Згідно з науковими дослідженнями, вченим вдалося встановити, що літосфера складається з. Тектонічні плити та їх рух

Дивергенція

Про те, що Пангея$ 135 $ млн. років тому розпалася на Лавразію та Гондвану, стверджував ще А. Вегенер. Його гіпотеза була названа мобілізмом. Гіпотезастала теорієюу другій половині минулого століття. Рух плит літосфери був зафіксований із космосу.

Земну кору утворюють $15$ літосферних плит, З них $ 6 $ плит є найбільшими.

До них відносяться:

• Євразійська плита;
• Північноамериканська плита;
• Американська плита;
• Австралійська плита;
• Антарктична плита;
• Тихоокеанська плита.

Швидкість руху плит за різними оцінками становить від $ 1 $ мм-1 $ 8 $ см на рік.

Відносні переміщення плит можуть бути трьох типів:

• Дивергенція;
• Конвергенція;
• Зсувні рухи.

Дивергенціяабо розбіжність виражається рифтингом та спредингом.

Розсування плит відбувається вздовж дивергентних кордонів. Ці межі у рельєфі планети представлені рифтамиде переважають деформації розтягування. Кора має знижену потужність, а тепловий потік максимальний, внаслідок чого відбувається інтенсивна вулканічна діяльність. Залежно від того, де знаходиться дивергентний кордон, залежить подальший розвиток– якщо кордон на континенті, то формується континентальний рифт. Надалі він може перетворитися на океанічний басейн. Рифти на океанічній корі присвячені центральним частинам серединно-океанічних хребтів, де утворюється нова океанічна кора. Її утворення відбувається за рахунок того, що з астеносфери надходить магматичний базальтовий розплав.

Визначення 1

Утворення нової океанічної кори за рахунок надходження мантійної речовини отримало назву спредінг

Серединно-океанічні хребти ділять на швидко-спредингові – швидкість розсування плит становить $8$-$16$ см на рік та повільно-спредингові. Останні мають чітко виражену центральну депресію. Це рифтглибиною $4$-$5$ тис. метрів. Рифт, що утворився, стає початком розколу континенту. Поступово формується лінійна западина, що має глибину сотні метрів та обмежена серією скидів.

Подальший розвиток подій може йти за двома варіантами:

• Припинення розширення рифту, заповнення його осадовими породами та перетворення на авлакоген;
• Розсування континентів продовжується і починається формування океанічної кори.

Визначення 2

Авлакоген– це лінійна рухлива зона усередині платформи

Конвергенція

Визначення 3

Конвергенція– це сходження плит, що виражається субдукцією та колізією.

Існує кілька варіантів взаємодії плит при їх зіткненні:

• Зіткнення двох океанічних плит;
• Зіткнення океанічної плити з континентальною;
• Зіткнення двох континентальних плит.

Зауваження 1

Характер зіткнення плит може бути різним, залежно від цього можливі різні процеси. Процес субдукціївиникає тоді, коли важча океанська плита підсувається під континентальну плиту чи іншу океанічну. Якщо стикаються дві океанічні плити, то занурюватиметься більше давня, Тому що вона вже охолола і щільна. Субдукціяпов'язана з формуванням нової континентальної кори.

Іноді при взаємодії континентальної та океанської плит виникає процес обдукціїале він буває значно рідше і в наші дні ніде не встановлено. Проте ділянки з епізодами обдукціївідомі і сталися вони у недавній геологічне час. У процесі обдукції частина океанської літосфери насувається край континентальної плити. Кора континентальних плит легша, ніж речовина мантії, тому при їх зіткненні зануритися в неї не може, що призводить до процесу колізії. У ході цього процесу краї континентальних плит дробляться і змінюються. В результаті відбувається формування великих насувів та зростання гірських споруд. Наприклад, при зіткненні Індостанської та Євразійської плит відбулося зростання гірських систем Гімалаїв та Тибету, а океан Тетісвнаслідок цього був закритий- Колізія завершує закриття океанічного басейну. Сучасні конвергентні кордони мають загальну протяжність близько $57 $ тис. км. Їх $45$ тис. км є субдукционными, інші ж ставляться до колізійним кордонів.

Зсувні переміщення трансформними розломами

Паралельний рух плит та їх різна швидкість призводить до трансформним розломам, які є зсувні порушення. Вони дуже рідкісні на материках і поширені в океанах. В океані ці розлами спрямовані перпендикулярно серединно-океанічним хребтам та розбивають їх на сегменти. На таких ділянках практично постійні землетруси та гороутворення. Надвиги, складки, грабени формуються довкола розлому. На материках такі зсувні кордони досить рідкісні і досить активним прикладом такого кордону є розлом Сан-Андреас. Він відокремлює Тихоокеанську плиту від Північноамериканської плити. Сан-Андреастягнеться на $800$ миль і відноситься до самих сейсмоактивнимрайонів планети. Зміщення плит тут щодо один одного відбувається на $0,6$ см на рік, а землетруси, які виникають один раз на $22$ року, мають магнітуду понад $6$ одиниць. У зоні підвищеної небезпеки знаходиться місто Сан Францискоі більшість бухти однойменної назви, тому що вони знаходяться в безпосередній близькості від розлому. Рух плит пояснюється мантійною конвекцією, яка є основною причиною. Конвекція утворюється завдяки мантійним теплогравітаційним течіям, а джерелом енергії їм служить різницю температури між центральними областями Землі та частинами, близькими до поверхні. Породи, нагріті в центральних зонах, починають розширюватися, зменшується їх щільність і, поступаючись місцем холоднішим, вони спливають. Внаслідок безперервності цього процесу виникають замкнуті впорядковані конвективні осередки. У її верхній частині перебіг речовини майже горизонтальне, як і визначає переміщення плит.

Зауваження 2

Якщо говорити загалом, то під зонами дивергентних кордонів розташовуються висхідні гілки конвективних осередків, а під зонами конвергентних кордонів – низхідні гілки та основною причиною руху літосферних плит є « волочінняконвективними течіями.

