Общая геология Лекция № 14 Тектоническое развитие Земли

Силы и процессы, создающие облик нашей планеты

Лик Земли и ее внутреннее строение формируют различные эндогенные и экзогенные процессы

Океаны – 71%, континенты – 29% площади Земли

Горные хребты и равнины

Главные черты рельефа Земли – океаны и континенты, равнины и горные хребты – обязаны действию внутренних (эндогенных) сил, источник которых лежит в глубинных недрах Земли.

Лишь детали рельефа, его тонкая скульптура выработаны действием поверхностных, внешних (экзогенных) факторов, таких, как поверхностные водные потоки - реки,

ветер

ледники

морской прибой и т.п.

Роль внутренних сил Земли чрезвычайно велика. Наиболее наглядно они проявляют себя вулканическими извержениями и землетрясениями

Эволюция геотектонических взглядов К середине XVIII в. сложились две основные тектонические гипотезы: нептунизм, согласно которому, все горные породы, включая и вулканические, считались произошедшими из водных осадков, и плутонизм считавший вулканизм главной причиной образования и преобразования земной коры. Во второй половине XIX в. на первый план выходит контракционная гипотеза, основанная на космогонии Канта-Лапласа о первично раскаленной Земле, она объясняла тектонические деформации сжатием Земли и ее оболочек при охлаждении. На рубеже XIX - ХХ вв. возникло учение о геосинклиналях - горные системы возникают на месте ранее существовавших крупных прогибов – геосинклиналей. Пульсационная гипотеза, предложена в начале ХХ в. и состоит в том, что на протяжении многих миллионов лет объем Земли периодически изменялся, эпохи расширения с заложением прогибов чередовались с эпохами сжатия и горообразования. В 20-ых годах ХХ в австрийский геофизик А. Вегенер (1880-1930) предложил гипотезу дрейфа континентов, согласно которой положение континентов на земном шаре не является неизменным.

Выводы А.Вегенера основывались на: 1) предположении существования различий в строении континентальной и океанической коры, 2) сходстве береговых очертаний материков Южной Америки и Африки, 3) общности органического мира и климата в прошлом в пространственно разобщенных в настоящее время регионах мира. Он сделал вывод о том, что раньше существовал суперматерик Пангея (от греч. Πανγαία – всеземля, единая земля, или pan - все и ge - земля), возникший около 220 миллионов лет назад, распад которого начался в юрском периоде 180 млн. лет назад и продолжается до настоящего времени. То есть, материки находятся в постоянном движении, или дрейфуют. Альфред Вегенер (1880-1930)

Сопоставление контуров континентов и совмещение структур на краях Африки и Ю. Америки

Распад Пангеи (по А.С. Монину, 1980). Положение материков; а) 180 млн.лет назад; б) 135 млн.лет назад; в) 65 млн.лет назад; г) современное. Распад Пангеи Вегенера

Плитно-тектоническая революция 60-70х годов XX века Итак: в первой трети ХХ сложилось два направления тектонических построений– фиксизм, учение о неизменном, фиксированном, положении, континентов, допускающим только их вертикальное перемещение и мобилизм, утверждающий возможность не только вертикального, но и горизонтального перемещения континентов.

Возрождение идей мобилизма Исследования дна океана в середине ХХ в привели к открытию системы срединно-океанических хребтов. Это позволило американскому ученому Г.Х. Хессу предложить концепцию расширения океанов, которое другой американский исследователь, Р.С. Дитц, впервые назвал спредингом (от англ. spreading – распространение) ложа океанов. В центральной рифтовой зоне срединно-океанических хребтов горячая мантийная масса за счет конвективных течений поднимается вверх и, расталкивая части хребта, наращивает океаническую кору. Однако, земная кора не может разрастаться без компенсирующего сокращения, т.к. размеры Земли в целом остаются неизменными. Кроме того, не было обнаружено океанической коры древнее 180 млн.лет. Следовательно, должны существовать области поглощения океанической коры. Такие области, названные зонами субдукции (от лат. sub — под и ductio — ведение, проведение), были установлены вдоль глубоководных океанических желобов, по краям Тихого океана и на востоке Индийского океана.

СП – 1, 1937 год П.П.Ширшов, Э.Т. Кренкель, Е.К.Федоров, И.Д.Папанин.

