Дълго време геологическата наука беше доминирана от хипотезата за непромененото положение на континентите и океаните. Общоприето е, че и двете са възникнали преди стотици милиони години и никога не са променили позицията си. Само от време на време, когато височината на континентите намаляваше значително и нивото на Световния океан се повишаваше, морето настъпваше в низините и ги наводняваше.

Сред геолозите се е утвърдило мнението, че земната кора изпитва само бавно вертикално движение и благодарение на това се създава земен и подводен релеф.

По-голямата част от геолозите отдавна са се съгласили с идеята, че "земната твърд" е в постоянно вертикално движение, поради което се формира релефът на Земята. Често тези движения имат голяма амплитуда и скорост и водят до големи бедствия, като земетресения. Има обаче и много бавни вертикални движения с променлив знак, които не се забелязват дори от най-чувствителните инструменти. Това са така наречените осцилаторни движения. Едва след много дълъг период от време се открива, че планински върховенарасна с няколко сантиметра, а речните долини се задълбочиха.

В края на 19 - началото на 20 век. Някои натуралисти се усъмниха в валидността на тези предположения и започнаха предпазливо да изразяват идеи за единството на континентите в геоложкото минало, които в момента са разделени от огромни океани. Тези учени, подобно на много прогресивни хора, се оказаха в трудна позиция, защото предположението им беше недоказано. Всъщност, ако вертикалните вибрации на земната кора могат да се обяснят с някакви вътрешни сили (например влиянието на топлината на Земята), тогава движението на огромни континенти по земната повърхност беше трудно да си представим.

ХИПОТЕЗА НА ВЕГЕНЕР

В началото на 20в. Благодарение на трудовете на немския геофизик А. Вегенер идеята за преместване на континенти придобива голяма популярност сред натуралистите. Той прекарва много години в експедиции и през ноември 1930 г. (точната дата е неизвестна) умира на ледниците на Гренландия. Научният свят беше шокиран от новината за смъртта на А. Вегенер, който беше в разцвета на творческите си сили. По това време популярността на идеята му за континентален дрейф е достигнала своя зенит. Много геолози и геофизици, палеогеографи и биогеографи ги възприеха с интерес и започнаха да се появяват талантливи произведения, в които тези идеи бяха развити.

А. Вегенер излезе с идеята за възможното движение на континентите, когато внимателно разгледа географската карта на света. Той беше поразен от удивителната прилика между очертанията на бреговете на Южна Америка и Африка. По-късно А. Вегенер се запознава с палеонтологични материали, показващи съществуването на някогашни сухопътни връзки между Бразилия и Африка. Това от своя страна подтикна към по-подробен анализ на наличните геоложки и палеонтологични данни и доведе до твърдото убеждение, че предположението му е правилно.

Отначало беше трудно да се преодолее господството на една добре развита концепция за неизменността на положението на континентите или хипотезата за фиксизма с гениалното, чисто спекулативно допускане на мобилистите, основано досега само на сходството на конфигурациите на противоположните брегове на Атлантическия океан. А. Вегенер вярваше, че ще може да убеди всичките си опоненти в валидността на континенталния дрейф само когато бъдат събрани убедителни доказателства, основани на обширни геоложки и палеонтологични материали.

За да потвърдят дрейфа на континентите, А. Вегенер и неговите поддръжници цитират четири групи независими доказателства: геоморфологични, геоложки, палеонтологични и палеоклиматични. Така че всичко започна с известна прилика брегови линииконтиненти, разположени от двете страни на Атлантическия океан, очертанията на бреговете на континентите около Индийския океан имат по-малко ясно съвпадение. А. Вегенер предположи, че преди около 250 милиона години всички континенти са били групирани в един гигантски суперконтинент - Пангея. Този суперконтинент се състои от две части. На север беше Лавразия, която обединява Евразия (без Индия) и Северна Америка, а на юг беше Гондвана, представена от Южна Америка, Африка, Хиндустан, Австралия и Антарктика.

Реконструкцията на Пангея се основава предимно на геоморфологични данни. Те се потвърждават напълно от сходството на геоложките разрези на отделните континенти и области на развитие определени видовеживотински и растителни царства. Цялата древна флора и фауна на южните континенти Гондвана образуват една общност. Много сухоземни и сладководни гръбначни животни, както и плитководни безгръбначни форми, неспособни активно да се движат на големи разстояния и привидно живеещи на различни континенти, се оказаха изненадващо близки и подобни една на друга. Трудно е да си представим как древната флора би могла да се засели, ако континентите са били разделени един от друг на същото огромно разстояние, както сега.

Убедителни доказателства в полза на съществуването на Пангея, Гондвана и Лавразия са получени от А. Вегенер след обобщаване на палеоклиматични данни. По това време вече беше добре известно, че следи от най-голямото листово заледяване, настъпило преди около 280 милиона години, са открити на почти всички южни континенти. Ледникови образувания под формата на фрагменти от древни морени (те се наричат ​​тилити), останки от ледникови земни форми и следи от движение на ледници са известни в Южна Америка (Бразилия, Аржентина), Южна Африка, Индия, Австралия и Антарктика. Трудно е да си представим как, предвид сегашното положение на континентите, заледяването може да настъпи почти едновременно в толкова отдалечени една от друга области. Освен това повечето от изброените области на заледяване в момента се намират в екваториалните ширини.

Противниците на хипотезата за дрейфа на континентите излагат следните аргументи. Според тях, въпреки че всички тези континенти в миналото са били разположени в екваториални и тропически ширини, те са били на много по-високо хипсометрично положение от сегашното, което е причинило появата на лед и сняг в техните граници. В крайна сметка сега има дълготраен сняг и лед на планината Килиманджаро. Това обаче е малко вероятно обща височинаКонтинентите в това далечно време са били 3500-4000 m. Няма основание за това предположение, тъй като в този случай континентите биха били подложени на интензивна ерозия и върху техните рамки би трябвало да се натрупат дебелини от груб материал, подобно на натрупванията в терминала. водосборни басейни на планински реки. В действителност само финозърнести и хемогенни седименти са били отложени върху континенталните шелфове.

Следователно най-приемливото обяснение за това уникално явление, т.е. наличието на древни морени в съвременните екваториални и тропически райони на Земята, е, че преди 260 - 280 милиона години континентът Гондвана, състоящ се от Южна Америка, Индия, Африка , Австралия, събрана заедно и Антарктида, се намира във високи географски ширини, близо до Южния географски полюс.

Противниците на хипотезата за дрейфа не можеха да си представят как континентите се движат на толкова големи разстояния. А. Вегенер обясни това с примера на движението на айсберги, което се извършва под въздействието на центробежни сили, причинени от въртенето на планетата.

Благодарение на простотата и яснотата и, най-важното, на убедителността на фактите, цитирани в защита на хипотезата за дрейфа на континентите, тя бързо стана популярна. Въпреки това, след успеха, доста скоро дойде криза. Критичното отношение към хипотезата започва от геофизиците. Те получиха голям бройфакти и физически противоречия във веригата от логически доказателства за движението на континентите. Това им позволи да докажат неубедителността на метода и причините за дрейфа на континентите и до началото на 40-те години тази хипотеза загуби почти всички свои поддръжници. До 50-те години на ХХ век. На повечето геолози изглеждаше, че хипотезата за дрейфа на континентите трябва да бъде напълно изоставена и може да се разглежда само като един от историческите парадокси на науката, който не е получил потвърждение и не е издържал проверката на времето.

ПАЛЕОМАГНЕТИЗЪМ И НЕОМОБИЛИЗЪМ

От средата на 20 век. Учените започнаха интензивно изследване на топографията и геологията на океанското дъно в дълбоката му вътрешност, както и на физиката, химията и биологията на океанските води. Те започнаха да изследват морското дъно с множество инструменти. Дешифрирайки записите на сеизмографите и магнитометрите, геофизиците получиха нови факти. Установено е, че много скали в процеса на тяхното образуване са придобили намагнитване в посока на съществуващия геомагнитен полюс. В повечето случаи тази остатъчна магнетизация остава непроменена в продължение на много милиони години.

В момента се използват методи за избор на проби и определяне на тяхната магнетизация специални устройства- магнитометри. Чрез определяне на посоката на намагнитване на скали от различни възрасти можете да разберете как посоката на геомагнитното поле се е променила във всяка конкретна област за даден период от време.

Изследването на остатъчната магнетизация в скалите доведе до две фундаментални открития. Първо, установено е, че през дългата история на Земята намагнитването се е променяло многократно - от нормално, т.е. съответстващо на съвременното, до обратно. Това откритие е потвърдено в началото на 60-те години на нашия век. Оказа се, че ориентацията на намагнитването ясно зависи от времето и на тази база бяха конструирани скали на обръщане на магнитното поле.

Второ, при изучаване на колони от лава, разположени от двете страни на средноокеанските хребети, беше открита известна симетрия. Това явление се нарича ивична магнитна аномалия. Такива аномалии са разположени симетрично от двете страни на средноокеанския хребет и всяка симетрична двойка от тях е на една и съща възраст. Освен това последното естествено нараства с отдалечаване от оста на средноокеанския хребет към континентите. Магнитните аномалии на лентата са като запис на инверсии, т.е. промени в посоката на магнитното поле върху гигантска „магнитна лента“.

