Геотектоника (изучение эволюции земной коры и литосферы)

Главная > Естественные науки > Науки о Земле > Науки о геосфере > Геотектоника
Праматерик и древний суперконтинент Пангея

Раздел об эволюции земной коры (в т.ч. по горизонтали - об образовании, распаде и движении материков). Образующиеся при этом нарушения земной коры изучает структурная геология и геоморфология.

Секции о строении литосферы и движении ее структур:


Сайты, посвящённые литосфере, геотектонике и геодинамике

Континентальная и океаническая кора

Химия коры Земли, метеоритов и Луны

Литосфера (от греч. литос — камень и сфера — шар) — твёрдая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии до астеносферы, где скорости сейсмических волн понижаются, свидетельствуя об изменении пластичности пород. В строении литосферы выделяют подвижные области (складчатые пояса) и относительно стабильные платформы.

Блоки литосферы — литосферные плиты — двигаются по относительно пластичной астеносфере. Изучению и описанию этих движений и посвящен раздел геологии о тектонике плит. Деформацию литосферы при этих перемещениях изучает структурная геология.

Литосфера под океанами и континентами значительно различается. Литосфера под континентами состоит из осадочного, гранитного и базальтового слоев общей мощностью до 80 км. Литосфера под океанами претерпела множество этапов частичного плавления в результате образования океанической коры, она сильно обеднена легкоплавкими редкими элементами, в основном состоит из дунитов и гарцбургитов, её толщина составляет 5—10 км, а гранитный слой полностью отсутствует.

Для обозначения внешней [континентальной] оболочки литосферы применялся ныне устаревший термин сиаль, происходящий от названия основных элементов горных пород Si (лат. Silicium — кремний) и Al (лат. Aluminium — алюминий). Океаническую внешнюю кору называют сима (Silicium & Magnium).

Континентальная кора, состоящая из пород, в состав которых входят преимущественно кремний (Si) и алюминий (Al), легче и гораздо древнее (некоторые участки имеют возраст более 4 млрд. лет), чем океаническая кора, состоящая в основном из кремния (Si) и магния (Mg) и имеющая возраст не более 200 млн. лет [а разве раньше океанов не было?]. Плотность материкового гранитного слоя - 2,7 г/см2, океанического базальтового - 3 г/см2. Граница между континентальной и океанической корой проходит по подножью материкового склона или по внешней границе мелководного шельфа, окаймляющего каждый материк. Шельф добавляет 18% к площади материков. Это геофизическое определение подчеркивает общеизвестные отличия таких "материковых островов", как Британские, Ньюфаундленд и Мадагаскар, от океанических - Бермудских, Гавайских и о. Гуам [а Исландия?].

Из графика видно, что химически материковая кора отличается от океанской, в основном, количеством калия, кальция, кремния и титана.

Элементы, средние содержания которых в конкретной природной среде составляют не менее десятых долей процента, называют макроэлементами. Их всегда немного. Остальные – это микроэлементы. Распределение микроэлементов, несмотря на их низкие содержания, также необходимо учитывать, поскольку они нередко оказывают существенное влияние на ход природных процессов. В составе земной коры роль макроэлементов играют следующие: O (47%), Si (29,5%), Al (8,05%), Fe (4,65%), Ca (2,96%), Na (2,50%), K (2,50%), Mg (1.87%), Ti (0,45%). В сумме – 99, 48%. Таким образом, на долю всех остальных химических элементов, вместе взятых, приходится чуть более половины процента. Наглядно видна ведущая роль двух элементов – кислорода и кремния. Из-за явной ведущей роли кислорода в земной коре известный норвежский геохимик В.М. Гольдшмидт назвал эту оболочку оксисферой.

Концепции строения земной коры и её динамики (тектонические гипотезы)

Геологические теории, в отличие от «неисторических» теорий (математические, физические, химические...), в своём изложении всегда описывают свой взгляд на геологическое прошлое Земли. А вследствие того, что невозможно вернуть прошлое, они останутся в принципе никогда до конца не доказанными. В результате мы и имеем такое разнообразие почти отрицающих друг друга гипотез, хотя на самом деле альтернативные гипотезы обычно отражают противоположные стороны сложного процесса структурной эволюции нашей планеты. Они фактически дополняют, а не отрицают друг друга.

Главные тектонические концепции, владевшие умами ученых: 1) контракционная; 2) геосинклинальная; 3) пульсационная; 4) тектоники литосферных плит.

