Литосферные плиты имеют высокую жесткость и способны в течение продолжительного времени сохранять без изменений свое строение и форму при отсутствии воздействий со стороны.
Движение плит
Литосферные плиты находятся в постоянном движении. Это движение, происходящее в верхних слоях , обусловлено наличием присутствующих в мантии конвективных течений. Отдельно взятые литосферные плиты сближаются, расходятся и скользят относительно друг друга. При сближении плит возникают зоны сжатия и последующее надвигание (обдукция) одной из плит на соседнюю, или поддвигание (субдукция) расположенных рядом образований. При расхождении появляются зоны растяжения с характерными трещинами, возникающими вдоль границ. При скольжении образуются разломы, в плоскости которых наблюдается близлежащих плит.
Результаты движения
В областях схождения огромных континентальных плит, при их столкновении, возникают горные массивы. Подобным образом, в свое время возникла горная система Гималаи, образовавшаяся на границе Индо-Австралийской и Евразийской плит. Результатом столкновения океанических литосферных плит с континентальными образованиями являются островные дуги и глубоководные впадины.
В осевых зонах срединно-океанических хребтов возникают рифты (от англ. Rift – разлом, трещина, расщелина) характерной структуры. Подобные образования линейной тектонической структуры земной коры, имеющие протяженность сотни и тысячи километров, с шириной в десятки или сотни километров, возникают в результате горизонтальных растяжений земной коры. Рифты очень крупных размеров принято называть рифтовыми системами, поясами или зонами.
В виду того, что каждая литосферная плита является единой пластиной, в ее разломах наблюдается повышенная сейсмическая активность и вулканизм. Данные источники расположены в пределах достаточно узких зон, в плоскости которых возникают трения и взаимные перемещения соседних плит. Эти зоны называются сейсмическими поясами. Глубоководные желоба, срединно-океанические хребты и рифы представляют собой подвижные области земной коры, они расположены на границах отдельных литосферных плит. Это лишний раз подтверждает, что ход процесса формирования земной коры в данных местах и в настоящее время продолжается достаточно интенсивно.
Важность теории литосферных плит отрицать нельзя. Так как именно она способна объяснить наличие в одних областях Земли гор, в других – . Теория литосферных плит позволяет объяснить и предусмотреть возникновение катастрофических явлений, способных возникнуть в районе их границ.
Литосферные плиты Земли представляют собой огромные глыбы. Их фундамент образован сильно смятыми в складки гранитными метаморфизированными магматическими породами. Названия литосферных плит будут приведены в статье ниже. Сверху они прикрыты трех-четырехкилометровым "чехлом". Он сформирован из осадочных пород. Платформа имеет рельеф, состоящий из отдельных горных хребтов и обширных равнин. Далее будет рассмотрена теория движения литосферных плит.
Появление гипотезы
Теория движения литосферных плит появилась в начале двадцатого столетия. Впоследствии ей суждено было сыграть основную роль в исследованиях планеты. Ученый Тейлор, а после него и Вегенер, выдвинул гипотезу о том, что с течением времени происходит дрейф литосферных плит в горизонтальном направлении. Однако в тридцатые годы 20-го века утвердилось другое мнение. Согласно ему, перемещение литосферных плит осуществлялось вертикально. В основе этого явления лежал процесс дифференциации мантийного вещества планеты. Оно стало называться фиксизмом. Такое наименование было обусловлено тем, что признавалось постоянно фиксированное положение участков коры относительно мантии. Но в 1960-м году после открытия глобальной системы срединно-океанических хребтов, которые опоясывают всю планету и выходят в некоторых районах на сушу, произошел возврат к гипотезе начала 20-го столетия. Однако теория обрела новую форму. Тектоника глыб стала ведущей гипотезой в науках, изучающих структуру планеты.
Основные положения
Было определено, что существуют крупные литосферные плиты. Их количество ограниченно. Также существуют литосферные плиты Земли меньшего размера. Границы между ними проводят по сгущению в очагах землетрясений.
Названия литосферных плит соответствуют расположенным над ними материковым и океаническим областям. Глыб, имеющих огромную площадь, всего семь. Наибольшие литосферные плиты - это Южно- и Северо-Американские, Евро-Азиатская, Африканская, Антарктическая, Тихоокеанская и Индо-Австралийская.
Глыбы, плывущие по астеносфере, отличаются монолитностью и жесткостью. Приведенные выше участки - это основные литосферные плиты. В соответствии с начальными представлениями считалось, что материки прокладывают себе дорогу через океаническое дно. При этом движение литосферных плит осуществлялось под воздействием невидимой силы. В результате проведенных исследований было выявлено, что глыбы плывут пассивно по материалу мантии. Стоит отметить, что их направление сначала вертикально. Мантийный материал поднимается под гребнем хребта вверх. Затем происходит распространение в обе стороны. Соответственно, наблюдается расхождение литосферных плит. Данная модель представляет океаническое дно в качестве гигантской Она выходит на поверхность в рифтовых областях срединно-океанических хребтов. Затем скрывается в глубоководных желобах.
Расхождение литосферных плит провоцирует расширение океанических лож. Однако объем планеты, несмотря на это, остается постоянным. Дело в том, что рождение новой коры компенсируется ее поглощением в участках субдукции (поддвига) в глубоководных желобах.
Почему происходит движение литосферных плит?
Причина состоит в тепловой конвекции мантийного материала планеты. Литосфера подвергается растяжению и испытывает подъем, что происходит над восходящими ветвями от конвективных течений. Это провоцирует движение литосферных плит в стороны. По мере удаления от срединно-океанических рифтов происходит уплотнение платформы. Она тяжелеет, ее поверхность опускается вниз. Этим объясняется увеличение океанической глубины. В итоге платформа погружается в глубоководные желоба. При затухании от разогретой мантии она охлаждается и опускается с формированием бассейнов, которые заполняются осадками.
Зоны столкновения литосферных плит - это области, где кора и платформа испытывают сжатие. В связи с этим мощность первой повышается. В результате начинается восходящее движение литосферных плит. Оно приводит к формированию гор.
Исследования
Изучение сегодня осуществляется с применением геодезических методов. Они позволяют сделать вывод о непрерывности и повсеместности процессов. Выявляются также зоны столкновения литосферных плит. Скорость подъема может составлять до десятка миллиметров.
Горизонтально крупные литосферные плиты плывут несколько быстрее. В этом случае скорость может составить до десятка сантиметров в течение года. Так, к примеру, Санкт-Петербург поднялся уже на метр за весь период своего существования. Скандинавский полуостров - на 250 м за 25 000 лет. Мантийный материал движется сравнительно медленно. Однако в результате происходят землетрясения, и прочие явления. Это позволяет сделать вывод о большой мощности перемещения материала.
Используя тектоническую позицию плит, исследователи объясняют множество геологических явлений. Вместе с этим в ходе изучения выяснилась намного большая, нежели это представлялось в самом начале появления гипотезы, сложность процессов, происходящих с платформой.
Тектоника плит не смогла объяснить изменения интенсивности деформаций и движения, наличие глобальной устойчивой сети из глубоких разломов и некоторые другие явления. Остается также открытым вопрос об историческом начале действия. Прямые признаки, указывающие на плитно-тектонические процессы, известны с периода позднего протерозоя. Однако ряд исследователей признает их проявление с архея или раннего протерозоя.
Расширение возможностей для исследования
Появление сейсмотомографии обусловило переход этой науки на качественно новый уровень. В середине восьмидесятых годов прошлого века глубинная геодинамика стала самым перспективным и молодым направлением из всех существовавших наук о Земле. Однако решение новых задач осуществлялось с использованием не только сейсмотомографии. На помощь пришли и прочие науки. К ним, в частности, относят экспериментальную минералогию.
