1.3 Литосферные плиты и их движение
литосферный рельефообразующий земля туманность
Под литосферными плитами понимаются крупные блоки литосферы Земли, находящиеся в постоянном движении и ограниченные активными зонами разломов.
Теория, объясняющая причины и характер их движения, называется тектоникой плит. Она начала развиваться в 60-70-е гг. нашего столетия.
Тектонике плит, как научной теории, предшествовали геосинклинальная теория и теория континентального дрейфа. Не зная сущности этих теорий, трудно понять и изучить теорию тектоники плит, так как они объяснили многие сложные особенности динамики Земли.
Геосинклинальная теория основывается на том, что большинство крупных горных систем на Земле образуют пояса незначительной ширины и большой длины. Для них характерна складчатость, которая проявляется в виде хребтов, сложенных поднятыми из глубины осадочными отложениями. Последние накопились во время предшествующей стадии развития рельефа, когда на месте горной системы существовала впадина в виде прогиба, занятого водой. Стадии этого процесса следующие. Первоначально впадина заполняется осадочными породами. Эта стадия осадконакопления может длиться несколько миллионов лет. Затем следует стадия горообразования (орогенеза), когда происходит деформация накопившихся пород, образование складок и поднятие территории. Затем следует эрозионное разрушение и повторное накопление осадочного материала. В конечном итоге в результате действия разных сил (эрозия, погружение суши или поднятие уровня моря и др.) остатки гор могут быть затоплены полностью.
Теория континентального дрейфа сформировалась в начале XX в. В ее основе были преимущественно работы немецкого геолога Альфреда Вегенера, которые имели следующие предпосылки:
1) существование первичной цельной континентальной массы, названной «Пангея» (греч. «вся земля»)
2) ее распад на отдельные части;
3) дрейф континентальных частей земной коры.
Наглядным доказательством дрейфа континентов является совмещение краев материков. Многие континенты хорошо совмещаются друг с другом, особенно если брать для совмещения не их береговые линии, а край континентального шельфа. В этом можно убедиться при помощи карты, совмещая Южную Америку и Африку, Северную Америку, Гренландию и Европу. Соединяя Южную Америку, Африку, Австралию, Антарктиду и южную часть Азии, можно получить цельный древний континент Гондвана. Имеется много других фактов в пользу этой теории. Однако есть и возражения, особенно из-за неясности в источнике энергии, необходимой для передвижения континентов, и в механизме этого явления.
Теория тектоники плит возникла в продолжение предыдущих. Она направлена на решение задач, оставшихся нерешенными от теорий геосинклинального развития и дрейфа континентов. Суть теории тектоники плит в том, что литосфера Земли разделена на 7 крупных плит (Евразия, Африка, Северная и Южная Америка, Австралия, Антарктида и Тихий океан), движущихся относительно друг друга. Основание движущихся плит находится в астеносфере, т.е. в той части мантии, где вещество имеет пластичное состояние. Перемещение плит может приводить к их сближению. Плиты могут удаляться друг от друга. Плиты также могут двигаться, не касаясь друг друга.
Плиты имеют толщину от 75 до 125 км. На их краях возникают сейсмические активные зоны, для которых характерны частые землетрясения. Они включают как континентальную, так и океаническую кору. Например, граница между плитами Евразии и Северной Америки, а также Африки и Южной Америки, проходят по Срединно-Атлантическому подводному хребту.
Землетрясения подразделяются на тектонические, вулканические и денудационные. На долю тектонических землетрясений приходится 95% всех землетрясений Земли. Они возникают в местах столкновения литосферных плит. Вулканические землетрясения связаны с извержением вулканов. Денудационные образуются в результате протекания обвальных, карстовых и других денудационных процессов. Если очаги землетрясения находятся под толщей вод океанов или морей, образуются волны (цунами), которые распространяются со скоростью до 800 км/час и имеют высоту более 30 м. под океаном.
Согласно теории тектоники плит, большинство крупных горных систем (Анды, Гималаи и др.) являются результатом столкновения плит. Механизм этого явления до конца не выяснен. Считается, что основными причинами движения плит являются силы, действующие в земной коре и в мантии. Предполагается, что основным источником энергии, необходимой для тектонических движений, могут быть радиоактивность, гравитационные силы, влияние лунных и солнечных приливных явлений и др.
