Что такое границы литосферных плит
Литосферные плиты
Что такое литосфера
В составе Земли есть 4 главных сферы, зависящие друг от друга. К ним относятся гидросфера, биосфера, атмосфера и литосфера. Последняя является твердой оболочкой нашей планеты. Сверху нее расположена атмосфера, снизу – астеносфера (слой в верхней мантии Земли).
Литосфера делится на плиты, которые постоянно перемещаются. В основном тектоническая активность наблюдается на границах плит. Их движение обеспечивается тепловой энергией от мантийной области литосферы.
Что такое литосферная плита
Литосферная плита – крупный стабильный участок земной коры, часть литосферы.
Земная кора – верхняя часть литосферы. Существует два типа земной коры – материковая и океаническая. Отличаются они друг от друга толщиной и строением. Толщина материковой коры составляет 30-40 км. Она состоит из 3 слоев: осадочного, гранитного и базальтового. Океаническая имеет толщину в 3-7 км, содержит осадочный и базальтовый слои.
Ниже земной коры расположена мантия, которая состоит из верхней и нижней частей. Границы нижней находятся на глубине около 2900 км. Температура вещества мантии доходит до 800-2000 ⁰C. Центр Земли – ядро. Нижняя граница его располагается на глубине 6371 км, средний радиус – 3500 км. Состоит оно из внешнего жидкого и внутреннего твердого ядра. Температура внутри него составляет около 6000 ⁰C.
Главные литосферные плиты Земли
На данный момент Земля состоит их 7 больших литосферных плит: Североамериканской, Южноамериканской, Африканской, Австралийской, Антарктической и Тихоокеанской. Кроме того, выделяют 7 плит меньших по размеру. К ним относятся Кокос, Наска, Скотия, Карибская, Аравийская, Филиппинская и Каролинская.
Границы между литосферными плитами
Границы между плитами бывают нескольких видов:
Австралийская литосферная плита
Изначально Австралия была соединена с Индией и Антарктидой. Это происходило до тех пор, пока около 100 млн лет назад от нее не откололась Индия и 85 млн лет назад – Антарктида. Позднее Австралийская плита слилась с Индийской, образовав Индо-Австралийскую плиту. Но, как показывают исследования, эти плиты снова разделились.
На северо-востоке Австралийская плита граничит с Тихоокеанской, на юге – с Антарктической.
Антарктическая литосферная плита
Антарктическая плита около 40 млн лет назад была соединена с Австралийской. Сейчас вокруг нее есть множество разломов из-за движения плит. Она со скоростью 1,2-1,4 см в год перемещается на северо-восток.
Эта плита имеет общую границу с Южно-Американской и плитой Наска. Причем Антарктическая частично погружается под Южно-Американскую, что приводит к тому, что поднимается Патагония.
Африканская литосферная плита
Несколько лет назад ученые обнаружили, что Африканская плита начала двигаться к Евразийской. Причем северная часть первой уже погрузилась под вторую. Эти процессы влияют на сейсмоактивность: в зоне движения плит возникают землетрясения.
Евразийская литосферная плита
В состав этой плиты входит большая часть соответствующего континента. К ней не относятся Индостан, Аравийский п-ов, часть северо-восточной Евразии.
В северной области плиты находится материковая отмель крупных размеров, которая переходит в воды Северного Ледовитого океана и граничит с хр. Геккеля. В южной части располагается большая горная цепь, которая появилась как следствие столкновения Евразийской и Индостанской плит.
Восточная сторона плиты граничит на севере с Североамериканской плитой и Филиппинской – на юге. Южная ее сторона – это граница с Африканской литосферной плитой на западе и Аравийской – в центре. Западная сторона представляет собой границу с Североамериканской плитой.
Расхождения границ Евразийской и Североамериканской плит вызвали извержения вулканов в Исландии (Элдфелла в 1783 г. и Эйяфьятлайокудля в 2010 г.).
Индостанская литосферная плита
Около 55 млн лет назад она была объединена с Австралийской плитой.
Индостанская литосферная плита двигается в северо-восточном направлении со скоростью около 2,6-3,6 см в год. Из-за столкновения с Евразийской плитой образовались Тибетское нагорье и Гималаи.
