Атмосферная плита. Теория тектоники плит

Тектоника - это раздел геологии, который изучает строение земной коры и движение литосферных плит. Но она настолько многогранна, что играет значительную роль во многих других науках о Земле. Применяется тектоника в архитектуре, геохимии, сейсмологии, при изучении вулканов и во многих других областях.

Наука тектоника

Тектоника - наука относительно молодая, она занимается изучением движения литосферных плит. Впервые мысль о движении плит озвучена в теории дрейфа континентов Альфредом Вегенером в 20-х годах XX века. Но своё развитие она получила только в 60-е годы XX века, после проведения исследований рельефа на континентах и дна океана. Полученный материал позволил по-новому взглянуть на ранее существующие теории. Теория литосферных плит появилась в результате развития идей теории дрейфа материков, теории геосинклиналей и гипотезе контракций.

Тектоника - наука, изучающая силу и природу сил, которые формируют горные массивы, сминают породы в складки, растягивают земную кору. Она лежит в основе всех геологических процессов, происходящих на планете.

Контракционная гипотеза

Гипотеза контракции была выдвинута геологом Эли де Бомоном в 1829 году на собрании Академии наук Франции. Она объясняет процессы горообразования и складчатости земной коры под воздействием уменьшения объёма Земли из-за охлаждения. В основу гипотезы легли представления Канта и Лапласа о первичном огненно-жидком состоянии Земли и её дальнейшем охлаждении. Поэтому процессы горообразования и складкообразования объяснялись как процессы сжатия земной коры. В дальнейшем, остывая, Земля уменьшала свой объём и сминалась в складки.

Контракционная тектоника, определение которой подтверждало новое учение о геосинклиналях, объясняло неравномерное строение земной коры, стала прочной теоретической базой для дальнейшего развития науки.

Теория геосинклиналей

Существовала на рубеже конца XIX и начала XX веков. Она объясняет тектонические процессы циклическими колебательными движениями земной коры.

Внимание геологов было обращено на то, что породы могут залегать как горизонтально, так и дислоцировано. Горизонтально залегающие породы отнесли к платформам, а дислоцированные - к складчатым областям.

Согласно теории геосинклиналей, на начальной стадии из-за активных тектонических процессов происходит прогиб, опускание земной коры. Этот процесс сопровождается сносом осадков и формированием мощной толщи осадочных отложений. В дальнейшем происходит процесс горообразования и появление складчатости. На смету геосинклинальному режиму приходит платформенный, который характеризуется незначительными тектоническими движениями с образованием небольшой мощности осадочных пород. Завершающая стадия - это стадия образование континента.

Почти 100 лет господствовала геосинклинальная тектоника. Геология того времени испытывала нехватку фактического материала, впоследствии накопленные данные привели к созданию новой теории.

Теория литосферных плит

Тектоника - это одно из направлений в геологии, которое легло в основу современной теории о движении литосферных плит.

Согласно теории часть земной коры - литосферные плиты, которые находятся в непрерывном движении. Их движение происходит относительно друг друга. В зонах растяжения земной коры (срединно-океанические хребты и континентальные рифты) образуется новая океаническая кора (зона спрейдинга). В зонах погружения блоков земной коры происходит поглощение старой коры, а также погружение океанической под континентальную (зона субдукции). Также в рамках теории объясняются процессы горообразований и вулканической активности.

Глобальная тектоника плит включает в себя такое ключевое понятие, как геодинамическая обстановка. Характеризуется она совокупностью геологических процессов, в пределах одной территории, в определённый времени. Для одной и той же геодинамической обстановки характерны одни и те же геологические процессы.

Строение земного шара

Тектоника - это раздел геологии, который изучает строение планеты Земля. Земля в грубом приближении имеет форму сплющенного эллипсоида и состоит из нескольких оболочек (слоёв).

В выделяют следующие слои:

Земная кора.
Мантия.
Ядро.

Земная кора - это наружный твёрдый слой Земли, от мантии она отделяется границей, которая называется поверхностью Мохоровича.

Мантия, в свою очередь, подразделяется на верхнюю и нижнюю. Границей, разделяющей слои мантии, является слой Голицина. Земная кора и верхняя часть мантии, до астеносферы, являются литосферой Земли.

