Динамика литосферы Представления о механизме формирования земных

Динамика литосферы

Представления о механизме формирования земных структур разрабатываются учеными различных направлений, которые можно объединить в две группы. Представители фиксизма исходят из утверждения о фиксированном положении континентов на поверхности Земли и преобладании вертикальных движений в тектонических деформациях пластов земной коры. Сторонники мобилизма первостепенную роль отводят горизонтальным

Каким образом происходит деформация отложений и земной коры в целом? Каков механизм поднятий и опусканий? Почему в одних местах мы видим мощные горно-складчатые цепи, а в других обширные плоские равнины? Каковы причины тектонических движений? Все эти и еще множество подобных вопросов всегда волновали умы естествоиспытателей, но ответить на них и осознать связь геологических явлений долгое время было очень трудно.

И только во второй половине XVIII в. немецкие ученые А. фон Гумбольдт и Л. фон Бух вслед за М. В. Ломоносовым сформулировали гипотезу "кратеров поднятия", которая заключалась в признании существенной роли магмы и вулканизма, вызывающих поднятия гор. Эта гипотеза пользовалась известной популярностью, пока ей на смену в середине XIX в. не пришла гипотеза контракции французского геолога Эли де Бомона. 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.

Трудности в объяснении расположения горных цепей были сняты, когда в середине XIX в. появилось учение о геосинклиналях. Стало понятным, что горно-складчатые сооружения возникают там, где раньше были прогибы, заполнявшиеся морскими отложениями. Строение тектоносферы при геосинклинальном (I- доинверсионная и II- инверсионная стадии) и орогенном (III) режимах (по В. В. Белоусову): 1 - морская вода, 2 - осадки, 3 - континентальная земная кора, 4 - верхний умеренно истощенный слой верхней мантии в холодном состоянии, 5 - то же, в горячем состоянии, 6 - кислые и средние интрузивы, 7 - нижний насыщенный слой верхней мантии в холодном состоянии, 8 - то же, в горячем состоянии, 9 - складкообразование, 10 - гранитизация, 11 -вынос тепла из глубоких геосфер, 12 - средняя мантия, 13 - проницаемость: а - сосредоточенная, б - рассеянная.

На рубеже веков вышло в свет выдающееся произведение Э. Зюсса "Лик Земли", в котором за основу была взята контракционная гипотеза. Надо сказать, что подавляющее большинство геологов считали эту тектоническую гипотезу наиболее приемлемой и не сомневались в ее истинности. Но 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. Выход был найден пульсационной гипотезой В. Бухера, М. А. Усова и В. А. Обручева, которая базировалась на предположении о периодическом, пульсационном изменении объема Земли, причины которого были неизвестны. Когда объем увеличивался, наблюдалось растяжение на поверхности, образование прогибов - геосинклиналей, активный магматизм и т. д. При сокращении объема, наоборот, происходило сжатие, складко- и горообразование. При таком подходе фазы складчатости на Земле, естественно, должны происходить строго одновременно, хотя мы знаем, что время, когда в одном регионе происходила складчатость, в другом - растяжение. Иными словами, одновременности однотипных процессов не наблюдается.

В начале века существовала гипотеза подкоровых течений австрийского тектониста О. Ампферера, заключавшаяся в предположении о том, что складчатость возникает при пододвигании жестких блоков коры под геосинклинали, отложения которой в этом случае будут деформироваться. Пододвигание объяснялось течениями в пластичных размягченных слоях, располагавшихся под земной корой. Распад радиоактивных элементов уже привлекался в конце 20 -х годов в качестве того "горючего", которое приводит в действие "тепловую машину" и обеспечивает конвекцию в мантии.

Гипотеза А. Вегенера: дрейф континентов В 1912 г. немецкий геофизик А. Вегенер вслед за американцем Ф. Тейлором сформулировал гипотезу дрейфа материков, которой после долгих лет забвения посчастливилось вновь стать, правда, в измененном виде, ведущей тектонической концепцией. А. Вегенер, основываясь на сходстве очертаний материков по обе стороны Атлантики, наличии покровного позднепалеозойского оледенения на южных (Гондвансхких) континентах, а также общности геологических структур, флоры и наземной фауны ныне разобщенных материков, сделал вывод о том, что раньше они были соединены в один гигантский материк Пангею (см. рис. ). Раскалывание этого материка и расхождение континентов объяснялось ротационными силами земного шара и некоторым проскальзыванием земной коры по мантии. Пород более древних, чем юрские, в строении океанической коры не обнаружено.