Движение плит в этой области вызвало крупные землетрясения. В 2004 г. случился катаклизм в Индийском океане. В результате горные породы переместились на 15 м, а также произошел подъем дна моря, что вызвало крупное цунами. В 2005 г. случилось землетрясение в Пакистане. Жертвами его стали несколько десятков тысяч человек.
Литосферная плита Кокос
Из-за погружений одних участков земной коры под другие часто случаются землетрясения в зоне Кокоса. Одним из крупных катаклизмов такого рода было землетрясение в Мехико в 1985 г. Его спровоцировал разрыв в этой плите. В результате около 10 тысяч человек погибло, более 400 зданий было разрушено.
Литосферная плита Наска
В результате движения плиты Наска появилось несколько вулканических островов и горные подводные цепи, проходящие под Южной Америкой. Эта литосферная плита является относительно молодой: она отделилась от плиты Фараллона примерно 23 млн лет назад. Самым древним породам Наски около 50 млн лет.
Тихоокеанская литосферная плита
Между Тихоокеанской и Североамериканской литосферными плитами есть разлом Сан-Андреас, который появился после исчезновения плиты Фараллон. Из-за него происходят землетрясения, магнитуда которых доходит до 9 пунктов.
Литосферная плита Скотия
Это небольшого размера плита, движение которой контролируется 2 плитами, окружающими ее: Южноамериканской и Антарктической. Скотия состоит из океанической коры и материковых фрагментов, расположенных вокруг одноименного моря. В настоящее время плита практически полностью погружена под воду, за исключением небольших островов.
Североамериканская литосферная плита
Под Североамериканской плитой расположено несколько горячих точек. Наиболее известные из них находятся на территории Йеллоустона, Джемеза и Анахима.
Плита движется в юго-западном направлении от Срединно-Атлантического хребта.
Сомалийская литосферная плита
Она граничит с Африканской, Антарктической, Индо-Австралийской и Аравийской плитами.
Южноамериканская литосферная плита
Исследования геологов показывают, что Южноамериканская плита движется к западу от Срединно-Атлантического хребта. Перемещающаяся на восток плита Наска погружается под ее западный край вдоль тихоокеанского побережья континента со скоростью около 77 мм в год.
Филиппинская литосферная плита
Филиппинская плита граничит на севере с Охотской плитой, на востоке – с Тихоокеанской, на юге – с Каролинской.
Карибская литосферная плита
Карибская плита граничит с Североамериканской, Южноамериканской, а также плитами Наска и Кокос. В этих зонах наблюдается интенсивная сейсмическая активность: частые землетрясения, цунами и извержения вулканов.
Каролинская литосферная плита
Раньше Каролинская плита считалась частью Тихоокеанской плиты. Ее предложили выделить в качестве отдельной только в 1978 г.
Аравийская литосферная плита
Восточная часть плиты граничит с Индийской плитой, южная – с Африканской на западе и Сомалийской и Индийской на востоке. Северная сторона Аравийской плиты – с Евразийской, восточная – с Африканской.
Эта плита была частью Африканской в течение долгого времени. Разделение этих плит произошло примерно 25 млн лет назад. С тех пор Аравийская плита медленно двигалась в сторону Евразийской.
На территории Аравийской плиты существуют крупные вулканические поля, которые называют Старыми Хараратами. Они покрывают большую часть плиты. Эти вулканы являются действующими: в Красном море происходят регулярные извержения.
Это одна из трех материковых плит (Африканская, Арабская и Индийская), которые в новейшей истории геологии перемещались в северном направлении и сталкивались с Евразийской плитой. Из-за этих столкновений многие города находятся в опасности: им грозят землетрясения, цунами и извержения вулканов.
Что такое тектоника плит? Как это работает?
Внешняя оболочка Земли, известная как литосфера, является жесткой и имеет толщину около 100 км. Она состоит из коры (как океанической, так и континентальной) и верхнего слоя мантии.
Ниже литосферы находится астеносфера, вязкий и в основном податливый слой мантии, который позволяет твердому слою сверху скользить и скользить. Он расположен между 80-200 км ниже поверхности земли. Характер и механизм этого движения до сих пор является активной областью исследований.