Ядро является центром земного шара, отделяется от мантии границей Гуттенберга. Оно разделяется на жидкое внешнее и твёрдое внутреннее ядро, между ними существует переходная зона.

Строение земной коры

К строению земной коры прямое отношение имеет наука тектоника. Геология изучает не только процессы, происходящие в недрах Земли, но и её строение.

Земная кора - это верхняя часть литосферы, является внешней твёрдой сложена она породами различного физико-химического состава. По физико-химическим параметрам существует подразделение на три слоя:

Базальтовый.
Гранито-гнейсовый.
Осадочный.

Так же есть разделение в строении земной коры. Выделяется четыре основных типа земной коры:

Континентальная.
Океаническая.
Субконтинентальная.
Субокеаническая.

Континентальная кора представлена всеми тремя слоями, мощность её варьируется от 35 до 75 км. Верхний, осадочный слой, развит широко, но, как правило, имеет небольшую мощность. Следующий слой, гранито-гнейсовый, имеет максимальную мощность. Третий слой, базальтовый, сложен из метаморфических пород.

Представлена двумя слоями - осадочным и базальтовым, мощность её составляет 5-20 км.

Субконтинентальная кора, как и континентальная, состоит из трёх слоёв. Отличие состоит в том, что мощность гранито-гнейсового слоя в субконтинентальной коре гораздо меньше. Такой тип коры встречается на границе континента с океаном, в области активного вулканизма.

Субокеаническая кора близка к океанической. Отличие состоит в том, что мощность осадочного слоя может достигать 25 км. Этот тип коры приурочен к глубинным прогибам земной коры (внутриконтинентальные моря).

Литосферная плита

Литосферные плиты - это крупные блоки земной коры, являющиеся частью литосферы. Плиты способны перемещаться относительно друг друга по верхней части мантии - астеносфере. Отделены плиты друг от друга глубоководными желобами, срединно-океаническими хребтами и горными системами. Характерной особенность литосферных плит является то, что они способны сохранить жёсткость, форму и строение длительное время.

Тектоника Земли говорит о том, что литосферные плиты находятся в постоянном движении. С течением времени они меняют свой контур - могут расколоться или срастись. На сегодняшний день выделено 14 крупных литосферных плит.

Тектоника литосферных плит

Процесс, формирующий внешний облик Земли, напрямую связан с тектоникой литосферных плит. Тектоника мира подразумевает, что происходит движение не континентов, а литосферных плит. Сталкиваясь друг с другом, они формируют горные массивы или глубокие океанические впадины. Землетрясения и извержения вулканов являются следствием движения литосферных плит. Активная геологическая деятельность приурочена в основном к краям этих образований.

Движение литосферных плит зафиксировано при помощи спутников, но природа и механизм этого процесса пока остаётся тайной.

В океанах процессы разрушения и накопления осадков имеют замедленный характер, поэтому тектонические движения хорошо отражаются в рельефе. Рельеф дна имеет сложно расчленённую структуру. Выделяются образованные в результате вертикальных движений земной коры, и структуры, полученные из-за горизонтальных движений.

К структурам океанического дна относятся такие формы рельефа, как абиссальные равнины, океанические котловины и срединно-океанические хребты. В зоне котловин, как правило, наблюдается спокойная тектоническая обстановка, в зоне срединно-океанических хребтов отмечается тектоническая активность земной коры.

Тектоника океанов ещё включает в себя такие структуры, как глубоководные желоба, океанические горы и гийоты.

Причины, двигающие плиты

Движущей геологической силой является тектоника мира. Основной причиной, по которой происходит движение плит, является мантийная конвекция, создающаяся теплогравитационными течениями в мантии. Это происходит из-за разности температур на поверхности и в центре Земли. Внутри породы нагреваются, происходит их расширение и уменьшение плотности. Лёгкие фракции начинают всплывать, а на их место опускаются холодные и тяжёлые массы. Процесс переноса тепла происходит непрерывно.