Благодаря наличию нового оборудования появилась возможность изучать поведение веществ при температурах и давлениях, соответствующих максимальным на глубинах мантии. Также в исследованиях использовались методы изотопной геохимии. Эта наука изучает, в частности, изотопный баланс редких элементов, а также благородных газов в различных земных оболочках. При этом показатели сравниваются с метеоритными данными. Применяются методы геомагнетизма, с помощью которых ученые пытаются раскрыть причины и механизм инверсий в магнитном поле.
Современная картина
Гипотеза тектоники платформы продолжает удовлетворительно объяснять процесс развития коры в течение хотя бы последних трех миллиардов лет. При этом имеются спутниковые измерения, в соответствии с которыми подтвержден факт того, что основные литосферные плиты Земли не стоят на месте. В результате вырисовывается определенная картина.
В поперечном сечении планеты присутствует три самых активных слоя. Мощность каждого из них составляет несколько сотен километров. Предполагается, что исполнение главной роли в глобальной геодинамике возложено именно на них. В 1972 году Морган обосновал выдвинутую в 1963-м Вилсоном гипотезу о восходящих мантийных струях. Эта теория объяснила явление о внутриплитном магнетизме. Возникшая в результате плюм-тектоника становится с течением времени все более популярной.
Геодинамика
С ее помощью рассматривается взаимодействие достаточно сложных процессов, которые происходят в мантии и коре. В соответствии с концепцией, изложенной Артюшковым в его труде "Геодинамика", в качестве основного источника энергии выступает гравитационная дифференциация вещества. Этот процесс отмечается в нижней мантии.
После того как от породы отделяются тяжелые компоненты (железо и прочее), остается более легкая масса твердых веществ. Она опускается в ядро. Расположение более легкого слоя под тяжелым неустойчиво. В связи с этим накапливающийся материал собирается периодически в достаточно крупные блоки, которые всплывают в верхние слои. Размер подобных образований составляет около ста километров. Этот материал явился основой для формирования верхней
Нижний слой, вероятно, представляет собой недифференцированное первичное вещество. В ходе эволюции планеты за счет нижней мантии происходит рост верхней и увеличение ядра. Более вероятно, что блоки легкого материала поднимаются в нижней мантии вдоль каналов. В них температура массы достаточно высока. Вязкость при этом существенно снижена. Повышению температуры способствует выделение большого объема потенциальной энергии в процессе подъема вещества в область силы тяжести примерно на расстояние в 2000 км. По ходу движения по такому каналу происходит сильный нагрев легких масс. В связи с этим в мантию вещество поступает, обладая достаточно высокой температурой и значительно меньшим весом в сравнении с окружающими элементами.
За счет пониженной плотности легкий материал всплывает в верхние слои до глубины в 100-200 и менее километров. С понижением давления падает температура плавления компонентов вещества. После первичной дифференциации на уровне "ядро-мантия" происходит вторичная. На небольших глубинах легкое вещество частично подвергается плавлению. При дифференциации выделяются более плотные вещества. Они погружаются в нижние слои верхней мантии. Выделяющиеся более легкие компоненты, соответственно, поднимаются вверх.
Комплекс движений веществ в мантии, связанных с перераспределением масс, обладающих разной плотностью в результате дифференциации, называют химической конвекцией. Подъем легких масс происходит с периодичностью примерно в 200 млн лет. При этом внедрение в верхнюю мантию отмечается не повсеместно. В нижнем слое каналы располагаются на достаточно большом расстоянии друг от друга (до нескольких тысяч километров).
Подъем глыб
Как было выше сказано, в тех зонах, где происходит внедрение крупных масс легкого нагретого материала в астеносферу, происходит частичное его плавление и дифференциация. В последнем случае отмечается выделение компонентов и последующее их всплытие. Они достаточно быстро проходят сквозь астеносферу. При достижении литосферы их скорость снижается. В некоторых областях вещество формирует скопления аномальной мантии. Они залегают, как правило, в верхних слоях планеты.
Аномальная мантия
Ее состав приблизительно соответствует нормальному мантийному веществу. Отличием аномального скопления является более высокая температура (до 1300-1500 градусов) и сниженная скорость упругих продольных волн.
Поступление вещества под литосферу провоцирует изостатическое поднятие. В связи с повышенной температурой аномальное скопление обладает более низкой плотностью, чем нормальная мантия. Кроме того, отмечается небольшая вязкость состава.
В процессе поступления к литосфере аномальная мантия довольно быстро распределяется вдоль подошвы. При этом она вытесняет более плотное и менее нагретое вещество астеносферы. По ходу движения аномальное скопление заполняет те участки, где подошва платформы находится в приподнятом состоянии (ловушки), а глубоко погруженные области она обтекает. В итоге в первом случае отмечается изостатическое поднятие. Над погруженными же областями кора остается стабильной.
Ловушки
Процесс охлаждения мантийного верхнего слоя и коры до глубины примерно ста километров происходит медленно. В целом он занимает несколько сотен миллионов лет. В связи с этим неоднородности в мощности литосферы, объясняемые горизонтальными температурными различиями, обладают достаточно большой инерционностью. В том случае, если ловушка располагается неподалеку от восходящего потока аномального скопления из глубины, большое количество вещества захватывается сильно нагретым. В итоге формируется достаточно крупный горный элемент. В соответствии с данной схемой происходят высокие поднятия на участке эпиплатформенного орогенеза в
Описание процессов
В ловушке аномальный слой в ходе охлаждения подвергается сжатию на 1-2 километра. Кора, расположенная сверху, погружается. В сформировавшемся прогибе начинают скапливаться осадки. Их тяжесть способствует еще большему погружению литосферы. В итоге глубина бассейна может составить от 5 до 8 км. Вместе с этим при уплотнении мантии в нижнем участке базальтового слоя в коре может отмечаться фазовое превращение породы в эклогит и гранатовый гранулит. За счет выходящего из аномального вещества теплового потока происходит прогревание вышележащей мантии и понижение ее вязкости. В связи с этим наблюдается постепенное вытеснение нормального скопления.
Горизонтальные смещения
При образовании поднятий в процессе поступления аномальной мантии к коре на континентах и океанах происходит увеличение потенциальной энергии, запасенной в верхних слоях планеты. Для сброса излишков вещества стремятся разойтись в стороны. В итоге формируются добавочные напряжения. С ними связаны разные типы движения плит и коры.
Разрастание океанического дна и плавание материков являются следствием одновременного расширения хребтов и погружения платформы в мантию. Под первыми располагаются крупные массы из сильно нагретого аномального вещества. В осевой части этих хребтов последнее находится непосредственно под корой. Литосфера здесь обладает значительно меньшей мощностью. Аномальная мантия при этом растекается в участке повышенного давления - в обе стороны из-под хребта. Вместе с этим она достаточно легко разрывает кору океана. Расщелина наполняется базальтовой магмой. Она, в свою очередь, выплавляется из аномальной мантии. В процессе застывания магмы формируется новая Так происходит разрастание дна.
Особенности процесса
Под срединными хребтами аномальная мантия обладает сниженной вязкостью вследствие повышенной температуры. Вещество способно достаточно быстро растекаться. В связи с этим разрастание дна происходит с повышенной скоростью. Относительно низкой вязкостью также обладает океаническая астеносфера.
Основные литосферные плиты Земли плывут от хребтов к местам погружения. Если эти участки находятся в одном океане, то процесс происходит со сравнительно высокой скоростью. Такая ситуация характерна сегодня для Тихого океана. Если разрастание дна и погружение происходит в разных областях, то расположенный между ними континент дрейфует в ту сторону, где происходит углубление. Под материками вязкость астеносферы выше, чем под океанами. В связи с возникающим трением появляется значительное сопротивление движению. В результате снижается скорость, с которой происходит расширение дна, если отсутствует компенсация погружения мантии в той же области. Таким образом, разрастание в Тихом океане происходит быстрее, чем в Атлантическом.
