайксом в развитие более ранних (1961-62) идей американских учёных Г. Хесса и Р. Дигца о расширении (спрединге) ложа океанов.

Утверждается, что ученые не совсем уверены, что вызывает эти самые сдвиги и как обозначились границы тектонических плит. Существует бессчетное множество различных теорий, но ни одна из них полностью не объясняет все аспекты тектонической активности.

Давайте хотя бы узнаем как это себе представляют сейчас.

Вегенер писал: «В 1910 г. мне впервые пришла в голову мысль о перемещении материков…, когда я поразился сходством очертаний берегов по обе стороны Атлантического океана». Он предположил, что в раннем палеозое на Земле существовали два крупных материка - Лавразия и Гондвана.

Лавразия - это был северный материк, который включал территории современной Европы, Азии без Индии и Северной Америки. Южный материк - Гондвана объединял современные территории Южной Америки, Африки, Антарктиды, Австралии и Индостана.

Между Гондваной и Лавразией находилось первое морс - Тетис, как огромный залив. Остальное пространство Земли было занято океаном Панталасса.

Около 200 млн лет назад Гондвана и Лавразия были объединены в единый континент - Пангею (Пан - всеобщий, Ге - земля)

Примерно 180 млн лет назад материк Пангея снова начал разделяться на составные части, которые перемешались но поверхности нашей планеты. Разделение происходило следующим образом: сначала вновь появились Лавразия и Гондвана, потом разделилась Лавразия, а затем раскололась и Гондвана. За счет раскола и расхождения частей Пангеи образовались океаны. Молодыми океанами можно считать Атлантический и Индийский; старым - Тихий. Северный Ледовитый океан обособился при увеличении суши в Северном полушарии.

А. Вегенер нашел много подтверждений существованию единого материка Земли. Особенно убедительным показалось ему существование в Африке и в Южной Америке остатков древних животных - листозавров. Это были пресмыкающиеся, похожие на небольших гиппопотамов, обитавшие только в пресноводных водоемах. Значит, проплыть огромные расстояния по соленой морской воде они не могли. Аналогичные доказательства он нашел и в растительном мире.

Интерес к гипотезе движения материков в 30-е годы XX в. несколько снизился, но в 60-е годы возродился вновь, когда в результате исследований рельефа и геологии океанического дна были получены данные, свидетельствующие о процессах расширения (спрединга) океанической коры и «подныривания» одних частей коры под другие (субдукции).

Строение континентального рифта

Верхняя каменная часть планеты разделена на две оболочки, существенно различающиеся по реологическим свойствам: жесткую и хрупкую литосферу и подстилающую её пластичную и подвижную астеносферу.
Подошва литосферы является изотермой приблизительно равной 1300°С, что соответствует температуре плавления (солидуса) мантийного материала при литостатическом давлении, существующем на глубинах первые сотни километров. Породы, лежащие в Земле над этой изотермой, достаточно холодны и ведут себя как жесткий материал, в то время как нижележащие породы того же состава достаточно нагреты и относительно легко деформируются.

Литосфера разделена по плиты, постоянно движущиеся по поверхности пластичной астеносферы. Литосфера делится на 8 крупных плит, десятки средних плит и множество мелких. Между крупными и средними плитами располагаются пояса, сложенные мозаикой мелких коровых плит.

Границы плит являются областями сейсмической, тектонической и магматической активности; внутренние области плит слабо сейсмичны и характеризуются слабой проявленностью эндогенных процессов.
Более 90 % поверхности Земли приходится на 8 крупных литосферных плит:

Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (например, Тихоокеанская плита), другие включают фрагменты и океанической и континентальной коры.

Схема образования рифта

Различают три типа относительных перемещений плит: расхождение (дивергенция), схождение (конвергенция) и сдвиговые перемещения.

Дивергентные границы – границы, вдоль которых происходит раздвижение плит. Геодинамическую обстановку, при которой происходит процесс горизонтального растяжения земной коры, сопровождающийся возникновением протяженных линейно вытянутых щелевых или ровообразных впадин называют рифтогенезом. Эти границы приурочены к континентальным рифтам и срединно-океанических хребтам в океанических бассейнах. Термин «рифт» (от англ. rift – разрыв, трещина, щель) применяется к крупным линейным структурам глубинного происхождения, образованным в ходе растяжения земной коры. В плане строения они представляют собой грабенообразные структуры. Закладываться рифты могут и на континентальной, и на океанической коре, образуя единую глобальную систему, ориентированную относительно оси геоида. При этом эволюция континентальных рифтов может привести к разрыву сплошности континентальной коры и превращению этого рифта в рифт океанический (если расширение рифта прекращается до стадии разрыва континентальной коры, он заполняется осадками, превращаясь в авлакоген).

Процесс раздвижения плит в зонах океанских рифтов (срединно-океанических хребтов) сопровождается образованием новой океанической коры за счёт магматических базальтовых расплав поступающих из астеносферы. Такой процесс образования новой океанической коры за счёт поступления мантийного вещества называется спрединг (от англ. spread – расстилать, развёртывать).

Строение срединно-океанического хребта. 1 – астеносфера, 2 – ультраосновные породы, 3 – основные породы (габброиды), 4 – комплекс параллельных даек, 5 – базальты океанического дна, 6 – сегменты океанической коры, образовавшие в разное время (I-V по мере удревнения), 7 – близповерхностный магматический очаг (с ультраосновной магмой в нижней части и основной в верхней), 8 – осадки океанического дна (1-3 по мере накопления)

В ходе спрединга каждый импульс растяжения сопровождается поступлением новой порции мантийных расплавов, которые, застывая, наращивают края расходящихся от оси СОХ плит. Именно в этих зонах происходит формирование молодой океанической коры.

Столкновение континентальной и океанической литосферных плит

Субдукция – процесс поддвига океанской плиты под континентальную или другую океаническую. Зоны субдукции приурочены к осевым частям глубоководных желобов, сопряжённых с островными дугами (являющихся элементами активных окраин). На субдукционные границы приходится около 80% протяжённости всех конвергентных границ.

При столкновении континентальной и океанической плит естественным явлением является поддвиг океанической (более тяжёлой) под край континентальной; при столкновении двух океанических погружается более древняя (то есть более остывшая и плотная) из них.

Зоны субдукции имеют характерное строение: их типичными элементами служат глубоководный желоб – вулканическая островная дуга – задуговый бассейн. Глубоководный желоб образуется в зоне изгиба и поддвигасубдуцирующей плиты. По мере погружения эта плита начинает терять воду (находящуюся в изобилии в составе осадков и минералов), последняя, как известно, значительно снижает температуру плавления пород, что приводит к образованию очагов плавления, питающих вулканы островных дуг. В тылу вулканической дуги обычно происходит некоторое растяжение, определяющее образование задугового бассейна. В зоне задугового бассейна растяжение может быть столь значительным, что приводит к разрыву коры плиты и раскрытию бассейна с океанической корой (так называемый процесс задугового спрединга).

Объём поглощённой в зонах субдукции океанской коры равен объёму коры, возникающей в зонах спрединга. Это положении подчёркивает мнение о постоянстве объёма Земли. Но такое мнение не является единственным и окончательно доказанным. Не исключено, что объём планы меняется пульсационно, или происходит уменьшение его уменьшение за счёт охлаждения.

Погружение субдуцирующей плиты в мантию трассируется очагами землетрясений, возникающих на контакте плит и внутри субдуцирующей плиты (более холодной и вследствие этого более хрупкой, чем окружающие мантийные породы). Эта сейсмофокальная зона получила название зона Беньофа-Заварицкого. В зонах субдукции начинается процесс формирования новой континентальной коры. Значительно более редким процессом взаимодействия континентальной и океанской плит служит процесс обдукции – надвигания части океанической литосферы на край континентальной плиты. Следует подчеркнуть, что в ходе этого процесса происходит расслоение океанской плиты, и надвигается лишь её верхняя часть – кора и несколько километров верхней мантии.