На движение плит действуют ещё рад факторов. Например, астеносфера в зонах восходящих потоков является приподнятой, а в зонах погружения - опущенной. Таким образом, формируется наклонная плоскость и происходит процесс «гравитационного» соскальзывания литосферной плиты. Оказывают влияние и зоны субдукции, где холодная и тяжёлая океаническая кора затягивается под горячую континентальную.

Мощность астеносферы под континентами значительно меньше, а вязкость больше, чем под океанами. Под древними частями континентов астеносфера практически отсутствует, поэтому в этих местах они не двигаются и остаются на месте. А так как литосферная плита включает в себя и континентальную, и океаническую часть, то присутствие древней континентальной части будет препятствовать движению плиты. Движение чисто океанических плит происходит быстрее, чем смешанных, а тем более континентальных.

Механизмов, приводящих в движение плит, много, условно их можно выделить в две группы:

Совокупность процессов движущих сил отражает в целом геодинамический процесс, который охватывает все слои Земли.

Архитектура и тектоника

Тектоника - это не только чисто геологическая наука, связанная с процессами, происходящими в недрах Земли. Она используется и в повседневной жизни человека. В частности, применяется тектоника в архитектуре и строительстве каких-либо строений, будь то здания, мосты или подземные сооружения. Здесь в основу ложатся законы механики. В этом случае под тектоникой понимается степень прочности и устойчивости конструкции в данной конкретной местности.

Теория литосферных плит не объясняет связи движений плит с глубинными процессами. Нужна теория, которая бы объясняла не только строение и движение литосферных плит, но и процессы, происходящие внутри Земли. Разработка подобной теории связана с объединением таких специалистов, как геологи, геофизики, географы, физики, математики, химики и многие другие.

Твердые планеты в своем развитии проходят период нагревания, основную энергию для которого дают падающие на поверхность планеты обломки космических тел (см . Гипотеза газопылевого облака). При столкновении этих объектов с планетой почти вся кинетическая энергия падающего объекта мгновенно преобразуется в тепловую, поскольку его скорость движения, составляющая несколько десятков километров в секунду, в момент удара резко падает до нуля. Всем внутренним планетам Солнечной системы — Меркурию, Венере, Земле, Марсу — этого тепла хватало если не для того, чтобы полностью или частично расплавиться, то хотя бы для того, чтобы размягчиться и сделаться пластичными и текучими. В этот период вещества с наибольшей плотностью передвигались к центру планет, образуя ядро , а наименее плотные, наоборот, поднимались на поверхность, образуя земную кору . Примерно так же расслаивается соус для салата, если его надолго оставить на столе. Этот процесс, называемый дифференциацией магмы , объясняет внутреннее строение Земли.

У самых маленьких внутренних планет, Меркурия и Марса (а также у Луны), это тепло в конце концов выходило на поверхность и рассеивалось в космосе. Затем планеты затвердевали и (как в случае с Меркурием) в последующие несколько миллиардов лет проявляли низкую геологическую активность. История Земли была совсем другой. Поскольку Земля — самая крупная из внутренних планет, в ней сохранился и самый большой запас тепла. А чем крупнее планета, тем меньше у нее отношение площади поверхности к объему и тем меньше она теряет тепла. Следовательно, Земля остывала медленнее, чем другие внутренние планеты. (То же самое можно сказать и о Венере, размер которой немного меньше Земли.)

Кроме того, с начала формирования Земли в ней происходил распад радиоактивных элементов, что увеличивало запас тепла в ее недрах. Следовательно, Землю можно рассматривать как шарообразную печь. Внутри нее непрерывно образуется тепло, переносится к поверхности и излучается в космос. Перенос тепла вызывает ответное перемещение мантии — оболочки Земли, расположенной между ядром и земной корой на глубине от нескольких десятков до 2900 км (см . Теплообмен). Горячее вещество из глубины мантии поднимается, охлаждается, а затем вновь погружается, замещаясь новым горячим веществом. Это классический пример конвективной ячейки.