Американският учен Г. Хес предположи, което впоследствие беше потвърдено многократно, че частично разтопеният материал на мантията се издига на повърхността по пукнатини и през рифтови долини, разположени в аксиалната част на средноокеанския хребет. Той се разпространява в различни посоки от оста на билото и в същото време, като че ли, се разкъсва и разкрива дъното на океана. Материалът на мантията постепенно запълва рифтовата пукнатина, втвърдява се в нея, магнетизира се въз основа на съществуващата магнитна полярност и след това, счупвайки се приблизително в средата, се изтласква от нова част от стопилката. Въз основа на времето на инверсия и реда на редуване на пряка и обратна магнетизация се определя възрастта на океаните и се дешифрира историята на тяхното развитие.

Лентовите магнитни аномалии на океанското дъно се оказаха най-удобната информация за реконструкция на епохите на полярността на геомагнитното поле в геоложкото минало. Но има още много важна посокаизследване на магмени скали. Въз основа на остатъчната магнетизация на древните скали е възможно да се определи посоката на палеомеридианите и следователно координатите на Северния и Южния полюс в определена геоложка ера.

Първите определения на положението на древните полюси показаха, че колкото по-стара е изследваната епоха, толкова по-различно е местоположението на магнитния полюс от съвременното. Основното обаче е, че координатите на полюсите, определени от скали на една и съща възраст, са еднакви за всеки отделен континент, но за различните континенти те имат разминаване, което се увеличава с навлизането по-дълбоко в далечното минало.

Едно от явленията на палеомагнитните изследвания беше несъвместимостта на позициите на древните и съвременните магнитни полюси. Когато се опитваха да ги комбинират, беше необходимо всеки път да местят континентите. Трябва да се отбележи, че когато късните палеозойски и ранномезозойски магнитни полюси се комбинират със съвременните, континентите се изместват в един огромен континент, много подобен на Пангея.

Такива зашеметяващи резултати от палеомагнитни изследвания допринесоха за връщането към хипотезата за дрейфа на континентите от по-широката научна общност. Английският геофизик Е. Булард и колегите му решават да тестват първоначалната предпоставка за континенталния дрейф - сходството на контурите на континенталните блокове, разделени в момента от Атлантическия океан. Подравняването е извършено с помощта на електронни компютри, но не по контура на бреговата линия, както направи А. Вегенер, а по изобата от 1800 m, която минава приблизително по средата на континенталния склон. Контурите на континентите, разположени от двете страни на Атлантическия океан, съвпадаха на значително разстояние.

ТЕКТОНИКА НА ЛИТОСФЕРНИТЕ ПЛОЧИ

Откритията на първичната магнетизация, полюсите на магнитните аномалии с редуващи се знаци, симетрични на осите на средноокеанските хребети, промените в положението на магнитните полюси във времето и редица други открития доведоха до възраждането на хипотезата за дрейфа на континентите.

Идеята за разширяването на океанското дъно от осите на средноокеанските хребети до периферията получи многократно потвърждение, особено след дълбоководни сондажи. Сеизмолозите имат голям принос за развитието на идеите за мобилизъм (континентален дрейф). Техните изследвания позволиха да се изясни картината на разпределението на зоните на сеизмична активност на земната повърхност. Оказа се, че тези зони са доста тесни, но обширни. Те са ограничени до континенталните покрайнини, островните дъги и средноокеанските хребети.

Възродената хипотеза за дрейфа на континентите се нарича тектоника литосферни плочи. Тези плочи се движат бавно по повърхността на нашата планета. Дебелината им понякога достига 100-120 km, но по-често е 80-90 km. На Земята има малко литосферни плочи (фиг. 1) - осем големи и около дузина и половина малки. Последните често се наричат ​​микроплаки. Две големи плочи се намират в Тихия океан и са представени от тънка и лесно пропусклива океанска кора. Антарктическата, индо-австралийската, африканската, северноамериканската, южноамериканската и евразийската литосферни плочи имат кора от континентален тип. Те имат различни ръбове (граници). Когато плочите се раздалечават, техните ръбове се наричат ​​разминаващи се. Докато се разминават, материалът на мантията навлиза в получената пукнатина (рифтова зона). Втвърдява се на повърхността на дъното и изгражда океанската кора. Нови порции материал на мантията разширяват рифтовата зона, което кара литосферните плочи да се движат. На мястото, където се раздалечават, се образува океан, чийто размер непрекъснато се увеличава. Този тип граница се записва от съвременни океански рифтови фрактури по осите на средноокеанските хребети.

ориз. 1. Съвременните литосферни плочи на Земята и посоката на тяхното движение.

1 - оси на разширение и разломи; 2 - планетарни компресионни колани; 3 - конвергентни граници на плочата; 4 - съвременни континенти

Когато литосферните плочи се сближават, техните граници се наричат ​​конвергентни. В зоната на конвергенция протичат сложни процеси. Има две основни. Когато океанска плоча се сблъска с друга океанска или континентална плоча, тя потъва в мантията. Този процес е придружен от изкривяване и счупване. В зоната на потапяне възникват дълбокофокусни земетресения. Именно на тези места се намират зоните Заварицки-Бениоф.

Океанската плоча навлиза в мантията и там се разтопява частично. В същото време най-леките му компоненти, топейки се, отново се издигат на повърхността под формата на вулканични изригвания. Точно такава е природата на Тихоокеанския огнен пръстен. Тежките компоненти бавно потъват в мантията и могат да се спуснат чак до границите на ядрото.

Когато две континентални литосферни плочи се сблъскат, се получава ефект от типа на бушуване.

Наблюдаваме го многократно по време на ледоход, когато ледените късове се сблъскват и смачкват, движейки се един към друг. Кората на континентите е много по-лека от мантията, така че плочите не потъват в мантията. Когато се сблъскат, те се компресират и по краищата им се появяват големи планински структури.

Многобройни и дългосрочни наблюдения позволиха на геофизиците да установят средните скорости на движение на литосферните плочи. В рамките на алпийско-хималайския компресионен пояс, който се е образувал в резултат на сблъсъка на африканските и хиндустанските плочи с евразийските плочи, скоростите на конвергенция варират от 0,5 cm/година в района на Гибралтар до 6 cm/година в Памир и Хималаите региони.

Европа в момента „отплава“ от Северна Америкасъс скорост до 5 cm/година. Австралия обаче се „отдалечава“ от Антарктида с максимална скорост- средно 14 см/год.

Най-високи скорости на движение имат океанските литосферни плочи – тяхната скорост е 3-7 пъти по-висока от скоростта на континенталните литосферни плочи. „Най-бързата“ е Тихоокеанската плоча, а „най-бавната“ е Евразийската.

МЕХАНИЗЪМ НА ДВИЖЕНИЕТО НА ЛИТОСФЕРНАТА ПЛОЧА

Трудно е да си представим, че огромни и масивни континенти могат да се движат бавно. Още по-труден за отговор е въпросът защо се местят? Земната кора е охладена и напълно кристализирала маса. Отдолу е подложен от частично разтопена астеносфера. Лесно е да се предположи, че литосферните плочи са възникнали по време на охлаждането на частично разтопеното вещество на астеносферата, подобно на процеса на образуване на лед в резервоари през зимата. Разликата обаче е, че ледът е по-лек от водата, а кристализираните силикати на литосферата са по-тежки от тяхната стопилка.

Как се образуват океанските литосферни плочи?

Горещото и частично разтопено вещество на астеносферата се издига в пространството между тях, което, падайки върху повърхността на океанското дъно, се охлажда и, кристализирайки, се превръща в литосферни скали (фиг. 2). Образуваните по-рано участъци от литосферата като че ли „замръзват“ още по-силно и се разделят на пукнатини. Нова порция гореща субстанция навлиза в тези пукнатини и, втвърдявайки се, увеличавайки обема си, ги избутва. Процесът се повтаря многократно.

ориз. 2. Схема на движението на твърди литосферни плочи (според Б. Айзъкс и др.)

Скалите на литосферата са по-тежки от долната гореща субстанция на астеносферата и следователно, колкото по-дебела е тя, толкова по-дълбоко потъва или потъва в мантията. Защо литосферните плочи, ако са по-тежки от веществото на разтопената мантия, не потъват в нея? Отговорът е съвсем прост. Те не потъват, защото леката земна кора е „запоена“ към тежката мантийна част на континенталните плочи отгоре, действайки като поплавък. Следователно средната плътност на скалите на континенталните плочи винаги е по-малка средна плътностгорещ мантиен материал.

Океанските плочи са по-тежки от мантията и затова рано или късно потъват в мантията и потъват под по-леките континентални плочи.

Доста дълго време океанската литосфера, като гигантски „сплескани чинии“, остава на повърхността. В съответствие със закона на Архимед, масата на астеносферата, изместена от тях, е равна на масата на самите плочи и водата, запълваща литосферните депресии. Появява се плаваемост, която съществува дълго време. Това обаче не може да продължи дълго. Целостта на „чинийката“ понякога се нарушава на места, където възникват излишни напрежения, и те са по-силни, колкото по-дълбоко потъват плочите в мантията и следователно, колкото по-стари са. Вероятно в литосферните плочи, които са били по-стари от 150 милиона години, са възникнали напрежения, които далеч надвишават якостта на опън на самата литосфера; те се разцепват и потъват в горещата мантия.