История тектонической теории плит
Анимация континентального дрейфа за последние 250 миллионов лет
Исследователи начали замечать сходство между формами континентов на каждой стороне Атлантического океана впервые в 16 веке. Несколько выдающихся географов, в 17 и 18 веках, отметили, что континенты Африки и Южной Америки, похоже, тесно связаны друг с другом.
Было предложено несколько теорий для объяснения таких явлений, но ни одна из них не была достаточно достоверной. Теория континентального дрейфа Вегенера также подвергалась критике и даже была отвергнута несколькими геологами.
Только в 1960-х годах, после прямых сейсмологических свидетельств распространения морского дна, научное сообщество приняло тектонику плит (и, в конечном итоге, теорию континентального дрейфа).
Что такое тектоническая плита? И сколько их там всего?
Основные и некоторые второстепенные тектонические плиты
Границы плиты
Тектонические плиты многократно взаимодействуют друг с другом, и место, где они взаимодействуют, называется границами плит. По характеру этого взаимодействия границы плит можно разделить на три типа: расходящиеся, сходящиеся и трансформирующиеся.
Лучшим примером расходящейся границы является срединно-океанический хребет, где тектонические плиты постепенно удаляются друг от друга, в то время как восходящая магма непрерывно создает новую кору.
Другими примерами границы преобразования являются разлом Чамана в Пакистане, Северо-Анатолийский разлом в Турции и разлом Королевы Шарлотты в Соединенных Штатах.
Как это работает?
Конвекция в мантии
Горячая лава поднимается в середине океанических хребтов, а холодная, относительно плотная океаническая литосфера погружается глубоко в мантию в зонах субдукции. Долгое время этот процесс считается ведущей силой, заставляющей двигаться тектонические плиты.
Однако ученые-геологи сейчас считают, что гравитация играет в тектонике плит гораздо более важную роль, чем считалось ранее. Новая кора, формирующаяся на срединно-океанических хребтах, значительно менее плотная, чем астеносфера. Она постепенно отходит от расходящейся границы и становится прохладнее (за счет проводящего охлаждения), а также плотнее. Более высокая плотность океанической литосферы по сравнению с астеносферой позволяет ей опускаться вглубь мантии в зонах субдукции.
Механизм, позволяющий новой коре медленно удаляться от срединно-океанических хребтов, известен как гравитационное скольжение (обычно называемое хребтовым толчком). По мере формирования новой океанической литосферы вблизи хребта гравитация заставляет ее опускаться вниз и толкать старые материалы, чтобы удалиться от хребта дальше.
Тектоническая активность в прошлом
Самому старому фрагменту континентальной коры, найденному на Земле, около 4,02 миллиардов лет (сам возраст Земли составляет 4,54 миллиарда лет). Однако, поскольку океаническая литосфера постоянно перерабатывается, самому раннему известному морскому дну всего около 340 миллионов лет. Он был обнаружен в части восточного Средиземного моря.
Исследователи полагают, что тектоническая активность впервые началась на Земле около 3-3,5 миллиардов лет назад, основываясь на древних породах и минералах, добытых со всего земного шара. Континенты были здесь на протяжении большей части земной истории; тем не менее, они, вероятно, прошли через несколько конфигураций, прежде чем достигнут той формы, в которой они находятся сегодня.
Значительное количество исследований было сделано для реконструкции истории тектоники плит на земле. Непрерывное (хотя и медленное) движение тектонических плит позволяет континентам формироваться и разрушаться с течением времени. Это включает в себя окончательное образование (и распад) суперконтинента, единой массы суши, которая содержит все континенты.
Считалось, что первый суперконтинент сформировался еще 2 миллиарда лет назад и распался около 1,5 миллиарда лет назад или около того. Он называется Колумбия или Нуна.
Суперконтинент Колумбия (представление) | Изображение предоставлено Wikimedia Commons
Следующий (возможно) суперконтинент, Родиния, образовался 1 миллиард лет назад, а затем разорвался примерно 600 миллионов лет назад. Пангая, последний суперконтинент, был создан около 300 миллионов лет назад в позднепалеозойскую эпоху.