Эхолот Непрерывное эхолотирование позволило обнаружить срединно-океанические хребты (СОХ) Длина свыше 60 тыс. км Ширина до 4 тыс. км Высота 2-4 км

Глобальная система СОХ

Спутник Seasat, 1978 год Измерение высот поверхности океана радиолокационным высотомером с точностью 50мм. Невозмущенная поверхность океана отражает рельеф океанского дна.

Глубоководное бурение «Гломар Челленджер», 1968-1983 «Джойдес Резолюшн», с 1985 года Всего пробурено более 1500 скважин

Схема расположения скважин глубоководного бурения

Драгирование и управляемые глубоководные аппараты

Компьютерные карты рельефа дна океанов

Океанская кора отличается от континентальной! Обобщенные разрезы океанской(I) и континентальной (II) коры. Возраст континентальной коры до 4 млрд. лет. Возраст океанской коры до 180 млн. лет.

Увеличение возраста пород (в млн.лет) по направлению от зоны спрединга в Срединно-Атлантическом хребте (по А.С. Монину, 1980) Установлено, что по мере удаления от СОХ происходит увеличение возраста пород

Континенты и океаны обладают выдержанной мощностью земной коры - 30-40 и 5-10 км, соответственно

Представление о спрединге

Схема формирования полосовых аномалий. Темным цветом показаны породы с прямой намагниченностью, белым – с обратной (поhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4f/Oceanic.Stripe.Magnetic.Anomalies.Scheme.gif). Открытие полосовых аномалий Линейные (полосовые) магнитные аномалии Срединно-Атлантического хребта, Исландия; А – осевая часть хребта (по А.С. Монину, 1980).

Полосовые аномалии Геохронологическая шкала инверсий магнитного поля и схема, поясняющая образование знакопеременных линейных магнитных аномалий океана, по Ф. Вайну и Дж. Матьюзу, 1963.

Позже возникло представление о субдукции Главные тектонические типы зон субдукции, по М.Г. Ломизе, 2005. Строение сейсмофокальной зоны под Японскими островами.

Схема размещения эпицентров землетрясений на поверхности Земли и типы границ плит

Основные положения Тектоники литосферных плит 1. В составе верхней части Земли выделяются две разные по своим физическим свойствам оболочки: литосфера - относительно жесткая и хрупкая, и астеносфера – пластичная и подвижная. 2. Литосфера разделена на литосферные плиты, границы которых маркируются глубинными разломами, очагами землетрясений и вулканизма. Выделяется 7 крупных, 7 средних и несколько десятков мелких плит. Более 90% поверхности Земли покрыто 14-ю плитами: Антарктическая, Евразийская, Северо-Американская, Тихоокеанская, Южно-Американская, Австралийская, Африканская, плита Наска, Индостанская, Аравийский субконтинент, Филиппинская, плита Кокос, плита Скотия, Карибская.

Литосферная плита

Литосфера http://www.turkish-media.com/forum/topic/107167-yerbilimleri-insan-din/

Литосферу Земли можно разделить по геодинамическому принципу на отдельные литосферные плиты Плиты ограничены швами, к которым приурочена вся основная тектоническая, в том числе сейсмическая, и магматическая активность

Основные положения Тектоники литосферных плит 3. Толщина литосферных плит меняется от 150-300 км под континентами и от первых км до 90 км под океанами. В строении плит устанавливается кора обоих типов, только отдельные плиты сложены только океанической корой, например,Тихоокеанская, Наска и Скотия. 4. Литосферные плиты находятся в постоянном движении, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Внутренние части плит тектонически стабильны, практически лишены сейсмичности и магматизма, границы плит характеризуются высокой тектонической, сейсмической и магматической активностью.

Основание для проведения границ литосферных плит – распределение эпицентров землетрясений на поверхности Земли. Эпицентры концентрируются в узких полосах вдоль границ плит, их практически нет внутри плит.

Вулканическая активность Земли

В строении литосферы выделяется 7 крупных, 7 средних и несколько десятков мелких плит и микроплит

Основные положения Тектоники литосферных плит 5. Границы между плитами бывают трех типов: а) дивергентные (от лат. divergere - расхождение), конвергентные (от лат. convergere – приближаться) и трансформные. 5.1. На дивергентных границах происходит расхождение плит, или спрединг (от англ. spreading – распространение) например, раскрытие Атлантического океана. 5.2. На конвергентных границах происходит их сближение и взаимодействие: субдукция - погружение одной плиты¸ как правило океанической, под другую, как правило, континентальную, например, Тихоокеанской плиты под Евразийскую и Северо-Американскую плиты; или коллизия (от англ. collision - столкновение) – взаимодействие двух континентальных плит приводящее к орогенезу (горообразованию), например, возникновение Гималаев. Иногда возникает обдукция (от лат. оb — над и ductio — ведение) - надвигание океанической литосферы на континентальную, например, на востоке Аравийского полуострова. 5.3. На трансформных границах (от лат. transform - преобразовывать) происходит горизонтальное скольжение одной плиты относительно другой вдоль глубинных трансформных разломов, без наращивания или сокращения земной коры.