ГЛОБАЛНИ РЕКОНСТРУКЦИИ

Въз основа на изследването на остатъчната намагнитност на континенталните скали и океанското дъно се установява положението на полюсите и географската зоналност в геоложкото минало. Палеоширините, като правило, не съвпадат със съвременните географски ширини, и тази разлика се увеличава все повече и повече, докато се отдалечаваме от сегашното време.

Комбинираното използване на геофизични (палеомагнитни и сеизмични), геоложки, палеогеографски и палеоклиматични данни дава възможност да се реконструира положението на континентите и океаните за различни периоди от време в геоложкото минало. В тези изследвания участват много специалисти: геолози, палеонтолози, палеоклиматолози, геофизици, както и компютърни специалисти, тъй като не самите изчисления на векторите на остатъчната намагнитност, а тяхната интерпретация е немислима без използването на компютър. Реконструкциите са извършени независимо една от друга от съветски, канадски и американски учени.

През почти целия палеозой южните континенти са били обединени в един огромен континент Гондвана. Няма надеждни доказателства за съществуването на Южния Атлантик и Индийския океан през палеозоя.

В началото на камбрийския период, преди приблизително 550 - 540 милиона години, най-големият континент е Гондвана. В северното полукълбо му се противопоставяха отделни континенти (Северна Америка, Източна Европа и Сибир), както и малък брой микроконтиненти. Между сибирския и източноевропейския континент, от една страна, и Гондвана, от друга, беше Палео-Азиатският океан, а между Северноамериканския континент и Гондвана беше Палео-Атлантическият океан. В допълнение към тях, в това далечно време е имало огромно океанско пространство - аналог на съвременния Тих океан. Краят на Ордовик, преди около 450 - 480 милиона години, се характеризира със сближаването на континентите в северното полукълбо. Техните сблъсъци с островните дъги доведоха до натрупването на крайните части на сибирската и северноамериканската земя. Палеоазиатските и палеоатлантическите океани започват да намаляват по размер. След известно време на това място се появява нов океан - Палеотетида. Заемаше територията на съвременна Южна Монголия, Тиен Шан, Кавказ, Турция и Балканите. Нов воден басейн възникна и на мястото на съвременния Уралски хребет. Ширината на Уралския океан надвишава 1500 км. Според палеомагнитните определения, Южен полюспо това време се намираше в северозападната част на Африка.

През първата половина на девонския период, преди 370 - 390 милиона години, континентите започват да се обединяват: Северна Америка със Западна Европа, в резултат на което се появява нов континент - Еврамерика - макар и не за дълго. Съвременните планински структури на Апалачи и Скандинавия са се образували поради сблъсъка на тези континенти. Paleotethys се сви донякъде по размер. На мястото на Уралския и Палеоазиатския океан останаха малки реликтни басейни. Южният полюс се е намирал на територията на днешна Аржентина.

Голяма част от Северна Америка се намираше в южното полукълбо. В тропическите и екваториалните ширини имаше сибирски, китайски, австралийски континент и източната част на Еврамерика.

Ранният карбон, преди приблизително 320-340 милиона години, се характеризира с продължаващо сближаване на континентите (фиг. 3). На местата, където те се сблъскаха, възникнаха нагънати области и планински структури - Урал, Тиен Шан, планинските вериги на Южна Монголия и Западен Китай, Салаир и др. Появява се нов океан, Палеотетиса II (Палеотетиса от второ поколение). Той отделя китайския континент от Сибир и Казахстан.

Фиг.3. Разположение на континентите в ранния карбон (преди 340 милиона години)

В средата на карбонския период големи части от Гондвана се озоваха в полярния регион на южното полукълбо, което доведе до едно от най-големите заледявания в историята на Земята.

Късният карбон - началото на пермския период преди 290 - 270 милиона години, е белязан от обединяването на континентите в гигантски континентален блок - суперконтинента Пангея (фиг. 4). Състои се от Гондвана на юг и Лавразия на север. Само китайският континент е бил отделен от Пангея от океана Палеотетида II.

През втората половина на триаския период, преди 200 - 220 милиона години, въпреки че местоположението на континентите е приблизително същото като в края на палеозоя, въпреки това настъпват промени в очертанията на континентите и океаните (фиг. 5) . Китайският континент се обединява с Евразия, Палеотетида II престава да съществува.

Но почти едновременно с това възниква нов океански басейн, Тетис, който започва бързо да се разширява. Той отдели Гондвана от Евразия. Във вътрешността й са се запазили изолирани микроконтиненти – Индокитай, Иран, Родопи, Закавказие и др.

Появата на нов океан е причинена от по-нататъшното развитие на литосферата - разпадането на Пангея и отделянето на всички известни в момента континенти. В началото Лавразия се разделя - в района на съвременния Атлантически и Северен ледовит океан. Тогава отделните му части започнаха да се отдалечават една от друга, като по този начин освободиха място за Северния Атлантик.

Късната юрска ера, преди около 140 - 160 милиона години, е времето на фрагментацията на Гондвана (фиг. 6). На мястото на разцепването възникна басейнът на Атлантическия океан и средноокеанските хребети. Океанът Тетис продължи да се развива, на север от който имаше система от островни дъги. Те са били разположени на мястото на съвременния Малък Кавказ, Елбурз и планините на Афганистан и са разделяли маргиналните морета от океана.

По време на късната юра и креда континентите се движат в посока на ширина. Възникват Лабрадорско море и Бискайският залив, Индустан и Мадагаскар се отделят от Африка. Между Африка и Мадагаскар се появи проток. Дългият път на Хиндустанската плоча завършва в края на палеогена със сблъсък с Азия. Тук са се образували гигантски планински структури - Хималаите.

Океанът Тетис започна постепенно да се свива и да се затваря, главно поради сближаването на Африка и Евразия. Верига от вулканични островни дъги възникна на северния му край. Подобен вулканичен пояс се формира в източния край на Азия. В края на периода Креда Северна Америка и Евразия се обединяват в района на Чукотка и Аляска.

През кайнозоя океанът Тетис се затваря напълно, остатък от който днес е Средиземно море. Сблъсъкът на Африка с Европа доведе до формирането на алпийско-кавказката планинска система. Континентите започнаха постепенно да се сближават в северното полукълбо и да се раздалечават в южното, разпадайки се на отделни изолирани блокове и масиви.

Сравнявайки положението на континентите в отделните геоложки периоди, стигаме до извода, че в развитието на Земята е имало големи цикли, по време на които континентите или са се събирали, или са се разминавали в различни посоки. Продължителността на всеки такъв цикъл е най-малко 600 милиона години. Има основание да се смята, че образуването на Пангея и нейният колапс не са изолирани моменти в историята на нашата планета. Подобен свръхгигантски континент е възникнал в древни времена, преди около 1 милиард години.

ГЕОСИНКЛИНАЛИ – НАГЪНАТИ ПЛАНИНСКИ СИСТЕМИ

В планината се възхищаваме на пъстрата панорама, която се открива и сме изумени от безграничните съзидателни и разрушителни сили на природата. Сиви планински върхове се издигат величествено, огромни ледници се спускат като езици в долините, планински реки клокочат в дълбоки каньони. Ние сме изненадани не само от дивата красота на планинските райони, но и от фактите, които чуваме от геолозите и те твърдят, че в далечното минало на мястото на огромни планински структури е имало обширни морски пространства.

Когато Леонардо да Винчи откри останките от черупки на морски мекотели високо в планините, той направи правилния извод за съществуването на море в древността, но тогава малко хора му повярваха. Как може да има море в планината на височина 2-3 хиляди метра? Повече от едно поколение естествени учени положи големи усилия, за да докаже вероятността от такъв на пръв поглед безпрецедентен случай.

Великият италианец беше прав. Повърхността на нашата планета е в постоянно движение – хоризонтално или вертикално. По време на неговото спускане многократно се случват грандиозни престъпления, когато над 40% от съвременната земна повърхност е покрита от морето. С движението на земната кора нагоре височината на континентите се увеличаваше и морето се отдръпваше. Настъпи така наречената регресия на морето. Но как са се образували грандиозните планински структури и огромните планински вериги?

Дълго време геологията беше доминирана от идеята за преобладаването на вертикалните движения. В тази връзка имаше мнение, че благодарение на такива движения са се образували планини. Повечето от планинските структури на земното кълбо са концентрирани в определени пояси с дължина хиляди километри и ширина от няколко десетки или дори няколкостотин километра. Те се характеризират с интензивно нагъване, прояви на различни разломи, интрузии на магмени скали, диги, прорязващи пластове от седиментни и метаморфни скали. Непрекъснато бавно издигане, придружено от ерозионни процеси, оформя релефа на планинските структури.

Планинските райони на Апалачите, Кордилерите, Урал, Алтай, Тиен Шан, Хиндукуш, Памир, Хималаите, Алпите и Кавказ са нагънати системи, образувани през различни периоди от геоложкото минало по време на епохи на тектонична и магматична активност. Тези планински системи се характеризират с огромната дебелина на натрупаните седиментни образувания, често надхвърлящи 10 km, което е десетки пъти повече от дебелината на подобни скали в равнинната, платформена част.

