МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені Михайла Коцюбинського

кафедра фізичної географії

Дипломна робота

на тему:

Рифтові системи Землі

Вінниця – 2007

ВСТУП

Рифтогенезом (в англомовній літературі рифтингом) називають процес горизонтального розтягання земної кори, що призводить до виникнення в ній чи її верхній частині дуже протяжних, подовжених, морфологічно чітко виражених западин, обмежених (принаймні з однієї сторони) і ускладнених глибокими поздовжніми розломами. Англійський геолог Грегорі, що описав подібні структури наприкінці минулого століття в Східній Африці, назвав їх рифтами (від англ. rіft - розрив, тріщина, щілина), а ланцюжка з декількох рифтів звичайно іменують рифтовими зонами.

Хоча лінійно витягнуті молоді западини, нині відносяться до категорії рифтів, були виявлені на різних континентах ще наприкінці XVІІІ століття (Байкальський рифт) і XІ столітті (Верхньорейнський рифт, рифти Мертвого і Червоного морів, Східної Африки), вони довгий час не привертали до себе належної уваги геологів і вважалися другорядними структурними формами.

У минулому столітті різка перевага в тектонічній будові Землі структур стиску (складчастих зон і поясів) відносно структур розтягання (рифтових зон) знаходило природне пояснення, тому що вважалося, що наша планета майже цілком утратила внутрішні джерела енергії, поступово оходжується, зменшує свій обсяг і в результаті загального стиску, що нерівномірно виявляється на її поверхні і в часі, її кора піддається коробленню, зминанню й у ній періодично виникають складчасті структури й утворюються великі нерівності рельєфу. Подібні ідеї висловлювали й обґрунтовували, зокрема, знаменитий англійський фізик лорд Кельвін, авторитет якого серед натуралістів другої половини XІ століття був винятково високий, і його сучасник ‑ великий австрійський геолог Е. Зюсс. Останній вважав навіть, що обмежені розломами западини (грабени) Східної Африки, що послужили для Грегорі зразком (тектонотипом) рифтовых структур, утворилися не в ході розтягання земної кори, а при загальному стиску Землі. Однак відкриття на рубежі століть явища радіоактивного розпаду елементів показало, що в надрах Землі укладені могутні джерела термічної енергії, і пануюча до цього концепція про поступовий стиск Землі в ході її розвитку ‑ так звана контракційна гіпотеза була більшістю геологів поставлена під сумнів чи зовсім відкинута.

Із середини XX століття починається систематичне геолого-геофізичне вивчення ложа океанів, що займають близько 2/3 поверхні Землі. Це призвело до відкриття на їхньому дні грандіозних, лінійно витягнутих зон підняттів, розсічених безліччю поздовжніх і поперечних розломів ‑ серединно-океанічних чи, точніше, внутріокеанічних хребтів загальною довжиною більш 80 тис. км. Виявилося, що вони просторово пов'язані з деякими рифтовими зонами на континентах, мають подібні з ними чи близькі риси рельєфу, структури, магматизму і геофізичних особливостей і, безсумнівно, являють собою споріднені, хоча і набагато більші тектонічні утворення. У межах внутріокеанічних хребтів установлюються явні ознаки поперечного чи близького до поперечного їхнього простягання горизонтального розширення земної кори, при цьому в багато разів переважаючого по своїй швидкості і загальному масштабі її розширення в рифтових зонах континентів. На відміну від останніх воно виявляється не тільки в роздробленні, розтяганні й потоншенні раніше існуючої кори, але й у повному її розриві, розбіжності блоків, що відокремилися, у різні сторони і послідовне заповнення зяянь, що утворилися між ними, гарячим глибинним магматичним матеріалом, що піднімається з мантії Землі. Прояву стиску кори в межах ложа океанів на відміну від континентів виявилися незначними чи локальними.