Главными структурными единицами на уровне литосферы являются литосферные плиты, отражающие ее латеральные неоднородности. Их границы пересекают земную кору и надастеносферную мантию, а часто по сейсмическим данным прослеживаются до значительных глубин в нижней мантии. Среди структур второго порядка внутри литосферных плит выделяются их континентальные и океанические сегменты (континенты и океаны), наиболее резко отличающиеся строением земной коры. Развитие главных структурных единиц литосферы описывается тектоникой литосферных плит.
В основных положениях тектоники литосферных плит выделяются шесть постулатов.
1) В верхних оболочках твердой Земли по реологическим свойствам выделяется хрупкая оболочка – литосфера и, подстилающая ее, пластичная оболочка – астеносфера.
2) Литосфера разделена на ограниченное число крупных и малых плит. Крупные литосферные плиты это – Евразийская, Африканская, Северо-Американская, Южно-Американская, Тихоокеанская, Австралийская, Наска . Среди малых плит и микроплит выделяются: Хуан-де-Фука, Кокос, Карибская, Аравийская, Китайская, Индокитайская, Охотская, Филиппинская .
3) Выделяется три типа границ литосферных плит: дивергентные границы , вдоль которых происходит раздвижение плит; конвергентные границы , по которым плиты сближаются и погружаются одна под другую или сталкиваются друг с другом, трансформные границы , где плиты скользят друг относительно друга.
4) Горизонтальное движение плит может быть описано законами сферической геометрии Эйлера, согласно которым любое перемещение двух сопряженных точек на сфере совершается вдоль окружности, проведенной относительно оси, проходящей через центр Земли. Выход этой оси на земную поверхность называется полюсом вращения или раскрытия.
5) Площадь поглощаемой на конвергентных границах океанской коры, равна площади коры, образующейся на дивергентных границах.
6) Основная причина движения литосферных плит – это конвекция в мантии.
Важным дополнением к «классической» тектонике плит служит тектоника плюмов , представления которой стали формироваться одновременно с тектоникой плит, использовавшей «горячие точки» океанов для трассирования движения литосферных плит. В настоящее время по данным сейсмической томографии выделяются потоки разуплотненного разогретого вещества (плюмы), исходящие с разных глубинных оболочек Земли.
Дивергентные границы литосферных плит обусловлены процессами рифтогенеза и отражают геодинамические условия латерального растяжения, ориентированного в основном вкрест простирания дивергентных границ. В морфологическом отношении рифтовые структуры выражены сложными системами грабенов, ограниченных сбросами. Большинство рифтовых структур образуют единую глобальную систему, пересекающую континенты и океаны. Большая часть системы (около 60 тыс. км) расположена в океанах и выражена срединно-океаническими хребтами. На континентах океанические рифты часто продолжаются континентальными рифтами. При пересечении с активными окраинами континентов срединно-океанические хребты могут поглощаться в зонах субдукции. Отмирание рифтовых зон по простиранию носит постепенный характер, или пресекается трансформными разломами. Рифтовые зоны образуют почти полное кольцо вокруг Южного полюса на широтах 40-60°. От этого кольца отходят в меридиональном направлении три затухающие к северу ветви: Восточно-Тихоокеанская , Атлантическая и Индоокеанская . Вне глобальной системы находятся лишь немногие из крупных рифтовых зон.
Среди механизмов рифтогенеза выделяют деформационный рифтогенез и механизм гидравлического расклинивания. При деформационном рифтогенезе растяжение реализуется разрывными и вязкими деформациями в относительно узкой полосе с уменьшением мощности этой полосы и образованием «шейки». Предложено несколько моделей деформационного рифтогенеза. Модель Р. Смита и др. с субгоризонтальным срывом между ярусом хрупких и ярусом пластических деформаций; модель У. Гамильтона и др. с линзовидным характером деформаций; модель Б. Вернике, рассматривающая асимметричную деформацию на основе пологого сброса.
Механизм гидравлического расклинивания предусматривает в качестве активной силы базальтовую магму, которая раздвигает породы, внедряясь снизу в вертикальные трещины между ними и образуя рои параллельных даек. Трещины возникают в результате гидроразрыва под действием той же магмы.
Раскрытие зон спрединга может происходить двумя путями. Первый из них активный рифтогенез исходит из первичности восходящего потока астеносферного вещества. Поток поднимает и раздвигает литосферу, что в конечном итоге приводит к ее утонению и разрыву. Пассивный рифтогенез обусловлен растягивающими усилиями, которые приложены непосредственно к деформируемому слою.
Трансформные границы литосферных плит сочетаются и дополняют дивергентные границы. Наиболее ярко они выражены в пределах срединно-океанических хребтов, где делят их на разновозрастные фрагменты и смещают вкрест простирания.
Важнейшим свойством дивергентных и трансформных границ является то, что в их пределах в процессе спрединга зарождается новая океаническая кора .
Конвергентные границы литосферных плит характеризуются сближением плит в геодинамических условиях преобладающего латерального сжатия. Они выражены зонами субдукции , в которых океаническая кора погружается под континентальную, или океаническая кора погружается под океаническую, но более молодую. При сближении с последующим столкновением континентальных сегментов литосферных плит конвергентные границы выражаются коллизией. В определенных условиях субдукция и коллизия могут сопровождаться обдукцией – надвиганием океанической коры на континентальную. Большинство зон субдукции расположено по периферии Тихого океана. Другая система отходит от Тихоокеанской на запад и, чередуясь с коллизионными участками, следует от Зондской зоны до Калабрийской в Средиземном море и Гибралтарской. Современные коллизионные зоны связаны в основном со Средиземноморско-Гималайским складчатым поясом. В их пределах происходит тектоническое скучивание , приводящее к интенсивным складчато-надвиговым деформациям и формированию горных сооружений – орогенов.
Также как на дивергентных и трансформных границах, в пределах конвергентных границ происходит формирование новой коры, но коры континентального типа.
Внутриплитные тектонические процессы и структуры ими порождаемые в настоящее время являются объектом интенсивного изучения. Среди основных типов внутриплитных дислокаций выделяются планетарная трещиноватость и тесно связанные с ней линеаменты, зоны складчатых дислокаций и кольцевые структуры.
Планетарная трещиноватость представляется наиболее универсальным и повсеместно распространенным типом внутриплитных дислокаций. Наиболее изучена она на континентальных сегментах литосферных плит, где лучше всего проявлена в недеформированном виде в отложениях платформенного чехла. Важнейшей ее особенностью является преобладание двух генераций трещин: послойных (субгоризонтальных) и нормальных (перпендикулярных к границам слоя). Расстояния между нормальными трещинами являются функцией мощности слоя и состава пород его слагающих. В общем случае, чем больше мощность слоя, разорванного трещинами, тем больше расстояние (шаг) между ними. Кроме того, нормальные трещины делятся на системы – совокупности трещин с близкими элементами залегания. Среди систем чаще всего выделяют субмеридиональную, субширотную и две диагональные (северо-западную и северо-восточную). Особенности планетарной трещиноватости связывают с ротационными факторами – нестационарностями скорости вращения планеты вокруг своей оси.
Термин линеамент впервые был предложен американским геологом У. Хоббсом в 1911 г. для обозначения, вытянутых в одном направлении глобальных элементов рельефа и структуры. Новое свое значение он получил в процессе широкого применения в геологии аэро- и космоснимков, как отражение на земной поверхности разрывных нарушений различного ранга (в том числе и планетарной трещиноватости).
Внутриплитные зоны складчатых дислокаций обнаруживаются на всех континентах, а в настоящее время начинают выделяться и в пределах океанического дна. Их протяженность достигает сотен километров при ширине многие десятки километров. Часть из них образуются над древними рифтами в результате инверсии движений, другие формируются параллельно ближайшим складчатым поясам и синхронно с ними. По происхождению тесно связаны с ними эпиплатформенные орогены. Широко распространены пологие линейные поднятия и прогибы, рассматриваемые как литосферные складки.