Около 200 млн. лет назад существовал единый праматерик Пангея (от греч. — все и земля). Спустя 20 млн. лет море Тетис разделило Пангею на два материка — Лавразию на севере и Гондвану на юге — и появились зоны нового океанского дна, возникшего в процессе спрединга. Затем происходит разрушение Гондваны и Лавразии путем «раскрытия» Индийского и Атлантического океанов. Примерно 65 млн. лет назад очертания океанов и материков начинают напоминать современные.

В 60 -х годах идеи мобилизма получили дальнейшее развитие в гипотезе новой глобальной тектоники, или тектоники плит, (неомобилизма), объясняющей динамику процессов в земной коре дрейфом крупных литосферных плит ( высказаны группой американских геологов -Г. Хесс, Р. Диц, К. Ле Пишон, Б. Айзеке и др. ). Появление ее стало возможным после открытия общепланетарной системы срединно-океанических хребтов. Согласно теории неомобилизма, литосфера состоит из плит (их число, по разным оценкам, колеблется от 6 до нескольких десятков), которые перемещаются в горизонтальном направлении со скоростью от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в год. Крупнейшие плиты: Евразийская, Индо. Австралийская, Тихоокеанская, Африканская, Американская, Антарктическая. В связи с этим границы плит определяются не границами материков и океанов, а поясами сейсмичности, сами же плиты состоят как из материковой, так и океанической коры. Исключение — Тихоокеанская плита, состоящая из океанической коры.

Литосферные плиты вовлекаются в движение в результате тепловой конвекции в верхней мантии. Главное положение тектоники плит гласит: сейсмические пояса представляют собой зоны, где происходят дифференциальные движения жестких плит. С позиций ее сторонников ложе океана представляет своего рода конвейер, где в рифтовых зонах срединноокеанических хребтов вещество верхней мантии перерабатывается в базальтовую кору, которая вследствие спрединга медленно перемещается в ту или другую сторону от рифтов, утолщаясь и старея по мере удаления от них. В глубоководных желобах сейсмических зонах Заварицкого— Беньофа) океаническая базальтовая кора погружается в астеносферу.

Таким образом, существует три варианта взаимодействия литосферных плит: расхождение, или спрединг; столкновение, сопровождающееся в зависимости от типа контактирующих плит либо субдукцией либо коллизией; горизонтальное скольжение одной плиты относительно другой. субдукция коллизия

Одним из наиболее трудных моментов новой теории является возможный механизм движения плит. Сейчас считается, что такой движущей силой служит тепловая конвекция. Нагретые струи вещества мантии медленно поднимаются в срединно-океанских хребтах и также медленно расходятся в стороны, охлаждаясь и опускаясь в зонах субдукции. Эти потоки, или струи, несут на себе литосферные плиты. Вот, вкратце, сущность концепции новой глобальной тектоники. Рассчитанные с помощью палеомагнитных данных, перемещения континентальных плит позволили вполне удовлетворительно объяснить климатическую зональность прошлых эпох. Все это не говорит о том, что новые идеи в тектонике не встречают трудностей. За 25 лет, прошедших с момента их оформления, новые данные заставили во многом изменить и усовершенствовать их. Установление несплошного развития астеносферного слоя и разной глубины его залегания под платформами и океанами, а также расслоенность литосферы и верхней мантии, выявленная с помощью сейсмической томографии (просвечивания), создали трудности для существования конвективных ячей в мантии. Оказалось, что литосферные плиты не являются абсолютно жесткими, как это постулировалось раньше. Механизм субдукции вызывает сложности и неоднозначную трактовку, судя по отдельным скважинам глубоководного бурения и изучению глубоководных желобов сейсмопрофилированием. Силы, движущие литосферными плитами, все еще остаются весьма неопределенными. Не находят должного объяснения деформации и вулканизм внутри плит, в частности крупных древних платформ. Предложенные объяснения, например гипотеза "горячих точек" для внутриплитного механизма, встречают объективные возражения и т. д. Таких примеров можно привести довольно много. Значит ли это, что мы должны отказаться от "тектоники литосферных плит" и признать ее несостоятельной? Конечно, нет. Все это вполне естественно в процессе получения новых знаний и создания новых теорий. Наши успехи в изучении Земли основаны на применении новых технических средств, новых методов и новых идей. Вряд ли сейчас можно отказаться от той захватывающей картины динамичной Земли, которая открылась перед нами благодаря появлению новой глобальной тектоники. Безусловно, она будет изменяться, модифицироваться, но вернуться к "статичной" Земле нам вряд ли удастся.