Контракционная гипотеза

Эта гипотеза французского геолога Эли де Бомона пользовалась популярностью в середине XIX в. На рубеже веков вышло в свет выдающееся произведение Э. Зюсса «Лик Земли», в котором за основу была взята контракционная гипотеза. Подавляющее большинство геологов считали эту тектоническую гипотезу наиболее приемлемой и не сомневались в ее истинности. Фундаментом ее служили космогонические представления Канта и Лапласа о первично расплавленной Земле, которая затем постепенно охлаждалась. Вполне естественно, что уменьшение внутреннего объема Земли при охлаждении должно было вызвать коробление ее поверхностной оболочки — земной коры. Так, по мнению Эли де Бомона, возникают складчатые горные сооружения подобно гигантским «морщинам».

Однако на вопросы, почему горно-складчатые цепи располагаются именно так, а не иначе и почему этот процесс был периодическим, гипотеза контракции не могла дать удовлетворительный ответ. Кроме того, как только на повестку дня встал вопрос об изначально холодной Земле, сформировавшейся из газопылевой туманности, гипотеза контракции оказалась несостоятельной, так как холодная Земля не могла сжиматься. Трудности в объяснении расположения горных цепей и невозможность сжатия Земли в холодном состоянии были сняты, когда в середине XIX в. появилось учение о геосинклиналях.

Геосинклинальная гипотеза

Эта гипотеза возникла в 1873 г. и объясняет возникновение структур земной коры с точки зрения постоянного местоположения устойчивых частей континентов и подвижных складчатых зон, т. е. описывает геологическое развитие Земли с фиксистских позиций. Согласно концепции геосинклиналей, все элементы строения земной коры возникли в результате процессов, происходивших в так называемых геосинклинальных поясах или геосинклиналях, которые в пространстве земной коры занимают переходные зоны между главнейшими ее структурными элементами - континентами и океанами, а во времени они постепенно переходят в платформы.

Ранее под ГЕОСИНКЛИНАЛЬЮ понимали: — подвижные части земной коры прошлого имеющие глобальный масштаб, возникавшие на границе литосферных плит и длительно служившие местами интенсивного вулканизма и осадконакопления и превратившиеся в итоге своего развития в складчатые или складчато-надвиговые (покровные) горные сооружения с мощной новообразованной континентальной земной корой; — области высокой подвижности и повышенной проницаемости литосферы, интенсивного магматизма, осадконакопления и метаморфизма, для которых на ранних этапах развития характерны отрицательные структуры (прогибы, впадины) и утоненная земная кора, а на заключительных — складчато-покровные сооружения с мощной континентальной корой.

Геосинклинальные пояса по своему внутреннему строению подразделялись на эвгеосинклинальные и миогеосинклинальные области. Почти все геосинклинали состояли из одного или двух сопряженных этих элементов.

Эвгеосинклинали — это подвижные, как правило внутренние, заложенные на океанической коре части геосинклинальных поясов, характеризующиеся высокой вулканической и интрузивной активностью и большой мощностью отложений. В их пределах преобладают кремнистые, вулканогенные и граувакковые отложения. Широко развиты офиолиты. Выделяли две стадии в развитии эвгеосинклиналей: 1. Офиолитовую, отличающуюся активными тектоническими движениями с общей направленностью на прогибание земной коры. 2. Инверсионную — более спокойную стадию, для которой характерно накопление терригенных отложений.

Миогеосинклинали — это менее подвижные, в основном, внешние части геосинклинальных поясов, которые формируются на континентальной коре и отличаются гранитоидным магматизмом. Они обычно окаймляют эвгеосинклинали и являются переходными структурами между ними и кратонами (платформами). В их пределах преобладают терригенные и карбонатные отложения.

Современными геосинклиналями считали окраинноконтинентальные ансамбли островных (вулканических) дуг, окраинных морей, осадочных террас, глубоководных желобов, вдоль которых наблюдаются самые энергоемкие геологические процессы современности.

Протяженность геосинклинальных поясов прошлого измеряется многими, нередко десятками тысяч километров, с шириной более тысячи до 2–3 тыс. км.

Геосинклинальные пояса возникли лишь во второй половине позднего протерозоя, примерно 1350–1000 млн лет назад, одновременно с обособлением древних платформ.

В развитии геосинклинальных поясов выделяют следующие циклы:

  1. гренвильский (1350–1000 млн лет);
  2. байкальский
  3. каледонский
  4. герцинский
  5. киммерийскиймезозойский
  6. альпийский

Внутри геосинклинальных поясов могут находиться обломки или отторженцы (террейны) близлежащих платформ (как правило древних), называемых срединными массивами. Форма срединных массивов обычно угловато-изометричная, при ширине порядка нескольких сотен, реже более 1000 км. Крупные срединные массивы отличаются наибольшей устойчивостью и приближаются к настоящим платформам (Таримский, Индосинийский массивы). Мелкие массивы именуются просто глыбами.

В настоящее время геосинклинальная теория происхождения структур земной коры утратила свое положение и имеет историческое значение. Ее заменила теория платформ.