Можна назвати ще низку факторів, що діють на плити:

• Гравітаційне «зісковзування» літосферної плити;
• Затягування в зонах субдукції холодної океанської плити у гарячу;
• Гідравлічне розклинювання базальтами у зонах серединно-океанічних хребтів.

Літосферні плити складаються з океанських та континентальних частин. Вчені вважають, що присутність у складі плити континенту має « гальмувати» рух всієї плити. Так воно і є, швидше рухаються суто океанські плити. Наска, Тихоокеанська. Повільніше рухаються плити, у складі яких велику площу займають континенти. Євразійська, Північноамериканська, Південноамериканська, Антарктична, Африканська.

Умовно виділяють дві групи мезанізмів, які рухають плити:

• Сили мантійного «волочіння»;
• Сили, що додаються до країв плит.

Хоча для кожної плити рушійні механізми оцінюються індивідуально. Переміщення літосферних плит можна описати на основі теореми Ейлера. Його теорема стверджує, що будь-яке обертання тривимірного простору має вісьта обертання можна описати такими параметрами як координати осі обертання та кут повороту. За допомогою теореми можна реконструювати становище континентів у минулі геологічні епохи. Вчені дійшли висновку, аналізуючи дані про переміщення континентів, що кожні $400$-$600$ млн. років вони знову об'єднуються в єдиний суперконтинент, який надалі розпадається.

Що ми знаємо про літосферу?

Тектонічні плити - це великі стабільні ділянки кори Землі, які є складовими частинамилітосфери. Якщо звернутися до тектоніки, науки, що вивчає літосферні платформи, ми дізнаємося, що великі за площею ділянки земної кориз усіх боків обмежені специфічними зонами: вулканічною, тектонічною та сейсмічною активностями. Саме на стиках сусідніх плит і відбуваються явища, які зазвичай мають катастрофічні наслідки. До них можна віднести як виверження вулканів, і сильні за шкалою сейсмічної активності землетрусу. У процесі вивчення планети тектоніка платформ відіграла важливу роль. Її значення можна порівняти з відкриттям ДНК чи геліоцентричною концепцією в астрономії.

Якщо згадати геометрію, ми можемо уявити, що одна точка може бути місцем дотику кордонів трьох і більше плит. Вивчення тектонічної структури земної кори показують, що найбільш небезпечними і швидко руйнуються є стики чотирьох і більше платформ. Це формування найбільш нестійке.

Літосфера ділиться на два типи плит, різних за своїми характеристиками: континентальну та океанічну. Варто виділити тихоокеанську платформу, що складається з океанічної кори. Більшість інших складаються з так званого блоку, коли континентальна плита впаюється в океанічну.

Розташування платформ показує, що близько 90% поверхні планети складається з 13 великих за розміром, стабільних ділянок земної кори. Інші 10% припадають на невеликі формування.

Вчені склали карту найбільших тектонічних плит:

• Австралійська;
• Аравійський субконтинент;
• Антарктична;
• Африканська;
• Індостанська;
• Євразійська;
• Плита Наска;
• Плита Кокос;
• Тихоокеанська;
• Північно- та південно-американські платформи;
• Плита Скотія;
• Філіппінська плита.

З теорії ми знаємо, що тверда оболонка землі (літосфера) складається не лише з плит, що формують рельєф поверхні планети, а й з глибинної частини – мантії. Континентальні платформи мають товщину від 35 км (на рівнинних теренах) до 70 км (у зоні гірських масивів). Вченими доведено, що найбільшу товщину має плита у зоні Гімалаїв. Тут товщина платформи сягає 90 км. Найтонша літосфера знаходиться у зоні океанів. Її товщина вбирається у 10 км, а деяких районах цей показник дорівнює 5 км. На підставі інформації про те, на якій глибині знаходиться епіцентр землетрусу і якою є швидкість поширення сейсмічних хвиль, проводяться розрахунки товщини ділянок земної кори.

Процес формування літосферних плит

Літосфера складається з кристалічних речовин, що утворилися в результаті охолодження магми при виході на поверхню. Опис структури платформ говорить про їхню неоднорідність. Процес формування земної кори відбувався тривалий період, і триває досі. Через мікротріщини у породі розплавлена ​​рідка магма виходила поверхню, створюючи нові химерні форми. Її властивості змінювалися залежно від зміни температури і утворювалися нові речовини. Тому мінерали, які знаходяться на різній глибині, відрізняються за своїми характеристиками.

Поверхня земної кори залежить від впливу гідросфери та атмосфери. Постійно відбувається вивітрювання. Під впливом цього процесу змінюються форми, а мінерали подрібнюються, змінюючи свої властивості при постійному хімічному складі. В результаті вивітрювання поверхня ставала більш пухкою, з'являлися тріщини та мікровпадини. У цих місцях з'являлися відкладення, які нам відомі як ґрунт.

Карта тектонічних плит

На перший погляд, здається, що літосфера стабільна. Верхня її частина такою і є, але нижня, яка відрізняється в'язкістю і плинністю, рухлива. Літосфера поділяється на певна кількістьчастин, про тектонічних плит. Вчені що неспроможні сказати з скількох частин складається земна кора, оскільки крім великих платформ, є й дрібніші формування. Назви найбільших плит були наведені вище. Процес формування земної кори відбувається постійно. Ми цього не помічаємо, оскільки ці дії відбуваються дуже повільно, але зіставивши результати спостережень за різні періоди, можна побачити, на скільки сантиметрів на рік зміщуються межі утворень. Тому тектонічна карта світу постійно оновлюється.

Тектонічна плита Кокос

Платформа Кокос є типовим представником океанічних частин земної кори. Вона розташована у Тихоокеанському регіоні. На заході її кордон проходить хребтом Східно-Тихоокеанського підняття, а на сході її кордон можна визначити умовною лінією вздовж узбережжя Північної Америкивід Каліфорнії до Панамського перешийка. Ця плита підсувається під сусідню Карибську плиту. Ця зона відрізняється високою сейсмічною активністю.