Відкриття грандіозного явища розсування ложа океанів, що одержав назву "спрединг" і призвів протягом останніх 150-170 млн. років до виникнення і розширення величезних западин Атлантичного, Індійського й Арктичного океанів і відновленню більш древньої западини Тихого океану, радикально змінило уявлення про тектонічну будову Землі і геодинамічні процеси, що відбуваються в її верхніх оболонках, і, зокрема, показало, що процеси горизонтального розтягання і розширення в її корі в масштабі всієї планети грають не меншу роль, ніж процеси її скорочення і стиску, а на думку деяких дослідників навіть перевершують їх по своєму глобальному ефекті. Інтенсивність регіонального розвитку материкової та океанічної кори тепер визначають тектоно-вулканічні умови, а матеріалом живлення цього розвитку, як і раніше, є тільки вивержені вулканами або підняті з глибини на поверхню тектонічними рухами продукти диференціації планетарної речовини. Порівняння історії розвитку та геологічної будови материків і ложа океану розкриває великі можливості для остаточного вирішення проблем утворення земної кори й походження океану.

В останні десятиліття різко зріс інтерес геологів до вивчення рифтогенезу (включаючи його найбільш великомасштабну форму ‑ спрединг) як одного з найважливіших тектонічних процесів, що впливають на багато інших процесів і відбуваються в земній корі і на її поверхні: формування рельєфу, опадонакопичення, магматизм, утворення родовищ рудних, нерудних і паливних корисних копалин, а також розвиток життя на нашій планеті [23]. У вивченні сучасного і новітнього рифтогенезу і з'ясуванні ролі рифтогенезу і його еволюції в історії Землі в останні роки були досягнуті значні успіхи. Разом з тим виникли дискусії щодо розуміння загальних закономірностей і тенденцій у розвитку Землі і місця рифтогенезу, спредингу і сполучених з ними процесів у її еволюції.

РОЗДІЛ 1.

Сьогодні загальновизнаним є той факт, що континенти й океанічне дно ‑ це окремі плити, що переміщаються по поверхні мантії відносно одна одної (Мал.1.). Даний процес відомий за назвою тектоніка плит і описує структурні особливості земної кори. Термін "тектоніка" буквально означає "утворення" [2].

Плити являють собою переважно тверді блоки, що складаються з земної кори і верхньої твердої частини мантії, іншими словами ‑ літосфери. Під твердою мантією знаходиться астеносфера ‑ пластична чи напіврозплавлена частина мантії, що залягає на глибині між 100 км і 200 км від земної поверхні.

Існує приблизно 15 великих плит і велика кількість малих [24]. Їх співвідношення визначаються трьома основними типами меж – дивергентними, конвергентними і трансформними. Дивергентні межі розташовані між двома літосферними плитами, що віддаляються в протилежних напрямках. В океані плити розділені океанічними хребтами.

Серединно-океанічні хребти мають вигляд підводних гір. Гребені їх, місцями піднімаються на глибину 1000 ‑ 2000 м від рівня води. Підніжжя гір занурені на 3000 ‑ 6000 м. Найвищі частини Серединних океанічних хребтів часто піднімаються над рівнем океану, утворюють гористі острови та острівні дуги. На гребенях підводних базальтових гір осадочних порід або зовсім нема, або покрив їх незначний ‑ потужністю 1 ‑ 2 м. Серед складу осадків переважає вапнистий мул з мікроскопічних черепашок-отвірниць, наверстування вулканічного попелу та піщано-уламкові відклади, які поширені переважно на схилах глибоких западин.

Серединно-океанічні хребти виявлені в усіх океанах. Вважають, що вони утворюють єдину глобальну систему і становлять найважливішу рису підводного рельєфу Землі. Як правило, в СОХ виділяють їх осьову зону та фланги. Для осьової частини характерні вузькі улоговини ‑ рифтові долини (рифти), які приурочені до розломів тієї ж протяжності, що й хребти, і в залежності від швидкості спредингу , мають різну морфологію.

Спрединг (рифтогенез) – це найбільш великомасштабна і зріла форма горизонтального розсування земної. Утворені в процесі спредингу тектонічні зони, виражені в рельєфі грандіозними підводними внутріокеанічними рифтовими хребтами, займають велику частину площі дна океанів біля половини поверхні Землі (Мал. 2.). У сукупності вони утворюють світову систему спредингових структур. Її головними елементами є майже безупинне кільце субширотних спредингових зон, що облямовують Антарктиду, і чотири субмеридіональних спредингових пояса: Атлантичний, Індоокеанський, Західно- і Східно-Тихоокеанський [21], що відходять від нього до півночі приблизно на рівній кутовій відстані один від одного.

Мал. 2. Поширення кайнозойських континентальних рифтових зон і систем і океанічних спредингових поясів Землі.