Когда Пангея распалась почти 175 миллионов лет назад, она была разделена на две большие части; Прото-Лавразия и Прото-Гондвана, в то время как оба были разделены Океаном Тетис.
Лавразия стала тем, что мы теперь знаем, как Европа, Азия и Северная Америка, в то время как Гондвана стала остальным миром, который включает Индийский субконтинент, Африку, Южную Америку, Аравию, Австралию и Антарктиду.
Их роль в климате Земли
Ряд исследований, проведенных астробиологами и геологами, показал, что тектоника плит может быть существенно важной для поддержания жизни на земле в ее нынешнем виде. Без рециркуляции его коры, мы не могли бы иметь стабильную температуру на поверхности. Без субдукции и создания новой коры земные океаны могли бы остаться лишенными питательных веществ, дающих жизнь. Исследование, проведенное в 2015 году, даже утверждает, что тектоника плит имеет важное значение для эволюции передовых видов.
Тектоника плит
За последние 40 лет появилась новая модель, которая произвела невероятную революцию в науке о Земле. Теория тектоники плит в настоящее время хорошо изучена и составляет основу нашего современного понимания структуры и динамики Земли. В частности, тектоника плит объясняет геологические особенности земной коры в широком масштабе, а именно распределение суши и моря, образование гор, землетрясения и вулканизм.
Плиты, движение плит и мантийная конвекция
Тектонические плиты состоят из твердого внешнего слоя, называемого литосферой (от греческого слова «литос» – «скала»). При толщине около 100 км литосфера состоит из верхнего слоя земной коры (
7 км под океанами и
50 км под континентами) и нижнего, более плотного слоя верхней мантии Земли. Остальная часть мантии, лежащая под плитами, достаточно горячая, и большая ее часть пребывает в твердом состоянии. Несмотря на высокую температуру, эффект давления внутри мантии обычно препятствует её плавлению.
Жесткие литосферные плиты движутся благодаря конвекции внутри подвижной астеносферы. Горячая мантия поднимается под срединно-океаническими хребтами, а холодная, более плотная мантия опускается в океанические впадины. Боковое движение плит литосферы над этими круговыми конвекционными ячейками аналогично движению жестких блоков над вращающейся лентой конвейера.
Границы плит
Существует 3 типа границ плит, в зависимости от того, как пластины движутся относительно друг друга:
Расходящиеся (дивергентные) границы возникают там, где две пластины удаляются друг от друга. Это происходит на срединно-океанических хребтах, активных зонах рифтинга, а также зонах вулканической активности. Примерами таких границ могут служить Срединно-Атлантический хребет и Восточно-Тихоокеанский подъем. Расходящиеся границы на континентах встречаются реже, но такие тоже существуют. Примером может служить Восточно-Африканский разлом. Если процесс рифтогенеза на континенте продолжается достаточно долго, он может расколоть континент и образовать новый океанический бассейн, который будет разделять его части.
Конвергентные границы возникают там, где две плиты скользят навстречу друг другу, образуя либо зону субдукции (если одна плита, как правило, океаническая, движется под другой), либо континентальное столкновение. Зоны субдукции включают границы Тихоокеанской плиты (например, запад Южной Америки), где плотная океаническая литосфера погружается под менее плотные континентальные плиты. Такие процессы обычно сопровождаются землетрясениями. Образуется глубоководная впадина.
Границы трансформации возникают там, где две литосферные плиты скользят друг мимо друга вдоль трансформных разломов. Вдоль этих разломов могут происходить сильные землетрясения. Самый известный пример – разлом Сан-Андреас в Калифорнии (здесь Тихоокеанская и Северо-Американская плиты движутся друг вдоль друга).
Тектоника плит и генерация магмы
О связи между землетрясениями и вулканической активностью, наверное, люди подозревали с самых ранних времен человечества. Но именно теория тектоники плит позволяет объяснить более глубокую связь между этими двумя явлениями и объяснить их оба в единой объединяющей теории.
Плавление мантии
Большая часть магмы (расплавленных пород) происходят непосредственно из мантии. Твердая кора, как правило, слишком холодна, чтобы производить такие расплавы. Только если она эта кора нагревается, например, магмой, то небольшое её количество все же может расплавиться.