Можно сказать, что порода мантии бурлит так же, как вода в чайнике: и в том, и в другом случае тепло переносится в процессе конвекции. Некоторые геологи считают, что для завершения полного конвективного цикла породам мантии требуется несколько сотен миллионов лет — по человеческим меркам очень большое время. Известно, что многие вещества с течением времени медленно деформируются, хотя на протяжении человеческой жизни они выглядят абсолютно твердыми и неподвижными. Например, в средневековых соборах старинные оконные стекла внизу толще, чем наверху, потому что в течение многих веков стекло стекало вниз под действием силы тяжести. Если за несколько столетий это происходит с твердым стеклом, то нетрудно представить себе, что то же самое может произойти с твердыми горными породами за сотни миллионов лет.

Наверху конвективных ячеек земной мантии плавают породы, составляющие твердую поверхность Земли, — так называемые тектонические плиты . Эти плиты состоят из базальта, самой распространенной излившейся магматической горной породы. Толщина этих плит примерно 10-120 км, и они перемещаются по поверхности частично расплавленной мантии. Материки, состоящие из относительно легких пород, таких как гранит, образуют самый верхний слой плит. В большинстве случаев толщина плит под материками больше, чем под океанами. Со временем процессы, происходящие внутри Земли, сдвигают плиты, вызывая их столкновение и растрескивание, вплоть до образования новых плит или исчезновения старых. Именно благодаря этому медленному, но непрерывному перемещению плит поверхность нашей планеты все время находится в динамике, постоянно изменяясь.

Важно понимать, что понятия «плита» и «материк» — не одно и то же. Например, Северо-Американская тектоническая плита простирается от середины Атлантического океана до западного побережья Северо-Американского континента. Часть плиты покрыта водой, часть — сушей. Анатолийская плита, на которой расположены Турция и Ближний Восток, полностью покрыта сушей, в то время как Тихоокеанская плита расположена полностью под Тихим океаном. То есть границы плит и береговые линии материков не обязательно совпадают. Кстати, слово «тектоника» происходит от греческого слова tekton («строитель») — тот же корень есть и в слове «архитектор» — и подразумевает процесс строительства или сборки.

Тектоника плит заметнее всего там, где плиты соприкасаются друг с другом. Принято выделять три типа границ между плитами.

Дивергентные границы

В середине Атлантического океана поднимается к поверхности раскаленная магма, образовавшаяся в глубине мантии. Она прорывается сквозь поверхность и растекается, постепенно заполняя собой трещину между раздвигающимися плитами. Из-за этого морское дно расширяется и Европа и Северная Америка расходятся в стороны со скоростью несколько сантиметров в год. (Это движение смогли измерить с помощью радиотелескопов, расположенных на двух континентах, сравнив время прихода радиосигнала от далеких квазаров.)

Если дивергентная граница расположена под океаном, в результате расхождения плит возникает срединно-океанический хребет — горная цепь, образованная за счет скопления вещества в том месте, где оно выходит на поверхность. Срединно-Атлантический хребет, простирающийся от Исландии до Фолклендов, — это самая длинная горная цепь на Земле. Если же дивергентная граница находится под материком, она буквально разрывает его. Примером такого процесса, происходящего в наши дни, служит Великая долина разломов, простирающаяся от Иордании на юг в Восточную Африку.

Конвергентные границы

Если на дивергентных границах образуется новая кора, значит где-то в другом месте кора должна разрушаться, иначе Земля увеличивалась бы в размерах. При столкновении двух плит одна из них пододвигается под другую (это явление называется субдукцией, или пододвиганием). При этом плита, оказавшаяся внизу, погружается в мантию. Что происходит на поверхности над зоной субдукции, зависит от местонахождения границ плиты: под материком, на границе материка или под океаном.

Если зона субдукции расположена под океанической корой, то в результате пододвигания образуется глубокая срединно-океаническая впадина (желоб). Примером этого может служить самое глубокое место в Мировом океане — Марианская впадина около Филиппин. Вещество нижней плиты попадает вглубь магмы и расплавляется там, а потом может опять подняться к поверхности, образуя гряду вулканов — как, например, цепь вулканов на востоке Карибского моря и на западном берегу Соединенных Штатов.