Пульсационная гипотеза

О возможном расширении и последующем сжатии Земли упоминали в своих работах еще М. В. Ломоносов, Д. Геттон, И. О. Ярковский, но как гипотеза эта идея начала оформляться с 1924 г., когда А. В. Грэбо объяснил планетарные трансгрессии и регрессии периодически повторяющимися процессами сжатия и расширения Земли, уменьшением и увеличением ее объема.

Позднее, в 1933 г., В. Бухер назвал эти явления ПУЛЬСАЦИЯМИ и предположил, что в фазы расширения Земли происходило растяжение земной коры и формирование геосинклиналей, а фазы сжатия в их пределах возникали складки. Эту гипотезу развивали в своих работах М. А. Усов и В. А. Обручев. Отсутствие надежных доказательств фаз общего глобального расширения (или сжатия) является наиболее существенным недостатком гипотезы. Отдельные фазы на Земле не везде протекают одновременно и одинаково.

Растяжение — наиболее ярко проявляется в СОХ [?], в эти эпохи по ним поднимается глубинный мантийный материал, заполняющий «зияние» в земной коре и делающий их малоподатливыми для последующих проявлений сжатия.

Сжатие — наиболее ярко проявляется в складчатых поясах Земли, где осуществляется горизонтальное смятие горных пород и выжимание их кверху и в стороны, а за счет повышения температуры (от трения сжатия) возникают процессы метаморфизма, магматизма (гранитизации), раздавливание.

Мировые регрессии связывают с фазами сжатия, когда происходит сильное коробление земной коры, возрастают емкости океанических впадин и морей, образуются складчатые пояса, усиливается климатическая зональность, более широкое развитие получают кластические и соленосные формации.

Мировые трансгрессии отвечают фазам растяжения, когда происходит сглаживание планетарного рельефа и соответственно уменьшение емкости океанов, усиление вулканизма, увеличение выноса из глубин на поверхность Земли ювенильных вод, рост срединно-океанических поднятий, вытесняющих часть воды на континенты и т. д., сглаживанием климатической зональности, широким развитием биогенных и хемогенных карбонатных формаций в эпиконтинентальных морях, а на континентальных равнинах — формированием угленосных и бокситоносных формаций.

Самые крупные пульсации Земли геологи уже давно выделили в мегациклы ее развития:

  1. ПРОТОГЕЙ (древнее 3,5 млрд лет);
  2. ДЕЙТЕРОГЕЙ (3,5–1,6 млрд лет);
  3. НЕОГЕЙ (1,6–0,2 млрд лет);
  4. ЭПИНЕОГЕЙ, или ПОСТНЕОГЕЙ (последнее 200–250 млн лет).

Каждый из этих мегациклов начинаются с деструкции, регенерации (обрушения, по Г. Штилле, 1964), которые можно связывать с преобладанием глобального расширения, а заканчивается довольно длительным периодом тектонического покоя.

Гипотеза дрейфа континентов (одна из концепций мобилизма)

Современные мобилистские гипотезы берут начало от А. Снайдера-Пеллегрини, О. Фишера, Ф. Тейлора и А. Вегенера [перечислены хронологически по их работам, хотя у одних мобилизм был материковый, у других - плитовый]. Первым исследователем, выдвинувшем в 1858 году предположение о том, что континенты, обрамляющие Атлантический океан, раньше примыкали друг к другу, был А. Снайдер-Пелегрини (хотя есть указания и на значительно более ранние работы, например, Ф. Бекона).

Идея о больших горизонтальных перемещениях континентов, представляемых в виде глобальных плит, впервые наиболее четко сформулирована в 1912 г. немецким ученым, профессором, географом-исследователем Альфредом Вегенером, который затем разработал на ее основе свою теорию дрейфа континентальных массивов (не литосферных плит!). Мощность этих массивов принималась им порядка 100 км. Это так называемая 1-ая концепция горизонтального мобилизма — старая глобальная тектоника дрейфа континентов.

Теория тектоники литосферных плит (другая концепция мобилизма)

Современные литосферные плиты Земли

Самые первые рассуждения о горизонтальных перемещениях литосферных плит под действием конвективных течений появились в 1881 г. в книге О. Фишера «Физика земной коры», а затем в 1910 г. в работах Ф. Тейлора (Павлинов, Соколовский, 1990, с. 129).

Гипотеза новой глобальной тектоники плит впервые изложена в 1968 г. геологом-ученым Морганом. Суть ее заключается в выделении литосферных плит, границы которых маркируются современными поясами сейсмичности и подвижными швами — глубинными разломами, являющихся результатом механического взаимодействия этих плит при перемещениях их и вращениях на сферической оболочке Земли. При этом учитываются два главных постулата теории: 1) литосферные плиты являются довольно жесткими; 2) они движутся по податливому слою — астеносфере, расположенному внутри верхней мантии.