Кольцевые структуры (морфоструктуры центрального типа) активно начали изучаться в тесной связи с развитием космической геологии. Среди них выделяют структуры магматогенного происхождения (вулканогенные, вулканогенно-плутонические, плутонические); метаморфогенные (гранитогнейсовые купола); диапировые структуры соляных, глиняных толщ, сводовые поднятия и погружения; а также термокарстовые и карстовые формы, связанные с экзогенными процессами. Особую группу образуют структуры ударного (метеоритного) происхождения. Значительную часть из выделенных при дешифрировании кольцевых объектов относят к категории криптоструктур (структур неустановленного происхождения).
Ударные (метеоритные, космогенные) структуры образуются при падении на Землю небесных тел различного типа и размера. К метеоритным кратерам относятся котловины на поверхности Земли, сохраняющие морфологические черты ударного происхождения. Структуры, которые утратили эти черты вследствие денудации принято называть астроблемами (звездными шрамами).
Скорости подхода космических тел к Земле изменяются от 11 до 76 км/с. Небольшие по размерам тела при входе в атмосферу теряют скорость вследствие торможения. Они полностью могут «сгорать» в атмосфере. Но уже тела размером 10-20 м, сталкиваясь с Землей со скоростью первые километры в секунду, способны формировать кратеры и оставлять в них свои обломки. Если скорость таких тел при ударе составляет 30 и более км/с, развивается давление 1500 ГПа, что примерно в 50 раз больше, чем в центре Земли. При этом температура составляет десятки тысяч градусов. В таких условиях происходит почти полное испарение метеорного вещества. Кратеры заполнены ударной брекчией, залегающей на раздробленных коренных породах. В центральной части кратеров часто выделяется центральное поднятие, сложенное хаотической брекчией. Породы, выполняющие кратер (импактиты ), образуются при огромном давлении и высокой температуре. Среди них выделяются следующие разновидности.
Аутигенная брекчия – это раздробленные коренные породы, не испытавшие значительного перемещения. Они залегают в основании разреза.
Аллогенная брекчия образована упавшими назад в кратер обломками различных размеров, сцементированных рыхлым обломочным материалом (коптокластом ). Мощность брекчии может достигать 100 и более метров.
Зювиты , представляющие собой спекшуюся массу обломков стекла и пород, вместе с другими породами выполняют внутренние части кратеров. Кроме того, они распространяются отдельными языками за пределами кратеров.
Тагамиты залегают внутри воронок. Они образуют неправильные пластообразные и линзообразные тела на поверхности аутигенной брекчии или над аллогенной брекчией и зювитами, а также формируют дайки и жерла в аутигенной брекчии и псевдопокровы. Представлены тагамиты однообразными пятнистыми породами с пористой, иногда пемзовидной структурой, состоящими из обломков темно-серого или цветного стекла.
Псевдотахилиты – переплавленные стекловатые или раскристаллизованные породы, образующие жилы в аутигенных брекчиях. Они образуются в результате фрикционного плавления на границах трущихся друг о друга блоков.
Океаны
Важнейшими морфоструктурными элементами океанов являются срединно-океанические хребты, трансформные разломы и абиссальные равнины.
Срединно-океанические хребты и трансформные разломы , являясь частью глобальной системы рифтов, проявляются во всех океанах как зоны спрединга – расширения океанического дна за счет образующейся в их осевых частях новой коры. Хребты – это грандиозные горные сооружения, средняя ширина которых изменяется от нескольких сотен километров до 2000-4000 км, относительное превышение над океаническим ложем составляет 1-3 км. Вершины хребтов находятся на глубинах в среднем 2,5 км. Рельеф хребтов сильно расчленен. При этом по мере удаления от оси горные шпили сменяются холмистым рельефом, который постепенно сглаживается на переходе к абиссальным равнинам. Хребты, таким образом, подразделяются на две геоморфологические зоны: зону гребня и зону склонов (флангов) . Гребневые зоны состоят из горных систем и разделяющих их долинообразных понижений, вытянутых в соответствии с общим простиранием. В центральной осевой зоне срединно-океанических хребтов высота гор максимальна. Здесь они сопряжены с узкой (10-40 км) и глубокой (1-4 км) рифтовой долиной с крутыми (около 40°) бортами, которые разделяются на несколько уступов. В уступах обнажаются подушечные лавы (пиллоу-лавы ). Рифтовая долина характеризуется блоково-грядовым расчленением. Ее центральная часть состоит из застывших базальтовых куполов и рукавообразных потоков, расчлененных гьярами – зияющими трещинами растяжения без вертикального смещения шириной 0,5 – 3 м (иногда до 20 м) и протяженностью десятки метров. Срединно-океанические хребты Тихого океана по сравнению с хребтами Атлантического, Индийского и Северного Ледовитого (Арктического) океанов характеризуются менее контрастными формами рельефа, рифтовая долина в них выражена нечетко, широко развиты вулканические формы.
Срединно-океанические хребты пересекаются трансформными разломами (Дж. Т. Вилсон, 1965), которые смещают фрагменты хребтов в направлениях, поперечных к простиранию хребтов. Амплитуда смещения составляет сотни километров (до 750 км в приэкваториальных областях Атлантики). В рельефе дна океана трансформные разломы выражены узкими трогами с крутыми склонами. Их глубина достигает 7-8 км (разломы Элтанин и Романш). Трансформные разломы – это особого типа разрывы со сдвиговым смещением, которые переносят (трансформируют) горизонтальное движение литосферы от одной активной границы к другой. Трансформные разломы рифтовых соответствуют типу «хребет-хребет» (снимают напряжения между двумя отрезками рифтовой зоны). Причины накопления напряжений между сегментами хребта связаны с неравномерностью спрединга. В строении трансформных разломов выделяется активная и пассивные части. В пределах активной части происходит формирование новой океанической коры. По протяженности среди трансформных разломов выделяются магистральные (по В. Е. Хаину), или демаркационные (по Ю. М. Пущаровскому) Их протяженность десятки тысяч километров, а расстояния их разделяющие около тысячи километров. Они пересекают океаны и могут выходить на континенты. Такие трансформные разломы делят океаны на сегменты, раскрывшиеся в разное время. Менее протяженные трансформные разломы пересекают срединно-океанические хребты через каждые 100-200 км и продолжаются на некоторые расстояния в пределах абиссальных равнин. Разломы следующей категории не выходят за пределы хребтов и отстоят друг от друга на десятки километров. Наконец, более мелкие разломы пересекают лишь гребневые зоны и Рифтовые долины.
В геофизических полях срединно-океанические хребты выражены весьма отчетливо. Зона гребня отличается повышенной сейсмичностью. При этом глубина гипоцентров землетрясений обычно не превышает первых километров. В гравитационном поле вдоль оси хребта выделяются отрицательные аномалии. В сочетании с повышенным тепловым потоком гребневой зоны они фиксируют магматические камеры, в которых концентрируются магмы, представляющие результат выплавки базальтовой компоненты из залегающей вблизи поверхности астеносферы. Магнитное поле срединно-океанических хребтов характеризуется полосовыми магнитными аномалиями. Они следуют параллельно и симметрично оси хребта и представляют чередование прямой и обратной полярности. Аномалиям присвоены номера, счет которых начинается симметрично по обе стороны от осевой зоны. Расстояние между одноименными аномалиями в разных рифтовых зонах может быть различным. Оно не остается постоянным и вдоль одной и той же аномалии. Иногда симметрия аномалий относительно оси рифта различна по разным сторонам: по одну сторону аномалии расположены сжато, а по другую – разреженно. Все эти особенности объясняются тем, что при кристаллизации магмы в зоне раздвига остаточная намагниченность фиксирует в горных породах геомагнитные характеристики (модель Ф. Вайна – Д. Мэтьюза из Кембриджского университета США, 1963 г.). По мере своего формирования новообразованная океаническая кора отодвигается от оси спрединга и, подобно магнитной ленте записывает вариации геомагнитного поля, в том числе инверсии полярности. Поскольку наращивание коры происходит по обе стороны от оси спрединга, образуются две, дублирующие друг друга магнитные записи. Расстояние между одноименными аномалиями, при условии датирования их возраста, позволяет определить скорость спрединга. Полученные по этой методике скорости изменяются от долей сантиметра до 15-18 см / год. Поскольку спрединг развивается обычно симметрично, полная скорость раздвигания литосферных плит в два раза больше скорости спрединга. Глобальная аномалийная шкала в настоящее время разработана достаточно подробно. В частности, 34 аномалия, имеющая нормальную полярность, занимает широкую полосу дна и трактуется как «меловая зона спокойного магнитного поля (120-84 млн. лет). Выделяются и более древние аномалии с датировками вплоть до 167,5 млн. лет (юра). Таким образом, использование данных по полосовым аномалиям позволило реконструировать историю океанов, а также всей глобальной системы относительного перемещения литосферных плит с середины мезозоя до настоящего времени.