Столкновение континентальных литосферных плит

При столкновении континентальных плит, кора которых более лёгкая, чем вещество мантии, и вследствие этого не способна в неё погрузиться, протекает процесс коллизии. В ходе коллизии края сталкивающихся континентальных плит дробятся, сминаются, формируются системы крупных надвигов, что приводит к росту горных сооружений со сложным складчато-надвиговым строением. Классическим примером такого процесса служит столкновение Индостанской плиты с Евразийской, сопровождающееся ростом грандиозных горных систем Гималаев и Тибета. Процесс коллизии сменяет процесс субдукции, завершая закрытие океанического бассейна. При этом в начале коллизионного процесса, когда края континентов уже сблизились, коллизия сочетается с процессом субдукции (продолжается погружение под край континента остатков океанической коры). Для коллизионных процессов типичны масштабный региональный метаморфизм и интрузивный гранитоидный магматизм. Эти процессы приводят к созданию новой континентальной коры (с её типичным гранито-гнейсовым слоем).

Основной причиной движения плит служит мантийная конвекция, обусловленная мантийными теплогравитационными течениями.

Источником энергии для этих течений служит разность температуры центральных областей Земли и температуры близповерхностных её частей. При этом основная часть эндогенного тепла выделяется на границе ядра и мантии в ходе процесса глубинной дифференциации, определяющего распад первичного хондритового вещества, в ходе которого металлическая часть устремляется к центру, наращивая ядро планеты, а силикатная часть концентрируются в мантии, где далее подвергается дифференциации.

Нагретые в центральных зонах Земли породы расширяются, плотность их уменьшается, и они всплывают, уступая место опускающимся более холодными и потому более тяжёлым массам, уже отдавшим часть тепла в близповерхностных зонах. Этот процесс переноса тепла идёт непрерывно, в результате чего возникают упорядоченные замкнутые конвективные ячейки. При этом в верхней части ячейки течение вещества происходит почти в горизонтальной плоскости, и именно эта часть течения определяет горизонтальное перемещение вещества астеносферы и расположенных на ней плит. В целом, восходящие ветви конвективных ячей располагаются под зонами дивергентных границ (СОХ и континентальными рифтами), нисходящие – под зонами конвергентных границ. Таким образом, основная причина движения литосферных плит – «волочение» конвективными течениями. Кроме того, на плиты действуют ещё рад факторов. В частности, поверхность астеносферы оказывается несколько приподнятой над зонами восходящих ветвей и более опущенной в зонах погружения, что определяет гравитационное «соскальзывание» литосферной плиты, находящейся на наклонной пластичной поверхности. Дополнительно действуют процессы затягивания тяжёлой холодной океанской литосферы в зонах субдукции в горячую, и как следствие менее плотную, астеносферу, а также гидравлического расклинивания базальтами в зонах СОХ.

К подошве внутриплитовых частей литосферы приложены главные движущие силы тектоники плит – силы мантийного “волочения” (англ. drag) FDO под океанами и FDC под континентами, величина которых зависит в первую очередь от скорости астеносферного течения, а последняя определяется вязкостью и мощностью астеносферного слоя. Так как под континентами мощность астеносферы значительно меньше, а вязкость значительно больше, чем под океанами, величина силы FDC почти на порядок уступает величине FDO. Под континентами, особенно их древними частями (материковыми щитами), астеносфера почти выклинивается, поэтому континенты как бы оказываются “сидящими на мели”. Поскольку большинство литосферных плит современной Земли включают в себя как океанскую, так и континентальную части, следует ожидать, что присутствие в составе плиты континента в общем случае должно “тормозить” движение всей плиты. Так оно и происходит в действительности (быстрее всего движутся почти чисто океанские плиты Тихоокеанская, Кокос и Наска; медленнее всего – Евразийская, Северо-Американская, Южно-Американская, Антарктическая и Африканская, значительную часть площади которых занимают континенты). Наконец, на конвергентных границах плит, где тяжелые и холодные края литосферных плит (слэбы) погружаются в мантию, их отрицательная плавучесть создает силу FNB (индекс в обозначении силы – от английского negative buoyance). Действие последней приводит к тому, что субдуцирующая часть плиты тонет в астеносфере и тянет за собой всю плиту, увеличивая тем самым скорость ее движения. Очевидно, сила FNB действует эпизодически и только в определенных геодинамических обстановках, например в случаях описанного выше обрушения слэбов через раздел 670 км.

Таким образом, механизмы, приводящие в движение литосферные плиты, могут быть условно отнесены к следующим двум группам: 1) связанные с силами мантийного “волочения” (mantle drag mechanism), приложенными к любым точкам подошвы плит, на рисунке – силы FDO и FDC; 2) связанные с силами, приложенными к краям плит (edge-force mechanism), на рисунке – силы FRP и FNB. Роль того или иного движущего механизма, а также тех или иных сил оценивается индивидуально для каждой литосферной плиты.

Совокупность этих процессов отражает общий геодинамический процесс, охватывающих области от поверхностных до глубинных зон Земли. В настоящее время в мантии Земли развивается двухъячейковая мантийная конвекция с закрытыми ячейками (согласно модели сквозьмантийной конвекции) или раздельная конвекция в верхней и нижней мантии с накоплением слэбов под зонами субдукции (согласно двухъярусной модели). Вероятные полюсы подъема мантийного вещества расположены в северо-восточной Африке (примерно под зоной сочленения Африканской, Сомалийской и Аравийской плит) и в районе острова Пасхи (под срединным хребтом Тихого океана – Восточно-Тихоокеанским поднятием). Экватор опускания мантийного вещества проходит примерно по непрерывной цепи конвергентных границ плит по периферии Тихого и восточной части Индийского океанов.Современный режим мантийной конвекции, начавшийся примерно 200 млн. лет назад распадом Пангеи и породивший современные океаны, в будущем сменится на одноячейковый режим (по модели сквозьмантийной конвекции) или (по альтернативной модели) конвекция станет сквозьмантийной за счет обрушения слэбов через раздел 670 км. Это, возможно, приведет к столкновению материков и формированию нового суперконтинента, пятого по счету в истории Земли.

Перемещения плит подчиняются законам сферической геометрии и могут быть описаны на основе теоремы Эйлера. Теорема вращения Эйлера утверждает, что любое вращение трёхмерного пространства имеет ось. Таким образом, вращение может быть описана тремя параметрами: координаты оси вращения (например, её широта и долгота) и угол поворота. На основании этого положения может быть реконструировано положение континентов в прошлые геологические эпохи. Анализ перемещений континентов привёл к выводу, что каждые 400-600 млн. лет они объединяются в единый суперконтинент, подвергающийся в дальнейшем распаду. В результате раскола такого суперконтинента Пангеи, произошедшего 200-150 млн. лет назад, и образовались современные континенты.

Тектоника литосферных плит - это первая общегеологическая концепция, которую можно было проверить. Такая проверка была проведена. В 70-х гг. была организована программа глубоководного бурения. В рамках этой программы буровым судном «Гломар Челленджер», было пробурено несколько сотен скважин, которые показали хорошую сходимость возрастов, оцененных по магнитным аномалиям, с возрастами, определенными по базальтам или по осадочным горизонтам. Схема распространения разновозрастных участков океанической коры показана на рис.:

Возраст океанской коры по магнитным аномалиям (Кеннет, 1987): 1 - области отсутствия данных и суша; 2–8 - возраст: 2 - голоцен, плейстоцен, плиоцен (0–5 млн лет); 3 - миоцен (5–23 млн лет); 4 - олигоцен (23–38 млн лет); 5 - эоцен (38–53 млн лет); 6 - палеоцен (53–65 млн лет) 7 - мел (65–135 млн лет) 8 - юра (135–190 млн лет)

В конце 80-х гг. завершился еще один эксперимент по проверке движения литосферных плит. Он был основан на измерении базовых линий по отношению к далеким квазарам. На двух плитах выбирались точки, в которых, с использованием современных радиотелескопов, определялось расстояние до квазаров и угол их склонения, и, соответственно, рассчитывались расстояния между точками на двух плитах, т. е., определялась базовая линия. Точность определения составляла первые сантиметры. Через несколько лет измерения повторялись. Была получена очень хорошая сходимость результатов, рассчитанных по магнитным аномалиям, с данными, определенными по базовым линиям

Схема, иллюстрирующая результаты измерений взаимного перемещения литосферных плит, полученные методом интерферометрии со сверхдлинной базой - ИСДБ (Картер, Робертсон, 1987). Движение плит изменяет длину базовой линии между радиотелескопами, расположенными на разных плитах. На карте Северного полушария показаны базовые линии, на основании измерений которых по методу ИСДБ получено достаточное количество данных, чтобы сделать надежную оценку скорости изменения их длины (в сантиметрах в год). Числа в скобках указывают величину смещения плит, рассчитанную по теоретической модели. Почти во всех случаях расчетная и измеренная величины очень близки

Таким образом, тектоника литосферных плит за эти годы прошла проверку рядом независимых методов. Она признана мировым научным сообществом в качестве парадигмы геологии в настоящее время.