Современные исследования подтверждают факт перемещения литосферных плит со скоростью от нескольких миллиметров до 2 см в год. Установлено, что Гренландия уплывает от Европы, а Южная Америка отодвигается от Африки со скоростью 2 см/год. Считается, что в ближайшие 50-60 млн. лет Атлантический и Индийский океаны будут увеличиваться, а Тихий сокращаться в размерах. Австралия и Африка подойдут к Евразии, и возможно исчезновение Средиземного моря.
Такой объединяющей идеей стал учебник "Естествознание" 5 класс под редакцией Т.С. Сухова, В.Н. Строганов . Концепция учебника: Формирование у учащихся понятий и представлений о целостности и системности материального мира - одна из сложнейших задач естественно-научного образования. Главная проблема - как доступно для понимания детей раскрыть сложнейшие основы естествознания, имеющие...
В том, ни в другом случае жизнь человечества на Земле будет уже невозможна, по крайней мере в нашем современном представлении о ней. Результат эволюции В процессе эволюции возникли атмосфера и гидросфера Земли. Атмосфера Земли: в настоящее время Земля обладает атмосферой массой примерно 5,15*1018 кг, т.е. менее миллионной доли массы планеты. Вблизи поверхности она содержит 78,08% азота, 20,95% ...
Существ. Процесс химической эволюции был довольно медленным. Начало этого процесса удалено от современности на 4,5 млрд. лет и практически совпадает со временем формирования самой Земли. Первым этапом на этом пути было возникновение элементов, которые стали вступать в различные комбинации, образуя химические соединения. И вскоре после этого на поверхности Земли появились органические соединения и...
И К.А.Тимирязев: «Мы вынуждены допустить, что живая материя осуществлялась так же, как и все остальные процессы, путём эволюции… Процесс этот, вероятно, имел место и при переходе из неорганического мира в органический» (1912).- 5 - 3. Гипотеза происхождения жизни А.И. Опарина Еще Ч.Дарвин понял, что жизнь может возникнуть только при отсутствии жизни. В 1871 г. он писал: «Но если бы сейчас...
Литосферой называют всю твердую оболочку планеты Земля. Верхний слой литосферы – земная кора, под которой расположен верхний слой земной мантии. Нижняя часть литосферы называется астеносферой. Астеносфера характеризуется более низкой скоростью сейсмических волн. Твердая земная оболочка состоит из относительно стабильных платформ и складчатых поясов (подвижных областей).
Наиболее значимые и стабильные части земной оболочки называют литосферными плитами. Такие плиты имеют границы. Границы литосферных плит обуславливаются тремя факторами:
- Сейсмической активностью
- Тектонической активностью
- Вулканической активностью
Также они делятся на три вида:
- Трансформные
- Конвергентные
- Дивергентные
Плиты литосферы обладают характерной особенностью – они постоянно меняют свои очертания. Существует два вида коры – океаническая и континентальная. Плиты могут быть сложены как исключительно из океанической коры, так и из симбиоза океанической и континентальной коры. Восемь наиболее крупных литосферных плит покрывают более 90% площади поверхности планеты.
Тектоника плит
Изучением движения литосферных плит по относительно подвижной астеносфере занимаются геологи. Этому явлению посвящен раздел геологии под называнием «Тектоника плит». Это относительно новый раздел в науке. Он берет начало в 20-х годах прошлого века. Первым теорию о движении плит выдвинул немецкий метеоролог Альфред Вегенер. Но теория была отвергнута, возрождение этой теории произошло лишь сорок лет спустя – в 60-х годах.
В современной науке считается доказанным, что движение плит по горизонтальным траекториям происходит за счет конвекции. Энергия для обеспечения этих процессов генерируется вследствие разности температур.
Образование и эволюция плит
«Предшественники» литосферных плит, блоки коры, появились на планете в период архея (от 4 до 2,5 миллиардов лет назад). Примерно в тот же период началось их перемещение. Однако тектоника плит в ее современном виде сформировалась на Земле в период протерозоя (от 2500 до 540 миллионов лет назад).
Отдельная область исследований – это восстановление движения плит, которое происходило в прошлом. На данный момент тектоника плит исследована вплоть до периода архея. В ходе исследований ученым удалось установить, что каждые 400-600 миллионов лет континенты объединяются, образуя один гигантский мегаконтинент. Континенты в современном виде образовались примерно 200 миллионов лет назад, и произошло это в результате раскола огромного единого, который носил название Пангея.