Найсильніше від землетрусів у цьому регіоні страждає Мексика. Серед усіх країн Америки саме на її території розташовано найбільше згаслих вулканів, що діють. Країна перенесла велику кількість землетрусів із магнітудою понад 8 балів. Регіон досить густонаселений, тому, крім руйнувань, сейсмічна активність призводить і до великої кількості жертв. На відміну від Кокоса, розташовані в іншій частині планети, Австралійська та Західно-Сибірська платформи відрізняються стабільністю.

Рух тектонічних плит

Довгий час вчені намагалися з'ясувати, чому в одному регіоні планети гориста місцевість, а в іншому рівнинна, і чому відбуваються землетруси та виверження вулканів. Різні гіпотези будувалися переважно тих знаннях, які були доступні. Лише після 50-х років двадцятого століття вдалося детальніше вивчити земну кору. Вивчалися гори, утворені на місцях розлому плит, хімічний склад цих плит, а також створювалися карти регіонів із тектонічною активністю.

У вивченні тектоніки особливе місце зайняла гіпотеза про переміщення літосферних плит. Ще на початку ХХ століття німецький геофізик А. Вегенер висунув сміливу теорію про те, чому вони рухаються. Він ретельно досліджував схему контурів західного узбережжяАфрики та східного узбережжя Південної Америки. Відправною точкою в його дослідженнях стала саме схожість контурів цих континентів. Він припустив, що, можливо, ці материки були раніше єдиним цілим, а потім стався розлом і почалося зрушення частин кори Землі.

Його дослідження торкалися процесів вулканізму, розтягнення поверхні дна океанів, в'язко-рідку структуру земної кулі. Саме праці А. Вегенера були покладені основою досліджень, проведених у 60-х роках минулого століття. Вони стали фундаментом виникнення теорії «тектоніки літосферних плит».

Ця гіпотеза описувала модель Землі так: тектонічні платформи, що мають жорстку структуру і мають різну масу, розміщувалися на пластичній речовині астеносфери. Вони перебували у дуже нестійкому стані та постійно переміщалися. Для простішого розуміння можна провести аналогію з айсбергами, які постійно дрейфують в океанічних водах. Так і тектонічні структури, перебуваючи на пластичній речовині, постійно рухаються. Під час усунення плити постійно стикалися, заходили одна на одну, виникали стики та зони розсування плит. Цей процес відбувався через різницю в масі. У місцях зіткнень утворювалися області з підвищеною тектонічною активністю, виникали гори, відбувалися землетруси та виверження вулканів.

Швидкість усунення становила трохи більше 18 див на рік. Утворювалися розломи, до яких надходила магма із глибинних верств літосфери. З цієї причини породи, що становлять океанічні платформи, мають різний вік. Але вчені висунули навіть неймовірнішу теорію. На думку деяких представників наукового світумагма виходила на поверхню і поступово охолоджувалася, створюючи нову структуру дна, при цьому «надлишки» земної кори під дією дрейфу плит, занурювалися в земні надра і знову перетворювалися на рідку магму. Як би там не було, а рухи материків відбуваються і в наш час, і з цієї причини створюються нові карти для подальшого вивчення процесу дрейфу тектонічних структур.

Поверхнева оболонка Землі складається з частин – літосферних чи тектонічних плит. Вони є цілісні великі блоки, що у безперервному русі. Це призводить до виникнення різних явищ на поверхні земної кулі, внаслідок яких неминуче змінюється рельєф.

Тектоніка плит

Тектонічні плити - це складові літосфери, відповідальні за геологічну активність нашої планети. Мільйони років тому вони були єдиним цілим, становлячи найбільший надконтинент під назвою Пангея. Проте внаслідок високої активності у надрах Землі цей материк розколовся на континенти, які віддалилися один від одного на максимальну відстань.

За версією вчених, за кілька сотень років цей процес піде у зворотному напрямку, і тектонічні плити знову почнуть поєднуватися один з одним.

Рис. 1. Тектонічні плити Землі.

Земля є єдиною планетою в Сонячної системичия поверхнева оболонка розбита на окремі частини. Товщина тектонічних досягає кількох десятків кілометрів.

Відповідно до тектоніці - науки, що вивчає літосферні пластини, величезні ділянки земної кори з усіх боків оточені зонами підвищеної активності. На стиках сусідніх плит і відбуваються природні явища, які найчастіше викликають масштабні катастрофічні наслідки: виверження вулканів, найсильніші землетруси.

Рух тектонічних плит Землі

Основною причиною, через яку вся літосфера земної кулі знаходиться в безперервному русі, є теплова конвекція. У центральній частині планети панують критично висока температура. При нагріванні верхні шари речовини, що у надрах Землі, піднімаються, тоді як верхні шари, вже охолоджені, опускаються до центру. Безперервна циркуляція речовини і надає руху ділянки земної кори.

ТОП-1 статтяякі читають разом з цією

Швидкість руху літосферних плит становить приблизно 2-2,5 см на рік. Оскільки їх рух відбувається на поверхні планети, то на межі їхньої взаємодії виникають сильні деформації в земній корі. Як правило, це призводить до формування гірських хребтів та розломів. Наприклад, біля Росії так були утворені гірські системи Кавказ, Урал, Алтай та інші.

Рис. 2. Великий Кавказ.

Існує кілька типів руху літосферних плит:

• Дивергентне - Дві платформи розходяться, утворюючи підводну гірську гряду або провал у землі.
• Конвергентне - дві пластини зближуються, при цьому тонша занурюється під масивнішу. У цьому формуються гірські масиви.
• Ковзаюче - дві пластини рухаються у протилежних напрямках.

Африка буквально розколюється на частини. Були зафіксовані великі тріщини всередині землі, що тягнуться через більшу частину території Кенії. За прогнозами вчених, приблизно через 10 мільйонів років африканський континент як єдине ціле припинить своє існування.