Если обе плиты на конвергентной границе находятся под материками, результат будет совсем другим. Материковая кора состоит из легких веществ, и обе плиты фактически плавают над зоной субдукции. Поскольку одна плита пододвигается под другую, два материка сталкиваются, и их границы сминаются, образуя материковый горный хребет. Так сформировались Гималаи, когда Индийская плита около 50 миллионов лет назад столкнулась с Евразийской. В результате такого же процесса сформировались и Альпы, когда Италия соединилась с Европой. А Уральские горы, старую горную цепь, можно назвать «сварочным швом», образовавшимся при объединении европейского и азиатского массивов.

Если материк покоится только на одной из плит, на нем будут образовываться складки и смятия по мере его наползания на зону субдукции. Примером этого служат Анды на Западном побережье Южной Америки. Они сформировались после того, как Южно-Американская плита наплыла на погрузившуюся под нее плиту Наска в Тихом океане.

Трансформные границы

Иногда бывает так, что две плиты не расходятся и не пододвигаются друг под друга, а просто трутся краями. Самый известный пример такой границы — разлом Сан-Андреас в Калифорнии, где движутся бок о бок Тихоокеанская и Северо-Американская плиты. В случае трансформной границы плиты сталкиваются на время, а затем расходятся, высвобождая много энергии и вызывая сильные землетрясения.

В заключение я хотел бы подчеркнуть, что, хотя тектоника плит включает в себя понятие о движении материков, это не то же самое, что гипотеза дрейфа материков, предложенная в начале ХХ века. Эта гипотеза была отвергнута (справедливо, по мнению автора) геологами из-за некоторых экспериментальных и теоретических неувязок. И тот факт, что наша современная теория включает в себя один аспект из гипотезы дрейфа материков — перемещение материков, — не означает, что ученые отвергли тектонику плит в начале прошлого века только для того, чтобы принять ее позже. Теория, которая принята сейчас, коренным образом отличается от прежней.

Состоит из множества слоев, нагромождающихся друг на друга. Однако лучше всего нам известны земная кора и литосфера. Это не удивляет - ведь мы не только обитаем на них, но и черпаем из глубин большинство доступных нам природных ресурсов. Но еще верхние оболочки Земли сохраняют миллионы лет истории нашей планеты и всей Солнечной системы.

Эти два понятия так часто встречаются в прессе и литературе, что вошли повседневный словарь современного человека. Оба слова используются для обозначения поверхности Земли или другой планеты - однако между понятиями есть разница, базирующаяся на двух принципиальных подходах: химическом и механическом.

Химический аспект - земная кора

Если разделять Землю на слои, руководствуясь различиями в химическом составе, верхним слоем планеты будет земная кора. Это относительно тонкая оболочка, заканчивающаяся на глубине от 5 до 130 километров под уровнем моря - океаническая кора тоньше, а континентальная, в районах гор, толще всего. Хотя 75% массы коры приходится только на кремний и кислород (не чистые, связанные в составе разных веществ), она отличается наибольшим химическим разнообразием среди всех слоев Земли.

Играет роль и богатство минералов - различных веществ и смесей, созданных за миллиарды лет истории планеты. Земная кора содержит не только «родные» минералы, которые были созданы геологическими процессами, но и массивное органическое наследие, вроде нефти и угля, а также инопланетные, включения.

Физический аспект - литосфера

Опираясь на физические характеристики Земли, такие как твердость или упругость, мы получим несколько иную картину - внутренности планеты будет укутывать литосфера (от др. греческого lithos, «скалистый, твердый» и «sphaira» сфера). Она намного толще земной коры: литосфера простирается до 280 километров вглубь и даже захватывает верхнюю твердую часть мантии!

Характеристики этой оболочки полностью соответствуют названию - это единственный, кроме внутреннего ядра, твердый слой Земли. Прочность, правда, относительная - литосфера Земли является одной из самых подвижных в Солнечной системе, из-за чего планета уже не раз изменяла свой внешний вид. Но для значительного сжатия, искривления и прочих эластических изменений требуются тысячи лет, если не больше.

Интересный факт - планета может и не обладать поверхностной корой. Так, поверхность - это его затвердевшая мантия; кору ближайшая к Солнцу планета потеряла давным-давно в результате многочисленных столкновений.