Также установлено, что сейчас континенты находятся в стадии максимального разъединения. Известно, что Тихий океан уменьшается, а Атлантический, наоборот, становится шире. Крупный полуостров Индостан движется в северном направлении, и постепенно сминает Евразийскую плиту.
Ученые установили, что в ранние периоды существования плит тепловой поток из недр Земли был гораздо более интенсивным. Поэтому кора имела меньшую мощность, а, следовательно, и давление под корой было существенно меньше.
Глубина плит литосферы
Учитывая физические характеристики Земли (упругость, твердость), можно сказать, что литосфера «укутывает внутреннюю часть Земли. Простирается она почти на 300 километров вглубь планеты. Интересный факт: помимо земного ядра литосфера – единственный твердый слой. Прочность литосферы – относительное понятие, так как плиты, из которых она состоит, находятся в постоянном движении. Именно вследствие этого движения наша планета постоянно видоизменяется на протяжении всего существования.
Движение литосферных плит – уникальное явление, отличающее Землю от других планет. Если, например, на Луне ландшафт и рельеф образовывались на протяжении миллионов лет от ударов метеоритами, то земной рельеф – результат «работы» плит литосферы.
Скорость движения плит литосферы
Плиты движется очень медленно. Наползать друг на друга они могут со скоростью примерно 1-6 сантиметров в год. Отдаляться друг от друга литосферные плиты способны с более высокой скоростью – 10-18 сантиметров в год. Геологическая активность, которую можно ощутить и увидеть на поверхности планеты – образование гор, извержение вулканов и землетрясения, происходят именно из-за взаимодействия между материками.
Движение плит в вертикальном направлении имеет гораздо меньшую интенсивность — до двух десятков миллиметров в год. Разломы образуются в результате разрыва плит, которые, в свою очередь, случаются при движении литосферной плиты в вертикальном направлении. В образовавшиеся разломы устремляется расплавленная лава. При остывании лава образует магматические породы, которые заполняют полости. Но, так как движение плит непрерывно, растяжение постепенно нарастает, и вскоре образуются новые и новые разломы.
Таким образом, за счет магматических пород литосферы постоянно увеличиваются и изменяют конфигурацию, а плиты расходятся в стороны. Зона, в которой находится горизонтальная полоса расхождения, называется рифтовой зоной.
Виды движения плит
В результате столкновения материковых плит образуются складчатые горы. Если плиты расходятся, в океанах образуются срединно-океанические хребты, а на континентах – трещины и разломы. Если сталкиваются материковая и океаническая плиты, возникают глубоководные желобы и горы.
В результате внезапного высвобождения энергии, образованной движением тектонических плит, происходят землетрясения. Явление движения лавы внутри земной коры и появления ее на поверхности называют вулканизмом.
Чем дальше от рифтовой зоны расположена область плиты, тем она холоднее и тяжелее. За счет огромной массы эта часть плиты проседает, а на поверхности Земли образуются понижения рельефа.
Мощность литосферы
Под «мощностью» литосферы в геологии подразумевается ее толщина. Средний показатель мощности литосферы на суше, в среднем, составляет 35-40 километров. Любопытная особенность литосферы состоит в том, что, чем древнее горы над ней, тем мощнее ее слой. Так, под древними горами Гималаями мощность литосферы достигает 90 километров.
Самые тонкие области литосферы располагаются под океанами – там ее средняя мощность около десяти километров, а под некоторыми областями Тихого океана – всего пять километров. Определяют толщину земной коры при помощи измерения скорости распространения сейсмических волн.
Таким образом, плиты литосферы по вертикали включают в себя земную кору и верхнюю часть мантии. Помимо крупнейших, существуют также малые плиты. Разделение литосферных плит на большие и малые зависит от начальной скорости их относительного смещения и характерного линейного размера.
Верхняя часть литосферы сложена, в основном, из гранитов, ее плотность составляет 3,22 г на кубический сантиметр. Благодаря такой плотности плиты обладают плавучестью и не погружаются в вязкую астеносферу.
Значение тектоники
Тектоника плит – одна из важнейших наук, изучающих Землю. По значимости она сравнима с астрономической гелиоцентрической концепцией и открытием ДНК. Тектоника является своеобразным связующим звеном, объединившим различные науки о жизни планеты Земля.