Зная положение полюсов и скорости современного перемещения литосферных плит, скорости раздвижения и поглощения океанического дна, можно наметить путь движения континентов в будущем и представить их положение на какой-то отрезок времени.

Такой прогноз был сделан американскими геологами Р. Дитцем и Дж. Холденом. Через 50 млн. лет, по их предположениям, Атлантический и Индийский океаны разрастутся за счет Тихого, Африка сместится на север и благодаря этому постепенно ликвидируется Средиземное море. Гибралтарский пролив исчезнет, а «повернувшаяся» Испания закроет Бискайский залив. Африка будет расколота великими африканскими разломами и восточная ее часть сместится на северо-восток. Красное море настолько расширится, что отделит Синайский полуостров от Африки, Аравия переместится на северо-восток и закроет Персидский залив. Индия все сильнее будет надвигаться на Азию, а значит, Гималайские горы будут расти. Калифорния по разлому Сан-Андреас отделится от Северной Америки, и на этом месте начнет формироваться новый океанический бассейн. Значительные изменения произойдут в южном полушарии. Австралия пересечет экватор и придет в соприкосновение с Евразией. Этот прогноз требует значительного уточнения. Многое здесь еще остается дискуссионным и неясным.

источники

http://www.pegmatite.ru/My_Collection/mineralogy/6tr.htm

http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/dvizhenie-litosfernyh-plit.html

http://kafgeo.igpu.ru/web-text-books/geology/platehistory.htm

http://stepnoy-sledopyt.narod.ru/geologia/dvizh/dvizh.htm

А я вам давайте напомню , а вот интересные и вот такой . Посмотрите на и Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия -

(термин этот был введен Даттоном в 1892 году, но сама концепция гораздо старше) с данными по геологии и палеоклиматологии Южных материков и создал в итоге свою теорию дрейфа континентов. Согласно ей изостатические айсберги-материки медленно дрейфуют в чрезвычайно вязком мантийном веществе. Праматерик Гондвана , первоначально располагавшийся в высоких широтах Южного полушария, раскололся на фрагменты, часть из которых затем переместилась еще дальше к Южному полюсу (Антарктида), а остальные, напротив, приблизились к экватору (Южная Америка, Африка, Австралия) или даже пересекли его и оказались в Северном полушарии (Индия). Когда материки сталкиваются между собой, кора сминается в складки, образуя горы; если продолжать аналогию с плавучими льдами, то орогенез соответствует процессу образования торосов. Теория дрейфа континентов быстро завоевала популярность, которая, однако, оказалась недолгой. Дело в том, что ни Вегенеру, ни его сторонникам не удалось найти сил, заставляющих материк продвигаться вперед, преодолевая колоссальное сопротивление мантийного вещества. Попытки объяснить это движение кориолисовыми силами (инерционные силы, возникающие на поверхности вращающегося тела, вектор которых направлен против направления вращения) и тяготением Луны были тут же отвергнуты геофизиками как несерьезные. Несколько десятилетий к концепции горизонтальных перемещений континентов относились как к изящной фантазии, однако в начале шестидесятых годов она получила подтверждение с совершенно неожиданной стороны - из области палеомагнитных исследований. Если нагреть постоянный магнит выше определенной температуры, называемой точкой Кюри, то он теряет свои магнитные свойства, но затем, при охлаждении, вновь восстанавливает их. При прохождении точки Кюри застывающая изверженная горная порода, которая содержит ферромагнитные минералы (соединения железа и никеля), намагничиваются и ориентируются в соответствии с существующим в это время магнитным полем; это явление называется остаточной намагниченностью. Иными словами, содержащая соединения железа (или иных ферромагнетиков) горная порода в известном смысле представляет собой стрелку компаса, указывающую направление на магнитный полюс Земли в момент застывания породы. Если же у нас есть более одной такой "стрелки", то пересечение указываемых ими направлений даст нам и точное положение полюса в соответствующую эпоху, и, с другой стороны, географическую широту района образования каждой из наших пород-"стрелок" (направление линий намагниченности породы относительно земной поверхности меняется от 90о на полюсе до 0о на экваторе). А поскольку для изверженной породы можно радиоизотопным методом определить абсолютный возраст (см. Возраст земли), то возникает возможность нарисовать довольно точную картину расположения континента относительно полюса в различные моменты истории. В результате этих исследований выяснились две вещи. Во-первых, теперь было прямо доказано, что все "Гондванские" материки действительно находились некогда в гораздо более высоких широтах Южного полушария, чем ныне. Во-вторых, оказалось, что общая картина положения полюсов в геологическом прошлом выходит какая-то странная. Данные по каждому отдельному материку рисуют вполне согласованную траекторию перемещений полюсов (например, Северный полюс относительно Евразии начиная с карбона двигался из центральной части Тихого океана до своего нынешнего положения по S-образной кривой, проходящей через Берингов пролив), однако траектории, даваемые разными материками не совпадают между собой - за исключением того, что все они заканчиваются близ современного полюса (

Гипотеза дрейфа континентов А. Вегенера и её судьба.

Московский Государственный Университет имени М.В.Ломоносова
Геологический факультет
Кафедра геологии, геохимии и экономики полезных ископаемых

Контрольная работа:По курсу
«История и методология геологических наук »

Гипотеза дрейфа континентов
А. Вегенера и её судьба

Преподаватель: Рябухии Анатолий Георгиевич
Выполнила: Ян Гуан (перв.маг.103г.)

Москва 2013

Глава 1 Гипотеза дрейфа континентов

Гипо?теза дрейфа материко?в («мобили?стская гипо?теза») - существовавшая продолжительное время гипотеза перемещения материков на протяжении геологической истории Земли. Это процесс постоянного перемещения континентов относительно друг друга и океанического дна. Гипотезу дрейфа материков изложил немецкий геофизик Альфред Вегенер в своей книге «Возникновение океанов и континентов», изданной в 1912 году.
Вегенер не первым заметил, что контуры восточного берега материка Южной Америки и западного берега материка Африки, если их совместить, совпадут, как два удачно подобранных фрагмента паззла. Но он впервые выдвинул теорию, что их совпадение объясняется тем, что гранитные материки и базальтовое дно океана не образуют сплошного покрова земной коры, а, подобно гигантским плотам, плавают на вязкой расплавленной породе – магме.
То есть, Южная Америка и Африка когда-то были одним целым материком, который разломился и части его, движимые по магме силой вращения Земли, за миллиарды лет «отплыли» друг от друга на расстояние, равное ширине Атлантического океана. Процесс этот продолжается и сегодня, Вегенер назвал его перемещением континентов или дрейфом материков.
Учёный мир начала XX века, полагавший, что земная кора представляет собой единый панцирь, посчитал теорию Вегенера о дрейфе материков любительским вымыслом и на десятилетия забыл о ней, но сегодня она подтвердилась исследованиями, проведёнными при помощи точнейших научных приборов.
Современными учёными доказано, что земная кора состоит из 20 пластов разной площади и толщиной от 60 до 100 километров, которые находятся в постоянном движении. Их называют тектоническими плитами или платформами. Тектонические плиты, как льдины, постоянно соприкасаются краями, «наползают» и «подныривают» друг под друга. Эти процессы, а также линии соприкосновения плит (разломы и швы) являются причинами и областями подавляющего большинства землетрясений.