Давление удерживает (большую часть) мантии в твердом состоянии
Внутри горячей мантии присутствует достаточно высокое давление. (Частичное) плавление мантийных пород возможно только в том случае, если тенденция температуры к плавлению породы превышает противоположное влияние давления. Такие условия могут достигаться только в самых верхних слоях мантии, под литосферой, в зоне, называемой астеносферой (греч. «asthenos” – слабый). Астеносфера лежит на глубине от 100 км до 35 км и состоит из горячего, «слабого» материала, который может содержать несколько процентов частичных расплавов или находиться вблизи точки образования расплавов.
Чтобы образовался вулкан, магма должна подняться на поверхность
Нормальное количество расплава, которое может присутствовать в астеносфере под нормальной пластиной обычно слишком мало для образования вулканов на поверхности (иначе вулканы были бы повсюду) и находится в равновесии с окружающей средой. Для образования вулканов на поверхности необходимы не только большие объемы расплава, но и подходящие проходы в виде трещин в жесткой коре. Внутри плит такие условия обычно не создаются. С другой стороны, существуют 3(4) различных тектонических среды, где магма образуется в больших количествах и где происходят вулканы:
Тектонические плиты Земли
Модель тектоники плит предполагает, что верхний, жесткий слой Земли (литосфера) разбит на несколько больших и маленьких жестких плит, которые находятся в постоянном движении относительно друг друга.
Существует 7 или 8 основных плит (в зависимости от их определения) и много второстепенных плит (часто называемых микропластинками). Там, где встречаются пластины, их движение по отношению друг с другом определяет тип границы: сходящаяся, расходящаяся или трансформная.
Вдоль этих границ плит происходят землетрясения, вулканическая активность, горообразование и образование океанических траншей. Поперечное относительное перемещение пластин обычно колеблется от нуля до 100 мм в год.
Тектонические плиты, землетрясения и вулканизм
Как видно из рисунка, большинство вулканов и землетрясений расположены на границах плит, причем некоторые пограничные зоны особенно активны. Хорошим примером являются границы Тихоокеанской плиты, где происходит больше вулканов и землетрясений, чем во всем остальном мире вместе взятых. Из-за этого его часто называют “Огненным кольцом“.
Тектоника литосферных плит
Основные положения тектоники литосферных плит
Основные положения тектоники плит
Основные положения тектоники плит можно свети к нескольким основополагающим
1. Верхняя каменная часть планеты разделена на две оболочки, существенно различающиеся по реологическим свойствам: жесткую и хрупкую литосферу и подстилающую её пластичную и подвижную астеносферу.
2. Литосфера разделена по плиты, постоянно движущиеся по поверхности пластичной астеносферы. Литосфера делится на 8 крупных плит, десятки средних плит и множество мелких. Между крупными и средними плитами располагаются пояса, сложенные мозаикой мелких коровых плит.
Границы плит являются областями сейсмической, тектонической и магматической активности; внутренние области плит слабо сейсмичны и характеризуются слабой проявленностью эндогенных процессов.
Более 90 % поверхности Земли приходится на 8 крупных литосферных плит:
Австралийская плита,
Антарктическая плита,
Африканская плита,
Евразийская плита,
Индостанская плита,
Тихоокеанская плита,
Северо-Американская плита,
Южно-Американская плита.
Средние плиты: Аравийская (субконтинент), Карибская, Филиппинская, Наска и Кокос и Хуан де Фука и др..
Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (например, Тихоокеанская плита), другие включают фрагменты и океанической и континентальной коры.
3. Различают три типа относительных перемещений плит: расхождение (дивергенция), схождение (конвергенция) и сдвиговые перемещения.
Соответственно, выделяются и три типа основных границ плит.
Дивергентные границы – границы, вдоль которых происходит раздвижение плит.
Процессы горизонтального растяжения литосферы называют рифтогенезом. Эти границы приурочены к континентальным рифтам и срединно-океанических хребтам в океанических бассейнах.
Термин «рифт» (от англ. rift – разрыв, трещина, щель) применяется к крупным линейным структурам глубинного происхождения, образованным в ходе растяжения земной коры. В плане строения они представляют собой грабенообразные структуры.