ГЕОГРАФИЯ
Основательная подготовка к ЗНО и ДПА
Тема 2. Литосфера и рельеф
ЛИТОСФЕРА
Особенности строения земной коры и движения литосферных плит изучает наука тектоника. До основных тектонических структур принадлежат платформы и пояса складчатости. Платформы - крупные, относительно устойчивые и выровненные участки земной коры - является основой литосферных плит. Пояса складчатости (сейсмические пояса) - подвижные участки земной коры, которые расположены на границе литосферных плит. Это наиболее неспокойные участки нашей планеты - в их пределах происходят процессы
активного вулканизма, землетрясения.Виды движений литосферных плит
Землетрясения - подземные толчки и колебания земной коры, обусловленные внезапным увольнением накопленной энергии земных недр во время тектонических процессов. Ежегодно специальные приборы - сейсмографы регистрируют на Земле более миллиона сравнительно слабых толчков и 15-20 сильных. Найвідчутнішого толчка претерпевает место на поверхности Земли - эпицентр, расположенный над очагом землетрясения в глубине Земли - гипоцентром. Сила землетрясений оценивается в баллах по степени разрушительного действия или по количеству выделенной энергии (по шкале Рихтера).
Первенство по количеству землетрясений делят Япония и Чили, которые расположены в местах активного взаимодействия литосферных плит. В Украине повышенная сейсмическая активность наблюдается в районах активных тектонических движений земной коры на западе, юго-западе и юге.
Вулканизм - совокупность явлений, связанных с перемещением магмы в земной коре и выливанием ее на поверхность в виде лавы. Магма - это вещество мантии, состоит из расплавленных горных пород и минералов. Различают действующие и потухшие вулканы. Действующих относятся такие, извержение которых проходило на протяжении истории человечества. Их количество по разным оценкам колеблется от 600 до 950. Больше всего действующих вулканов расположено в районах, где проходят границы литосферных плит. На территории Украины потухшие вулканы есть в Карпатах (Вулканический хребет) и Крымских горах. Во многих районах вулканизма встречаются горячие источники и гейзеры. Гейзеры - фонтаны горячей воды и водяного пара, которые выбрасываются на поверхность Земли.
Движения литосферных плит, землетрясения, вулканизм относятся к внутренних процессов, которые являются проявлением действия внутренних сил Земли.
Согласно современной теории литосферных плит вся литосфера узкими и активными зонами — глубинными разломами — разделена на отдельные блоки, перемещающиеся в пластичном слое верхней мантии относительно друг друга со скоростью 2-3 см в год. Эти блоки называются литосферными плитами.
Особенность литосферных плит — их жесткость и способность при отсутствии внешних воздействий длительное время сохранять неизменными форму и строение.
Литосферные плиты подвижны. Их перемещение по поверхности астеносферы происходит под влиянием конвективных течений в мантии. Отдельные литосферные плиты могут расходиться, сближаться или скользить друг относительно друга. В первом случае между плитами возникают зоны растяжения с трещинами вдоль границ плит, во втором — зоны сжатия, сопровождаемые надвиганием одной плиты на другую (надвигание — обдукция; поддвигание — субдукция), в третьем — сдвиговые зоны — разломы, вдоль которых происходит скольжение соседних плит.
В местах схождения континентальных плит происходит их столкновение, образуются горные пояса. Так возникла, например, на границе Евразийской и Индо-Австралийской плиты горная система Гималаи (рис. 1).
Рис. 1. Столкновение континентальных литосферных плит
При взаимодействии континентальной и океанической плит, плита с океанической земной корой пододвигается под плиту с континентальной земной корой (рис. 2).
Рис. 2. Столкновение континентальной и океанической литосферных плит
В результате столкновения континентальной и океанической литосферных плит образуются глубоководные желоба и островные дуги.
Расхождение литосферных плит и образование в результате этого земной коры океанического типа показано на рис. 3.
Для осевых зон срединно-океанических хребтов характерны рифты (от англ. rift - расщелина, трещина, разлом) — крупная линейная тектоническая структура земной коры протяженностью в сотни, тысячи, шириной в десятки, а иногда и сотни километров, образовавшаяся главным образом при горизонтальном растяжении коры (рис. 4). Очень крупные рифты называются рифтовыми поясами, зонами или системами.
Так как литосферная плита представляет собой единую пластину, то каждый ее разлом — это источник сейсмической активности и вулканизма. Эти источники сосредоточены в пределах сравнительно узких зон, вдоль которых происходят взаимные перемещения и трения смежных плит. Эти зоны получили название сейсмических поясов. Рифы, срединно-океанические хребты и глубоководные желоба являются подвижными областями Земли и располагаются на границах литосферных плит. Это свидетельствует о том, что процесс формирования земной коры в этих зонах в настоящее время происходит очень интенсивно.