Літосферні плити Землі є величезними брилами. Їх фундамент утворений сильно зім'ятими у складки гранітними метаморфізованими магматичними породами. Назви літосферних плит будуть наведені у статті нижче. Зверху вони прикриті три-чотирьохкілометровим "чохлом". Він сформований із осадових порід. Платформа має рельєф, що складається з окремих гірських хребтів та великих рівнин. Далі буде розглянуто теорію руху літосферних плит.

Поява гіпотези

Теорія руху літосферних плит з'явилася на початку ХХ століття. Згодом їй судилося зіграти основну роль дослідженнях планети. Вчений Тейлор, а після нього і Вегенер висунув гіпотезу про те, що з часом відбувається дрейф літосферних плит у горизонтальному напрямку. Однак у тридцяті роки 20 століття утвердилася інша думка. Згідно з ним, переміщення літосферних плит здійснювалося вертикально. В основі цього явища лежав процес диференціації мантійної речовини планети. Воно стало називатися фіксізмом. Таке найменування зумовлювалося тим, що визнавалося постійно фіксоване становище ділянок кори щодо мантії. Але в 1960 році після відкриття глобальної системи серединно-океанічних хребтів, які оперізують всю планету і виходять в деяких районах на сушу, відбулося повернення до гіпотези початку 20-го століття. Однак теорія набула нову форму. Тектоніка брил стала провідною гіпотезою в науках, що вивчають структуру планети.

Основні положення

Було визначено, що є великі літосферні плити. Їхня кількість обмежена. Також є літосферні плити Землі меншого розміру. Кордони між ними проводять по згущенню в осередках землетрусів.

Назви літосферних плит відповідають розташованим над ними материковим та океанічним областям. Глиб, що мають величезну площу, всього сім. Найбільші літосферні плити – це Південно- та Північно-Американські, Євро-Азійська, Африканська, Антарктична, Тихоокеанська та Індо-Австралійська.

Глиби, що пливуть астеносферою, відрізняються монолітністю і жорсткістю. Наведені вище ділянки – це основні літосферні плити. Відповідно до початковими уявленнямивважалося, що континенти прокладають собі дорогу через океанічне дно. У цьому рух літосферних плит здійснювалося під впливом невидимої сили. В результаті проведених досліджень було виявлено, що брили пливуть пасивно за матеріалом мантії. Їх напрям спочатку вертикально. Мантійний матеріал піднімається під гребенем хребта нагору. Потім відбувається поширення обидві сторони. Відповідно, спостерігається розбіжність літосферних плит. Ця модель представляє океанічне дно як гігантську. Вона виходить на поверхню в рифтових областях серединно-океанічних хребтів. Потім ховається у глибоководних жолобах.

Розбіжність літосферних плит провокує розширення океанічних лож. Однак обсяг планети, незважаючи на це, залишається незмінним. Справа в тому, що народження нової кори компенсується її поглинанням у ділянках субдукції (підсуву) у глибоководних жолобах.

Чому відбувається рух літосферних плит?

Причина полягає у тепловій конвекції мантійного матеріалу планети. Літосфера піддається розтягуванню і відчуває підйом, що відбувається над висхідними гілками конвективних течій. Це провокує рух літосферних плит убік. У міру віддалення від серединно-океанічних рифтів відбувається ущільнення платформи. Вона важчає, її поверхня опускається донизу. Цим пояснюється збільшення океанічної глибини. У результаті платформа занурюється в глибоководні жолоби. При згасанні від розігрітої мантії вона охолоджується і опускається із формуванням басейнів, що заповнюються опадами.

Зони зіткнення літосферних плит – це області, де кора та платформа зазнають стиснення. У зв'язку з цим потужність першої підвищується. В результаті починається висхідний рух літосферних плит. Воно призводить до формування гір.

Дослідження

Вивчення сьогодні здійснюється із застосуванням геодезичних методів. Вони дозволяють зробити висновок про безперервність та повсюдність процесів. Виявляються зони зіткнення літосферних плит. Швидкість підйому може становити до десятка міліметрів.

Горизонтально великі літосферні плити пливуть дещо швидше. У цьому випадку швидкість може становити до десятка сантиметрів протягом року. Так, наприклад, Санкт-Петербург піднявся вже на метр за період свого існування. Скандинавський півострів – на 250 м за 25 000 років. Мантійний матеріал рухається порівняно повільно. Однак у результаті відбуваються землетруси та інші явища. Це дозволяє зробити висновок про велику потужність переміщення матеріалу.

Використовуючи тектонічну позицію плит, дослідники пояснюють безліч геологічних явищ. Разом з цим у ході вивчення з'ясувалась набагато більша, ніж це уявлялося на самому початку появи гіпотези, складність процесів, що відбуваються з платформою.

Тектоніка плит не змогла пояснити зміни інтенсивності деформацій та руху, наявність глобальної сталої мережі з глибоких розломів та деякі інші явища. Залишається також відкритим питанняпро історичний початок події. Прямі ознаки, що вказують на плитно-тектонічні процеси відомі з періоду пізнього протерозою. Проте низка дослідників визнає їх прояв із архею чи раннього протерозою.

Розширення можливостей для дослідження

Поява сейсмотомографії зумовило перехід цієї науки на якісно новий рівень. У середині вісімдесятих років минулого століття глибинна геодинаміка стала найперспективнішим і наймолодшим напрямком з усіх існуючих наук про Землю. Однак вирішення нових завдань здійснювалося з використанням не лише сейсмотомографії. На допомогу прийшли інші науки. До них, зокрема, належать експериментальну мінералогію.

Завдяки наявності нового обладнання з'явилася можливість вивчати поведінку речовин при температурах та тисках, що відповідають максимальним на глибинах мантії. Також у дослідженнях використовувалися методи ізотопної геохімії. Ця наука вивчає, зокрема, ізотопний баланс рідкісних елементів, і навіть шляхетних газів у різних земних оболонках. У цьому показники порівнюються з метеоритними даними. Застосовуються методи геомагнетизму, за допомогою яких вчені намагаються розкрити причини та механізм інверсій у магнітному полі.