Глава 2 История иследования о гипотезе дрейфа

Основоположником мобилистской гипотезы считается аббат Ф. Пласе, в 1658 году высказавший мысль, что Старый и Новый Свет некогда представляли собой один материк, расколовшийся после всемирного потопа. В 1858 году итальянский учёный Антонио Синдер-Пеллигрини обосновал раскол Африки и Южной Америки по сходству береговых линий, а также по сходству месторождений угля и растительного мира. В дальнейшем мобилистская гипотеза разрабатывалась Ф. Тейлором, опубликовавшим результаты своих исследований в 1908 году. В наиболее полном виде мобилистская гипотеза была сформулирована немецким геофизиком А.Вегенером. Как и Синдер-Пеллигрини, А.Вегенер основывался на данных комплексных исследований по географии, геологии и биологии, проведившихся им в разных частях Земли; выводы Вегенера были более широкими. Результатом исследований Вегенера стала публикация им двух работ: «Происхождение континентов» (1912) и «Возникновение материков и океанов» (1915).
А. Вегенер впервые сформулировал концепцию «Пангеи» - единого доисторического континента, в результате раскалывания и перемещения обломков которого образовались современные континенты. В гипотезе Вегенера материки, сложенные гранитами, дрейфовали по более плотным базальтовым слоям земной мантии. Вегенер относительно точно определил время начала распада Пангеи - Триасовый период, в интервале 250-200 млн лет назад.
Гипотеза Вегенера, однако, не была принята научным сообществом, так как не давала удовлетворительного объяснения важнейшему вопросу - причине распада суперконтинента и дрейфа материков. А.Вегенер ошибочно отводил роль этой причины полюсобежной силе Этвеша, которая слишком слаба для влияния на положение континентов. Между тем ещё в начале XX века рядом учёных - О.Ампферером, Р.Швиннером, Э.Краусом - движущей силой указывалось конвекционное течение в мантии. В наиболее близком к современным научным представлениям виде эта гипотеза была высказана А.Холмсом в 1927-1929 годах. Однако из за своей революционности эта гипотеза долгое время не воспринималась научной, что ограничивало развитие гипотезы Вегенера.
Развитие мобилистской гипотезы возобновилось в 60-х годах XX века. Соотнесение гипотезы Вегенера с теорией мантийных конвекционных течений и новыми научными теориями, подтверждёнными исследованиями срединно-океанических хребтов, привело к возникновению Концепции тектоники литосферных плит.

Глава 3 Гипотеза Вегенера о строении твёрдой оболочки Земли

Наружная оболочка Земли, имеющая толщину от 8 до 40 км, в масштабах земногошара с центром на глубине 6371 км, – это не более чем тонкая скорлупа, на которой существует ряд крупных разломов. Согласно современной теории, твёрдая оболочка Земли (литосфера) не сплошная оболочка, а мозаика из отдельных плит, которые перемещаются по отношению друг к другу, увлекая с собой континенты. Плиты представляют собой огромные блоки, называемые литосферными плитами.
Эта теория принята мировой научной общественностью, но утвердилась она лишь в семидесятые годы и была признана крупнейшим достижением науки о Земле ХХ столетия. Но раньше, до того пока она утвердилась, прошли годы масштабных сложных сследований, годы нешуточных столкновений научных школ, мнений авторитетных чёных, крушения их репутаций под напором неопровержимых фактов.
Всё началось с того, что в начале ХХ века немецким учёным Альфредом Вегенером ыла выдвинута основополагающая гипотеза о строении твёрдой оболочки Земли. Эта ипотеза и сам Вегенер стоят того, чтобы рассказать о них подробнее .
Если посмотреть на очертания материков в Атлантическом океане, то в глаза бросится удивительная особенность: выступы одних довольно точно отвечают огнутым участкам других материков. В качестве примера можно привести выступ бразильского побережья Южной Америки, вписывающийся в контуры Гвинейского залива Африки .
На сходство очертаний берегов противолежащих континентов обращали внимание многие географы и геологи, работавшие с картами Атлантического и Индийского океанов. Однако лишь немецкий геофизик А. Вегенер (1880-1930) разработал на основании этого многих других фактов цельную гипотезу и представил эту гипотезу научной бщественности в 1912 г. Суть её заключалась в следующем: материки, пределяющие лик нашей планеты, некогда составляли единое целое, а потом под лиянием центробежных сил разошлись в стороны. А. Вегенер назвал это явление дрейфом континентов.
Рис1. Истоки возникновения гипотезы дрейфа континентов.
A.Совмещение береговых линий приатлантических материков.
B.Следы пермокарбонового оледенения на современной карте.
Действительно, если из географической карты сначала вырезать, а затем сблизить друг с другом материки, то не трудно найти такое их положение, при котором возникает сравнение с разбитой тарелкой (Рис.1, А). Если совмещать контуры материков не по береговой линии, а по краю шельфа, как это и сделал А. Вегенер, то можно добиться ещё более полного их совпадения. В 1965, прибегнув к помощи ЭВМ, Э. Булларду, Дж. Эверётту и А. Смиту удалось ещё более удовлетворительно решить задачу такого совмещения. Оказалось, что наилучшего совпадения контуров материков можно добиться, используя их очертания по изобатам – 2000 м, соответствующим средней части океанического континентального склона. По-видимому, эти глубины в наибольшей степени отвечают границам между континентальными литосферными плитами.

В начале ХХ века исследования в морях и океанах только разворачивались. оэтому построения А. Вегенера в основном были восприняты как спекулятивные. те годы доказать правомочность подобных совмещений было невозможно. ешающими доказательствами того, что в прошлом материки располагались на лобусе иначе, Вегенер вполне справедливо считал данные о палиоклимате. С одной тороны, в Трансантарктических горах, у самого Южного полюса, экспедицией Р. Скотта ыли найдены палеозойские ископаемые деревья, которые могли произрастать только в ёплом климате. С другой стороны, в это же самое палеозойское время в Индии, Бразилии, а юге Африки и в Австралии образовывались ледниковые отложения (Рис.1, В). огласовать эти факты можно, если допустить, что некогда Южная Америка, Африка, Австралия и Индия располагались гораздо ближе к Южному полюсу, а Антарктида, напротив, существенно дальше от него, чем в наши дни. Надо заметить, что само по себе былое территориальное единство континентов Южного полушария в те годы допускалось многими геологами, однако все они считали нынешнее положение материков неизменным и предполагали, что между ними существовали некие сухопутные соединения, впоследствии погрузившиеся в океан. Вегенер же, чтобы не "строить" такие "сухопутные мосты", предположил, что материки перемещаются по поверхности глобуса: Южная Америка отодвигается от Африки, Индостан приблизился к Азии и столкнулся с ней и т.д.

Рис 2. Единый материк Пангея

Вегенер обратил внимание на близость геологических возрастов и составов осадочных и магматических формаций, слагающих прибрежные районы Африки и Южной Америки со стороны Атлантического океана. По признанию его самого, на мысль о возможном дрейфе материков его натолкнули данные о близком составе палеонтологических остатков в континентальных породах палеозойского и раннемезозойского возраста Африки и Южной Америки, включая кости динозавров, обитавших, по-видимому, в континентальных пресноводных водоёмах. На материках Северного полушария кости этих животных не встречались. Однако на рубеже поздней Юры и раннего Мела появились существенные различия. Отсюда А. Вегенер делал вывод, что окончательное отделение Южной Америки от Африки произошло в меловое время. На этом основании он пришёл к следующему основополагающему выводу. В предыдущий период, где-то в конце палеозоя, все материки собрались, образовав единый протоконтинент. Этот протоконтинент был им назван Пангеей и состоял из двух блоков. Северный блок был назван Лавразией (Северная Америка и Евразия без Индостана). Южный блок – Гондваной (Южная Америка, Африка, Индостан, Австралия и Антарктида). Блоки разделяло море, названное Тетис. Пангея была окружена единственным же огромным океаном. Атлантический и Индийский океаны в то время ещё не существовали. К этому важно добавить, что именно Вегенер первым предположил, что строение Континентальной и Океанической коры должно существенно отличаться. Вегенер не имел в то время доказательных фактов, которые появились только после его смерти в 1930 году .
Интуиция А. Вегенера опередила развитие науки о Земле на целых полстолетия. Смелость и внутренняя логика концепции дрейфа континентов поначалу захватили умы многих учёных - его современников. Этих учёных назвали мобилистами, а их противники называли себя фиксистами. Но спустя несколько лет после опубликования гипотезы Вегенера геофизиками были произведены расчёты, которые показали, что механизм возможного дрейфа материков в том виде, в каком он представлялся А. Вегенеру, не реален. По мысли первых мобилистов, континенты двигаются под действием центробежной силы, возникающей в результате вращения Земли. Но, чтобы двигать огромные по толщине и размерам глыбы по вязкой мантии, этой центробежной силы явно не хватало. Этот неоспоримый вердикт помог сохранить фиксистскую парадигму в науках о Земле ещё в течение нескольких десятков лет. Типичная ошибка научной общественности: гипотеза, прекрасно объясняющая неопровержимые факты, не воспринимается и отвергается потому, что ещё не может объяснить механизма явления. Для объяснения механизма дрейфа континентов на то время не было необходимых знаний о внутреннем строении Земли и процессах, происходящих в её глубинных слоях