Подводя итог, земная кора - это верхняя, химически разнообразная часть литосферы, твердой оболочки Земли. Первоначально они обладали практически одинаковым составом. Но когда на глубины воздействовала только нижележащая астеносфера и высокие температуры, в формировании минералов на поверхности активно участвовали гидросфера, атмосфера, метеоритные остатки и живые организмы.

Литосферные плиты

Еще одна черта, которая отличает Землю от других планет - это разнообразие на ней разнотипных ландшафтов. Конечно, свою невероятно большую роль сыграли и вода, о чем мы расскажем немного позже. Но даже основные формы планетарного ландшафта нашей планеты отличаются от той же Луны. Моря и горы нашего спутника - это котлованы от бомбардировки метеоритами. А на Земле они образовались в результате сотен и тысяч миллионов лет движения литосферных плит.

О плитах вы уже наверняка слышали - это громадные устойчивые фрагменты литосферы, которые дрейфуют по текучей астеносфере, словно битый лед по реке. Однако между литосферой и льдом есть два главных отличия:

Прорехи между плитами небольшие, и быстро затягиваются за счет извергающегося с них расплавленного вещества, а сами плиты не разрушаются от столкновений.
В отличие от воды, в мантии отсутствует постоянное течение, которое могло бы задавать постоянное направление движения материкам.

Так, движущей силой дрейфа литосферных плит является конвекция астеносферы, основной части мантии - более горячие потоки от земного ядра поднимаются к поверхности, когда холодные опускаются обратно вниз. Учитывая то, что материки различаются в размерах, и рельеф их нижней стороны зеркально отражает неровности верхней, движутся они также неравномерно и непостоянно.

Главные плиты

За миллиарды лет движения литосферных плит они неоднократно сливались в суперконтиненты, после чего снова разделялись. В ближайшем будущем, через 200– 300 миллионов лет, тоже ожидается образование суперконтинента под именем Пангея Ультима. Рекомендуем посмотреть видео в конце статьи - там наглядно показано, как мигрировали литосферные плиты за последние несколько сотен миллионов лет. Кроме того, силу и активность движения материков определяет внутренний нагрев Земли - чем он выше, тем сильнее расширяется планета, и тем быстрее и свободнее движутся литосферные плиты. Однако с начала истории Земли ее температура и радиус постепенно снижаются.

Интересный факт - дрейф плит и геологическая активность не обязательно должны питаться от внутреннего самонагрева планеты. К примеру, спутник Юпитера, обладает множеством активных вулканов. Но энергию для этого дает не ядро спутника, а гравитационное трение с , из-за которого недра Ио разогреваются.

Границы литосферных плит весьма условны - одни части литосферы тонут под другими, а некоторые, как Тихоокеанская плита, вообще скрыты под водой. Геологи сегодня насчитывают 8 основных плит, которые покрывают 90 процентов всей площади Земли:

Австралийская
Антарктическая
Африканская
Евразийская
Индостанская
Тихоокеанская
Северо-Американская
Южно-Американская

Такое разделение появилось недавно - так, Евразийская плита еще 350 миллионов лет назад состояла из отдельных частей, во время слияния которых образовались Уральские горы, одни из самых древних на Земле. Ученые по сей день продолжают исследование разломов и дна океанов, открывая новые плиты и уточняя границы старых.

Геологическая активность

Литосферные плиты движутся очень медленно - они наползают друг друга со скоростью 1–6 см/год, и отдаляются максимально на 10-18 см/год. Но именно взаимодействие между материками создает геологическую активность Земли, ощутимую на поверхности - извержения вулканов, землетрясения и образование гор всегда происходят в зонах контакта литосферных плит.

Однако есть исключения - так называемые горячие точки, которые могут существовать и в глубине литосферных плит. В них расплавленные потоки вещества астеносферы прорываются наверх, проплавляя литосферу, что приводит к повышенной вулканической активности и регулярным землетрясениям. Чаще всего это происходит неподалеку от тех мест, где одна литосферная плита наползает на другую - нижняя, вдавленная часть плиты погружается в мантию Земли, повышая тем самым давление магмы на верхнюю плиту. Однако сейчас ученые склоняются к той версии, что «утонувшие» части литосферы расплавляются, повышая давление в глубинах мантии и создавая тем самым восходящие потоки. Так можно объяснить аномальную отдаленность некоторых горячих точек от тектонических разломов.