Рис. 3. Расхождение литосферных плит в зоне среди нно-океанического хребта
Рис. 4. Схема образования рифта
Больше всего разломов литосферных плит на дне океанов, где земная кора тоньше, однако встречаются они и на суше. Наиболее крупный разлом на суше располагается на востоке Африки. Он протянулся на 4000 км. Ширина этого разлома — 80-120 км.
В настоящее время можно выделить семь наиболее крупных плит (рис. 5). Из них самая большая по площади — Тихоокеанская, которая целиком состоит из океанической литосферы. Как правило, к крупным относят и плиту Наска, которая в несколько раз меньше по размерам, чем каждая из семи самых крупных. При этом ученые предполагают, что на самом деле плита Наска гораздо большего размера, чем мы видим ее на карте (см. рис. 5), так как значительная часть ее ушла под соседние плиты. Эта плита также состоит только из океанической литосферы.
Рис. 5. Литосферные плиты Земли
Примером плиты, которая включает как материковую, так и океаническую литосферу, может служить, например, Индо-Авст- ралийская литосферная плита. Почти целиком состоит из материковой литосферы Аравийская плита.
Теория литосферных плит имеет важное значение. Прежде всего, она может объяснить, почему в одних местах Земли расположены горы, а в других — равнины. С помощью теории литосферных плит можно объяснить и спрогнозировать катастрофические явления, происходящие на границах плит.
Рис. 6. Очертания материков действительно представляются совместимыми
Теория дрейфа материков
Теория литосферных плит берет свое начало из теории дрейфа материков. Еще в XIX в. многие географы отмечали, что при взгляде на карту можно заметить, что берега Африки и Южной Америки при сближении кажутся совместимыми (рис. 6).
Появление гипотезы движения материков связывают с именем немецкого ученого Альфреда Вегенера (1880-1930) (рис. 7), который наиболее полно разработал эту идею.
Вегенер писал: «В 1910 г. мне впервые пришла в голову мысль о перемещении материков..., когда я поразился сходством очертаний берегов по обе стороны Атлантического океана». Он предположил, что в раннем палеозое на Земле существовали два крупных материка — Лавразия и Гондвана.
Лавразия — это был северный материк, который включал территории современной Европы, Азии без Индии и Северной Америки. Южный материк — Гондвана объединял современные территории Южной Америки, Африки, Антарктиды, Австралии и Индостана.
Между Гондваной и Лавразией находилось первое морс — Тетис, как огромный залив. Остальное пространство Земли было занято океаном Панталасса.
Около 200 млн лет назад Гондвана и Лавразия были объединены в единый континент — Пангею (Пан — всеобщий, Ге — земля) (рис. 8).
Рис. 8. Существование единого материка Пангеи (белое — суша, точки — неглубокое море)
Примерно 180 млн лет назад материк Пангея снова начал разделяться на составные части, которые перемешались но поверхности нашей планеты. Разделение происходило следующим образом: сначала вновь появились Лавразия и Гондвана, потом разделилась Лавразия, а затем раскололась и Гондвана. За счет раскола и расхождения частей Пангеи образовались океаны. Молодыми океанами можно считать Атлантический и Индийский; старым — Тихий. Северный Ледовитый океан обособился при увеличении суши в Северном полушарии.
Рис. 9. Расположение и направления дрейфа континентов в меловой период 180 млн лет назад
А. Вегенер нашел много подтверждений существованию единого материка Земли. Особенно убедительным показалось ему существование в Африке и в Южной Америке остатков древних животных — листозавров. Это были пресмыкающиеся, похожие на небольших гиппопотамов, обитавшие только в пресноводных водоемах. Значит, проплыть огромные расстояния по соленой морской воде они не могли. Аналогичные доказательства он нашел и в растительном мире.
Интерес к гипотезе движения материков в 30-е годы XX в. несколько снизился, но в 60-е годы возродился вновь, когда в результате исследований рельефа и геологии океанического дна были получены данные, свидетельствующие о процессах расширения (спрединга) океанической коры и «подныривания» одних частей коры под другие (субдукции).
Литосферные плиты Земли представляют собой огромные глыбы. Их фундамент образован сильно смятыми в складки гранитными метаморфизированными магматическими породами. Названия литосферных плит будут приведены в статье ниже. Сверху они прикрыты трех-четырехкилометровым "чехлом". Он сформирован из осадочных пород. Платформа имеет рельеф, состоящий из отдельных горных хребтов и обширных равнин. Далее будет рассмотрена теория движения литосферных плит.