1 - внутріокеанічні спредингові пояса; 2 - Західно-Тихоокеанський кінцево-океанічний спрединговый пояс; 3 - активні осьові зони спредингових поясів і їх найбільші трансформні розломи; 4 - відмерлі осьові зони спредингових поясів; 5 - континентальні рифтові зони і системи; 6 - стабільні ядра континентів - древні платформи; 7 - рухливі пояси різного віку в межах континентів і їхніх окраїн; 8 - області дна океанів поза кайнозойських спредингових поясів переважно з мезозойською корою океанічного типу.

Біля екватора ці пояси різко коліноподібно відхиляються до заходу, а потім продовжують випливати в північному напрямку, поступово звужуються, вироджуються, підставляючись по простяганню сучасними міжконтинентальними рифтовими зонами. (Аденська, Червонономорська, Каліфорнійська) і далі внутріконтинентальними рифтовими зонами і рифтовими системами і, нарешті, загасають. На відміну від інших океанічних спредингових поясів недавно виявлений [21] Західно-Тихоокеанський пояс в основному протягається через виниклі в ході спредингу глибоководні западини морів на західній окраїні цього океану.

Основними елементами внутріокеанічних спредингових хребтів у поперечному розрізі є вузька гребенева зона, на більшій частині свого простягання ускладнена осьовою рифтовою долиною, і широкі (від кількох сотень до кількох тисяч кілометрів) флангові зони, що знижуються до підніж цих хребтів. В осьовій зоні нині відбувається процес розсування літосферних плит з напівшвидкістю від 1 до 10 см у рік і формування нової океанічної кори за рахунок розплавленого, але поступово остигаючого магматичного матеріалу, що піднімається з верхньої мантії і заповнює порожнину, яка утворюється. Верхні частини розрізу цієї зони складають лави підводних базальтових виливів з їхніми вулканічними центрами і магматичними каналами (дайками), нижню ‑ магматична камера, яка в процесі охолодження і застигання поступово набуває вигляду складно розшарованого інтрузивного тіла з основних і ультраосновних порід.

Широкі флангові зони у відносно піднятих приосьових частинах спредингових хребтів ускладнені поздовжніми грядами, складеними базальтовими лавами, і міжгрядовими зниженнями, що утворилися на більш ранніх стадіях тривалого процесу розсування і новоутворення океанічного дна. По мірі віддалення від гребеневої зони первинна вулканічна поверхня флангових зон поступово ховається під океанічними відкладами, товщина яких стає усе більш могутньою, починається з усе більш древніх шарів і відповідно підстилається більш древніми базальтовими покривами. Зниження поверхні внутріокеанічних хребтів до їхньої периферії пояснюється поступовим охолодженням і відповідно збільшенням щільності і зменшенням обсягу різновікових магматичних комплексів, що формувалися на різних стадіях процесу спрединга по мірі їхнього віддалення від активної гребеневої зони.

Характерною рисою структури спредингових океанічних хребтів, що відрізняє їх від рифтових зон континентів, є наявність гребеневих і флангових зон. Морфологічно вони можуть бути виражені у вигляді вузьких жолобів, чи уступів вузьких гребенів, а в плані спостерігається стрибкоподібний зсув по цих розломах осьової зони й одновікових елементів флангових зон у суміжних сегментах спредингових хребтів, що створює ілюзію їхнього наступного відносного переміщення по зрушенню (мал. 2). У дійсності, трансформні розломи являють собою відносно древні тектонічні структури, що розділяли сегменти цих хребтів, а осі спредингу в останніх не продовжувалися безупинно в сусідні сегменти, але з моменту закладення знаходилися в них на відстані від декількох до кількох сотень кілометрів один від одного.

Результати глибоководного буравлення і геофізичних досліджень показують, що на деяких ділянках внутріокеанічних рифтовых хребтів процес спрединга почався ще в пізньоюрську епоху (близько 160-140 млн. років тому ), але по більшій частині в ранньокрейдову (між 140-100 млн. років тому ) чи пізньокрейдову епоху (100-65 млн. років тому ) і продовжувався протягом усього кайнозою. На відміну від континентального рифтогенезу, що проявився окремими переривчастими імпульсами, спрединг відбувався майже безупинно, але в часі швидкість його неодноразово змінювалася. Найбільш висока середня швидкість спрединга була в пізньокрейдову епоху, а в кайнозої вона в цілому, хоча і з коливаннями поступово знижувалася, але в останні 10 млн. років знову помітно зросла. Згодом положення осей зон спрединга, які активно розвивалися, також трохи змінювалося, деякі з них відмирали (наприклад, зони спрединга Лабрадорського і Тасманового морів), інші, навпаки, поступово подовжувалися, як би проростали по простяганню, треті стрибкоподібно зміщувалися убік паралельно своєму первісному положенню, четверті змінювали своє орієнтування. Особливо різкі перебудови тектонічного плану активних зон спрединга спостерігалися в Індоокеанській області.