Глава 4 Мобилизм в науках о Земле побеждает

В начале шестидесятых годов гипотеза Вегенера получила подтверждение с совершенно неожиданной стороны: от нового направления в науках о Земле из области палеомагнитных исследований. Идея этих исследований основана на следующем физическом явлении. Если нагреть постоянный магнит выше определённой температуры, называемой точкой Кюри, то он теряет свои магнитные свойства, но затем, при охлаждении, вновь восстанавливает эти свойства при наличии магнитного поля. При прохождении точки Кюри застывающие извержённые вулканические породы, содержащие ферромагнитные минералы, намагничиваются. Магнитные векторы намагниченных минералов ориентируются в соответствии с существующим в это время магнитным полем Земли. Это явление называется остаточной намагниченностью. Иными словами, содержащая ферромагнитные минералы горная порода в известном смысле представляет собой стрелку компаса, которая указывает направление на магнитный полюс Земли в момент застывания породы. У нас есть много таких «стрелок», разнесённых на большие расстояния. Пересечение направлений, указываемых этими «стрелками», даёт нам и точное положение полюса в соответствующую геологическую эпоху, и географическую широту района образования каждой из наших пород – «стрелок». Для извержённой породы можно радиоизотопным методом определить её абсолютный возраст. Благодаря этому возникает возможность нарисовать по полученным данным довольно точную картинугеографического расположения одновозрастных частей всех континентов в различные моменты их геологической истории.
Рис. 3. Траектории движения полюса относительно континентов при их современном расположении.
В результате этих исследований выяснилось следующее. Во-первых, было доказано, что все "Гондванские" материки действительно находились некогда в гораздо более высоких широтах Южного полушария, чем ныне. Во-вторых, оказалось, что общая ка тина положения полюсов в геологическом прошлом выходит какая-то странная (Рис. 3, А, Б).
Картина эта казалась совершенно необъяснимой до тех пор, пока в 1962 г. С. Ранкорн не догадался «сдвинуть» материки в соответствии с полузабытыми уже реконструкциями Вегенера (см. Рис.3, В). Как видно из этого рисунка, при таком их положении соответствующие палеомагнитные траектории совместились между собой практически идеально. Этот факт по существу есть бесспорное доказательство правильности гипотезы дрейфа континентов. Иначе его интерпретировать невозможно .
В 1962 г. Альфреду Вегенеру было бы 82 года, и он мог бы дожить до триумфа своей гипотезы. После смерти Вегенера почти 30 лет появлялось немного новых фактов, и интерес к ней постепенно угас. Однако эта гипотеза всё-таки успела побудить геологов к серьёзному изучению состава пород под дномморей и океанов. Накапливались новые иновые данные о строении дна океанов. Была открыта и детально закартирована глобальная (т.е. охватывающая весь земной шар) система срединно-океанических хребтов и располагающихся в периферических частях океанов глубоководных желобов, с которыми связаны районы активного вулканизма и самых катастрофических землетрясений. Например, в Атлантическом океане, изученном наиболее детально, было установлено, что по гребню срединно-океанического хребта проходит глубинный разлом: т.н. рифт, над которым фиксируется постоянный мощный тепловой ток.
Итак, за короткий промежуток времени произошёл настоящий переворот в наших знаниях о рельефе морского дна. Выявилась чрезвычайно сложная геологическая структура дна океана. Интенсивное накопление фактических данных привело в конечном итоге к революционному пересмотру всей системы взглядов на историю не только океанического дна, но и континентов. В том же 1962 Г. Хесс, просуммировав эти данные, сформулировал свою гипотезу разрастания (спрединга) океанического дна. Он предположил, что в мантии происходит конвекция – перемешивание вещества под действием тепловых потоков. Расплавленное мантийное вещество поднимается на поверхность по рифтовым разломам; это вещество постоянно раздвигает края рифта и одновременно, застывая, наращивает эти края изнутри. Так образуется новая океаническая кора. При этом возникают многочисленные мелкофокусные землетрясения (с эпицентром на малых глубинах в десятки километров). Хесс писал: «Этот процесс несколько отличается от механизма дрейфа материков, описанного Вегенером. Континенты не прокладывают себе путь сквозь океаническое дно под воздействием какой-то неведомой силы, а пассивно плывут в мантийном материале, который поднимается вверх под гребнем хребта и затем распространяется от него в обе стороны. Срединно-океанический хребет является просто-напросто местом, где на поверхность планеты выходит восходящий конвекционный ток, какие можно наблюдать в кастрюле, где варится кисель или жидкая каша; материк же в рамках такой аналогии является пенкой на этом киселе».
Рис. 4. Модель конвекции в мантии как механизма континентального дрейфа
а -- схематический разрез Земли на основе гипотезы разрастания (спрединга)
океанического дна,
б -- район глубоководного желоба,
в -- литосферная плита погружается в астеносферу А, упирается в её днище Б и В и
разламывается, затем отламывается периферийная часть плиты Г. В зоне трения плит происходят мелкофокусные землетрясения (чёрные кружки выще линии низкой прочности), в зоне упора и разлома плиты – глубокофокусные землетрясения (см. кружки ниже линии низкой прочности).

Если на срединно-океанических хребтах постоянно образуется новая океаническая кора, то должно быть и место, где происходит обратный процесс, так как суммарная поверхность планеты не увеличивается. Местами, где та же кора уходит обратно в некогда породившую её мантию, являются глубоководные желоба. Именно продольное давление постоянно расширяющейся океанической коры и является той самой силой, что удерживает желоба в прогнутом состоянии и не дает их дну "всплывать". Энергия же напряжений, возникающих, когда твердая кора вдвигается в частично расплавленную мантию, выделяется в виде разрушительных глубокофокусных землетрясений (с эпицентром на глубине до 600-650 км) и извержений вулканов. Именно это произошло у восточного берега острова Хонсю. На Рис.4 показано как раздвигаются литосферные плиты с «впаянными» в них континентами под воздействием конвективных потоков в мантии, выходящих на поверхность в рифтовой зоне срединно-океанического хребта (Рис 4.а). При этом океаническая плита, граничащая с континентальной плитой, «подползает» под эту плиту (Рис. 4. в). Другими словами, континенты движутся не под действием сил, связанных с вращением Земли, а в результате сложных процессов, происходящих в мантии .
Итак, сегодня гипотеза А. Вегенера о дрейфе континентов подтверждена благодаря новым достижениям науки о Земле и вошла как ключевой элемент в современную теорию глобальной геологии или, что то же самое, в «Тектоническую теорию геологической эволюции Земли». Эта теория так и называется: «Тектоника литосферных плит». Научное направление «мобилистов» победило «фиксистов», и дальнейшее развитие геологии будет происходить под флагом парадигмы мобилизма. Это событие напоминает победу Коперниковского гелиоцентризма над Птоломеевским геоцентризмом. Подтвердилась и гипотеза Вегенера об образовании и распаде суперконтинента Пангеи, и это название, данное ему Вегенером, сохранено.
Рис. 5. Расположение континентов, начиная с Пермской эпохи и до наших дней.
Такие же процессы объединения и расхождения континентов происходили и в болееранние эпохи геологической эволюции Земли. Первый суперконтинент сформировался на рубеже Архейской и Протерозойской эры. Его назвали «Монгея». Затем были «Мегания» и «Родиния». После Пангеи ожидается в будущем образование суперконтинента «Тинергеи». Сегодня на вопрос о том, какие силы вызывают тектоническую активность, включая дрейф континентов, современная наука о Земле отвечает так. В основном это эндогенные силы, т.е. силы внутри Земли. Главная из них – это действие гравитационной химико- плотностной дифференциации внутриземного вещества во времени. Именно этот процесс привёл к расслоению первоначально однородного вещества планеты на сферические слои: кору, мантию и ядро. Он продолжается с выбросом энергии, которая трансформируется в различные тектонические явления, в тот же дрейф континентов. Вторым по значению источником внутриземной энергии служит распад естественных радиоэлементов. И лишь на третьем месте находится внеземной экзогенный источник энергии из космоса: воздействие Луны и Солнца. Но появляется всё больше новых данных, полученных с околоземных и удалённых станций, изучающих космос. Эти данные, видимо, внесут существенные коррективы в наши представления о влиянии космических сил на процессы, происходящие в недрах и на поверхности Земли. Может быть пересмотрен выше приведённый тезис о незначительной роли внеземных источников энергии. В частности,
речь идёт о воздействии мощных потоков нейтринного излучения из дальнего космоса, способного пронизывать всю планету.