Появление гипотезы
Теория движения литосферных плит появилась в начале двадцатого столетия. Впоследствии ей суждено было сыграть основную роль в исследованиях планеты. Ученый Тейлор, а после него и Вегенер, выдвинул гипотезу о том, что с течением времени происходит дрейф литосферных плит в горизонтальном направлении. Однако в тридцатые годы 20-го века утвердилось другое мнение. Согласно ему, перемещение литосферных плит осуществлялось вертикально. В основе этого явления лежал процесс дифференциации мантийного вещества планеты. Оно стало называться фиксизмом. Такое наименование было обусловлено тем, что признавалось постоянно фиксированное положение участков коры относительно мантии. Но в 1960-м году после открытия глобальной системы срединно-океанических хребтов, которые опоясывают всю планету и выходят в некоторых районах на сушу, произошел возврат к гипотезе начала 20-го столетия. Однако теория обрела новую форму. Тектоника глыб стала ведущей гипотезой в науках, изучающих структуру планеты.
Основные положения
Было определено, что существуют крупные литосферные плиты. Их количество ограниченно. Также существуют литосферные плиты Земли меньшего размера. Границы между ними проводят по сгущению в очагах землетрясений.
Названия литосферных плит соответствуют расположенным над ними материковым и океаническим областям. Глыб, имеющих огромную площадь, всего семь. Наибольшие литосферные плиты - это Южно- и Северо-Американские, Евро-Азиатская, Африканская, Антарктическая, Тихоокеанская и Индо-Австралийская.
Глыбы, плывущие по астеносфере, отличаются монолитностью и жесткостью. Приведенные выше участки - это основные литосферные плиты. В соответствии с начальными представлениями считалось, что материки прокладывают себе дорогу через океаническое дно. При этом движение литосферных плит осуществлялось под воздействием невидимой силы. В результате проведенных исследований было выявлено, что глыбы плывут пассивно по материалу мантии. Стоит отметить, что их направление сначала вертикально. Мантийный материал поднимается под гребнем хребта вверх. Затем происходит распространение в обе стороны. Соответственно, наблюдается расхождение литосферных плит. Данная модель представляет океаническое дно в качестве гигантской Она выходит на поверхность в рифтовых областях срединно-океанических хребтов. Затем скрывается в глубоководных желобах.
Расхождение литосферных плит провоцирует расширение океанических лож. Однако объем планеты, несмотря на это, остается постоянным. Дело в том, что рождение новой коры компенсируется ее поглощением в участках субдукции (поддвига) в глубоководных желобах.
Почему происходит движение литосферных плит?
Причина состоит в тепловой конвекции мантийного материала планеты. Литосфера подвергается растяжению и испытывает подъем, что происходит над восходящими ветвями от конвективных течений. Это провоцирует движение литосферных плит в стороны. По мере удаления от срединно-океанических рифтов происходит уплотнение платформы. Она тяжелеет, ее поверхность опускается вниз. Этим объясняется увеличение океанической глубины. В итоге платформа погружается в глубоководные желоба. При затухании от разогретой мантии она охлаждается и опускается с формированием бассейнов, которые заполняются осадками.
Зоны столкновения литосферных плит - это области, где кора и платформа испытывают сжатие. В связи с этим мощность первой повышается. В результате начинается восходящее движение литосферных плит. Оно приводит к формированию гор.
Исследования
Изучение сегодня осуществляется с применением геодезических методов. Они позволяют сделать вывод о непрерывности и повсеместности процессов. Выявляются также зоны столкновения литосферных плит. Скорость подъема может составлять до десятка миллиметров.
Горизонтально крупные литосферные плиты плывут несколько быстрее. В этом случае скорость может составить до десятка сантиметров в течение года. Так, к примеру, Санкт-Петербург поднялся уже на метр за весь период своего существования. Скандинавский полуостров - на 250 м за 25 000 лет. Мантийный материал движется сравнительно медленно. Однако в результате происходят землетрясения, и прочие явления. Это позволяет сделать вывод о большой мощности перемещения материала.
Используя тектоническую позицию плит, исследователи объясняют множество геологических явлений. Вместе с этим в ходе изучения выяснилась намного большая, нежели это представлялось в самом начале появления гипотезы, сложность процессов, происходящих с платформой.