Сучасна картина

Гіпотеза тектоніки платформи продовжує задовільно пояснювати процес розвитку кори протягом хоча б останніх трьох мільярдів років. При цьому є супутникові виміри, відповідно до яких підтверджено факт того, що основні літосферні плити Землі не стоять на місці. Через війну вимальовується певна картина.

У поперечному перерізі планети присутні три найактивніші шари. Потужність кожного з них становить кілька сотень кілометрів. Передбачається, що виконання головної роліу глобальній геодинаміці покладено саме на них. У 1972 році Морган обгрунтував висунуту в 1963-му Вілсоном гіпотезу про висхідні мантійні струмені. Ця теорія пояснила явище про внутрішньоплитний магнетизм. Плюм-тектоніка, що виникла в результаті, стає з часом все більш популярною.

Геодинаміка

З її допомогою розглядається взаємодія досить складних процесів, що відбуваються у мантії та корі. Відповідно до концепції, викладеної Артюшковим у його праці "Геодинаміка", як основне джерело енергії виступає гравітаційна диференціація речовини. Цей процес відзначається у нижній мантії.

Після того як від породи відокремлюються важкі компоненти (залізо та інше), залишається легша маса твердих речовин. Вона опускається у ядро. Розташування легшого шару під важким нестійке. У зв'язку з цим матеріал, що накопичується, збирається періодично в досить великі блоки, які спливають у верхні шари. Розмір таких утворень становить близько ста кілометрів. Цей матеріал став основою для формування верхньої

Нижній шар, ймовірно, є недиференційованою первинною речовиною. У ході еволюції планети за рахунок нижньої мантії відбувається зростання верхньої та збільшення ядра. Імовірніше, що блоки легкого матеріалу піднімаються в нижній мантії вздовж каналів. Вони температура маси досить висока. В'язкість при цьому суттєво знижена. Підвищенню температури сприяє виділення великого обсягу потенційної енергії в процесі підйому речовини в область сили тяжіння приблизно на відстань 2000 км. По ходу руху таким каналом відбувається сильний нагрівання легких мас. У зв'язку з цим у мантію речовина надходить, володіючи досить високою температурою і значно меншою вагою порівняно з оточуючими елементами.

За рахунок зниженої щільності легкий матеріал спливає у верхні шари до глибини 100-200 і менше кілометрів. Зі зниженням тиску падає температура плавлення компонентів речовини. Після первинної диференціації лише на рівні " ядро-мантія " відбувається вторинна. На невеликих глибинах легка речовина частково піддається плавленню. При диференціації виділяються щільніші речовини. Вони поринають у нижні шари верхньої мантії. Більш легкі компоненти, що виділяються, відповідно, піднімаються вгору.

Комплекс рухів речовин у мантії, пов'язаних із перерозподілом мас, що володіють різною щільністю в результаті диференціації, називають хімічною конвекцією. Підйом легких мас відбувається з періодичністю приблизно 200 млн років. При цьому використання у верхню мантію відзначається не повсюдно. У нижньому шарі канали розташовуються на достатньо великій відстаніодин від одного (до кількох тисяч кілометрів).

Підйом брил

Як було зазначено вище, у тих зонах, де відбувається впровадження великих мас легкого нагрітого матеріалу в астеносферу, відбувається часткове його плавлення і диференціація. В останньому випадку відзначається виділення компонентів та подальше їх спливання. Вони досить швидко проходять крізь астеносферу. При досягненні літосфери їхня швидкість знижується. У деяких областях речовина формує скупчення аномальної мантії. Вони залягають, зазвичай, у верхніх шарах планети.

Аномальна мантія

Її склад приблизно відповідає нормальній мантійній речовині. Відмінністю аномального скупчення є більш висока температура (до 1300-1500 градусів) та знижена швидкість пружних поздовжніх хвиль.

Надходження речовини під літосферу провокує ізостатичне підняття. У зв'язку з підвищеною температурою аномальне скупчення має нижчу щільність, ніж нормальна мантія. Крім того, відзначається невелика в'язкість складу.

У процесі надходження до літосфери аномальна мантія досить швидко розподіляється вздовж підошви. При цьому вона витісняє щільнішу і менш нагріту речовину астеносфери. По ходу руху аномальне скупчення заповнює ті ділянки, де підошва платформи перебуває у піднесеному стані (пастки), а глибоко занурені області вона обтікає. У результаті першому випадку відзначається изостатическое підняття. Над зануреними областями кора залишається стабільною.

Пастки

Процес охолодження мантійного верхнього шару та кори до глибини приблизно ста кілометрів відбувається повільно. Загалом він займає кілька сотень мільйонів років. У зв'язку з цим неоднорідності в потужності літосфери, що пояснюються горизонтальними температурними відмінностями, мають досить велику інерційність. У тому випадку, якщо пастка розташовується неподалік висхідного потоку аномального скупчення з глибини, велика кількість речовини захоплюється сильно нагрітим. Через війну формується досить великий гірський елемент. Відповідно до даної схеми відбуваються високі підняття на ділянці епіплатформного орогенезу

Опис процесів

У пастці аномальний шар під час охолодження піддається стиску на 1-2 кілометри. Кора, розташована зверху, занурюється. У прогибі, що сформувався, починають накопичуватися опади. Їхній тягар сприяє ще більшому зануренню літосфери. У результаті глибина басейну може становити від 5 до 8 км. Разом з цим при ущільненні мантії в нижній ділянці базальтового шару в корі може відзначатись фазове перетворення породи на еклогіт та гранатовий грануліт. За рахунок теплового потоку, що виходить з аномальної речовини, відбувається прогрівання вищележачої мантії і зниження її в'язкості. У зв'язку з цим спостерігається поступове витіснення нормального накопичення.

Горизонтальні усунення

При утворенні піднятий у процесі надходження аномальної мантії до кори на континентах і океанах відбувається збільшення потенційної енергії, запасеної у верхніх шарах планети. Для скидання надлишків речовини прагнуть розійтися убік. У результаті формуються додаткові напруги. З ними пов'язані різні типируху плит та кори.