Тектономагматические процессы зон спрединга формируют океаническую кору из вещества, отделяющегося от мантии. По объему продуктов современного вулканизма океанические зоны спрединга в три раза превосходят все остальные виды вулканизма вместе взятые и составляют около 4 км³ / год. Основные разновидности магматических пород срединных океанических хребтов образованы базальтоидами, габброидами, а также перидотитами – тугоплавким остатком мантийного вещества. Для хребтов характерен особый геохимический тип базальтоидов, обозначаемых обычно аббревиатурой MORB (Mid-Oceanic Ridge Basalts) или СОХ (Срединно-Океанических Хребтов), или толеитовых базальтов . Для океанических толеитов нормального типа (N-MORB) отмечается малое содержание подвижных (некогерентных ) элементов, под которыми подразумеваются элементы, обладающие ионными радиусами и зарядами, не позволяющими легко входить в породообразующие минералы. Поэтому они обладают очень низкими коэффициентами распределения кристалл – жидкость и накапливаются в системе по мере кристаллизации. К ним относятся калий, цирконий, барий, большинство TR и пр. Такие базальты считают результатом частичного плавления геохимически истощенной (деплетированной ) мантии на сравнительно небольших глубинах. При этом степень плавления исходных пород была высокой, что выразилось обогащением расплава элементами группы железа.
К вулканическим зонам срединно-океаническиххребтов приурочены выходы гидротерм . С ними связаны металлоносные осадки и специфические отложения «черных и белых курильщиков».
Металлоносные осадки – это рыхлые полигенные образования, обогащенные в основном железом и марганцем гидротермального происхождения. Современные осадки приурочены к осевым частям и флангам спрединговых хребтов, к окрестностям гидротермальных полей. По мере развития спрединга металлоносные осадки переходят в погребенное состояние и залегают в основании разреза осадочного чехла океана, где их мощность может достигать нескольких десятков метров. Эти образования выделяются в самостоятельную металлоносную базальную формацию .
«Черные курильщики» - трубообразные конусы сульфидных построек, через которые поступают гидротермальные растворы с температурой 350-400°С, насыщенные взвесью минеральных частиц, рассеивающихся в водной среде подобно дыму. Они сопровождаются уникальным, полностью независимым от экзогенных источников питания, комплексом биоты. Холмы и конусные постройки образуют залежи массивных сульфидных руд массой несколько тысяч тонн. Отмечаются также плащеобразные покровы массивных сульфидных руд, мощностью до 10 м. Масса некоторых из таких образований может достигать 2 млн. тонн. Сульфидные руды локализуются в основном в осевых зонах срединно-океанических хребтов.
«Белые курильщики» - тип относительно низкотемпературных гидротермальных источников с температурой менее 300°С, функционирующих в парагенезе с «черными курильщиками». Однако, если дым «черных курильщиков» состоит из сульфидов железа, цинка, меди с примесью аморфного кремнезема, то дым «белых курильщиков» образован сульфатами (ангидритом, баритом) и аморфным кремнеземом.
Относительно недавно на вершине подводной горы Атлантис в пределах Срединно-Атлантического хребта, в 15 км к западу от его оси на глубине 2600 футов обнаружен еще один неизвестный ранее тип гидротерм. В рельефе дна эти гидротермы представлены громадными ослепительно белыми башнями высотой до 60 м и шириной в основании около 100 м, базирующихся на перидотитах. Они получили название Lost City (Затерянный Город) . Башни состоят из карбонатов – кальцита, арагонита, брукита. Они лишены дыма, вместо которого из трещин изливаются потоки воды с температурой 50-80°С. Источник тепла - процесс остывания ультраосновных пород. Дополнительно оно вырабатывается за счет химической реакции, при которой оливин (основной минерал перидотита) взаимодействует с морской водой, растворенными в ней солями и переходит в серпентинит и карбонаты, слагающие описанные гидротермальные сооружения. «Затерянный Город» обильно заселен бактериями, образующими обширные маты. Они питаются метаном и водородом, которые выделяются в процессе реакции.
В зависимости от скорости спрединга выделяют зоны с быстрым спредингом (скорость более 7 см/год), средним спредингом (скорость 3-7 см/год), медленным спредингом (скорость 1-3 см/год) и ультрамедленным спредингом (скорость до 1 см/год). Скорость спрединга тесно связана с рельефом океанических спрединговых зон. Примером высокоскоростного спрединга может служить Восточно-Тихоокеанское поднятие, которое отличается большой шириной, слабо выраженной рифтовой впадиной (вплоть до ее полного отсутствия и замещения горстообразным выступом). Срединно-Атлантический хребет на разных своих участках обладает низкими и средними скоростями спрединга. Его рельеф – это рельеф «классического» срединно-океанического хребта. К рифтовым зонам с ультрамедленным спредингом относится хребет Гаккеля в Северном Ледовитом океане. В рельефе дна он представлен практически одной узкой рифтовой долиной. Изменение скорости спрединга в срединно-океанических хребтах носит циклический характер, что выражается в тектоноэвстатических трансгрессиях и регрессиях. При быстром спрединге новая кора образуется в больших объемах, гребневая часть хребтов не успевает остывать, и хребты приобретают большую ширину, «выдавливают» воду океанов на сушу, что вызывает глобальную трансгрессию. При медленном спрединге вновь образованная океаническая кора формируется в меньших объемах, успевает остывать. Глубина океанических впадин возрастает, равно как и их объем. Вода с континентов «стягивается» в океан, происходит глобальная регрессия.
От скорости дивергенции зависит и обособление базальтовой магмы. С повышением скорости спрединга магматическая камера хребтов размещается все ближе к поверхности. Магма имеет более высокую температуру и низкую вязкость, поэтому при излиянии образует обширные покровы, подобные платобазальтам континентов. При медленном спрединге формируются подушечные лавы. Малые скорости спрединга затрудняют выход расплава на поверхность, возрастает степень дифференциации магмы, появляются порфировые разности базальтов. С возрастанием скорости спрединга в породах увеличивается содержание титана, возрастает отношение количества железа к количеству магния. В спрединговых зонах с высокой скоростью спрединга преобладает механизм гидравлического расклинивания . Он выражен в том, что при быстром подъеме базальтовой магмы обеспечивается расклинивающий эффект, который оказывает магма на породы земной коры. Застывшие магматические клинья выражены системами параллельных даек в основании океанической коры. В условиях медленного спрединга важную роль может играть деформационный механизм рифтогенеза , при котором растяжение реализуется разрывными и вязкими деформациями земной коры в относительно узкой полосе с уменьшением ее мощности.