Откриването на необичайно дебели слоеве от седиментни скали, натрошени на гънки, проникнати от интрузии и диги от магмени скали, освен това имащи голяма степен с относително малка ширина, доведе до създаването в средата на 19 век. геосинклинална теория за планинообразуване. Разширена област от дебели седиментни слоеве, която с течение на времето се превръща в планинска система, се нарича геосинклинала. За разлика от тях, стабилни области на земната кора с голяма дебелина на седиментни скали се наричат ​​платформи.

Почти всички планински системи на земното кълбо, характеризиращи се с гънки, прекъсвания и магматизъм, са древни геосинклинали, разположени по краищата на континентите. Въпреки огромната дебелина, по-голямата част от седиментите са с произход от плитка вода. Често по повърхностите на леглото има отпечатъци от следи от вълни, останки от плитководни дънни животни и дори пукнатини от изсушаване. Голямата дебелина на седиментите показва значително и в същото време доста бързо потъване на земната кора. Наред с типично плитководните седименти се срещат и дълбоководни (например радиоларити и дребнозърнести седименти със специфична наслоеност и текстура).

Геосинклиналните системи са изследвани цял век и благодарение на работата на много поколения учени е разработена привидно хармонична система на последователността на тяхното възникване и еволюция. Единственият необясним факт все още остава липсата на съвременен аналог на геосинклиналата. Какво може да се счита за съвременна геосинклинала? Крайното море или целият океан?

Въпреки това, с развитието на концепцията за тектониката на литосферните плочи, геосинклиналната теория претърпя някои промени и беше открито мястото на геосинклиналните системи в периоди на разтягане, движение и сблъсък на литосферните плочи.

Как стана развитието на сгънатите системи? По тектонично активните граници на континентите имаше разширени области, които изпитваха бавно потъване. В маргиналните морета се натрупват седименти с дебелина от 6 до 20 km. В същото време тук са се образували вулканични образувания под формата на магмени интрузии, диги и лавови покрития. Седиментацията е продължила десетки, а понякога дори стотици милиони години.

След това, по време на орогенния етап, настъпва бавна деформация и трансформация на геосинклиналната система. Площта му е намаляла, изглежда е заравнен. Появиха се гънки и счупвания, както и прониквания от разтопени магмени скали. По време на процеса на деформация дълбоководните и плитководните седименти се разместват и високи наляганияи температури, при които са били обект на метаморфизъм.

По това време настъпи издигане, морето напълно напусна територията и се образуваха планински вериги. Последвалите процеси на ерозия на скалите, транспортирането и натрупването на кластични седименти в крайна сметка доведоха до факта, че тези планини постепенно бяха унищожени до възвишения, близки до морското равнище. Бавното потъване на сгънати системи, разположени по краищата на континенталната плоча, доведе до същия резултат.

В процеса на формиране на геосинклиналните системи участват не само хоризонтални движения, но и вертикални, извършвани главно в резултат на бавното движение на литосферните плочи. В случай, че една плоча е била потопена под друга, дебели седименти от геосинклинали в маргинални морета, островни дъги и дълбоководни ровове са били активно изложени на високи температури и налягане. Областите, където плочите се субдуцират, се наричат ​​зони на субдукция. Тук скалите се спускат в мантията, топят се и се рециклират. Тази зона се характеризира със силни земетресения и вулканизъм.

Там, където налягането и температурата не са толкова високи, скалите са смачкани в система от гънки, а на местата, където скалите са най-твърди, тяхната целостност е нарушена от разкъсвания и движения на отделни блокове.

В зоните на сближаване и след това сблъсък на континентални литосферни плочи ширината на геосинклиналната система значително намалява. Някои части от него потънаха дълбоко в мантията, докато други, напротив, напреднаха към най-близката плоча. Седиментни и метаморфни образувания, изстискани от дълбините и смачкани в гънки, многократно се наслояваха една върху друга под формата на гигантски люспи и в крайна сметка се появиха планински вериги. Например Хималаите са се образували в резултат на сблъсъка на две големи литосферни плочи - Индустанската и Евразийската. Планинските системи на Южна Европа и Северна Африка, Крим, Кавказ, планинските райони на Турция, Иран и Афганистан са се образували главно в резултат на сблъсъка на африканската и евразийската плочи. По подобен начин, но в по-древни времена, възникват Урал, Кордилерите, Апалачите и други планински райони.

ИСТОРИЯ НА СРЕДИЗЕМНО МОРЕ

Моретата и океаните са се формирали в продължение на дълъг период от време, докато придобият модерен вид. От историята на развитието на морските басейни особен интерес представлява еволюцията на Средиземно море. Около него възникват първите цивилизовани държави, а историята на народите, населявали крайбрежието му, е добре известна. Но ние ще трябва да започнем нашето описание много милиони години преди първият човек да се появи тук.

В древни времена, преди почти 200 милиона години, на мястото на съвременното Средиземно море е имало широк и дълбок океан Тетис; Африка по това време е била на няколко хиляди километра от Европа. В океана имаше големи и малки архипелази от острови. Тези добре познати области, които понастоящем се намират в Южна Европа, Близкия и Средния Изток - Иран, Турция, Синайския полуостров, Родопите, Апулия, Татрански масиви, Южна Испания, Калабрия, Месета, Канарските острови, Корсика, Сардиния, са били далеч на юг от съвременното им местоположение.

През мезозоя възниква разлом между Африка и Северна Америка. Той отделя Родопско-Турския масив и Иран от Африка и по него прониква базалтова магма, образува се океанска литосфера и земната кора се раздалечава или разпръсква. Океанът Тетис се намирал в тропическия регион на Земята и се простирал от съвременния Атлантически океан през Индийския океан (последният бил част от него) до Тихия океан. Тетис достига максималната си географска ширина преди приблизително 100-120 милиона години и тогава започва постепенното му намаляване. Бавно африканската литосферна плоча се приближи до евразийската. Преди около 50-60 милиона години Индия се отдели от Африка и започна своето безпрецедентно движение на север, докато не се сблъска с Евразия. Размерът на океана Тетис постепенно намалява. Само преди 20 милиона години на мястото на огромен океан са останали маргинални морета - Средиземно, Черно и Каспийско, чиито размери обаче са били много по-големи от днешните. Не по-малко мащабни събития се случиха и в следващите времена.

В началото на 70-те години на този век евапорити - различни каменни соли, гипс и анхидрити - са открити в Средиземно море под слой от рохкави седименти с дебелина няколкостотин метра. Те са се образували при повишено изпарение на вода преди около 6 милиона години. Но може ли Средиземно море наистина да пресъхне? Именно това е хипотезата, която е изказвана и подкрепяна от много геолози. Предполага се, че преди 6 милиона години Гибралтарският проток се е затворил и след около хиляда години Средиземно море се е превърнало в огромен басейн с дълбочина 2-3 км с малки пресъхващи солени езера. Дъното на морето беше покрито със слой от втвърдена доломитна тиня, гипс и каменна сол.

Геолозите са установили, че Гибралтарският пролив периодично се отваря и водата през него от Атлантическия океан пада на дъното на Средиземно море. Когато Гибралтар е открит, атлантическите води са паднали под формата на водопад, който е бил поне 15 - 20 пъти по-висок от потока на най-големия водопад Виктория на реката. Замбези в Африка (200 km 3 / година). Затварянето и отварянето на Гибралтар се случи най-малко 11 пъти и това осигури натрупването на последователност от изпарители с дебелина около 2 km.

В периоди на пресъхване на Средиземно море, по стръмните склонове на дълбокия му басейн, реки, изтичащи от сушата, изрязват дълги и дълбоки каньони. Един от тези каньони е открит и проследен на разстояние около 250 км от съвременната делта на реката. Рона по протежение на континенталния склон. Изпълнен е с много млади, плиоценски седименти. Друг пример за такъв каньон е подводното продължение на реката. Нил под формата на каньон, пълен със седименти, проследен на разстояние 1200 km от делтата.

По време на загубата на комуникация между Средиземно море и открит океанна негово място е имало нещо като силно обезсолен басейн, останките от който в момента са Черное и Каспийско море, този сладководен и понякога солен басейн се простира от Централна Европа до Урал и Аралско море и е наречен Паратетис.

Познавайки положението на полюсите и скоростта на съвременното движение на литосферните плочи, скоростта на разпространение и поглъщане на океанското дъно, е възможно да се очертае пътя на движението на континентите в бъдеще и да си представим тяхното положение за определен период на времето.

Тази прогноза е направена от американските геолози Р. Диц и Дж. Холдън. След 50 милиона години, според техните предположения, Атлантическият и Индийския океан ще се разширят за сметка на Тихия, Африка ще се измести на север и благодарение на това Средиземно море постепенно ще бъде премахнато. Гибралтарският проток ще изчезне, а „обърнатата“ Испания ще затвори Бискайския залив. Африка ще бъде разцепена от големите африкански разломи и източната й част ще се измести на североизток. Червено море ще се разшири толкова много, че ще отдели Синайския полуостров от Африка, Арабия ще се премести на североизток и ще затвори Персийския залив. Индия все повече ще се придвижва към Азия, което означава, че Хималайските планини ще растат. Калифорния ще се отдели от Северна Америка по разлома Сан Андреас и на това място ще започне да се образува нов океански басейн. Значителни промени ще настъпят в южното полукълбо. Австралия ще пресече екватора и ще влезе в контакт с Евразия. Тази прогноза изисква значително уточнение. Много тук все още остават спорни и неясни.