Процес спрединга може починатися в регіонах, що спочатку мали як континентальну, так і океанічну кору. Так, у другій половині мезозою існуючий тоді єдиний гігантський суперконтинент Пангея розколовся на кілька великих уламків ‑ нинішніх континентів, між якими в результаті тривалого спредингу утворилися западини сучасних Індійського, Атлантичного і Північного Льодовитого океанів. При цьому спредингу безпосередньо передувало і частково супроводжувало його початкової стадії широкий розвиток континентальних рифтових зон і рифтових систем (головним чином юрських і ранньокрейдових), фрагменти яких збереглися в межах північно-західної окраїни Європи, Африки, Південної Америки, Індостану, Австралії й Антарктиди. У цих регіонах у ході свого розвитку деякі внутріконтинентальні рифтові зони перетворилися в міжконтинентальні ембріональні спредингові зони, а останні надалі ‑ у спредингові пояси океанів.

Однак у межах Тихого океану, ложе якого, на думку більшості дослідників, як величезний регіон з корою океанічного типу існує принаймні з палеозою, тобто більш 0,5 млрд. років, а може бути, і 1 млрд. років, а сучасні спредингові пояса які стали формуватися лише в другій половині чи наприкінці мезозою, тобто не раніш 170-150 млн. років тому, процесу рифтогенеза, що переросли у великомасштабний спрединг, очевидно, піддалася більш древня кора океанічного типу. Спредингові пояса, безсумнівно, мають дуже глибокі корені, що ідуть у глиб усієї верхньої мантії (до глибин 600-700 км), а частково й у нижню мантію, а їхній розвиток, імовірно, контролювалося процесами, що відбуваються у верхньому, рідкому ядрі і на границі ядра і мантії Землі (2900 км). Результати новітніх сейсмотомографічних досліджень, що дозволяють просвічувати надра Землі аж до поверхні ядра, показали, що під усіма спрединговими поясами верхня мантія, а під деякими з них також нижня мантія чи її верхня частина характеризуються аномально зниженими (для відповідних глибин) швидкостями проходження сейсмічних хвиль, що вказують на знижену щільність і підвищені температури. Це дозволяє припускати під цими поясами висхідні потоки тепла і глибинного матеріалу.

Недавно було встановлено, що частота інверсій полярності геомагнітного поля, що генерується в зовнішньому, рідкому ядрі Землі і на його границі з мантією й в основному залежить від процесів, що відбуваються в них, [11], у часі істотно варіювала [16], і ці зміни, принаймні протягом останніх 180 млн. років, добре корелюються з глобальними змінами інтенсивності спрединга, континентального рифтогенеза, базальтового вулканізму і деформацій стиску в земній корі, а також з евстатичними коливаннями рівня Світового океану, що відбивають зміни форми його дна і земної поверхні в цілому [16, 17]. Виявилося, що фазам частішання геомагнітних інверсій, тривалість яких не перевищує 1-2 млн. років, відповідають у часі фази уповільнення спрединга, припинення рифтогенеза, ослаблення базальтових виливів, посилення деформацій стиску і короткочасних фаз досить різкого (до 50-100 м) падіння рівня Світового океану. Навпаки, фазам, що відрізняються більш рідкими геомагнітними інверсіями чи їхньою повною відсутністю (тривалістю від 1-2 до 10- 20 млн. років), відповідають глобальні фази прискорення спрединга, активізації континентального рифтогенеза, базальтового вулканізму, ослаблення деформацій стиску і підйому рівня Світового океану. Таким чином, можна припускати, що інтенсивність спрединга і континентального рифтоутворення в часі в кінцевому рахунку контролюється ходом процесів, що протікають у самих глибинних частинах Землі.