Отмирание зон океанического рифтогенеза может происходить при изменении внешних геодинамических условий. В результате могут формироваться палеоспрединговые хребты . Один из вариантов такого отмирания – это резкое смещение, перескок (jumping) оси спрединга. После того, как скорость спрединга снижается до минимальных значений, растягивающие напряжения прекращаются и наступает длительная пассивная фаза, когда литосфера под хребтом охлаждается, наращивает свою мощность снизу за счет кристаллизации астеносферного материала. Это сопровождается изостатическим опусканием, рельеф хребта сглаживается, он все больше перекрывается осадочным чехлом.
Абиссальные равнины по площади являются преобладающим элементом строения океанического ложа. Они располагаются между срединно-океаническими хребтами и подножиями континентов и имеют глубину от 4 до 6 км. Кора в пределах абиссальных равнин выдержана по толщине, за исключением того, что осадочный слой в направлении к континентальным окраинам увеличивается по мощности за счет появления все более древних горизонтов, вплоть до верхов средней юры.
Некоторые равнины (особенно в Атлантическом и Индийском океанах) обладают идеально плоской поверхностью дна, другие, преимущественно в Тихом океане, характеризуются холмистым рельефом. Среди равнин возвышаются подводные вулканические горы. Их особенно много в пределах Тихого океана. Особую разновидность подводных гор образуют гийоты – плосковершинные возвышенности вулканического происхождения, встречающиеся на глубине около 2 км. Их вершины ранее были срезаны морской абразией, затем перекрыты мелководными осадками, иногда, рифами, и далее погрузились в результате охлаждения коры ниже уровня океана.
Абиссальные равнины крупными подводными хребтами и возвышенностями разделяются на отдельные котловины. Среди подводных поднятий выделяются изометричные возвышенности овально-округлой формы (Бермудское в Атлантики), плоские возвышенности за счет осадочного чехла – океанские плато (Онтонг-Джава в Тихом океане). Другие – линейные, протягивающиеся на тысячи километров при ширине сотни километров (Мальдивский и Восточно-Индийский хребты в Индийском океане). Все эти хребты и возвышенности поднимаются над смежными котловинами на 2-3 км. Кое-где их вершины выступают над уровнем моря в виде островов (Бермудские острова). Для большинства поднятий очевидно вулканическое происхождение. Для Императорско-Гавайского хребта оно доказывается современным вулканизмом на о. Гавайи, вулканической природой остальных островов Гавайской цепи. Для этих и других островов, кроме эффузивов, известны интрузии пород – дифференциатов щелочно-базальтовой магмы. Практически под всеми подводными поднятиями отмечается утолщение коры, которое может превышать 30 км. Первоначально значительная часть внутренних поднятий океана с утолщенной корой относилась к микроконтинентам . Однако последующие исследования показали, что число современных представителей этой категории структур весьма ограниченно. В Атлантике к ним относится плато Роккол, в Индийском океане – Мадагаскар. В Тихом океане Новая Зеландия с Новозеландским подводным плато. В Северном Ледовитом океане - хр. Ломоносова. Микроконтиненты обладают плоской поверхностью, лежащей на глубине около 2 км, но отдельные их части могут выступать над водой в виде островов. По сравнению с абиссальными равнинами осадочный чехол микроконтинентов обладает увеличенной мощностью. В нем могут присутствовать отложения, предшествующие раскрытию данного океана. Возраст фундамента может изменяться от палеозойского до архейского. Микроконтиненты откалывались от континентов на ранних стадиях раскрытия океана. Затем ось спрединга перескакивала в центральную часть современного океана.
Современный Мировой океан состоит из нескольких океанов. Из них Тихий океан – самый большой океан нашей планеты. Он занимает около трети поверхности земного шара и почти половину площади Мирового океана – 178,6 млн. км². Это самый глубокий океан, его средняя глубина более 4 км, а максимальная – 11022 м отмечена в Марианской впадине. Ложе океана занимает 63% его площади. Системой поднятий оно разделяется на ряд котловин, наиболее крупные из которых расположены по центральной оси ложа. На западе для котловин характерна холмистая поверхность, в восточной части океана (Северо-Восточная, южная котловины и др.) отмечается грядово-холмистый рельеф. Ложе осложнено вулканическими хребтами (Императорский, Гавайский хребты и др.). Характерны также многочисленные (около 7 тысяч) гийоты. В основном они расположены на сводовых поднятиях, валах, а также вдоль разломов. В восточной части расположен Тихоокеанский срединный хребет, смещенный относительно средней линии к востоку. Площадь его – 13% общей площади океана. Значительная часть хребта в северном полушарии уходит под Северную Америку. Отличительная черта – его сравнительно небольшая высота (от 1 до 2,5 км), значительная ширина (до 3 тыс. км), отсутствие четко выраженной рифтовой долины. Осевой блок здесь часто представлен гребнем высотой в несколько сотен метров и шириной несколько десятков километров. Тихоокеанский хребет разделяется на несколько звеньев. Среди них Южно- и Восточно-Тихоокеанское поднятия, хребты Гордн и Хуан-де-Фука. Выделяются также две большие ветви – Галапагосская и Чилийская. Среди наиболее крупных трансформных разломов, рассекающих хребет на сегменты, смещенные друг относительно друга в широтном направлении выделяются: Элтанин, Галапагосский, Мендосино, Кларион, Клипперон. Специфической морфоструктурой Тихого океана является Новозеландское плато – глыба материковой коры, не связанная с окружающими континентами.
Атлантический океан составляет около четверти Мирового океана (площадь 90,5 млн. км²). Его средняя глубина составляет 3844 м. Ложе океана (около 35% его общей площади) характеризуется сочетанием глубоководных котловин (Северо-Американская, Канарская, Западно-Европейская, Бразильская, Ангольская, Капская) и подводных поднятий. Для котловин характерен абиссальный холмистый рельеф.
Срединно-Атлантический хребет занимает почти половину площади океана. Его ширина около 1400 км при превышении над дном до 4 км, склоны его крутые. Рифтовая зона на всем своем протяжении отчетливо выражена. Трансформными разломами хребет разделен на несколько фрагментов: северный (хребты Книповича и Мона) доходит до о. Ян-Майен; далее следуют хребет Кольбейнст и Большой Исландский грабен (о. Исландия). К югу он продолжается хребтом Рейкьянес и до Азорских островов имеет строго меридиональное простирание. В районе экватора, трансформные разломы Романш, Вима, Сан-Паулу, Чейн и др. смещают его на несколько сотен километров. Южно-Атлантический хребет сохраняет субмеридиональное положение.
Средиземноморский бассейн в океанологическом отношении принадлежит бассейну Атлантического океана, а в тектоническом смысле отличается сложным строением, отражающим длительное его развитие, в значительной степени унаследованное отполициклического океана Тетис . Средиземное море через Дарданеллы - Мраморное море - Босфор соединяется с глубоководным Черным морем. В пределах Средиземноморья имеются глубоководные котловины, во многом сходные с океаническими, обширные мелководные плато, глубоководные желоба и рифтовые зоны, подводные хребты и отдельные вулканы.
Восточная часть Средиземного моря одновозрастна с основным океаном Тетис. Она представляет собой южные глубоководные бассейны этого океана.
Западная часть Средиземного моря (Западно-Средиземноморский бассейн) возникла на неотектоническом этапе (в олигоцене) как малый океанический бассейн уже после закрытия океана Тетис.
Индийский океан имеет площадь 76,8 млн. км² (около 20% площади Мирового океана). Его средняя глубина 3963 м. Ложе океана состоит из 24 глубоководных котловин из которых наиболее крупные: Центральная, Западно-Австралийская, Мадагаскарская, Сомалийская. Ложе осложнено меридиональными разломами. В пределах котловин выявлено около тысячи гийотов. Котловины разделены подводными поднятиями (хребтами): Мальдивским, Восточно-Индийским, Мадагаскарским, Мозамбикским, Маскаренским, Амирантским и др.