Розростання океанічного дна та плавання материків є наслідком одночасного розширення хребтів та занурення платформи в мантію. Під першими розташовуються великі маси сильно нагрітого аномального речовини. В осьовій частині цих хребтів останнє знаходиться безпосередньо під корою. Літосфера тут має значно меншу потужність. Аномальна мантія при цьому розтікається в ділянці підвищеного тиску в обидві сторони з-під хребта. Водночас вона досить легко розриває кору океану. Ущелина наповнюється базальтовою магмою. Вона, своєю чергою, виплавляється з аномальної мантії. У процесі застигання магми формується нова. Так відбувається розростання дна.

Особливості процесу

Під серединними хребтами аномальна мантія має знижену в'язкість внаслідок підвищеної температури. Речовина здатна досить швидко розтікатися. У зв'язку з цим розростання дна відбувається із підвищеною швидкістю. Відносно низькою в'язкістю також має океанічна астеносфера.

Основні літосферні плити Землі пливуть від хребтів до місць занурення. Якщо ці ділянки знаходяться в одному океані, процес відбувається з порівняно високою швидкістю. Така ситуація характерна сьогодні для Тихого океану. Якщо розростання дна і занурення відбувається в різних областяхто розташований між ними континент дрейфує в той бік, де відбувається поглиблення. Під материками в'язкість астеносфери вища, ніж під океанами. У зв'язку з тертям з'являється значний опір руху. В результаті знижується швидкість, з якою відбувається розширення дна, якщо відсутня компенсація занурення мантії у тій же області. Отже, розростання у Тихому океані відбувається швидше, ніж у Атлантичному.

Тектоніка плит (plate tectonics) - сучасна геодинамічна концепція, заснована на положенні про великомасштабні горизонтальні переміщення щодо цілісних фрагментів літосфери (літосферних плит). Таким чином, тектоніка плит розглядає рухи та взаємодії літосферних плит.

Вперше припущення про горизонтальний рух блоків кори було висловлено Альфредом Вегенером у 1920-х роках у рамках гіпотези «дрейфу континентів», але підтримки ця гіпотеза на той час не отримала. Лише у 1960-х роках дослідження дна океанів дали незаперечні докази горизонтальних рухів плит та процесів розширення океанів за рахунок формування (спредингу) океанічної кори. Відродження ідей про переважну роль горизонтальних рухів відбулося в рамках «мобілістичного» напряму, розвиток якого спричинило розробку сучасної теорії тектоніки плит. Основні положення тектоніки плит сформульовані в 1967-68 групою американських геофізиків - У. Дж. Морганом, К. Ле Пішоном, Дж. Олівером, Дж. Айзексом, Л. Сайксом у розвиток більш ранніх (1961-62) ідей американських вчених Г. Хесса і Р. Дігца про розширення (спрединг) ложа океанів

Основні положення тектоніки плит

Основні положення тектоніки плит можна світити до кількох основних

1. Верхня кам'яна частина планети розділена на дві оболонки, що істотно різняться за реологічними властивостями: жорстку і тендітну літосферу і пластичну і рухливу астеносферу, що її підстилає.

2. Літосфера розділена на плити, що постійно рухаються по поверхні пластичної астеносфери. Літосфера ділиться на 8 великих плит, десятки середніх плит та безліч дрібних. Між великими та середніми плитами розташовуються пояси, складені мозаїкою дрібних корових плит.

Межі плит є областями сейсмічної, тектонічної та магматичної активності; внутрішні області плит слабо сейсмічні і характеризуються слабкою виявленістю ендогенних процесів.

Понад 90 % поверхні Землі посідає 8 великих літосферних плит:

Австралійська плита,
Антарктична плита,
Африканська плита,
Євразійська плита,
Індостанська плита,
Тихоокеанська плита,
Північноамериканська плита,
Південноамериканська плита.

Середні плити: Аравійська (субконтинент), Карибська, Філіппінська, Наска та Кокос та Хуан де Фука та ін.

Деякі літосферні плити складені виключно океанічною корою (наприклад, Тихоокеанська плита), інші включають фрагменти і океанічної та континентальної кори.

3. Розрізняють три типи відносних переміщень плит: розходження (дивергенція), сходження (конвергенція) та зсувні переміщення.

Відповідно, виділяються і три типи основних меж плит.

Дивергентні кордони– межі, вздовж яких відбувається розсування плит.

Процеси горизонтального розтягування літосфери називають рифтогенезом. Ці межі приурочені до континентальних рифтів та серединно-океанічних хребтів в океанічних басейнах.

Термін «рифт» (від англ. rift – розрив, тріщина, щілина) застосовується до великих лінійних структур глибинного походження, утворених під час розтягування земної кори. У плані будови вони є грабіноподібні структури.

Закладатись рифти можуть і на континентальній, і на океанічній корі, утворюючи єдину глобальну систему, орієнтовану на осі геоїду. При цьому еволюція континентальних рифтів може призвести до розриву суцільності континентальної кори і перетворення цього рифту на океанський рифт (якщо розширення рифту припиняється до стадії розриву континентальної кори, він заповнюється опадами, перетворюючись на авлакоген).

Процес розсування плит у зонах океанських рифтів (середньо-океанічних хребтів) супроводжується утворенням нової океанічної кори за рахунок магматичних базальтових розплавів, що надходять з астеносфери. Такий процес утворення нової океанічної кори за рахунок надходження мантійної речовини називається спредінг(Від англ. Spread - розстеляти, розгортати).

Будова серединно-океанічного хребта

У ході спредингу кожен імпульс розтягування супроводжується надходженням нової порції мантійних розплавів, які, застигаючи, нарощують краї плит, що розходяться від осі СОХ.

Саме у цих зонах відбувається формування молодої океанічної кори.

Конвергентні кордони– межі, вздовж яких відбувається зіткнення плит. Основних варіантів взаємодії при зіткненні може бути три: «океанічна – океанічна», «океанічна – континентальна» та «континентальна – континентальна» літосфера. Залежно від характеру плит, що стикаються, може протікати кілька різних процесів.