5.I. Дивергентные границы (раздвиг плит) Существуют и континентальные рифты - в Красном море, система Восточно-Африканских рифтов, в Аденском и Калифорнийском заливах, озеро Байкал и др. плита плита астеносфера астеносфера На дивергентных границах происходит спрединг (от англ. spreading – распространение) – разрастание океанической земной коры в рифтовых (от англ. rift – расщелина, щель) зонах, расположенных в центральной части СОХ.

Спрединг происходит на дивергентных границах плит вдоль рифтовых зон срединно-океанических хребов В настоящее время СОХ тектонически, сейсмически и вулканически активны

В Исландии срединно-океанский хребет выходит на поверхность Рифтовая долина Срединно-атлантического хребта Мост через рифтовую долину

5. II. Конвергентные границы (сближение плит) плита плита астеносфера На конвергентных границах происходит: субдукция, коллизия, обдукция астеносфера

1) Большинство конвергентных границ расположено по периферии Тихого океана 2) Малые и Южные Антилы Атлантического океана 3) Зондская дуга Индийского океана 4) Восточная часть Средиземноморско-Гималайского складчатого пояса. Конвергентные границы

Субдукция (от лат. sub — под и ductio — ведение) - погружение океанской литосферы под континентальную Сейсмофокальная зона Беньофа

Тихоокеанское огненное кольцо

Литосфера Тихого океана продолжает субдуцировать под окружающие континенты, Тихий океан закрывается, мы его теряем… Восточно-Тихоокеанское поднятие Океанская литосфера Глубоководный желоб ↓ ↓ Астеносфера Анды Континентальная литосфера Астеносфера http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1142750

Континентальная литосфера Астеносфера Континентальная литосфера Коллизия (от англ. collision - взаимодействие, столкновение) – взаимодействие двух континентальных плит приводящее к орогенезу (горообразованию), например, в результате столкновения Евразийской и Индостанской плит возникли Гималаи.

Коллизия Индо-Австралийской и Евразийской плит и образование Гималаев

III. Трансформные границы (сдвиг в горизонтальном направлении) плита плита астеносфера астеносфера

Трансформные разломы Атлантического океана

Скорости перемещения плит

Основные положения Тектоники литосферных плит 6. Одной из наиболее вероятных причин движения литосферных плит является конвективное перемещение вещества в мантии. В недрах Земли в результате эндогенных процессов тепло- и массопередачи (конвекции), а также в результате вращения Земли, возникают определенные ячейки циркуляции мантийного вещества, которые увлекают за собой жесткие литосферные плиты. Конфигурация этих ячеек меняется во времени, в результате чего процесс скучивания, сборки, континентов в один суперконтинент, сменяются процессом его распада.

Общая схема тектоники литосферных плит

(по С.Уэда, 1980) Общая схема тектоники литосферных плит

Причины растяжения литосферы в осевых рифтовых долинах СОХ

Основные положения Тектоники литосферных плит 7. В тектонической истории Земли насчитывается не менее 4-х суперконтинентов, последний из них называется Пангея-3 (или Пангея Вегенера). Процесс образования и распада суперконтинентов носит периодический характер и происходит на протяжении протерозойско-фанерозойской истории Земли каждые 550-600 млн. лет, так называемый цикла Вильсона. Будущему гипотетическому суперконтиненту, в который гипотетически через 200-300 млн.лет сольются существующие сейчас материки дано имя Пангея Ультима (от лат. ultimа - последняя), или Амазия (Америка+Азия).

Венд – ранний девон 600-400 млн.лет (Пангея II) 300 млн.лет – настоящее время Будущее + 250 млн.лет

Пангея Ультима (Амазия) http://crll1978.livejournal.com/29062.html Будущий гипотетический суперконтинент Амазия

Спасибо за внимание!

Горячая точка под Гавайями http://hilo.hawaii.edu/~kenhon/GEOL205/Ascent/default.htm