Закладываться рифты могут и на континентальной, и на океанической коре, образуя единую глобальную систему, ориентированную относительно оси геоида. При этом эволюция континентальных рифтов может привести к разрыву сплошности континентальной коры и превращению этого рифта в рифт океанический (если расширение рифта прекращается до стадии разрыва континентальной коры, он заполняется осадками, превращаясь в авлакоген).
Строение континентального рифта
Процесс раздвижения плит в зонах океанских рифтов (срединно-океанических хребтов) сопровождается образованием новой океанической коры за счёт магматических базальтовых расплав поступающих из астеносферы. Такой процесс образования новой океанической коры за счёт поступления мантийного вещества называется спрединг (от англ. spread – расстилать, развёртывать).
Строение срединно-океанического хребта
В ходе спрединга каждый импульс растяжения сопровождается поступлением новой порции мантийных расплавов, которые, застывая, наращивают края расходящихся от оси СОХ плит.
Именно в этих зонах происходит формирование молодой океанической коры.
Субдукция – процесс поддвига океанской плиты под континентальную или другую океаническую. Зоны субдукции приурочены к осевым частям глубоководных желобов, сопряжённых с островными дугами (являющихся элементами активных окраин). На субдукционные границы приходится около 80% протяжённости всех конвергентных границ.
При столкновении континентальной и океанической плит естественным явлением является поддвиг океанической (более тяжёлой) под край континентальной; при столкновении двух океанических погружается более древняя (то есть более остывшая и плотная) из них.
Зоны субдукции имеют характерное строение: их типичными элементами служат глубоководный желоб – вулканическая островная дуга – задуговый бассейн. Глубоководный желоб образуется в зоне изгиба и поддвига субдуцирующей плиты. По мере погружения эта плита начинает терять воду (находящуюся в изобилии в составе осадков и минералов), последняя, как известно, значительно снижает температуру плавления пород, что приводит к образованию очагов плавления, питающих вулканы островных дуг. В тылу вулканической дуги обычно происходит некоторое растяжение, определяющее образование задугового бассейна. В зоне задугового бассейна растяжение может быть столь значительным, что приводит к разрыву коры плиты и раскрытию бассейна с океанической корой (так называемый процесс задугового спрединга).
Модель процесса субдукции
Погружение субдуцирующей плиты в мантию трассируется очагами землетрясений, возникающих на контакте плит и внутри субдуцирующей плиты (более холодной и вследствие этого более хрупкой, чем окружающие мантийные породы). Эта сейсмофокальная зона получила название зона Беньофа-Заварицкого.
В зонах субдукции начинается процесс формирования новой континентальной коры.
Значительно более редким процессом взаимодействия континентальной и океанской плит служит процесс обдукции – надвигания части океанической литосферы на край континентальной плиты. Следует подчеркнуть, что в ходе этого процесса происходит расслоение океанской плиты, и надвигается лишь её верхняя часть – кора и несколько километров верхней мантии.
При столкновении континентальных плит, кора которых более лёгкая, чем вещество мантии, и вследствие этого не способна в неё погрузиться, протекает процесс коллизии. В ходе коллизии края сталкивающихся континентальных плит дробятся, сминаются, формируются системы крупных надвигов, что приводит к росту горных сооружений со сложным складчато-надвиговым строением. Классическим примером такого процесса служит столкновение Индостанской плиты с Евразийской, сопровождающееся ростом грандиозных горных систем Гималаев и Тибета.
Модель процесса коллизии
Процесс коллизии сменяет процесс субдукции, завершая закрытие океанического бассейна. При этом в начале коллизионного процесса, когда края континентов уже сблизились, коллизия сочетается с процессом субдукции (продолжается погружение под край континента остатков океанической коры).
Для коллизионных процессов типичны масштабный региональный метаморфизм и интрузивный гранитоидный магматизм. Эти процессы приводят к созданию новой континентальной коры (с её типичным гранито-гнейсовым слоем).
Трансформные границы – границы, вдоль которых происходят сдвиговые смещения плит.