Интересный факт - в горячих точках часто образуются щитовые вулканы, характерные своей пологой формой. Они извергаются много раз, разрастаясь за счет текучей лавы. Также это типичный формат инопланетных вулканов. Самый известный из них на Марсе, самая высокая точка планеты - высота его достигает 27 километров!

Океаническая и континентальная кора Земли

Взаимодействие плит также приводит к формированию двух различных типов земной коры - океанической и континентальной. Поскольку в океанах, как правило, находятся стыки различных литосферных плит, их кора постоянно изменяется - разламывается или поглощается другими плитами. На месте разломов возникает непосредственный контакт с мантией, откуда поднимается раскаленная магма. Остывая под воздействием воды, она создает тонкий слой из базальтов - основной вулканической породы. Таким образом, океаническая кора полностью обновляется раз в 100 миллионов лет - самые старые участки, которые находятся в Тихом океане, достигают максимального возраста в 156–160 млн лет.

Важно! Океаническая кора - это не вся та земная кора, что находится под водой, а лишь ее молодые участки на стыке материков. Часть континентальной коры находится под водой, в зоне стабильных литосферных плит.

Возраст океанической коры (красный соответствует молодой коре, синий - старой).

Тектоника плит

Определение 1

Тектоническая плита – это движущаяся часть литосферы, которая перемещается на астеносфере как относительно жесткий блок.

Замечание 1

Тектоника плит – наука, изучающая структуру и динамику поверхности земли. Установлено, что верхняя динамическая зона Земли фрагментирована в плиты, движущиеся по астеносфере. Тектоника плит описывает, в каком направлении перемещаются литосферные плиты, а также особенности их взаимодействия.

Вся литосфера разделена на большие и более мелкие плиты. Тектоническая, вулканическая и сейсмическая активность проявляется по краям плит, что ведет к формированию крупных горных бассейнов. Тектонические движения способны изменять рельеф планеты. В месте их соединения формируются горы и возвышенности, в местах расхождения образуются впадины и трещины в земле.

В настоящее время движение тектонических плит продолжается.

Движение тектонических плит

Литосферные плиты перемещаются относительно друг друга в среднем со скоростью 2,5 см в год. При движении плиты между собой взаимодействуют, особенно вдоль границ, вызывая значительные деформации в земной коре.

В результате взаимодействия тектонических плит между собой образовались массивные горные хребты и связанные с ними системы разломов (например, Гималаи, Пиренеи, Альпы, Урал, Атлас, Аппалачи, Апеннины, Анды, система разломов Сан-Андреас и др.).

Трение между плитами вызывает большую часть землетрясений на планете, вулканическую активность и образование океанических ям.

В состав тектонических плит входит два типа литосферы: континентальная кора и океаническая кора.

Тектоническая плита может быть трех типов:

континентальная плита,
океаническая плита,
смешанная плита.

Теории движения тектонических плит

В изучении движения тектонических плит особая заслуга принадлежит А. Вегенеру, предположившему, что Африка и восточная часть Южной Америки ранее были единым континентом. Однако после произошедшего много млн. лет назад разлома, начался сдвиг частей земной коры.

Согласно гипотезе Вегенера, тектонические платформы, обладающие разной массой и имеющие жесткую структуру, размещались на пластичной астеносфере. Они пребывали в неустойчивом состоянии и все время перемещались, в результате чего сталкивались, заходили друг на друга, формировались зоны раздвижения плит и стыки. В местах столкновений формировались участки с повышенной тектонической активностью, образовывались горы, извергались вулканы и происходили землетрясения. Смещение происходило со скоростью до 18 см в год. Из глубинных слоев литосферы в разломы проникала магма.

Некоторые исследователи считают, что выходящая на поверхность магма постепенно остывала и формировала новую структуру дна. Незадействованная земная кора под действие дрейфа плит погружалась в недра и снова превращалась в магму.

Исследования Вегенера затронули процессы вулканизма, изучение вопросов растяжения поверхности дна океанов, а также вязко-жидкой внутренней структуры земли. Труды А. Вегенера стали фундаментом для развития теории тектоники литосферных плит.