От книгата “Съвременна геология”. N.A. Ясаманов. М. Недра. 1987 г

Характерът на движението на плочите също определя какво се случва на техните граници. Някои плочи се раздалечават, други се сблъскват, а някои се трият една в друга.

Сблъскващи се плочи

Там, където плочите се движат, се създават няколко вида гранични плочи, в зависимост от вида на сблъскващите се плочи. Например, на границата между океанските и континенталните плочи, образувана от океанската кора, се „гмурка“ под континенталната кора, създавайки дълбока депресия или изкоп на повърхността. Зоната, в която това се случва, се нарича субдуктивна. Тъй като плочата потъва по-дълбоко в мантията, тя започва да се топи. Кората на горната плоча е компресирана и върху нея растат планини. Някои от тях са образувани от магма, която се разпада през литосферата.

Зони, в които плочите се отдалечават една от друга, се срещат в някои области на океанското дъно. Те се характеризират с планински вериги от вулканични скали. Такива вулкани нямат стръмни склонове или конична форма. Обикновено това са дълги вериги от планини с леки склонове. Двете вериги са разделени от дълбока пукнатина, маркираща границата между плочите. Пукнатина се отваря, когато магма (разтопена скала), издигаща се от астеносферата, се освободи на повърхността. Веднъж на повърхността, магмата се охлажда и втвърдява по краищата на плочите, образувайки нови области на океанското дъно. В същото време магмата отблъсква плочите все повече и повече една от друга. Този процес, известен като разпространение на морското дъно, никога не свършва, защото пукнатината се отваря отново и отново. Мястото, където това се случва, се нарича средна гора.

Дълбоките депресии също се образуват на границите на две сблъскващи се плочи на океанската литосфера. Една от тези плочи влиза под другата и се топи, потъвайки в мантията. Магмата се втурва нагоре през литосферата и близо до границата на плочата отгоре се образува верига от вулкани.

Континентални плочи

В онези места, където две плочи на континенталната литосфера се сблъскват челно, се образуват високи планински вериги. На границата континенталната кора на двете плочи се компресира, напуква и се събира в гигантски гънки. Докато плочите се движат по-нататък, планинските вериги стават все по-високи и по-високи, тъй като цялата тази енергия се изтласква нагоре все повече и повече.

Океански ровове

Вдлъбнатините, образувани по границите на плочите, са най-дълбоките вдлъбнатини на земната повърхност. Марианската падина в Тихия океан се счита за най-дълбоката (11 022 метра под морското равнище). Най-високият в света Еверест (8848 метра над морското равнище) може да се удави в него. Тези дълбоководни превозни средства се използват за изследване на океански басейни.

Фрикционни плочи

Не всички плочи се отдалечават една от друга или се сблъскват челно. Някои от тях се търкат настрани, движейки се или в противоположни посоки, или в една и съща посока, но с на различни скорости. На границите на такива плочи, както на сушата, така и на морско дъно, не се образува нова литосфера и не се разрушава съществуващата. Когато плочите на континенталната литосфера се придвижват една към друга, цялата гранична зона се изтласква нагоре, образувайки високи планински вериги. Когато плочите се движат една до друга с различни скорости, изглежда, че се движат в противоположни посоки.

тектонски разлом литосферен геомагнит

Започвайки от ранния протерозой, скоростта на движение на литосферните плочи последователно намалява от 50 cm/година до съвременно значениеоколо 5 см/година.

Намаляването на средната скорост на движение на плочите ще продължи да се случва до момента, в който, поради увеличаването на мощността на океанските плочи и тяхното триене една срещу друга, то изобщо няма да спре. Но това ще се случи, очевидно, само след 1-1,5 милиарда години.

За да се определи скоростта на движение на литосферните плочи, обикновено се използват данни за местоположението на ивичните магнитни аномалии на океанското дъно. Тези аномалии, както вече е установено, се появяват в рифтовите зони на океаните поради намагнитването на базалтите, които се изливат върху тях от магнитното поле, което съществува на Земята по време на изливането на базалтите.

Но, както е известно, геомагнитното поле от време на време променя посоката си към точно обратното. Това доведе до факта, че базалтите, които се изляха в различни периодиобърнатите геомагнитни полета се оказаха намагнетизирани в противоположни посоки.

Но благодарение на разпространението на океанското дъно в рифтовите зони на средноокеанските хребети, по-древните базалти винаги се преместват на по-големи разстояния от тези зони и заедно с океанското дъно древното магнитно поле на Земята „замръзва“ в базалтите се отдалечават от тях.

ориз.

Разширяването на океанската кора, заедно с различно магнетизирани базалти, обикновено се развива строго симетрично от двете страни на рифтовия разлом. Следователно свързаните с тях магнитни аномалии също са разположени симетрично по двата склона на средноокеанските хребети и заобикалящите ги абисални басейни. Такива аномалии вече могат да се използват за определяне на възрастта на океанското дъно и скоростта на разширяването му в рифтови зони. За да се направи това обаче, е необходимо да се знае възрастта на отделните обръщания на магнитното поле на Земята и да се сравняват тези обръщания с магнитни аномалии, наблюдавани на океанското дъно.

Възрастта на магнитните обръщания е определена от подробни палеомагнитни изследвания на добре датирани слоеве от базалтови покриви и седиментни скали на континенти и базалти на океанското дъно. В резултат на сравняване на геомагнитната времева скала, получена по този начин с магнитните аномалии на океанското дъно, беше възможно да се определи възрастта на океанската кора в по-голямата част от Световния океан. Всички океански плочи, които са се образували по-рано от късната юра, вече са потънали в мантията под съвременни или древни зони на изтласкване на плочи и следователно на дъното на океана не са запазени магнитни аномалии, по-стари от 150 милиона години.

Представените заключения на теорията позволяват количествено да се изчислят параметрите на движение в началото на две съседни плочи, а след това и за третата, взета в тандем с една от предходните. По този начин постепенно става възможно включването на основните от идентифицираните литосферни плочи в изчислението и определяне на взаимното движение на всички плочи на земната повърхност. В чужбина такива изчисления са извършени от J. Minster и колегите му, а в Русия от S.A. Ушаков и Ю.И. Галушкин. Оказа се, че океанското дъно се раздалечава с максимална скорост в югоизточната част на Тихия океан (близо до Великденския остров). На това място годишно нараства до 18 см нова океанска кора. В геоложки мащаб това е много, тъй като само за 1 милион години по този начин се образува ивица младо дъно с ширина до 180 km, докато на всеки километър от рифтовата зона изтичат приблизително 360 km3 базалтова лава по време на същото време! Според същите изчисления Австралия се отдалечава от Антарктида със скорост около 7 см/година, а Южна Америка от Африка със скорост около 4 см/година. Преместването на Северна Америка от Европа става по-бавно - 2-2,3 см/год. Червено море се разширява още по-бавно - с 1,5 cm/година (съответно тук се изливат по-малко базалти - само 30 km3 за всеки линеен километър от рифта на Червено море за 1 милион години). Но скоростта на "сблъсъка" между Индия и Азия достига 5 см/година, което обяснява интензивните неотектонични деформации, развиващи се пред очите ни и растежа на планинските системи на Хиндукуш, Памир и Хималаите. Тези деформации създават високо нивосеизмична активност на целия регион (тектоничното влияние на сблъсъка на Индия с Азия засяга далеч отвъд самата зона на сблъсък на плочи, разпространявайки се чак до езерото Байкал и районите на Байкало-Амурската магистрала). Деформациите на Голям и Малък Кавказ са причинени от натиска на Арабската плоча върху този регион на Евразия, но скоростта на сближаване на плочите тук е значително по-малка - само 1,5-2 см/година. Следователно сеизмичната активност на района също е по-малка тук.

Съвременните геодезични методи, включително космическа геодезия, високоточни лазерни измервания и други методи, установиха скоростта на движение на литосферните плочи и доказаха, че океанските плочи се движат по-бързо от тези, които съдържат континент, и колкото по-дебела е континенталната литосфера, толкова по-ниска е скорост на движение на плочата.

Континентален дрейф

Нека се обърнем към най-важните идеи за жителите на Земята в теорията за тектониката на литосферните плочи - големи, до много милиони km 2, блокове от земната литосфера, основата на които се формира от силно нагънати магмени, метаморфозирани и гранитни скали, покрити отгоре с 3-4 километрова "покритие" от седиментни скали. Топографията на платформата се състои от обширни равнини и изолирани планински вериги. Ядрото на всеки континент е една или повече древни платформи, оградени с ресни планински вериги. В основата е движението на литосферните плочи.