В основе современной теории плитовой тектоники лежит представление, согласно которому литосфера мощностью от 50 до 200 км состоит из определенного числа крупных блоков, или плит. Движение любых двух из них друг относительно друга описывается правилами жесткого вращения вокруг неподвижной точки (полюсом Эйлера). Если рассматривать одну плиту как неподвижную, то перемещающаяся плита описывает в пространстве широтную кривую, представляющую собой малую окружность с полюсом Эйлера в центре, причем ее скорость должна составлять от 10 до 120 мм/год.

Ранее теория плитовой тектоники проверялась методами геологии - путем реконструкции континентальных окраин разных материков на основе изучения их конфигурации и характера распределения осадочных пород на дне океана. Положительные результаты подкреплялись определением скоростей спрединга по магнитным аномалиям пород на морском дне. Теория выдержала проверку также и в ходе рассмотрения ориентации зон разлома земной коры в океане, которые залегают параллельно названным выше малым окружностям, и при исследовании относительных направлений смещения коры вдоль границ плит, которое определяется по местам многочисленных землетрясений.

Теоретические основы новой тектоники плит базируются на двух принципиально важных предпосылках. Во-первых, самая верхняя внешняя оболочка Земли, называемая литосферой, залегает на менее прочной астеносфере. Во-вторых, литосфера разбита на ряд жестких сегментов или плит, которые постоянно движутся относительно друг друга и площадь поверхности которых также непрерывно меняется. Мощность литосферы — 70–80 км под океанами и до 200 км под континентами. Астеносфера распространяется до 700 км.

Рассматривая гипотезу тектоники плит нельзя не затронуть вопроса о мантийных плюмах. Согласно большинству ученых мантийные плюмы представляют собой сравнительно узкие колонны разогретого вещества, поднимающегося из глубоких слоев мантии (~700 км), их диаметр составляет от 100 до 240 км, а скорость подъема 2 см/год. Плюмы порождают купола диаметром до 1000 км, центральные участки которых возвышаются на 1–2 км над окружающей местностью (Структурная геология… 1990). Подавляющее большинство плюмов приурочено к зонам спрединга, но существуют и в центре литосферных плит, в качестве примера можно привести Гавайский, породивший Гавайскую островную цепь в Тихом океане.

Более 90% поверхности Земли в современную эпоху покрыто 8 крупнейшими литосферными плитами:

  1. Австралийская плита [с древнейшим кратоном Пилбара]
  2. Антарктическая плита
  3. Африканская плита [с древнейшим кратоном Каапвааль]
  4. Евразийская плита
  5. Индостанская плита
  6. Тихоокеанская плита
  7. Северо-Американская плита
  8. Южно-Американская плита

Евразийские континентальные плиты

Геологическое строение Евразийского континента очень неоднородное. В его составе присутствуют древнейшие блоки, сформированные миллиарды лет назад, и относительно молодые области.

Сибирский палеоконтинент и Сибирская плита
Дрейф Сибирской платформы в геологической истории Земли

Сибирский палеоконтинент - один из наиболее крупных древнейших массивов в составе Евразии. Примерно миллиард лет назад этот массив образовывал некое подобие гигантского полуострова в составе суперконтинента Родинии и находился в тропической области северного полушария. Распад Родинии и повлек за собой отделение Сибири как самостоятельного континента, который большую часть своей геологической истории вплоть до образования около 250 млн лет назад Пангеи находился преимущественно в тропической или субтропической зонах.

Хотя палеомагнитный метод позволяет реконструировать только изменение широтного положения блока и угол его вращения вокруг собственной вертикальной оси, тем не менее, достоверно установлено, что скорость перемещений Сибирского палеоконтинента, как и любой другой литосферной плиты, не более 10 сантиметров в год.

Направление движения неоднократно менялось, это связано с глобальными перестройками в динамике планеты, рождением и закрытием океанов. Устойчивый северный дрейф Сибири из преобладающего экваториального положения к современному приполярному отмечается с рубежа кембрийской эпохи, то есть около 500 млн лет назад. В то время континент был развернут на 180 градусов относительно современного своего положения.

Через 200–250 млн лет в ходе глобального дрейфа материков Сибирская плита переместится значительно южнее и вновь окажется в субтропической зоне Северного полушария.

Теория платформ

Платформа — крупный участок континентальной земной коры, характеризующийся относительно спокойным тектоническим режимом.

Материковые платформы Земли

Литература по геотектонике


Главная
Науки о геосфере : Геофизика | Геотектоника | Структурная геология | Сейсмология | Вулканология | Минералогия | Полезные ископаемые (золото и др.)
Близкие по теме страницы: География | Карты | Музеи и библиотеки
На правах рекламы (см. условия):    


© «Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005. Пишите письма (Письмо И.Гаршину).
Страница обновлена 17.09.2017
Я.Метрика: просмотры, визиты и хиты сегодня