Границы литосферных плит Земли
1 – дивергентные границы (а – срединно-океанские хребты, б – континентальные рифты); 2 – трансформные границы; 3 – конвергентные границы (а – островодужные, б – активные континентальные окраины, в – коллизионные); 4 – направления и скорости (см/год) движения плит.
4. Объём поглощённой в зонах субдукции океанской коры равен объёму коры, возникающей в зонах спрединга. Это положении подчёркивает мнение о постоянстве объёма Земли. Но такое мнение не является единственным и окончательно доказанным. Не исключено, что объём планы меняется пульсационно, или происходит уменьшение его уменьшение за счёт охлаждения.
5. Основной причиной движения плит служит мантийная конвекция, обусловленная мантийными теплогравитационными течениями.
Источником энергии для этих течений служит разность температуры центральных областей Земли и температуры близповерхностных её частей. При этом основная часть эндогенного тепла выделяется на границе ядра и мантии в ходе процесса глубинной дифференциации, определяющего распад первичного хондритового вещества, в ходе которого металлическая часть устремляется к центру, наращивая ядро планеты, а силикатная часть концентрируются в мантии, где далее подвергается дифференциации.
Нагретые в центральных зонах Земли породы расширяются, плотность их уменьшается, и они всплывают, уступая место опускающимся более холодными и потому более тяжёлым массам, уже отдавшим часть тепла в близповерхностных зонах. Этот процесс переноса тепла идёт непрерывно, в результате чего возникают упорядоченные замкнутые конвективные ячейки. При этом в верхней части ячейки течение вещества происходит почти в горизонтальной плоскости, и именно эта часть течения определяет горизонтальное перемещение вещества астеносферы и расположенных на ней плит. В целом, восходящие ветви конвективных ячей располагаются под зонами дивергентных границ (СОХ и континентальными рифтами), нисходящие – под зонами конвергентных границ.
Таким образом, основная причина движения литосферных плит – «волочение» конвективными течениями.
Кроме того, на плиты действуют ещё рад факторов. В частности, поверхность астеносферы оказывается несколько приподнятой над зонами восходящих ветвей и более опущенной в зонах погружения, что определяет гравитационное «соскальзывание» литосферной плиты, находящейся на наклонной пластичной поверхности. Дополнительно действуют процессы затягивания тяжёлой холодной океанской литосферы в зонах субдукции в горячую, и как следствие менее плотную, астеносферу, а также гидравлического расклинивания базальтами в зонах СОХ.
К подошве внутриплитовых частей литосферы приложены главные движущие силы тектоники плит – силы мантийного “волочения” (англ. drag) FDO под океанами и FDC под континентами, величина которых зависит в первую очередь от скорости астеносферного течения, а последняя определяется вязкостью и мощностью астеносферного слоя. Так как под континентами мощность астеносферы значительно меньше, а вязкость значительно больше, чем под океанами, величина силы FDC почти на порядок уступает величине FDO. Под континентами, особенно их древними частями (материковыми щитами), астеносфера почти выклинивается, поэтому континенты как бы оказываются “сидящими на мели”. Поскольку большинство литосферных плит современной Земли включают в себя как океанскую, так и континентальную части, следует ожидать, что присутствие в составе плиты континента в общем случае должно “тормозить” движение всей плиты. Так оно и происходит в действительности (быстрее всего движутся почти чисто океанские плиты Тихоокеанская, Кокос и Наска; медленнее всего – Евразийская, Северо-Американская, Южно-Американская, Антарктическая и Африканская, значительную часть площади которых занимают континенты). Наконец, на конвергентных границах плит, где тяжелые и холодные края литосферных плит (слэбы) погружаются в мантию, их отрицательная плавучесть создает силу FNB (индекс в обозначении силы – от английского negative buoyance). Действие последней приводит к тому, что субдуцирующая часть плиты тонет в астеносфере и тянет за собой всю плиту, увеличивая тем самым скорость ее движения. Очевидно, сила FNB действует эпизодически и только в определенных геодинамических обстановках, например в случаях описанного выше обрушения слэбов через раздел 670 км.