Субдукція- Процес підсуву океанської плити під континентальну або іншу океанічну. Зони субдукції присвячені осьовим частинам глибоководних жолобів, пов'язаних з острівними дугами (які є елементами активних околиць). На субдукційні кордону припадає близько 80% довжини всіх конвергентних кордонів.

При зіткненні континентальної та океанічної плит природним явищем є піддвиг океанічної (важчої) під край континентальної; при зіткненні двох океанічних занурюється більш давня (тобто більш остигла і щільна) їх.

Зони субдукції мають характерну будову: їх типовими елементами є глибоководний жолоб – вулканічна острівна дуга – задуговий басейн. Глибоководний жолоб утворюється в зоні вигину та підсуву субдукуючої плити. У міру занурення ця плита починає втрачати воду (що перебуває у достатку у складі опадів і мінералів), остання, як відомо, значно знижує температуру плавлення порід, що призводить до утворення вогнищ плавлення, що живлять вулкани острівних дуг. У тилу вулканічної дуги зазвичай відбувається деяке розтягування, що визначає утворення залізного басейну. У зоні задугового басейну розтяг може бути настільки значним, що призводить до розриву кори плити та розкриття басейну з океанічною корою (так званий процес задугового спредингу).

Занурення субдукуючої плити в мантію трасується вогнищами землетрусів, що виникають на контакті плит і всередині плити, що субдукує (холоднішої і внаслідок цього більш крихкої, ніж навколишні мантійні породи). Ця сейсмофокальна зона отримала назву зона Беньофа-Заварицького.

У зонах субдукції розпочинається процес формування нової континентальної кори.

Значно рідкіснішим процесом взаємодії континентальної та океанської плит служить процес обдукції- Насунення частини океанічної літосфери на край континентальної плити. Слід наголосити, що в ході цього процесу відбувається розшарування океанської плити, і насувається лише її верхня частина – кора та кілька кілометрів верхньої мантії.

При зіткненні континентальних плит, кора яких легша за речовину мантії, і внаслідок цього не здатна в неї зануритися, протікає процес колізії. У ході колізії краю континентальних плит, що стикаються, дробляться, змінюються, формуються системи великих насувів, що призводить до зростання гірських споруд зі складною складчасто-надвіговою будовою. Класичним прикладом такого процесу є зіткнення Індостанської плити з Євразійською, що супроводжується зростанням грандіозних гірських систем Гімалаїв та Тибету.

Модель процесу колізії

Процес колізії змінює процес субдукції, завершуючи закриття океанічного басейну. При цьому на початку колізійного процесу, коли краї континентів вже зблизилися, колізія поєднується з процесом субдукції (продовжується занурення під край континенту залишків океанічної кори).

Для колізійних процесів типові масштабний регіональний метаморфізм та інтрузивний гранітоїдний магматизм. Ці процеси призводять до створення нової континентальної кори (з її типовим граніто-гнейсовим шаром).

Трансформні кордони– межі, вздовж яких відбуваються зсувні усунення плит.

Межі літосферних плит Землі

1 – дивергентні кордони ( а –серединно-океанські хребти, б -континентальні рифти); 2 – трансформні межі; 3 – конвергентні кордони ( а –острівні, б -активні континентальні околиці, в –колізійні); 4 – напрямки та швидкості (см/рік) руху плит.

4. Об'єм поглиненої в зонах субдукції океанської кори дорівнює обсягу кори, що виникає в зонах спредингу. Це положення підкреслює думку про сталість обсягу Землі. Але така думка не є єдиною і остаточно доведеною. Ймовірно, що обсяг плани змінюється пульсаційно, чи відбувається зменшення його зменшення рахунок охолодження.

5. Основною причиною руху плит є мантійна конвекція. обумовлена ​​мантійними теплогравітаційними течіями

Джерелом енергії цих течій служить різницю температури центральних областей Землі і температури близьких поверхонь її частин. При цьому основна частина ендогенного тепла виділяється на межі ядра та мантії під час процесу глибинної диференціації, що визначає розпад первинної хондритової речовини, під час якої металева частинапрямує до центру, збільшуючи ядро ​​планети, а силікатна частина концентруються в мантії, де далі піддається диференціації.

Нагріті в центральних зонах Землі породи розширюються, щільність їх зменшується, і вони спливають, поступаючись місцем більш холодними, що опускаються, і тому більш важким масам, що вже віддали частину тепла в близькоповерхневих зонах. Цей процес перенесення тепла йде безперервно, у результаті виникають упорядковані замкнуті конвективні осередки. При цьому у верхній частині осередку перебіг речовини відбувається майже в горизонтальній площині, і саме ця частина течії визначає горизонтальне переміщення речовини астеносфери та розташованих на ній плит. У цілому нині, висхідні гілки конвективних осередків розташовуються під зонами дивергентних кордонів (СОХ і континентальними рифтами), низхідні – під зонами конвергентних кордонів.

Таким чином, основна причина руху літосферних плит - "волочіння" конвективними течіями.

Крім того, на плити діють ще радий факторів. Зокрема, поверхня астеносфери виявляється дещо піднятою над зонами висхідних гілок і більш опущеною в зонах занурення, що визначає гравітаційне "зливання" літосферної плити, що знаходиться на похилій пластичній поверхні. Додатково діють процеси затягування важкої холодної океанської літосфери в зонах субдукції в гарячу і як наслідок менш щільну астеносферу, а також гідравлічного розклинювання базальтами в зонах СОХ.

Малюнок – Сили, що діють на літосферні плити.