Началото на 20 век е белязана от появата на хипотеза, която по-късно е предназначена да играе ключова роля в науките за Земята. Ф. Тейлър (1910), а след него А. Вегенер (1912) изразяват идеята за хоризонталните движения на континентите на дълги разстояния (континентален дрейф), но „През 30-те години на 20 век се установява течение в тектониката, която счита за водещ тип движения "вертикалните движения на земната кора, които се основават на процесите на диференциация на веществото на земната мантия. Нарича се фиксизъм, защото признава постоянно фиксираното положение на блоковете на кората спрямо подлежащата мантия." Въпреки това през 1960г. След откриването в океаните на глобална система от средноокеански хребети, опасващи цялото земно кълбо и на места стигащи до сушата, и редица други резултати, се връща към идеите от началото на 20 век. за континенталния дрейф, но вече в нова форма– тектоника на плочите, която остава водеща теория в науките за земята. То измества господстващата в средата на 20 век идея за водещата роля на вертикалните движения при преместванията и деформациите на земната кора и извежда на преден план хоризонталните движения на литосферните плочи, които включват не само кората, но и горната част на мантията. .

Основните принципи на тектониката на плочите са следните. Литосферата е подложена от по-малко вискозна астеносфера. Литосферата е разделена на ограничен брой големи (7) и малки плочи, чиито граници са начертани по концентрацията на земетръсни огнища. Големите плочи включват: Тихоокеанска, Евразийска, Северноамериканска, Южноамериканска, Африканска, Индо-Австралийска, Антарктическа. Литосферните плочи, движещи се по астеносферата, са твърди и твърди. В същото време „континентите не си проправят път през океанското дъно под въздействието на някаква невидима сила (както се предполагаше в първоначалната версия на „континенталния дрейф“), а пасивно се носят върху мантийния материал, който се издига нагоре под гребена на билото и след това се разпростира от него към двете страни." В този модел океанското дъно „е представено като гигантска конвейерна лента, излизаща на повърхността в рифтовите зони на средноокеанските хребети и след това изчезваща в дълбоководни ровове“: разширяването (разпространението) на океанското дъно поради разминаването на плочите по осите на средноокеанските хребети и раждането на нова океанска кора се компенсира с нейното поглъщане в зони на подпъхване (субдукция) на океанската кора в дълбоководни ровове, поради което обемът на Земята остава постоянен. Този процес е придружен от „многобройни земетресения с плитък фокус (с епицентри на дълбочина от няколко десетки километра) в рифтови зони и земетресения с дълбок фокус в района на дълбоководни окопи (фиг. 12.2, 12.3).

ориз. 12.2. Диаграма на конвекционния поток в мантията, причинена от разликите в плътността (според Ringwood и Green (от [Stacy, p. 80]). Тази диаграма показва очакваните фазови и химични трансформации, придружаващи конвективните движения на материята на мантията поради промени в налягането и температурата на различни дълбочини.

Фиг. 12.3. Схематичен разрез на Земята въз основа на хипотезата за разширяване (разпръскване) на океанското дъно – б; зона на дълбоководни ровове - V:литосферната плоча се потапя в астеносферата (A), опира се в нейното дъно (B и C) и се счупва - част („плоча“) се отчупва (D) –. В зоната на „триене” на плочите има плиткофокусни земетресения (черни кръгове), в зоната на „контрафорс” и „разлом” на плочата – дълбокофокусни земетресения (бели кръгове) (по Ueda, 1980 г. )

„Данните от сеизмичната томография показват потапяне на наклонени зони с повишени сеизмични скорости – плочи от океанската литосфера – дълбоко в мантията. Тези данни съвпадат със сеизмични повърхности, отдавна установени в хипоцентровете на земетресенията, достигащи до покрива на долната мантия. За първи път беше установено, че в редица случаи плочите се спускат и на голяма дълбочина, прониквайки в долната мантия, поведението на потъващите плочи се оказва нееднозначно: някои от тях, достигайки долната мантия, го правят. не го пресичат, а се отклоняват по повърхността, заемайки почти хоризонтално положение; други пресичат покрива на долната мантия, но след това образуват изпъкналост, а други не се гмуркат по-дълбоко; големи дълбочини, в някои области достигащи ядрото... Важен резултат от най-новите сеизмични томографски изследвания е откритието за отделянето на долната част на потъващата плоча. Това явление също не беше напълно неочаквано. Сеизмолозите са забелязали в определени региони изчезването на огнища на земетресение на определена дълбочина и след това повторното им появяване още по-дълбоко” [Khain 2002].

Причината за движението на литосферните плочи е топлинната конвекция в мантията на Земята. Над възходящите клонове на конвективните течения, литосферата изпитва повдигане и разтягане, което води до разделяне на плочи в възникващи рифтови зони. С отдалечаване от разривите в средата на океана литосферата става по-плътна, по-тежка, повърхността й потъва, което обяснява увеличаването на дълбочината на океана, и в крайна сметка потъва в дълбоководни ровове. В континенталните разриви затихването на възходящите потоци от нагрята мантия води до охлаждане и потъване на литосферата с образуването на басейни, пълни със седименти. В зоните на сближаване и сблъсък на плочи, кората и литосферата изпитват компресия, дебелината на кората се увеличава и започват интензивни движения нагоре, което води до изграждане на планини. Всички тези процеси, включително движението на литосферните плочи и плочи, са пряко свързани с механизмите на образуване на минерали.

Съвременните тектонични движения се изучават с геодезически методи, показвайки, че те се случват непрекъснато и навсякъде. Скоростта на вертикалните движения варира от фракции до няколко десетки mm, хоризонталните движения са с порядък по-високи - от фракции до няколко десетки cm на година (Скандинавският полуостров се издигна с 250 m за 25 хиляди години, Санкт Петербург се издигна с 1 m по време на своето съществуване). Тези. Причината за земетресенията, вулканичните изригвания, бавните вертикални (планини с височина хиляди метри се образуват в продължение на милиони години) и хоризонтални движения (в продължение на стотици милиони години това води до изместване на хиляди километри) са бавни, но изключително мощни движения на мантията материя.

„Разпоредбите на теорията за тектониката на плочите бяха експериментално тествани по време на дълбоководни сондажи, започнали през 1968 г. от американския изследователски кораб Glomar Challenger, който потвърди образуването на океани в процеса на разпространение, в резултат на проучвания на рифтовите долини на средните хребети, дъното на Червено море и Аденския залив с кацащи потопяеми апарати, които също установиха реалността на разпространението и съществуването на трансформни разломи, пресичащи средните хребети, и накрая, в изследването на съвременните движения на плочите с помощта на различни методи на космическата геодезия. От гледна точка на тектониката на плочите се обясняват много геоложки явления, но в същото време става ясно, че процесите на взаимно движение на плочите са по-сложни от очакваното от първоначалната теория... Периодичните промени в интензивността на тектоничните движения и деформации, съществуването на стабилна глобална мрежа от дълбоки разломи и някои т.н. Остава отворен въпросът за началото на тектониката на плочите в историята на Земята, тъй като преките признаци на тектоничните процеси на плочите... са известни само от късен протерозой. Някои изследователи обаче признават проявлението на тектониката на плочите от архея или ранния протерозой. От други планети слънчева системаНякои признаци на тектоника на плочите се виждат на Венера."

Тектониката на плочите, първоначално посрещната със скептицизъм, особено у нас, пише академик В.Е. Khain, - получи убедително потвърждение по време на дълбоководни сондажи и наблюдения от подводни спускаеми апарати в океаните, в директни измервания на движенията на литосферните плочи с помощта на методи на космическа геодезия, в данни за палеомагнетизъм и други материали и се превърна в първия наистина научна теорияв историята на геологията. В същото време, през изминалия четвърт век, с натрупването на нов и все по-разнообразен фактически материал, получен с помощта на нови инструменти и методи, ставаше все по-очевидно, че тектониката на плочите не може да претендира да бъде всеобхватен, наистина глобален модел на развитието на Земята" (Геология ..., стр. 43). Следователно "доста скоро след формирането си тектониката на плочите започна да се превръща в основата на други науки за твърдата Земя" ... Много голямо взаимно влияние ... беше открити между геотектониката и геофизиката, от една страна, и петрологията (науката за скалите) и геохимията - от друга. Синтезът на тези науки до началото на 70-те години ражда нова, комплексна наука - геодинамика, изучавайки целия набор от дълбоки, ендогенни (вътрешни) процеси, които променят литосферата и определят еволюцията на нейната структура, изучавайки физическите процеси, които определят развитието на твърдата Земя като цяло, и силите, които ги причиняват. „Данните от сеизмичното „предаване“ на Земята, наречено „сеизмична томография“, показаха това активни процеси, които в крайна сметка водят до промени в структурата на земната кора и топографията, се зараждат много по-дълбоко – в долната мантия и дори на границата й с ядрото. И самото ядро, както наскоро беше открито, участва в тези процеси...

Появата на сеизмичната томография определя прехода на геодинамиката към следващото ниво, а в средата на 80-те години ражда дълбоката геодинамика, която се превръща в най-младото и най-обещаващо направление в науките за Земята. При решаването на нови проблеми, освен сеизмичната томография, някои други науки също се притекоха на помощ: експерименталната минералогия, благодарение на новата апаратура, която вече има възможност да изследва поведението на минералната материя при налягания и температури, съответстващи на максималните дълбочини на мантията; изотопна геохимия, която изучава по-специално баланса на изотопите на редки елементи и благородни газове в различни слоеве на Земята и го сравнява с метеоритни данни; геомагнетизъм, който се опитва да разкрие механизма и причините за обръщане на магнитното поле на Земята; геодезия, която изяснява фигурата на геоида (както и, не по-малко важно, хоризонталните и вертикални движения на земната кора), и някои други клонове на нашето познание за Земята...