Тектоника плит не смогла объяснить изменения интенсивности деформаций и движения, наличие глобальной устойчивой сети из глубоких разломов и некоторые другие явления. Остается также открытым вопрос об историческом начале действия. Прямые признаки, указывающие на плитно-тектонические процессы, известны с периода позднего протерозоя. Однако ряд исследователей признает их проявление с архея или раннего протерозоя.
Расширение возможностей для исследования
Появление сейсмотомографии обусловило переход этой науки на качественно новый уровень. В середине восьмидесятых годов прошлого века глубинная геодинамика стала самым перспективным и молодым направлением из всех существовавших наук о Земле. Однако решение новых задач осуществлялось с использованием не только сейсмотомографии. На помощь пришли и прочие науки. К ним, в частности, относят экспериментальную минералогию.
Благодаря наличию нового оборудования появилась возможность изучать поведение веществ при температурах и давлениях, соответствующих максимальным на глубинах мантии. Также в исследованиях использовались методы изотопной геохимии. Эта наука изучает, в частности, изотопный баланс редких элементов, а также благородных газов в различных земных оболочках. При этом показатели сравниваются с метеоритными данными. Применяются методы геомагнетизма, с помощью которых ученые пытаются раскрыть причины и механизм инверсий в магнитном поле.
Современная картина
Гипотеза тектоники платформы продолжает удовлетворительно объяснять процесс развития коры в течение хотя бы последних трех миллиардов лет. При этом имеются спутниковые измерения, в соответствии с которыми подтвержден факт того, что основные литосферные плиты Земли не стоят на месте. В результате вырисовывается определенная картина.
В поперечном сечении планеты присутствует три самых активных слоя. Мощность каждого из них составляет несколько сотен километров. Предполагается, что исполнение главной роли в глобальной геодинамике возложено именно на них. В 1972 году Морган обосновал выдвинутую в 1963-м Вилсоном гипотезу о восходящих мантийных струях. Эта теория объяснила явление о внутриплитном магнетизме. Возникшая в результате плюм-тектоника становится с течением времени все более популярной.
Геодинамика
С ее помощью рассматривается взаимодействие достаточно сложных процессов, которые происходят в мантии и коре. В соответствии с концепцией, изложенной Артюшковым в его труде "Геодинамика", в качестве основного источника энергии выступает гравитационная дифференциация вещества. Этот процесс отмечается в нижней мантии.
После того как от породы отделяются тяжелые компоненты (железо и прочее), остается более легкая масса твердых веществ. Она опускается в ядро. Расположение более легкого слоя под тяжелым неустойчиво. В связи с этим накапливающийся материал собирается периодически в достаточно крупные блоки, которые всплывают в верхние слои. Размер подобных образований составляет около ста километров. Этот материал явился основой для формирования верхней
Нижний слой, вероятно, представляет собой недифференцированное первичное вещество. В ходе эволюции планеты за счет нижней мантии происходит рост верхней и увеличение ядра. Более вероятно, что блоки легкого материала поднимаются в нижней мантии вдоль каналов. В них температура массы достаточно высока. Вязкость при этом существенно снижена. Повышению температуры способствует выделение большого объема потенциальной энергии в процессе подъема вещества в область силы тяжести примерно на расстояние в 2000 км. По ходу движения по такому каналу происходит сильный нагрев легких масс. В связи с этим в мантию вещество поступает, обладая достаточно высокой температурой и значительно меньшим весом в сравнении с окружающими элементами.
За счет пониженной плотности легкий материал всплывает в верхние слои до глубины в 100-200 и менее километров. С понижением давления падает температура плавления компонентов вещества. После первичной дифференциации на уровне "ядро-мантия" происходит вторичная. На небольших глубинах легкое вещество частично подвергается плавлению. При дифференциации выделяются более плотные вещества. Они погружаются в нижние слои верхней мантии. Выделяющиеся более легкие компоненты, соответственно, поднимаются вверх.
Комплекс движений веществ в мантии, связанных с перераспределением масс, обладающих разной плотностью в результате дифференциации, называют химической конвекцией. Подъем легких масс происходит с периодичностью примерно в 200 млн лет. При этом внедрение в верхнюю мантию отмечается не повсеместно. В нижнем слое каналы располагаются на достаточно большом расстоянии друг от друга (до нескольких тысяч километров).