Глава 5 Тектоника литосферных плит

В самом начале 60-х годов американский геолог Г. Хесс (Hess) высказал предположение, что горячее, частично расплавленное мантийное вещество поднимается вдоль рифтовых трещин, которые в ту пору были впервые трассированы по сейсмологическим данным в виде единой мировой системы осевых зон пологих и обширных подводных хребтов. Поднимаясь из глубоких недр под такими хребт^Йи, мантийное вещество согласно модели Хесса должно растекаться в разные стороны от оси хребта и "растаскивать" океаническое дно*в разные стороны. Кроме того, поднимающееся расплавленное мантийное вещество заполняет рифтовую трещину, застывает в ней, а затем, разрываясь примерно посредине, наращивает таким образом расходящиеся края океанической коры*.
В то же самое время появились новые убедительные геофизические доказательства перемещения материков, связанные с палеомагнетизмом древних пород. Первые же палеомагнитные исследования (П. Блеккет - Blackett и С. Ран-корн - Runcorn, Англия, 1962; Э. Ирвинг - Irving, США, 1964; А. Храмов, 1967) подтвердили вегенеровские реконструкции распада Пангеи.
В начале 60-х годов появились и сильные палеомагнитные доказательства разрастания океанического дна, полученные на основании анализа природы полосчатого аномального магнитного поля. Оказалось, что эти аномалии симметричны по отношению к гребням срединно-оке-анических хребтов, и каждая половина симметричной картины с хорошей точностью повторяет порядок чередования намагниченности континентальных пород по мере увеличения их возраста. К тому времени было установлено, что изменения намагниченности континентальных пород связаны с изменениями направления магнитного поля нашей планеты: за последние несколько миллионов лет магнитные полюса Земли меняли свою полярность свыше 20 раз. Для объяснения природы полосчатого аномального магнитного поля океана было высказано много гипотез. Справедливой оказалась модель английских ученых Ф. Вайна (Vine) и Д. Мэттюза (Matthews) (1963), которые предположили, что эти аномалии есть не что иное, как запись инверсий магнитного поля Земли в геологическом прошлом на гигантской природной "магнитофонной ленте" - океанической коре, которая, застывая в рифтовой трещине, рвется в ней примерно посредине, и каждая половина раздвигается в стороны от места своего рождения. Определив порядок чередования и время каждой инверсии, можно по рисунку аномалий установить возраст дна океана. Эта интерпретация, проверенная данными глубоководного бурения, убедительно показала геологическую молодость океанического дна. Возраст пород в рифтовых трещинах буквально современный, на флангах срединно-океанических хребтов - 80-100 млн. лет, а самой древней океанической коре не более 150-160 млн. лет, что составляет всего v30 от возраста нашей планеты.
Теперь хорошо известно, что раскол Пангеи произошел около 160-170 млн. лет назад, когда Африка откололась от Северной Америки. По мере их удаления друг от друга начала образовываться и расширяться впадина Северной Атлантики. Полярная и субполярная области Атлантического океана начали развиваться лишь 60-65 млн. лет назад, когда раскололась Лавра-зия - Северная Америка отделилась от Гренландии, а Гренландия от Европы. Южная Америка откололась от Африки 120-130 млн. лет назад, положив начало разрастанию южноатлантической впадины. Рубеж юрского и мелового времени - это рубеж распада Гондваны. В это же время Индостан откололся от Африки и Антарктиды и начал свой стремительный путь к северу; тогда же началось разрастание современного Индийского океана. Последний раскол остатков Гондваны - разделение Антарктиды и Австралии - произошел в раннем кайнозое, всего 60-65 млн. лет назад.
Так палеомагнитные исследования континентальных пород и аномального магнитного поля океана не только полностью подтвердили аргументы ранних мобилистов, но и позволили выявить детальные черты геометрии взаимного перемещения литосферных плит в процессе разрастания геологически молодых впадин Атлантического и Индийского океанов.
Как мы уже упоминали, геофизиками было установлено, что глубина очагов землетрясений под островными дугами достигает нескольких сотен километров; они группируются в сравнительно узкие (до 100 км) сейсмофокальные зоны. Еще в начале 30-х годов голландский геофизик Ф. Венинг- Мейнес (Weining-Meines), а в середине 40-х советский геолог академик В. Заварицкий интерпретировали эти зоны как результат вдавливания или пододвигания океанической литосферы под материковую. Но, повторим, в то время большинство геофизиков и геологов традиционно трактовали глубинные сейсмофокальные зоны как расколы жесткой мантии. Только в конце 60-х годов американцы JI. Сайке (Sykes), Ж. Оливер (Oliver), Б. Айсекс (Isacks), анализируя сейсмологические данные, убедительно показали, что глубинные сейсмофокальные зоны под островными дугами действительно по своим упругим параметрам представляют плиты, более жесткие, чем окружающая мантия, и уходящие на глубину под разными углами.
Другим ярким доказательством погружения океанической литосферы в мантию под островными дугами служит рельеф дна. В конце 20-х - начале 30-х годов было установлено, что глубоководные желоба и невулканические гряды
островных дуг далеки от равновесия; для того чтобы их удерживать в таком состоянии, литосфера должна обладать прочностью порядка 1000 кг см-г, что соответствует условно-мгновенной прочности кристаллических горных пород на скалывание. Отсюда автором данной статьи был сделан вывод (1968), что нескомпенсирован-ные структуры островных дуг могут длительно существовать только при условии перераспределения напряжений в процессе пододвигания одной плиты под другую, т. е. они представляют собой поверхностное проявление динамики конвергентных (сходящихся) краев плит.
Еще один тип границ литосферных плит был впервые выделен в середине 60-х годов канадцем Дж. Т. Уилсоном (Wilson) - это так называемые трансформные разломы, вдоль которых края плит скользят без значительного раздвигания или пододвигания.
Таким образом, к концу 60-х годов были сформулированы основные положения тектоники литосферных плит. А именно: на поверхности нашей планеты перемещается ансамбль плит литосферы - верхней наиболее холодной оболочки Земли, в пределах которой все компоненты находятся в кристаллическом состоянии. Поэтому только литосфера обладает конечной длительной прочностью и хрупким разрушением - разрывы литосферы приводят к землетрясениям. Иными словами, с позиций механики литосфера и является корой Земли. Нижняя ее граница определяется температурой кристаллизации (или плавления) базальтов; начало их плавления - фазовый переход литосферы в астеносферу (неустойчивую сферу). Верхняя граница литосферы определяет лик нашей планеты.
Наиболее существенные геологические процессы происходят на боковых границах плит. Эти границы делятся на три главных типа.
Первый - это дивергентные края плит; здесь в образующуюся трещину поступает расплавленное мантийное вещество, которое, достигая поверхности, застывает и
Рис. 5. Глобальная модель линейных скоростей относительных и абсолютных перемещений главных литосферных плит (Ушаков, Галушкин, 1978): 1 - дивергентные границы 2 - планетарные пояса плит и величина линейной скорости раздвижения в см/год- сжатия литосферы; 3 - конвергентные границы плит и величина линейной скорости сжатия в см /год; 4 - абсолютная линейная скорость смещения плиты в см/год
образуетмновуюокеаническую литосферу. Раскол континентальной литосферы и раздвижение краев двух атериков дает начало образованию между ними нового океана.
Другой тип границ - это конвергентные, которые, в свою очередь, можно разделить на два подтипа. Первый - когда океаническая плита сталкивается с другой плитой (океанической или континентальной) и погружается в мантию. Такое погружение приводит к образованию глубоководных желобов и островных дуг (например, Курильской) или активных, вулканических континентальных окраин (андийская окраина Южной Америки, восточная окраина Камчатки и др.). Второй подтип можно наблюдать там, где сталкиваются континентальные края плит. Существенно более легкая, чем мантия, континентальная кора играет в материковой литосфере роль "пробки" и не позволяет ей глубоко погрузиться в астеносферу. Поэтому столкновение континентальных окраин подобно торошению льдин во время затора при ледоходе; пример такого "торошения" материковой литосферы - Альпийско-Гималайский горный пояс. Третий тип границ - это уже упоминавшиеся трансформные разломы.
Деформация и расколы литосферы происходят в основном лишь на границах плит, при этом на конвергентных границах выделяется 95-96% всей упругой энергии, тогда как остальные 4-5% - на дивергентных (расходящихся) и трансформных.
Как уже отмечалось, крупных литосферных плит немного - 8-9; их число зависит от того, какой характерный линейный размер плиты и какую скорость их относительного смещения выбрать за начальные. В настоящее время можно выделить еще свыше 20 малых плит, которые сосредоточены преимущественно в пределах Альпийско-Гималайского и Циркум-Тихоокеанского планетарных поясов сжатия литосферы. Грубо можно считать, что характерный линейный размер крупной плиты - тысячи, а малой - сотни километров; нижний предел относительной линейной скорости смещения двух плит 0,5-1 см/год. Пространственное расположение границ плит на поверхности Земли, а также некоторые другие геофизические данные, о которых речь пойдет ниже, позволяют предполагать, что перемещение литосферных плит обусловлено крупномасштабной конвекцией, охватывающей всю мантию нашей планеты, вплоть до поверхности ядра. Теперь геологи стали понимать, что непосредственно из мантии рождается лишь океаническая кора - в рифтовых трещинах срединно-океани-ческих хребтов. Континентальная кора представляет собой продукт вторичной переработки и переплавления океанической коры в местах, где происходит погружение в мантию океанических плит. Когда океаническая кора переплавляется, слагающие ее породы теряют воду, часть кремнезема, щелочные металлы, глинозем и некоторые другие подвижные соединения и элементы. Все эти компоненты в виде богатых водой и кремнеземом магм поднимаются на поверхность наползающего края плиты, образуя вулканические цепи островных дуг и континентальных окраин.
На основании принципиально различных по своей физической природе данных удалось представить картину "мгновенного" движения главных литосферных плит (характерное время такого "мгновенного" движения в геологическом масштабе составляет несколько миллионов лет).
Математической основой для этого служит известная теорема Эйлера, которая гласит, что произвольное перемещение твердого тела с некоторой неподвижной, расположенной внутри тела точкой можно представить как результат вращения относительно фиксированной оси, проходящей через эту точку. Применяя теорему Эйлера к "мгновенному" перемещению литосферных плит по поверхности сферической Земли, получаем, что это перемещение (при условии, что плита в некотором приближении ведет себя как жесткое тело) можно описать вращением с некой угловой скоростью вокруг оси, проходящей через центр Земли. Следовательно, описание геометрии перемещения плит базируется на предположении об относительной жесткости каждой плиты.
Проверка этого предположения и вытекающих из него следствий впервые была выполнена еще в 1968 г. У. Морганом (Morgan, США) и К. Jle Пишоном (Le Pichon, Франция). При расчете первой глобальной модели "мгновенной" кинематики 6 наиболее крупных плит Ле Пишон использов
и т.д.................