Срединно-океанические хребты Индийского океана – это сложная система подводных горных цепей, в которую входят: Западно-Индийский хребет, продолжающий систему Срединно-Атлантических хребтов; Австрало-Антарктический хребет, соединяющийся с хребтами Тихого океана; Центрально-Индийский хребет, возникший при слиянии первых двух хребтов.; Аравийско-Индийский; хребет (Карлсберг). Срединно-Океанические хребты осложнены трансформными разломами.
Северный Ледовитый океан – самый маленький океан. Его площадь 15,2 млн. км² (4,2% площади Мирового океана). Средняя глубина 1300 м. Ложе океана составляет 40% его площади и образовано небольшими глубоководными котловинами: Амундсена, Нансена, Макарова, Толя, Бофорта. Они разделены подводными поднятиями – погруженными блоками континентальной коры, выраженные хребтами: Ломоносова, Менделеева, Альфа.
Срединно-океанический хребет продолжает Срединно-Атлантический хребет. Он начинается хребтом Гаккеля, который обладает незначительной шириной, редуцированными флангами. В сущности, он образован одной рифтовой долиной. Предполагается его продолжение на суше в дельте Лены в системе Момского рифта.
Возраст океанов , ограниченных пассивными окраинами, определяется возрастом их наиболее древней коры, соответствующей началу раскрытия океанов. Для Атлантического океана – это 170 млн. лет (батский-келловейский века средней юры). Для Индийского океана – 158 млн. лет (оксфордский век поздней юры). Для Северного Ледовитого океана – 120 млн. лет (ранний мел). Для Тихого океана, окруженного активными окраинами, на основе палеогеографических реконструкций выделены фрагменты бывших пассивных окраин с возрастом, относящимся к позднему рифею (в Северо-Американских Кордильерах), позднему рифею – раннему кембрию (складчатая система Аделаида в Австралии). Таким образом, современная молодая кора Тихого океана является лишь обновленной, а само начало существования этого океана относится к позднему протерозою, хотя с того времени его площадь и конфигурация претерпели существенные изменения.
Приведенные датировки возраста современных океанов относятся к наиболее древним их частям. Однако раскрытие океанов происходило не сразу на всем протяжении, а по отдельным сегментам, разделенным магистральными трансформными разломами. В конце средней юры и в продолжение поздней юры раскрылся центральный сегмент Атлантики между Азоро-Гибралтарским разломом на севере и Экваториальной зоной разломов на юге. В течение раннего мела процесс распространился к северу до магистрального трансформного разлома Чарли – Гиббса. В конце мела спрединг достиг Гренландско-Фарерского порога, проходящего через Исландию. На этом этапе сформировалась побочная – Лабрадорская ветвь спрединга, отделившая к концу эоцена Гренландию от Северной Америки. В конце палеоцена – начале эоцена спрединг распространился из Северной Атлантики в Норвежско-Гренландский бассейн Арктики, затем, преодолев Шпицбергенский разлом, проник в Евразийскую котловину Северного Ледовитого океана, сформировав хребет Гаккеля.
В Южной Атлантике процесс пропагации спрединга также происходил с юга на север. В поздней юре произошло отделение Африки от Южной Америки и Антарктиды и к началу мела раскрытие дошло до Фолклендско-Агульясского разлома. В неокоме оно продвинулось на север до разлома Риу-Гранди. В конце апта – Альбе раскрылся Анголо-Бразильский сегмент, а в конце сеномана произошло объединение Южной и Центральной Атлантики.
В Индийском океане в поздней юре спрединг распространялся на юго-запад, отделяя Африку от Индии, Мадагаскара и Антарктиды., а затем с севера на юг и юго-восток, отделив в конце юры – начале мела Индию от Австралии и в начале сеномана – Австралию от Антарктиды.В позднем миоцене спрединг развивался от разлома Оуэн в Аденский залив и в Красное море.
Сложнее шло развитие Тихого океана, где происходила перестройка плана расположения осей спрединга. Современные их очертания начало формироваться в конце мела.
Что мы знаем о литосфере?
Тектонические плиты — это крупные стабильные участки коры Земли, которые являются составными частями литосферы. Если обратиться к тектонике, науке, изучающей литосферные платформы, то мы узнаем, что большие по площади участки земной коры со всех сторон ограничены специфическими зонами: вулканической, тектонической и сейсмической активностями. Именно на стыках соседствующих плит и происходят явления, которые, как правило, имеют катастрофические последствия. К ним можно причислить как извержения вулканов, так и сильные по шкале сейсмической активности землетрясения. В процессе изучения планеты тектоника платформ сыграла очень важную роль. Ее значение можно сравнить с открытием ДНК или гелиоцентрической концепцией в астрономии.
Если вспомнить геометрию, то мы можем представить, что одна точка может быть местом соприкосновения границ трех и более плит. Изучение тектонической структуры земной коры показывают, что наиболее опасными и быстро разрушающимися, являются стыки четырех и более платформ. Данное формирование наиболее неустойчивое.
Литосфера делится на два типа плит, разных по своим характеристикам: континентальную и океаническую. Стоит выделить тихоокеанскую платформу, сложенную из океанической коры. Большинство других состоят из так называемого блока, когда континентальная плита впаивается в океаническую.
Расположение платформ показывает, что около 90% поверхности нашей планеты состоит из 13 больших по размеру, стабильных участков земной коры. Остальные 10% припадают на небольшие формирования.
Ученые составили карту наиболее крупных тектонических плит:
- Австралийская;
- Аравийский субконтинент;
- Антарктическая;
- Африканская;
- Индостанская;
- Евразийская;
- Плита Наска;
- Плита Кокос;
- Тихоокеанская;
- Северо- и южно-американские платформы;
- Плита Скотия;
- Филипинская плита.
Из теории мы знаем, что твердая оболочка земли (литосфера) состоит не только из плит, формирующих рельеф поверхности планеты, но и из глубинной части — мантии. Континентальные платформы имеют толщину от 35 км (на равнинных территориях) до 70 км (в зоне горных массивов). Учеными доказано, что наибольшую толщину имеет плита в зоне Гималаев. Здесь толщина платформы достигает 90 км. Самая тонкая литосфера находится в зоне океанов. Ее толщина не превышает 10 км, а в некоторых районах этот показатель равняется 5 км. На основании информации о том, на какой глубине находится эпицентр землетрясения и какова скорость распространения сейсмических волн, производятся расчеты толщины участков земной коры.
Процесс формирования литосферных плит
Литосфера состоит преимущественно из кристаллических веществ, образовавшихся в результате охлаждения магмы при выходе на поверхность. Описание структуры платформ говорит об их неоднородности. Процесс формирования земной коры происходил длительный период, и длится до сих пор. Через микротрещины в породе расплавленная жидкая магма выходила на поверхность, создавая новые причудливые формы. Ее свойства менялись в зависимости от смены температуры, и образовывались новые вещества. По этой причине минералы, которые находятся на разной глубине, отличаются по своим характеристикам.
Поверхность земной коры зависит от влияния гидросферы и атмосферы. Постоянно происходит выветривание. Под действием данного процесса меняются формы, а минералы измельчаются, меняя свои характеристики при неизменном химическом составе. В результате выветривания поверхность становилась более рыхлой, появлялись трещины и микровпадины. В этих местах появлялись отложения, которые нам известны как грунт.
Карта тектонических плит
На первый взгляд кажется, что литосфера стабильна. Верхняя ее часть таковой и является, но вот нижняя, которая отличается вязкостью и текучестью, подвижна. Литосфера делится на определенное число частей, так называемых тектонических плит. Ученые не могут сказать из скольких частей состоит земная кора, поскольку помимо крупных платформ, имеются и более мелкие формирования. Названия самых больших плит были приведены выше. Процесс формирования земной коры происходит постоянно. Мы этого не замечаем, поскольку данные действия происходят очень медленно, но сопоставив результаты наблюдений за разные периоды, можно увидеть, на сколько сантиметров в год смещаются границы образований. По этой причине тектоническая карта мира постоянно обновляется.