Подъем глыб
Как было выше сказано, в тех зонах, где происходит внедрение крупных масс легкого нагретого материала в астеносферу, происходит частичное его плавление и дифференциация. В последнем случае отмечается выделение компонентов и последующее их всплытие. Они достаточно быстро проходят сквозь астеносферу. При достижении литосферы их скорость снижается. В некоторых областях вещество формирует скопления аномальной мантии. Они залегают, как правило, в верхних слоях планеты.
Аномальная мантия
Ее состав приблизительно соответствует нормальному мантийному веществу. Отличием аномального скопления является более высокая температура (до 1300-1500 градусов) и сниженная скорость упругих продольных волн.
Поступление вещества под литосферу провоцирует изостатическое поднятие. В связи с повышенной температурой аномальное скопление обладает более низкой плотностью, чем нормальная мантия. Кроме того, отмечается небольшая вязкость состава.
В процессе поступления к литосфере аномальная мантия довольно быстро распределяется вдоль подошвы. При этом она вытесняет более плотное и менее нагретое вещество астеносферы. По ходу движения аномальное скопление заполняет те участки, где подошва платформы находится в приподнятом состоянии (ловушки), а глубоко погруженные области она обтекает. В итоге в первом случае отмечается изостатическое поднятие. Над погруженными же областями кора остается стабильной.
Ловушки
Процесс охлаждения мантийного верхнего слоя и коры до глубины примерно ста километров происходит медленно. В целом он занимает несколько сотен миллионов лет. В связи с этим неоднородности в мощности литосферы, объясняемые горизонтальными температурными различиями, обладают достаточно большой инерционностью. В том случае, если ловушка располагается неподалеку от восходящего потока аномального скопления из глубины, большое количество вещества захватывается сильно нагретым. В итоге формируется достаточно крупный горный элемент. В соответствии с данной схемой происходят высокие поднятия на участке эпиплатформенного орогенеза в
Описание процессов
В ловушке аномальный слой в ходе охлаждения подвергается сжатию на 1-2 километра. Кора, расположенная сверху, погружается. В сформировавшемся прогибе начинают скапливаться осадки. Их тяжесть способствует еще большему погружению литосферы. В итоге глубина бассейна может составить от 5 до 8 км. Вместе с этим при уплотнении мантии в нижнем участке базальтового слоя в коре может отмечаться фазовое превращение породы в эклогит и гранатовый гранулит. За счет выходящего из аномального вещества теплового потока происходит прогревание вышележащей мантии и понижение ее вязкости. В связи с этим наблюдается постепенное вытеснение нормального скопления.
Горизонтальные смещения
При образовании поднятий в процессе поступления аномальной мантии к коре на континентах и океанах происходит увеличение потенциальной энергии, запасенной в верхних слоях планеты. Для сброса излишков вещества стремятся разойтись в стороны. В итоге формируются добавочные напряжения. С ними связаны разные типы движения плит и коры.
Разрастание океанического дна и плавание материков являются следствием одновременного расширения хребтов и погружения платформы в мантию. Под первыми располагаются крупные массы из сильно нагретого аномального вещества. В осевой части этих хребтов последнее находится непосредственно под корой. Литосфера здесь обладает значительно меньшей мощностью. Аномальная мантия при этом растекается в участке повышенного давления - в обе стороны из-под хребта. Вместе с этим она достаточно легко разрывает кору океана. Расщелина наполняется базальтовой магмой. Она, в свою очередь, выплавляется из аномальной мантии. В процессе застывания магмы формируется новая Так происходит разрастание дна.
Особенности процесса
Под срединными хребтами аномальная мантия обладает сниженной вязкостью вследствие повышенной температуры. Вещество способно достаточно быстро растекаться. В связи с этим разрастание дна происходит с повышенной скоростью. Относительно низкой вязкостью также обладает океаническая астеносфера.
Основные литосферные плиты Земли плывут от хребтов к местам погружения. Если эти участки находятся в одном океане, то процесс происходит со сравнительно высокой скоростью. Такая ситуация характерна сегодня для Тихого океана. Если разрастание дна и погружение происходит в разных областях, то расположенный между ними континент дрейфует в ту сторону, где происходит углубление. Под материками вязкость астеносферы выше, чем под океанами. В связи с возникающим трением появляется значительное сопротивление движению. В результате снижается скорость, с которой происходит расширение дна, если отсутствует компенсация погружения мантии в той же области. Таким образом, разрастание в Тихом океане происходит быстрее, чем в Атлантическом.