Согласно современной теории литосферных плит вся литосфера узкими и активными зонами - глубинными разломами - разделена на отдельные блоки, перемещающиеся в пластичном слое верхней мантии относительно друг друга со скоростью 2-3 см в год. Эти блоки называются литосферными плитами.

Лишь в 1960-х годах исследования дна океанов дали неоспоримые доказательства горизонтальных движении плит и процессов расширения океанов за счёт формирования (спрединга) океанической коры. Возрождение идей о преобладающей роли горизонтальных движений произошло в рамках «мобилистического» направления, развитие которого и повлекло разработку современной теории тектоники плит. Основные положения тектоники плит сформулированы в 1967-68 группой американских геофизиков - У. Дж. Морганом, К. Ле Пишоном, Дж. Оливером, Дж. Айзексом, Л. Сайксом в развитие более ранних (1961-62) идей американских учёных Г. Хесса и Р. Дигца о расширении (спрединге) ложа океанов.

Давайте хотя бы узнаем как это себе представляют сейчас.

Строение континентального рифта

Схема образования рифта

Столкновение континентальной и океанической литосферных плит

Столкновение континентальных литосферных плит

На прошлой неделе публику всколыхнула новость, что полуостров Крым движется в сторону России не только благодаря политической воле населения, но и согласно законам природы. Что такое литосферные плиты и на каких из них территориально расположена Россия? Что заставляет их двигаться и куда? Какие территории хотят ещё "присоединиться" к России, а какие угрожают "убежать" в США?

"А мы куда-то едем"

Да, мы все куда-то едем. Пока вы читаете эти строки, вы медленно двигаетесь: если вы в Евразии, то на восток со скоростью примерно 2-3 сантиметра в год, если в Северной Америке, то с той же скоростью на запад, а если где-то на дне Тихого океана (как вас туда занесло?), то уносит на северо-запад на 10 сантиметров в год.

Если вы откинетесь в кресле и подождёте примерно 250 миллионов лет, то окажетесь на новом суперконтиненте, который объединит всю земную сушу, - на материке Пангея Ультима, названном так в память о древнем суперконтиненте Пангея, существовавшем как раз 250 миллионов лет назад.

Поэтому известие о том, что "Крым движется", вряд ли можно назвать новостью. Во-первых, потому, что Крым вместе с Россией, Украиной, Сибирью и Евросоюзом является частью Евразийской литосферной плиты, и все они движутся вместе в одну сторону последнюю сотню миллионов лет. Однако Крым - это ещё и часть так называемого Средиземноморского подвижного пояса, он расположен на Скифской плите, а большая часть европейской части России (включая город Санкт-Петербург) - на Восточно-Европейской платформе.

И вот здесь часто возникает путаница. Дело в том, что помимо огромных участков литосферы, таких как Евразийская или Северо-Американская плиты, существуют и совершенно иные "плитки" поменьше. Если очень условно, то земная кора составлена из континентальных литосферных плит. Сами они состоят из древних и очень стабильных платформ и зон горообразования (древних и современных). А уже сами платформы делятся на плиты – более мелкие участки коры, состоящие из двух "слоёв" - фундамента и чехла, и щиты -"однослойные" обнажения.

Чехол у этих нелитосферных плит состоит из осадочных пород (например, известняка, сложенного из множества ракушек морских животных, обитавших в доисторическом океане над поверхностью Крыма) или магматических (выброшенных из вулканов и застывших масс лавы). А ф ундамент плит и щиты чаще всего состоят из очень старых горных пород, главным образом метаморфического происхождения. Так называют магматические и осадочные породы, погрузившиеся в глубины земной коры, где под воздействием высоких температур и огромного давления с ними происходят разнообразные изменения.

Иными словами, большая часть России (за исключением Чукотки и Забайкалья) располагается на Евразийской литосферной плите. Однако её территория "поделена" между Западно-Сибирской плитой, Алданским щитом, Сибирской и Восточно-Европейской платформами и Скифской плитой.

Вероятно, о движении двух последних плит и заявил директор Института прикладной астрономии (ИПА РАН), доктор физико-математических наук Александр Ипатов . А позднее, в интервью изданию Indicator, уточнил: "Мы занимаемся наблюдениями, которые позволяют определить направление движения плит земной коры. Плита, на которой расположена станция Симеиз, движется со скоростью 29 миллиметров в год на северо-восток, то есть туда, где Россия. А плита, где находится Питер, движется, можно сказать, к Ирану, к югу-юго-западу". Впрочем, и это не является таким уж открытием, потому что об этом движении уже несколько десятков лет, а само оно началось ещё в кайнозойскую эру.