Тектоническая плита Кокос
Платформа Кокос является типичным представителем океанических частей земной коры. Она расположена в Тихоокеанском регионе. На западе ее граница проходит по хребту Восточно-Тихоокеанского поднятия, а на востоке ее границу можно определить условной линией вдоль побережья Северной Америки от Калифорнии до Панамского перешейка. Данная плита пододвигается под соседнюю Карибскую плиту. Эта зона отличается высокой сейсмической активностью.
Сильнее всего от землетрясений в данном регионе страдает Мексика. Среди всех стран Америки именно на ее территории расположено больше всего потухших и действующих вулканов. Страна перенесла большое количество землетрясений с магнитудой выше 8 баллов. Регион достаточно густонаселенный, поэтому помимо разрушений, сейсмическая активность приводит и к большому числу жертв. В отличии от Кокоса, расположенные в другой части планеты, Австралийская и Западно-Сибирская платформы отличаются стабильностью.
Движение тектонических плит
Долгое время ученые пытались выяснить, почему в одном регионе планеты гористая местность, а в другом равнинная, и почему происходят землетрясения и извержения вулканов. Различные гипотезы строились преимущественно на тех знаниях, которые были доступны. Лишь после 50-х годов двадцатого столетия удалось более детально изучить земную кору. Изучались горы, образованные на местах разлома плит, химический состав этих плит, а также создавались карты регионов с тектонической активностью.
В изучении тектоники особое место заняла гипотеза о перемещениях литосферных плит. Еще в начале двадцатого века немецкий геофизик А. Вегенер выдвинул смелую теорию о том, почему они двигаются. Он тщательно исследовал схему очертаний западного побережья Африки и восточного побережья Южной Америки. Отправной точкой в его исследованиях стала именно схожесть очертаний данных континентов. Он предположил, что, возможно, эти материки были раньше единым целым, а затем произошел разлом и начался сдвиг частей коры Земли.
Его исследования затрагивали процессы вулканизма, растяжение поверхности дна океанов, вязко-жидкую структуру земного шара. Именно труды А. Вегенера были положены в основу исследований, проводимых в 60-х годах прошлого века. Они стали фундаментом для возникновения теории «тектоники литосферных плит».
Данная гипотеза описывала модель Земли следующим образом: тектонические платформы, имеющие жесткую структуру и обладающие разной массой, размещались на пластичном веществе астеносферы. Они находились в очень неустойчивом состоянии и постоянно перемещались. Для более простого понимания можно провести аналогию с айсбергами, которые постоянно дрейфуют в океанических водах. Так и тектонические структуры, находясь на пластичном веществе, постоянно перемещаются. Во время смещений плиты постоянно сталкивались, заходили одна на другую, возникали стыки и зоны раздвижения плит. Данный процесс происходил из-за разности в массе. В местах столкновений образовывались области с повышенной тектонической активностью, возникали горы, происходили землетрясения и извержения вулканов.
Скорость смещения составляла не более 18 см в год. Образовывались разломы, в которые поступала магма из глубинных слоев литосферы. По этой причине породы, составляющие океанические платформы, имеют разный возраст. Но ученые выдвинули даже более невероятную теорию. По мнению некоторых представителей научного мира, магма выходила на поверхность и постепенно охлаждалась, создавая новую структуру дна, при этом «избытки» земной коры под действием дрейфа плит, погружались в земные недра и снова превращались в жидкую магму. Как бы там ни было, а движения материков происходят и в наше время, и по этой причине создаются новые карты, для дальнейшего изучения процесса дрейфа тектонических структур.
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.
Особенность литосферных плит — их жесткость и способность при отсутствии внешних воздействий длительное время сохранять неизменными форму и строение.
Литосферные плиты подвижны. Их перемещение по поверхности астеносферы происходит под влиянием конвективных течений в мантии. Отдельные литосферные плиты могут расходиться, сближаться или скользить друг относительно друга. В первом случае между плитами возникают зоны растяжения с трещинами вдоль границ плит, во втором — зоны сжатия, сопровождаемые надвиганием одной плиты на другую (надвигание — обдукция; поддвигание — субдукция), в третьем — сдвиговые зоны — разломы, вдоль которых происходит скольжение соседних плит.
В местах схождения континентальных плит происходит их столкновение, образуются горные пояса. Так возникла, например, на границе Евразийской и Индо-Австралийской плиты горная система Гималаи (рис. 1).
Рис. 1. Столкновение континентальных литосферных плит
При взаимодействии континентальной и океанической плит, плита с океанической земной корой пододвигается под плиту с континентальной земной корой (рис. 2).
Рис. 2. Столкновение континентальной и океанической литосферных плит
В результате столкновения континентальной и океанической литосферных плит образуются глубоководные желоба и островные дуги.
Расхождение литосферных плит и образование в результате этого земной коры океанического типа показано на рис. 3.
Для осевых зон срединно-океанических хребтов характерны рифты (от англ. rift - расщелина, трещина, разлом) — крупная линейная тектоническая структура земной коры протяженностью в сотни, тысячи, шириной в десятки, а иногда и сотни километров, образовавшаяся главным образом при горизонтальном растяжении коры (рис. 4). Очень крупные рифты называются рифтовыми поясами, зонами или системами.
Так как литосферная плита представляет собой единую пластину, то каждый ее разлом — это источник сейсмической активности и вулканизма. Эти источники сосредоточены в пределах сравнительно узких зон, вдоль которых происходят взаимные перемещения и трения смежных плит. Эти зоны получили название сейсмических поясов. Рифы, срединно-океанические хребты и глубоководные желоба являются подвижными областями Земли и располагаются на границах литосферных плит. Это свидетельствует о том, что процесс формирования земной коры в этих зонах в настоящее время происходит очень интенсивно.
Рис. 3. Расхождение литосферных плит в зоне среди нно-океанического хребта
Рис. 4. Схема образования рифта
Больше всего разломов литосферных плит на дне океанов, где земная кора тоньше, однако встречаются они и на суше. Наиболее крупный разлом на суше располагается на востоке Африки. Он протянулся на 4000 км. Ширина этого разлома — 80-120 км.
В настоящее время можно выделить семь наиболее крупных плит (рис. 5). Из них самая большая по площади — Тихоокеанская, которая целиком состоит из океанической литосферы. Как правило, к крупным относят и плиту Наска, которая в несколько раз меньше по размерам, чем каждая из семи самых крупных. При этом ученые предполагают, что на самом деле плита Наска гораздо большего размера, чем мы видим ее на карте (см. рис. 5), так как значительная часть ее ушла под соседние плиты. Эта плита также состоит только из океанической литосферы.
Рис. 5. Литосферные плиты Земли
Примером плиты, которая включает как материковую, так и океаническую литосферу, может служить, например, Индо-Авст- ралийская литосферная плита. Почти целиком состоит из материковой литосферы Аравийская плита.
Теория литосферных плит имеет важное значение. Прежде всего, она может объяснить, почему в одних местах Земли расположены горы, а в других — равнины. С помощью теории литосферных плит можно объяснить и спрогнозировать катастрофические явления, происходящие на границах плит.
Рис. 6. Очертания материков действительно представляются совместимыми
Теория дрейфа материков
Теория литосферных плит берет свое начало из теории дрейфа материков. Еще в XIX в. многие географы отмечали, что при взгляде на карту можно заметить, что берега Африки и Южной Америки при сближении кажутся совместимыми (рис. 6).
Появление гипотезы движения материков связывают с именем немецкого ученого Альфреда Вегенера (1880-1930) (рис. 7), который наиболее полно разработал эту идею.
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) (рис. 8).
Рис. 8. Существование единого материка Пангеи (белое — суша, точки — неглубокое море)
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.
Рис. 9. Расположение и направления дрейфа континентов в меловой период 180 млн лет назад
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).