Още първите резултати от сеизмичните томографски изследвания показаха, че съвременната кинематика на литосферните плочи е напълно адекватна... само до дълбочини от 300-400 км, а по-надолу картината на движенията на мантийната материя става значително по-различна...

Теорията за тектониката на плочите обаче продължава да обяснява задоволително развитието на кората на континентите и океаните поне през последните 3 милиарда години, а сателитните измервания на движението на литосферните плочи са потвърдили наличието на движения за съвременната епоха.

Така в момента се очертава следната картина. В напречното сечение на земното кълбо има три най-активни слоя, всеки с дебелина няколкостотин километра: астеносферата и D" слоят в основата на мантията. Очевидно те играят водеща роля в глобалната геодинамика, която се превръща в нелинейната геодинамика на Земята като отворена система, т.е. синергични ефекти като ефекта на Bénard могат да възникнат в мантията и течното ядро.

За да се обясни феноменът на вътрешноплощния магматизъм, който е неразбираем в рамките на теорията за тектониката на литосферните плочи, и по-специално образуването на линейни вулканични вериги, при които възрастта на сградите естествено нараства с отдалечаване от съвременните активни вулкани, беше поставено напред през 1963 г. от Дж. Уилсън и обоснована през 1972 г. Хипотезата на В. Морган за възходящи мантийни струи (фиг. 12.1, 12.5), изпъкнали към повърхността в „горещи точки“ (разположението на „горещите точки“ на повърхността се контролира от отслабени, пропускливи зони в земната кора и литосферата, класически пример за съвременна „гореща точка“ - o . „Тази тектоника на шлейфа става все по-популярна всяка година.

Става... почти равностоен партньор на тектониката на плочите (тектониката на литосферните плочи). Доказано е, по-специално, че глобалният мащаб на дълбоко отвеждане на топлина през „горещи точки“ надвишава отделянето на топлина в зоните на разпространение на средноокеанските хребети... Има сериозни основания да се предполага, че корените на суперплюмовете достигат до дъното на мантията... Основният проблем е връзката между конвекцията, която контролира кинематиката на литосферните плочи, с адвекцията (хоризонтално движение), което води до издигане на струи. По принцип те не могат да бъдат независими процеси. Въпреки това, тъй като каналите, през които се издигат мантийните струи, са по-тесни, досега няма сеизмични томографски доказателства за издигането им от долната мантия.

Въпросът за стационарността на струите е много важен. Крайъгълният камък на хипотезата на Уилсън-Морган беше идеята за фиксирана позиция на корените на шлейфа в сублитосферната мантия и че се дължи образуването на вулканични вериги с естествено увеличаване на възрастта на сградите с разстояние от съвременните центрове на изригвания до „пробиването“ на движещите се над тях литосферни плочи с горещи мантийни струи ... Въпреки това, няма толкова много напълно безспорни примери за вулканични вериги от хавайски тип ... Така че все още има много несигурност в проблема от пера."

Геодинамика

Геодинамиката изследва взаимодействието на сложни процеси, протичащи в кората и мантията. Един от вариантите на геодинамиката, който дава по-сложна картина на движението на мантията от описаната по-горе (фиг. 12.2), се разработва от член-кореспондент на РАН E.V. Артюшков в книгата си “Геодинамика” (М., Наука, 1979 г.). Този пример показва как различни физични и химични модели се преплитат в реално геодинамично описание.

Според концепцията, очертана в тази книга, основният източник на енергия за всички тектонични процеси е процесът на гравитационна диференциация на материята, който се случва в долната мантия. След като тежкият компонент (желязо и др.) се отдели от скалата на долната мантия, която потъва в ядрото, „това, което остава, е смес от твърди вещества, която е по-лека от покриващата долна мантия... Местоположението на слоя от лекия материал под по-тежкия материал е нестабилен... Следователно светлината, натрупана под долната мантия, материалът периодично се събира в големи блокове с размер около 100 km и изплува към горните слоеве на планетата. Горната мантия се е образувала от този материал по време на живота на Земята.

Долната мантия най-вероятно представлява първичната, все още недиференцирана субстанция на Земята. По време на еволюцията на планетата ядрото и горната мантия нарастват за сметка на долната мантия.

Най-вероятно е издигането на блокове от лек материал в долната мантия да става по канали (виж Фиг. 12.6), в които температурата на материала е силно повишена и вискозитетът е рязко намален. Повишаването на температурата е свързано с освобождаването на голямо количество потенциална енергия, когато лекият материал се издига в гравитационно поле на разстояние от ~2000 km. Преминавайки през такъв канал, лекият материал също се нагрява силно, с ~1000°. Поради това той навлиза в горната мантия аномално загрят и по-лек по отношение на околните области.

Поради намалената плътност, лекият материал изплува в горните слоеве на горната мантия до дълбочини от 100-200 km или по-малко. Точката на топене на съставните му вещества намалява значително с намаляване на налягането. Следователно на малки дълбочини се получава частично топене на лек материал и вторична диференциация по плътност след първична диференциация на границата между ядрото и мантията. Отделените по време на диференциацията по-плътни вещества потъват в долните части на горната мантия, а по-леките изплуват на върха. Съвкупността от движения на материята в мантията, свързани с преразпределението на вещества с различна плътност в нея в резултат на диференциация, може да се нарече химическа конвекция.

Издигането на лек материал през канали в долната мантия се случва периодично на интервали от приблизително 200 милиона години. По време на ерата на неговия възход, за период от няколко десетки милиона години или по-малко, големи маси от силно нагрят лек материал, съответстващи по обем на слой от горната мантия с дебелина няколко десетки километра или повече, навлизат в горните слоеве на Земята от границата ядро-мантия. Въпреки това, проникването на лек материал в горната мантия не се случва навсякъде. Каналите в долната мантия са разположени на големи разстояния един от друг, от порядъка на няколко хиляди километра. Те могат да образуват и линейни системи, където каналите са разположени по-близо един до друг, но самите системи също ще бъдат много отдалечени една от друга. Лекият материал в горната мантия, преминал през каналите, се издига предимно вертикално и запълва областите, разположени над каналите (виж фиг. 12.6), без да се разпространява на големи разстояния в хоризонтална посока. IN горни частиВ мантията наскоро нахлулите големи обеми лек материал образуват силно изразени високотемпературни нехомогенности с повишена електропроводимост, намалени скорости на еластичните вълни и повишеното им затихване. Хоризонтална скала на неравностите в напречна посока ~ 1000 км…

В горните слоеве на горната мантия има рязко намаляване на вискозитета на нейното вещество. Поради това на дълбочини средно от 100 до 200 km се образува слой с намален вискозитет - астеносфера. Неговият вискозитет в областите на относително студената мантия е η ~ 10 19 - 10 20 поаза.

Там, където големи маси от лек нагрят материал, които наскоро са се издигнали от границата между ядрото и мантията, са разположени в астеносферата, вискозитетът на този слой пада още повече и дебелината се увеличава. Над астеносферата има много по-вискозен слой - литосфера, което в общия случай включва земната кора и горните, най-студени и вискозни слоеве на горната мантия. Дебелината на литосферата в стабилни зони е ~100 km и достига няколкостотин km. Значително увеличение на вискозитета с най-малко три порядъка се получава и в мантията под астеносферата.

Химическата конвекция е свързана с големи движения на големи маси материя в горната мантия. Въпреки това мантийните потоци сами по себе си не водят до значителни вертикални или хоризонтални измествания на литосферата. Това се дължи на рязкото намаляване на вискозитета в астеносферата, която играе ролята на смазващ слой между литосферата и основната част на мантията, разположена под астеносферата. Поради съществуването на астеносферата, вискозното взаимодействие на литосферата с теченията в подлежащата мантия, дори и с високата им интензивност, се оказва слабо. Следователно тектоничните движения на земната кора и литосферата не са пряко свързани с тези течения” [Артюшков, с. 288-291], а механизмите на вертикално и хоризонтално движение на литосферата изискват специално внимание.

Вертикални движения на литосферните плочи

В области, където големи маси от силно нагрят лек материал се въвеждат в астеносферата, настъпва частичното му топене и диференциация. Най-леките компоненти на лекия материал, освободен по време на диференциацията, изплувайки нагоре, бързо преминават през астеносферата и достигат основата на литосферата, където скоростта на тяхното издигане рязко спада. Това вещество в редица области образува натрупвания на така наречената аномална мантия в горните слоеве на Земята. По състав той приблизително съответства на нормалната мантия под кората в стабилни зони, но се отличава с много по-висока температура, до 1300-1500 °, и по-ниски скорости на надлъжни еластични вълни. Поради повишена температураплътността на аномалната мантия се оказва по-ниска от плътността на нормалната мантия. Навлизането му под литосферата води до изостатично издигане на последната (според закона на Архимед).

