В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика (1119248), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Строение континентальной коры в противоположность океанской более сложное и неоднородное. Однако в ней также выделяют три слоя: верхний осадочный и два нижних, »шоженных кристаллическими породами. Почти повсеместно под континентальной корой определяется граница Мохо. Скорости сейсмических Р-волн в слоях коры нарве"шют сверху вниз: от 2 до 5,5 км/с в осадочном слое, 6 — 6,5 км/с в верхнем слое, 6,6— 7,0 км1'с в нижнем слое, ниже границы Мохо — 8 8,2 км/с. Верхний слой кристаллических пород представлен древними докембрийскими породами гранитогнейсового состава, поэтому его иногда называют «гранитным». Нижний слой сложен породами среднего и основного состава, метаморфизованными до амфиболитовой и даже гранулитовой фракции.
Нижний слой иногда называют «базальтовым». Проблемы концепции тектоники плит Вышеупомянутые представления о процессах раздвижения (спрединга) океанского дпа, движения литосферных плит, а также выводы о возрасте ложа океана и океанской воды рассмотрены в книге в рамках наиболее общепринятой в настоящее время геолого-геофизической концепции тектоники литосферных плит.
В геофизике уже давно существовали два принципиально различных подхода к рассмотрению эволюции нашей планеты: фиксизм (стабильное развитие) и мобилизм. Мобилизм как антитеза развитию Земли возник в 1915 г. после выхода в свет книги немецкого геофизика Альфреда Вегенера «Происхождение материков и океанов». Основываясь па сходстве (зеркальной симметрии) очертаний противоположных берегов Атлантического океана и привлекая к рассмотрению другие, известные в то время, геофизические материалы (гипсометрическую карту Земли, теорию изостазии, данные о скоростях с-волн под континентами и океанами), Вегенер предположил, что 1'и.
б. Литосфера Земли и ве эволюция современная структура материков является следствием раскола древнего праматерика Пангеи и раздвижения его отдельных частей под действием силы вращения Земли. Складчатые горные цепи, по представлению Вегенера, возникали перед фронтом движущегося материка.
Сторонников идей Вегенера было существенно меньше, чем противников, поэтому идеи мобилизма активно не развивались. Всплеск идей мобилизма приходится на пятидесятые годы ХХ столетия. Это было связано прежде всето с тем, что сейсмическими исследованиями было установлено, что земная кора под океанами сильно отличается от континентальной, опа очеш, тонка (5 10 км). Кроме того, в эти годы начали развиваться палеомагнитные исследования., которые давали возможность получения количественных оценок масштабов перемещения отдельных литосферных блоков.
В частности, пвлеомагнитные данные показали, что в позднем палеозое и в мезозое имело место отодвигание Европы от Северной Америки, что подтверждало гипотезу Вегепера. В 50-е годы ряд исследователей выступил с идеями неомобилизма, суть которых состояла в предположении существования течений в глубине Земли, под действием которых происходит перемещение континентов или их частей. Основополагающие идеи концепции тектоники плит были сформулированы в 1962 г. в статьях Р.Дитца и Г.Хесса. Суть идей состоит в том, что на осях подводных срединно-океанских хребтов (САХ) в результате магмоизвержепий происходит образование новой океанской коры, которая симметрично растекается в стороны. Причиной этого растекания (спрединга) является тепловая конвекция в мантии.
Р. Дитц писал: «Срединно-океанские хребты маркируют восходящие мантийные потоки, или зоны дивергенции: глубоководные желоба ассоциируются с зонами конвергенции, или с нисходящими мантийными потоками». Таким образом, в природе существуют как бы ленты эскалаторов, которые выходят в центральных частях подводных хребтов, движутся вдоль ложа океана и погружаются перед континентами в глубоководных желобах. Существенным дополнением к этим идеям явилась опубликованная в 1963 г. гипотеза Ф. Вайна и Д. Мэтьюза,.
связавшая растянутые во времени образование в центрах САХ горных пород и их движение в стороны от хребтов с инверсиями геомагнитпого поля. Тем самым было дано объяснение образованию знакопеременных линейных аномалий, симметричных по обе стороны хребтов. 102 1л. ». Дито«ф«г«Земли и е«эеолюци« Интенсивная вулканическая деятельность в некоторых местах внутри литосферных плит (как под океанами, так и на континентах)., согласно концепции тектоники плит, связана с сущест- вованием так называемых «горячих точек», которые находятся на большой глубине (ниже основания литосферных плит). «Горячие точки» длительно действующие магматические очаги поставляют на поверхность континентов и океанов базальтовую магму, при этом очаг «горячей точки» остается на месте, а вышележащие литосферные плиты перемещаются.
В результате на поверхности Земли образуется цепочка вулканов, возраст которых уменьшается в направлении, обратном движению плиты. В рамках концепции т~ ктоники плит было предлож»но и объяснение раскола, Пангеи и раздвижения ее обломков (современных материков) и образования между ними Атлантического, Индийского и других океанов. Однако очень красивая и убедительная концепция тектоники плит (КТП) пока не в состоянии ответить па ряд вопросов, относящихся к геологической истории и эволюции Земли.