Таким образом, механизмы, приводящие в движение литосферные плиты, могут быть условно отнесены к следующим двум группам: 1) связанные с силами мантийного “волочения” (mantle drag mechanism), приложенными к любым точкам подошвы плит, на рис. 2.5.5 – силы FDO и FDC; 2) связанные с силами, приложенными к краям плит (edge-force mechanism), на рисунке – силы FRP и FNB. Роль того или иного движущего механизма, а также тех или иных сил оценивается индивидуально для каждой литосферной плиты.
Совокупность этих процессов отражает общий геодинамический процесс, охватывающих области от поверхностных до глубинных зон Земли.
Принципиальная схема мантийной конвекции
Альтернативные схемы мантийной конвекции
Мантийная конвекция и геодинамические процессы
В настоящее время в мантии Земли развивается двухъячейковая мантийная конвекция с закрытыми ячейками (согласно модели сквозьмантийной конвекции) или раздельная конвекция в верхней и нижней мантии с накоплением слэбов под зонами субдукции (согласно двухъярусной модели). Вероятные полюсы подъема мантийного вещества расположены в северо-восточной Африке (примерно под зоной сочленения Африканской, Сомалийской и Аравийской плит) и в районе острова Пасхи (под срединным хребтом Тихого океана – Восточно-Тихоокеанским поднятием).
Экватор опускания мантийного вещества проходит примерно по непрерывной цепи конвергентных границ плит по периферии Тихого и восточной части Индийского океанов.
Современный режим мантийной конвекции, начавшийся примерно 200 млн. лет назад распадом Пангеи и породивший современные океаны, в будущем сменится на одноячейковый режим (по модели сквозьмантийной конвекции) или (по альтернативной модели) конвекция станет сквозьмантийной за счет обрушения слэбов через раздел 670 км. Это, возможно, приведет к столкновению материков и формированию нового суперконтинента, пятого по счету в истории Земли.
6. Перемещения плит подчиняются законам сферической геометрии и могут быть описаны на основе теоремы Эйлера. Теорема вращения Эйлера утверждает, что любое вращение трёхмерного пространства имеет ось. Таким образом, вращение может быть описана тремя параметрами: координаты оси вращения (например, её широта и долгота) и угол поворота. На основании этого положения может быть реконструировано положение континентов в прошлые геологические эпохи. Анализ перемещений континентов привёл к выводу, что каждые 400-600 млн. лет они объединяются в единый суперконтинент, подвергающийся в дальнейшем распаду. В результате раскола такого суперконтинента Пангеи, произошедшего 200-150 млн. лет назад, и образовались современные континенты.
Некоторые доказательства реальности механизма тектоники литосферных плит
Удревнение возраста океанической коры по мере удаления от осей спрединга (см. рисунок). В этом же направлении отмечается нарастание мощности и стратиграфической полноты осадочного слоя.
Геофизические данные.
Рисунок – Томографический профиль через Эллинский желоб, остров Крит и Эгейское море. Серые кружки – гипоцентры землетрясений. Синим цветом показана пластина погружающейся холодной мантии, красным – горячая мантия (по данным В. Спэкмена, 1989)
Остатки огромной плиты Фаралон, исчезнувшей в зоне субдукции под Северной и Южной Америками, фиксируемые в виде слейбов «холодной» мантии (разрез поперек Сев. Америки, по S-волнам). По Grand, Van der Hilst, Widiyantoro, 1997, GSA Today, v. 7, No. 4, 1-7
Полосовые магнитные аномалии
Линейные магнитные аномалии в океанах были обнаружены в 50-х годах при геофизическом изучении Тихого океана. Это открытие позволило в 1968 году Хессу и Дицу сформулировать теорию спрединга океанического дна, которая выросла в теорию тектоники плит. Они стали одним из самых веских доказательств правильности теории.
Причиной происхождения полосовых магнитных аномалий является процесс рождения океанической коры в зонах спрединга срединно-океанических хребтов, излившиеся базальты при остывании ниже точки Кюри в магнитном поле Земли, приобретают остаточную намагниченность. Направление намагниченности совпадает с направлением магнитного поля Земли, однако вследствие периодических инверсий магнитного поля Земли излившиеся базальты образуют полосы с различным направлением намагниченности: прямым (совпадает с современным направлением магнитного поля) и обратным.