До підошви внутрішньоплитових частин літосфери прикладені головні рушійні сили тектоніки плит – сили мантійного “волочіння” (англ. drag) FDO під океанами та FDC під континентами, величина яких залежить насамперед від швидкості астеносферної течії, а остання визначається в'язкістю та потужністю астеносфер. Так як під континентами потужність астеносфери значно менша, а в'язкість значно більша, ніж під океанами, величина сили FDCмайже на порядок поступається величині FDO. Під континентами, особливо їх древніми частинами (материковими щитами), астеносфера майже виклинюється, тому континенти хіба що виявляються “сидять на мілині”. Оскільки більшість літосферних плит сучасної Землі включають як океанську, так і континентальну частини, слід очікувати, що присутність у складі плити континенту в загальному випадкумає "гальмувати" рух всієї плити. Так воно і відбувається насправді (найшвидше рухаються майже чисто океанські плити Тихоокеанська, Кокос і Наска; найповільніше – Євразійська, Північно-Американська, Південно-Американська, Антарктична та Африканська, значну частину площі яких займають континенти). Нарешті, на конвергентних межах плит, де важкі та холодні краї літосферних плит (слеби) поринають у мантію, їх негативна плавучість створює силу FNB(індекс у позначенні сили – від англійської negative buoyance). Дія останньої призводить до того, що частина плити, що субдукує, тоне в астеносфері і тягне за собою всю плиту, збільшуючи тим самим швидкість її руху. Очевидно, сила FNBдіє епізодично і лише у певних геодинамічних обстановках, наприклад, у випадках описаного вище обвалення слебів через розділ 670 км.

Таким чином, механізми, що ведуть рух літосферні плити, можуть бути умовно віднесені до наступних двох груп: 1) пов'язані з силами мантійного “волочіння” ( mantle drag mechanism), прикладеними до будь-яких точок підошви плит, на рис. 2.5.5 – сили FDOі FDC; 2) пов'язані з силами, прикладеними до країв плит ( edge-force mechanism), на малюнку – сили FRPі FNB. Роль тієї чи іншої рушійного механізму, і навіть тих чи інших сил оцінюється індивідуально кожної літосферної плити.

Сукупність цих процесів відбиває загальний геодинамічний процес, що охоплюють області поверхневих до глибинних зон Землі.

Мантійна конвекція та геодинамічні процеси

Нині у мантії Землі розвивається двухячейковая мантійна конвекція із закритими осередками (відповідно до моделі крізьмантійної конвекції) чи роздільна конвекція у верхній і нижній мантії з накопиченням слебів під зонами субдукції (відповідно до двоярусної моделі). Ймовірні полюси підйому мантійної речовини розташовані у північно-східній Африці (приблизно під зоною зчленування Африканської, Сомалійської та Аравійської плит) та в районі острова Великодня (під серединним хребтом Тихого океану – Східно-Тихоокеанським підняттям).

Екватор опускання мантійної речовини проходить приблизно по безперервному ланцюгу конвергентних меж плит по периферії Тихого та східної частини Індійського океану.

Сучасний режим мантійної конвекції, що почався приблизно 200 млн. років тому розпадом Пангеї і породив сучасні океани, в майбутньому зміниться на одноосередковий режим (за моделлю крізьмантійної конвекції) або (за альтернативною моделлю) конвекція стане крізьмантійною за рахунок обвалу 60. Це, можливо, призведе до зіткнення материків та формування нового суперконтиненту, п'ятого в історії Землі.

6. Переміщення плит підпорядковуються законам сферичної геометрії і може бути описані з урахуванням теореми Эйлера. Теорема обертання Ейлера стверджує, що будь-яке обертання тривимірного простору має вісь. Таким чином, обертання може бути описано трьома параметрами: координати осі обертання (наприклад, її широта та довгота) та кут повороту. З цього становища може бути реконструйовано становище континентів у минулі геологічні епохи. Аналіз переміщень континентів привів до висновку, що кожні 400-600 млн років вони об'єднуються в єдиний суперконтинент, що піддається в подальшому розпаду. В результаті розколу такого суперконтиненту Пангеї, що стався 200-150 млн років тому, і утворилися сучасні континенти.

Деякі докази реальності механізму тектоніки літосферних плит

Старіння віку океанічної кори в міру віддалення від осей спредингу(Див. малюнок). У цьому напрямі відзначається наростання потужності і стратиграфічної повноти осадового шару.

Малюнок - Карта віку порід океанічного дна Північної Атлантики (за У. Пітменом і М. Тальвані, 1972). Різним кольором виділено ділянки океанського днарізних вікових інтервалів; цифрами вказано вік у мільйонах років.

Геофізичні дані.

Малюнок – Томографічний профіль через Еллінський жолоб, острів Кріт та Егейське море. Сірі гуртки – гіпоцентри землетрусів. Синім кольором показана пластина холодної мантії, що занурюється, червоним - гаряча мантія (за даними В. Спекмена, 1989)

Залишки величезної плити Фаралон, що зникла в зоні субдукції під Північною та Південною Америками, що фіксуються у вигляді слейбів «холодної» мантії (розріз упоперек Півн. Америки, по S-хвилях). Grand, Van der Hilst, Widiyantoro, 1997, GSA Today, v. 7, No. 4, 1-7

​Лінійні магнітні аномалії в океанах були виявлені в 50-х роках під час геофізичного вивчення Тихого океану. Це відкриття дозволило в 1968 році Хессу і Діцу сформулювати теорію спредингу океанічного дна, яка виросла в теорію тектоніки плит. Вони стали одним із найвагоміших доказів правильності теорії.

Малюнок - Утворення смугових магнітних аномалій при спредингу.

Причиною походження смугових магнітних аномалій є процес народження океанічної кори в зонах спредингу серединно-океанічних хребтів, базальти, що вилилися при охолодженні нижче точки Кюрі в магнітному полі Землі, набувають залишкової намагніченості. Напрямок намагніченості збігається з напрямком магнітного поляЗемлі, проте внаслідок періодичних інверсій магнітного поля Землі базальти, що вилилися, утворюють смуги з різним напрямом намагніченості: прямим (збігається з сучасним напрямом магнітного поля) і зворотним.

Малюнок - Схема утворення смугової структури магнітоактивного шару та магнітних аномалій океану (модель Вайна – Метьюза).