Теория Вегенера была принята со скепсисом - в основном потому, что он не мог предложить удовлетворительного механизма, объясняющего движение материков. Он считал, что континенты двигаются, проламывая земную кору, словно ледоколы лёд, благодаря центробежной силе от вращения Земли и приливных сил. Его оппоненты говорили, что континенты-"ледоколы" в процессе движения меняли бы свой облик до неузнаваемости, а центробежные и приливные силы слишком слабы, чтобы служить для них "мотором". Один из критиков подсчитал, что, будь приливное воздействие таким сильным, чтобы настолько быстро двигать континенты (Вегенер оценивал их скорость в 250 сантиметров в год), оно остановило бы вращение Земли меньше чем за год .

К концу 1930-х годов теория дрейфа континента была отвергнута как антинаучная, но к середине XX века к ней пришлось вернуться: были открыты срединно-океанические хребты и оказалось, что в зоне этих хребтов непрерывно образуется новая кора, благодаря чему и "разъезжаются" континенты. Геофизики исследовали намагниченность пород вдоль срединно-океанических хребтов и обнаружили "полосы" с разнонаправленной намагниченностью.

Оказалось, что новая океаническая кора "записывает" состояние магнитного поля Земли в момент образования, и учёные получили отличную "линейку" для измерения скорости этого конвейера. Так, в 1960-е годы теория дрейфа континентов вернулась во второй раз, уже окончательно. И на этот раз учёные смогли понять, что же двигает континенты.

"Льдины" в кипящем океане

"Представьте себе океан, где плавают льдины, то есть в нём есть вода, есть лёд и, допустим, в некоторые льдины вморожены ещё деревянные плоты. Лёд - это литосферные плиты, плоты - это континенты, а плавают они в веществе мантии", -объясняет член-корреспондент РАН Валерий Трубицын, главный научный сотрудник Института физики Земли имени О.Ю. Шмидта.

Он ещё в 1960-е годы выдвинул теорию строения планет-гигантов, а в конце XX века начал создавать математически обоснованную теорию тектоники континентов .

Промежуточный слой между литосферой и горячим железным ядром в центре Земли - мантия - состоит из силикатных пород. Температура в ней меняется от 500 градусов Цельсия в верхней части до 4000 градусов Цельсия на границе ядра. Поэтому с глубины 100 километров, где температура уже более 1300 градусов, вещество мантии ведёт себя как очень густая смола и течёт со скоростью 5-10 сантиметров в год, рассказывает Трубицын.

В результате в мантии, как в кастрюле с кипятком, возникают конвективные ячейки - области, где с одного края горячее вещество поднимается вверх, а с другого - остывшее опускается вниз.

"В мантии есть примерно восемь таких больших ячеек и ещё много мелких", -говорит учёный. Срединно-океанические хребты (например, в центре Атлантики) - это место, где вещество мантии поднимается к поверхности и где рождается новая кора. Кроме того, есть зоны субдукции, места, где плита начинает "подползать" под соседнюю и опускается вниз, в мантию. Зоны субдукции - это, например, западное побережье Южной Америки. Здесь происходят самые мощные землетрясения.

"Таким образом плиты принимают участие в конвективном кругообороте вещества мантии, которое во время нахождения на поверхности временно становится твёрдым. Погружаясь в мантию, вещество плиты снова нагревается и размягчается", - объясняет геофизик.

Кроме того, из мантии к поверхности поднимаются отдельные струи вещества - плюмы, и у этих струй есть все шансы уничтожить человечество. Ведь именно мантийные плюмы являются причиной появления супервулканов (см. ) Такие точки никак не связаны с литосферными плитами и могут оставаться на месте даже при движении плит. При выходе плюма возникает гигантский вулкан. Таких вулканов много, они есть на Гавайях, в Исландии, сходным примером является Йеллоустоунская кальдера. Супервулканы могут порождать извержения в тысячи раз мощнее, чем большинство обычных вулканов типа Везувия или Этны.

"250 миллионов лет назад такой вулкан на территории современной Сибири убил почти всё живое, выжили только предки динозавров", - говорит Трубицын.

Сошлись - разошлись

Литосферные плиты состоят из относительно тяжёлой и тонкой базальтовой океанической коры и более лёгких, но зато значительно более "толстых" континентов. Плита с континентом и "намороженной" вокруг него океанической корой может идти вперёд, при этом тяжёлая океаническая кора погружается под соседа. Но, когда сталкиваются континенты, они уже не могут погружаться друг под друга.

Например, примерно 60 миллионов лет назад Индийская плита оторвалась от того, что потом стало Африкой, и отправилась на север, а примерно 45 миллионов лет назад встретилась с Евразийской плитой, в месте столкновения выросли Гималаи - самые высокие горы на Земле.

Движение плит рано или поздно сведёт все континенты в один, как сходятся в один остров листья в водовороте. В истории Земли континенты примерно четыре-шесть раз объединялись и распадались. Последний суперконтинент Пангея существовал 250 миллионов лет назад, до него был суперконтинент Родиния, 900 миллионов лет назад, до него - ещё два. "И уже, похоже, скоро начнётся объединение нового континента", - уточняет учёный.

Он объясняет, что континенты работают как тепловой изолятор, мантия под ними начинает разогреваться, возникают восходящие потоки и поэтому суперконтиненты через некоторое время снова распадаются.

Америка "унесёт" Чукотку

Крупные литосферные плиты рисуют в учебниках, их может назвать любой: Антарктическая плита, Евразийская, Северо-Американская, Южно-Американская, Индийская, Австралийская, Тихоокеанская. Но на границах между плитами возникает настоящий хаос из множества микроплит.

Например, граница между Северо-Американской плитой и Евразийской проходит совсем не по Берингову проливу, а намного западнее, по хребту Черского. Чукотка, таким образом, оказывается частью Северо-Американской плиты. При этом Камчатка отчасти находится в зоне Охотской микроплиты, а отчасти - в зоне Беринговоморской микроплиты. А Приморье расположено на гипотетической Амурской плите, западный край которой упирается в Байкал.

Сейчас восточная окраина Евразийской плиты и западный край Северо-Американской "крутятся", как шестерёнки: Америка проворачивается против часовой стрелки, а Евразия по часовой. В результате Чукотка может окончательно оторваться "по шву", и в этом случае на Земле может появиться гигантский круговой шов, который будет проходить через Атлантику, Индийский, Тихий и Северный Ледовитый океан (где он пока закрыт). А сама Чукотка продолжит движение "в орбите" Северной Америки.

Спидометр для литосферы

Теория Вегенера возродилась не в последнюю очередь потому, что у учёных появилась возможность с высокой точностью измерять смещение континентов. Сейчас для этого используют спутниковые системы навигации, но есть и другие методы. Все они нужны для построения единой международной системы координат - International Terrestrial Reference Frame (ITRF).

Один из этих методов - радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ). Суть её заключается в одновременных наблюдениях с помощью нескольких радиотелескопов в разных точках Земли. Разница во времени получения сигналов позволяет с высокой точностью определять смещения. Два других способа измерить скорость - лазерные дальномерные наблюдения с помощью спутников и доплеровские измерения. Все эти наблюдения, в том числе с помощью GPS, проводятся на сотнях станций, все эти данные сводятся воедино, и в итоге мы получаем картину дрейфа континентов.

Например, крымский Симеиз, где находится станция лазерного зондирования, а также спутниковая станция определения координат, "едет" на северо-восток (по азимуту около 65 градусов) со скоростью примерно 26,8 миллиметра в год. Подмосковный Звенигород движется примерно на миллиметр в год быстрее (27,8 миллиметра в год) и курс держит восточнее - около 77 градусов. А, скажем, гавайский вулкан Мауна-Лоа двигается на северо-запад в два раза быстрее - 72,3 миллиметра в год.

Литосферные плиты тоже могут деформироваться, и их части могут "жить своей жизнью", особенно на границах. Хотя масштабы их самостоятельности значительно скромнее. Например, Крым ещё самостоятельно двигается на северо-восток со скоростью 0,9 миллиметра в год (и при этом растёт на 1,8 миллиметра), а Звенигород с той же скоростью двигается куда-то на юго-восток (и вниз - на 0,2 миллиметра в год).

Трубицын говорит, что эта самостоятельность отчасти объясняется "личной историей" разных частей континентов: основные части континентов, платформы, могут быть фрагментами древних литосферных плит, которые "срослись" со своими соседями. Например, Уральский хребет - один из швов. Платформы относительно жёсткие, но части вокруг них могут деформироваться и ехать по своей воле.

Напечатать