Благодарение на висока температураВискозитетът на аномалната мантия е много нисък. Следователно, навлизайки в литосферата, той бързо се разпространява по основата си, измествайки по-малко силно нагрятото и по-плътно астеносферно вещество, което преди това се е намирало тук. По време на движението си аномалната мантия запълва тези области, където основата на литосферата е повдигната - трапове, и обтича дълбоко потопените области на основата на литосферата - антитрапове. В резултат на това кората над капаните изпитва изостатично повдигане, докато над анти-капаните, в първо приближение, тя остава стабилна.

Охлаждането на кората и горната мантия до дълбочина ~100 km става много бавно и отнема няколкостотин милиона години. Следователно хетерогенностите в дебелината на литосферата, причинени от хоризонтални температурни вариации, имат голяма инерция.

Ако капанът се намира близо до възходящия поток на аномална мантия от дълбините, тогава той го улавя в големи количества и силно нагрят. В резултат на това над капана се образува голяма планинска структура... Според тази схема високи издигания възникват в областта на епиплатформената орогенеза (планинска сграда) в сгънати пояси на мястото на бившите високи планини ny структури, както и на островни дъги.

Слоят от аномална мантия, уловен под бившия щит, се свива с 1-2 км, докато се охлажда. В същото време кората, разположена над нея, изпитва потъване и седиментите се натрупват в полученото корито. Под тежестта им литосферата допълнително потъва. Крайната дълбочина на образувания по този начин седиментен басейн може да достигне 5-8 km.

Едновременно с уплътняването на мантията в капана в долната част на базалтовия слой на кората може да настъпи фазова трансформация на базалта в по-плътен гранатов гранулит и еклогит. Той също така е в състояние да осигури компресия на литосферата до 1-2 km и потъване до 5-8 km, когато падината е запълнена със седименти.

Описаните процеси на компресия в литосферата се развиват бавно, за период от ³ 10 2 милиона години. Те водят до образуването на седиментни басейни върху платформи. Тяхната дълбочина се определя от интензивността на уплътняване на мантията в трапа и коровия материал в базалтовия слой и може да достигне 15-16 km.

Топлинният поток, идващ от аномалната мантия, затопля покриващата мантия в литосферата и намалява нейния вискозитет. Следователно аномалната мантия постепенно измества по-плътната нормална мантия, разположена в литосферата, и се премества в кората на нейно място, като се е охладила значително. Когато аномалната мантия, която има температура Τ ~ 800-900 ° C, влезе в контакт с базалтовия слой на кората, в този слой се развива фазов преход към еклогит за период от ~ 1-10 милиона години. Плътността на еклогита е по-висока от плътността на мантията. Поради това той се откъсва от кората и потъва в подлежащата астеносфера. Силно изтънената кора е изостатично субдуцирана (виж фиг. 12.6), като в този случай се появява дълбока депресия, запълнена първо с вода, а впоследствие с дебел слой от седименти. Съгласно описаната схема се образуват депресии на вътрешните морета с консолидирана кора със силно намалена дебелина. Примерите включват Черноморския ров и дълбоководните ровове на западното Средиземно море.

Над областите на издигане на материал от мантията обикновено се развиват както възходящи, така и низходящи движения. Високите планински структури се образуват, когато капаните под щитовете и ниските планини са запълнени с високотемпературна аномална мантия (T³1000°C). Вътрешните морета възникват на мястото на съседни седиментни басейни, когато охладената аномална мантия с Τ ~ 800-900 ° C прониква в кората. Комбинацията от високи планини и дълбоки депресии, образувани на най-късния етап, в момента е характерна за алпийския геосинклинален пояс на Евразия.

Издигането на аномална мантия от дълбините се случва в различни региони на Земята. Ако капаните са разположени близо до такива зони, те отново улавят аномалната мантия и зоната, разположена над тях, отново изпитва повдигане. В повечето случаи анти-капаните се движат наоколо от аномална мантия и кората под тях продължава да потъва.

Хоризонтални движения на литосферните плочи

Образуването на повдигания, когато аномалната мантия достигне кората на океаните и континентите, увеличава потенциалната енергия, съхранявана в горните слоеве на Земята. Кората и аномалната мантия са склонни да се разпространяват навън, за да освободят тази излишна енергия. В резултат на това в литосферата възникват големи допълнителни напрежения от няколкостотин бара до няколко килобара. Свързани с тези напрежения различни видоветектонски движения на земната кора.

Разширяването на океанското дъно и континенталният дрейф възникват поради едновременното разширяване на средноокеанските хребети и потъването на океанските литосферни плочи в мантията. Под средните хребети има големи масиви от силно нагрята аномална мантия (виж фиг. 12.6). В аксиалната част на хребетите те са разположени непосредствено под земната кора с дебелина не повече от 5-7 km. Дебелината на литосферата тук е рязко намалена и не надвишава дебелината на кората. Аномална мантия се разпространява извън района високо кръвно налягане- от под гребена на билото в страни. В същото време той лесно разкъсва тънката океанска кора, след което в литосферата, заобикаляща океанския хребет, се появява сила на натиск Σ XP ~ 10 9 bar cm. Под въздействието на тази сила е възможно плочите на океанската литосфера да се отдалечат от оста на билото. Празнината, която се образува в кората по оста на билото, е изпълнена с базалтова магма, топяща се от аномалната мантия. Докато се втвърдява, образува нова океанска кора. Ето как океанското дъно се разширява.

Вискозитетът на аномалната мантия под средните хребети е значително намален поради високата й температура. Може да се разпространява доста бързо и следователно океанското дъно се разширява с висока скорост, средно от няколко сантиметра до десет сантиметра годишно. Океанската астеносфера също има относително нисък вискозитет. При скорост на движение на литосферните плочи от ~10 cm/година, вискозното триене между литосферата и астеносферата под океаните практически не възпрепятства растежа на океанското дъно и има малък ефект върху напреженията в литосферния слой...

Литосферните плочи се движат в посока от хребетите към зоните на потъване. Ако тези области са разположени в един и същи океан, тогава движението на литосферата по астеносферата, която има нисък вискозитет, се извършва с висока скорост. В момента тази ситуация е типична за Тихия океан.

Когато разширяването на дъното се извършва в един океан, а компенсиращото потъване се случва в друг, тогава континентът, разположен между тях, се движи към зоната на потъване. Вискозитетът на астеносферата под континентите е много по-висок, отколкото под океаните. Следователно, вискозното триене между литосферата и континенталната астеносфера оказва забележимо съпротивление на движението, намалявайки скоростта на разширяване на морското дъно, освен ако не се компенсира от потъването на литосферата в мантията в същия океан. В резултат на това, например, разширяването на дъното в Атлантическия океан става няколко пъти по-бавно, отколкото в Тихия океан.

На границата между континенталната и океанската плочи, в областта, където последната е потопена в мантията, действа сила на натиск от ~ 10 9 bar cm. Бързото относително движение на плочите по тази граница при условия на напрежение на натиск води до често повтарящи се силни земетресения." Нещо повече, "общата причина за движението на кората и мантията е желанието на Земята да достигне състояние с минимална потенциална енергия."

Литосферни плочи– големи твърди блокове от литосферата на Земята, ограничени от сеизмично и тектонично активни разломни зони.

Плочите, като правило, са разделени от дълбоки разломи и се движат през вискозния слой на мантията една спрямо друга със скорост 2-3 cm годишно. Там, където континенталните плочи се събират, те се сблъскват и образуват планински пояси . Когато континенталната и океанската плочи си взаимодействат, плочата с океанската кора се избутва под плочата с континенталната кора, което води до образуването на дълбоководни ровове и островни дъги.

Движението на литосферните плочи е свързано с движението на материята в мантията. IN отделни частиВ мантията има мощни потоци от топлина и материя, издигащи се от нейните дълбини до повърхността на планетата.

Повече от 90% от повърхността на Земята е покрита 13 -та по големина литосферни плочи.

Разрив– огромна пукнатина в земната кора, образувана по време на нейното хоризонтално разтягане (т.е. където потоците от топлина и материя се разминават). В разривите се появяват изтичания на магма, възникват нови разломи, хорстове и грабени. Образуват се средноокеански хребети.

Първо хипотеза за континентален дрейф (т.е. хоризонтално движение на земната кора), предложено в началото на двадесети век А. Вегенер. Създаден на негова основа литосферна теория т. Според тази теория литосферата не е монолит, а се състои от големи и малки плочи, „плаващи“ върху астеносферата. Граничните области между литосферните плочи се наричат сеизмични пояси - това са най-„неспокойните“ райони на планетата.

Земната кора се разделя на стабилни (платформи) и подвижни области (нагънати области - геосинклинали).

- мощни подводни планински структури в океанското дъно, най-често заемащи средно положение. В близост до средноокеанските хребети литосферните плочи се раздалечават и се появява млада базалтова океанска кора. Процесът е съпроводен с интензивен вулканизъм и висока сеизмичност.

Континенталните рифтови зони са например Източноафриканската рифтова система, Байкалската рифтова система. Рифтовете, подобно на средноокеанските хребети, се характеризират със сеизмична активност и вулканизъм.

Тектоника на плочите- хипотеза, която предполага, че литосферата е разделена на големи плочи, които се движат хоризонтално през мантията. В близост до средноокеанските хребети литосферните плочи се раздалечават и растат поради материята, издигаща се от недрата на Земята; в дълбоководните ровове една плоча се движи под друга и се абсорбира от мантията. Гънките се образуват там, където плочите се сблъскват.