Прежде всего, .геологические события, которые рассматривает КТП, относятся к последним 400 млн лет. Возникает вопрос, как быть со всей 4,5-миллиарднолетней тектонической историей планеты. Сторонники КТП оказались перед дилеммой: 1) механизм КТП начал действовать с конца палеозоя (400 500 млн лет назад), а ранее дрейфа не было или 2) в истории Земли всегда существовали механизмы плитотектоники и поэтому, по крайне мере трижды, происходил раскол суперматерика, обломки которого вновь объединялись в Пангею. Один из крупнейших геофизиков ХХ в, академик В.А.
Магницкий еще в 1960 г. писал: «Можно уверенно говорить, что земная кора выделилась из оболочки в процессе развития Земли, поэтому из установленного наблюдениями равенства тепловых потоков на континентах и океанах следует вывод, что не существовало крупных горизонтальных перемещений, порядка тысяч киломотров, больших блоков земной коры., как то предполагает гипотеза мобилизма. В противном случае это привело бы к Гл. ». Литоеферв Зе ли и ее эволюция настоящее время расчетная ось магнитного диполя наклонена к оси вращения на угол около 12' и существенно (на 2 — 3') изменяет свое положение относительно стабильной оси вращения в последние 300 лет, в течение которых ведутся измерения геомагнитного поля.
Что было за прошлые сотни миллионов лет, трудно сказать. В модели центрального осесимметричного диполя древняя широта ядр точки наблюдения, где производится отбор образцов, определяется простой формулой 1 анэли — †агоний — Цй,1лр. 2 (5.1) Здесь,Улр угол наклонения древнего поля, который определяется по направлению естественной остаточной намагниченности горной породы 1„(рис.
4.10): 1„ 1~,/др —— — ", Уо„ (5 2) где 1„, 1„- вертикальная и горизонтальная составляя)щие 1и. Если же в палеомагнетизме в качестве модели геомагнитного поля принять поле центрального диполя, наклоненного под некоторым углом к оси вращения Земли, то расчеты древней широты уяр точки наблюдения произвести практически невозможно. отличию интенсивности тепловых потоков на континентах и океанах в 1,5. 2 раза. Следовательно, континенты и океаны в общем возникли примерно на тех местах, где они сейчас расположены». Как отмечалось, важную роль в обосновании КТП сыграли результаты палеомагнитных исследований, которые дали возможность количественно оценить масштабы перемещений литосферных блоков.
Однако в основу палеомагнитных расчетов были заложены предположения, которые далеко не в полной мере выполпшотся в реальной действительности. Первое предположение о том, что в качестве модели геомагнитного поля, по крайней мере за последние 600 млп лет, можно взять поле центрального осесимметричного диполя. Эта модель очень груба и для современного поля. Кроме того, в 1л. о. Дитоед1дерв Земли и ее эеолдоцил В этом случае выражение для 18,д, р имеет такой вид; о .
д 18 Удр 2 ~д1 81п 11эдр + 11д1 сов Лдр + 111 81п Лдр) сов ддэдр~ х о д ((д...дп, — 1д...д„,де,'.д8,1дпд„,) д 21 — 1д 2 + (д1 яп Лдр — 6~~ сов Лдр) ~, (5.3) где д1, д11, 61~ неизвестны, они определяют координаты и магнитный момент древнего геомагнитного поля; неизвестны также иэдр и Ллр. Очевиднод что такое уравнение со многими неизвестными не поДхоДит Дла нахожДениЯ 11элр. Согласно второму предположению, естественная остаточная намагниченность 1хКМ древних (до б00 млн лет) горных пород, в основном, отражает направление и величину древнего геомагнитного поля. На самом деле, 1ЧКМ отражает всю магнитную, химическую, тектоническую и термическук1 историю горной по- роды.
Задача определения древнего ноля по величине и направлению ХЕМ очень сложна и неоднозначна. По-видимому, в ряде случаев 1на достаточно молодых и хорошо сохранившихся древних породах) ее удается решить. Обратим внимание еще на одну, принципиальную для КТП, неоднозначность палеомагнитных данных. На основе данных об изменении на 180' направления МЕМ в горных породах сделан вывод об инверсиях геомагнитного поля. Однако поворот намагниченности на 180' возможен не только при смене направления магнитного поля на 180', он возможен без изменения направления поля за счет специфических свойств ферримагпитных минералов - носителей намагниченности. Такое явление поворота на 180' намагниченности без изменения направления поля называется самообращением намагниченности.
Таким образом, на величину и направление 1дКМ, по параметрам которой мы определяем элементы древнего геомагнитного поля, могут влиять не только внешние факторы (поле и и т.д.), но и специфические магнитные свойства ферримагнитных минералов. Ввиду важности этого вопроса рассмотрим его более подробно. 1'л. л. Дитосфера Земли и ее эеолюция 105 Самообращение намагниченности горных пород Энергия магнитного момента ЛХ во внешнем магнитном поле Н равна Еп = — (М Н) = — МЛ'сов~р, (5.4) где ~р угол между ЛХ и .Н. При у = 0 энергия будет наименьшей, поэтому момент ориентируется по Н. Однако при термонамагничивании (при охлаждении образца от температуры Т, близкой к точке Кюри Тс, до комнатной или более низких Т) некоторых природных ферримагпетиков обнаружены случаи самообращения антипараллельной полю Н ориентации суммарной термонамагниченности ТМ (и термоостаточной намагниченности ТВМ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