Исследования Шмеллинга доказали существование конвективного движения внутри мантии и приводящего к движению литосферных плит. Ученый считал, что основная причина движения тектонических плит – тепловая конвекция в мантии планеты, при которой нижние слои земной коры нагреваются и поднимаются, а верхние – остывают и постепенно опускаются.

Основное положение в теории тектоники плит занимает понятие геодинамической обстановки, характерной структуры с определенным соотношением тектонических плит. В одинаковой геодинамической обстановке наблюдаются однотипные магматические, тектонические, геохимические и сейсмические процессы.

Теория тектоники плит не объясняет полностью связи между движениями плит и происходящими в глубине планеты процессами. Необходима теория, которая могла бы описать внутреннее строение самой земли, процессы, происходящие в ее недрах.

Положения современной тектоники плит:

верхняя часть земной коры включает литосферу, обладающую хрупкой структурой и астеносферу, имеющую пластичную структуру;
основная причина движения плит – конвекция в астеносфере;
современная литосфера состоит из восьми крупных тектонических плит, порядка десяти средних плит и множества мелких;
мелкие тектонические плиты располагаются между крупными;
магматическая, тектоническая и сейсмическая активность сосредоточены на границах плит;
движение тектонических плит подчиняется теореме вращения Эйлера.

Типы движений тектонических плит

Выделяют различные типы движений тектонических плит:

дивергентное движение – две плиты расходятся, и между ними образуется подводная горная цепь или пропасть в земле;
конвергентное движение – две плиты сходятся, и более тонкая плита перемещается под более большую плиту, вследствие чего формируются горные хребты;
скользящее движение – плиты перемещаются в противоположных направлениях.

В зависимости от типа движения выделяют дивергентные, конвергентные и скользящие тектонические плиты.

Конвергенция приводит к субдукции (одна плита находится над другой) или к коллизии (две плиты сминаются и образуются горные цепи).

Дивергенция ведет к спредингу (расхождение плит и формированием океанических хребтов) и рифтингу (формирование разлома континентальной коры).

Трансформный тип движения тектонических плит подразумевает их перемещение вдоль разлома.

Рисунок 1. Типы движений тектонических плит. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

Тектоника плит (plate tectonics ) - современная геодинамическая концепция, основанная на положении о крупномасштабных горизонтальных перемещениях относительно целостных фрагментов литосферы (литосферных плит). Таким образом, тектоника плит рассматривает движения и взаимодействия литосферных плит.

Впервые предположение о горизонтальном движении блоков коры было высказано Альфредом Вегенером в 1920-х годах в рамках гипотезы «дрейфа континентов», но поддержки эта гипотеза в то время не получила. Лишь в 1960-х годах исследования дна океанов дали неоспоримые доказательства горизонтальных движении плит и процессов расширения океанов за счёт формирования (спрединга) океанической коры. Возрождение идей о преобладающей роли горизонтальных движений произошло в рамках «мобилистического» направления, развитие которого и повлекло разработку современной теории тектоники плит. Основные положения тектоники плит сформулированы в 1967-68 группой американских геофизиков - У. Дж. Морганом, К. Ле Пишоном, Дж. Оливером, Дж. Айзексом, Л. Сайксом в развитие более ранних (1961-62) идей американских учёных Г. Хесса и Р. Дигца о расширении (спрединге) ложа океанов

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).

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.

Конвергентные границы – границы, вдоль которых происходит столкновение плит. Главных вариантов взаимодействия при столкновении может быть три: «океаническая – океаническая», «океаническая – континентальная» и «континентальная - континентальная» литосфера. В зависимости от характера сталкивающихся плит, может протекать несколько различных процессов.

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).

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.

Рисунок - Силы, действующие на литосферные плиты.

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.

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.

Рисунок - Карта возраста пород океанического дна Северной Атлантики (по У. Питмену и М. Тальвани, 1972). Разным цветом выделены участки океанского дна различных возрастных интервалов; цифрами указан возраст в миллионах лет.

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

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.

Рисунок - Образование полосовых магнитных аномалий при спрединге.

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.