В.Н. Жарков - Внутреннее строение Земли и планет (1119250), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Эту формулу легко получить, если образовать скалярное произведение двухрадиусов-векторов, направленных вполюс вращения плиты и рассматриваемую точку. Формулы (127) и (128)позволяют элементарным путем рассчитать линейную скорость относительного движения для произвольнойточки двух рассматриваемых плит.Как построение модели внутреннего строения Земли является центральной задачей физики Земли, так ипостроение мгновенной, современнойкинематической модели движения литосферных плит занимает центральное место в тектонике плит.Построение эффективной глобальной кинематической модели начинается с ее параметризации — выбора минимального числа литосферныхплит, относительные движения которых могут достаточно точно описать движения земной поверхности.VλVμrλ, θμ, ϕϕjΩ j θjωjyxРис.
61. Системы координат, используемые для расчета параметров относительного вращения плитI — определение полюса вращения по направлениям движения (P — северный полюсЗемли; O — полюс вращения плит A и Б; x, y,z — координатные оси, проходящие через центри полюса вращения Земли); II — сферическийтреугольник; III — разложение векторов относительной скорости V ji и Ω j на составляющие223Эту проблему следует отличать от вопроса, сколько плит в настоящее времясуществует на поверхности Земли.
На последний вопрос, видимо, невозможнодать удовлетворительного ответа, так как все зависит от критериев, принятыхдля минимального размера плит и минимального относительного движения награницах плит, от детальности региональных построений и т.п. Поэтому, когдаговорят о параметризации модели, то под этим понимают выбор минимальногочисла плит, необходимого для построения удовлетворительной глобальной модели.
В действительности литосфера разбита на значительно большее число плит.Ниже будут приведены параметры одной из лучших современных глобальныхмоделей, построенной американскими геофизиками Миистером и Джорданомв 1978 г. В их модели литосфера разбита на 11 главных плит, перечисленныхв начале §8.3.3.При решении региональных геологических задач главные плиты иногда бывает необходимо разбить на несколько самостоятельных частей. Так, на рис.
54обозначена Филиппинская плита и микроплита Горда (на западной окраине САплиты), которые в модели Минстера и Джордана не выделены в главные плиты.При рассмотрении сложных геологических регионов, например Средиземноморья, число добавочных микроплит, необходимых для удовлетворительного описания кинематики земной поверхности, может доходить до 15. В глобальныхпостроениях движения в сложных геологических регионах, которые по площади составляют лишь небольшую долю земной поверхности, описывается лишьв среднем. В этом смысле глобальные модели тектоники плит похожи на современные модели Земли (§7.3), которые также дают усредненные параметрыгоризонтально-неоднородных слоев земных недр.Минстер и Джордан обозначили свою мгновенную кинематическую модель1978 г.
RM2 (Relative Motion 2 — модель относительного движения 2) в отличиеот их широко известной модели 1974 г. — RM1. При определении географических координат полюсов вращения и угловых скоростей относительного движения плит был использован следующий набор данных: 110 значений скоростейразрастания океанического дна, 78 азимутов TP, указывающих направления относительного движения плит, и 142 значения вектора подвижки, определенныепо механизмам очагов землетрясений на ТР.
Скорости находились с помощьюгеомагнитной хронологической шкалы, причем интервал времени, по которому производилось усреднение, не превосходил 3 миллиона лет. Таким образом,в модели RM2 геологическое мгновение имеет длительность ∼ 3 миллиона лет,что заметно меньше, чем интервал времени, по которому производилось усреднение в модели RM1 (5–10 миллионов лет). Данные об относительном движенииплит относились лишь к таким парам, в которые входила по крайней мере однаокеаническая плита.224Для определения средних параметров полюсов вращения и угловых скоростей использовался метод наименьших квадратов. В методе наименьших квадратов составляют разности теоретических значений относительных скоростей(или направлений относительного движения в конкретных точках) и соответствующих наблюдаемых значений. Образуются квадраты этих разностей, которые затем суммируют.
В результате получается сумма, содержащая 330 членов(по числу используемых данных наблюдений). Решение задачи подбирается так,чтобы указанная выше сумма имела абсолютный минимум. В результате такбыла получена модель RM2, дающая значения координат полюсов вращенияи угловых скоростей. Таким образом, построение мгновенной кинематическоймодели движения литосферных плит требует отбора наилучших — наиболее надежных данных наблюдений и затем решения громоздкой вариационной задачина определение минимума суммы квадратов.
Параметры модели RM2 приведеныв табл. 12. Модель RM2 полностью описывает относительные движения плит,что дает основу для построения палеокинематических реконструкций и рассмотрения геологических процессов, наиболее активно происходящих в зонахграниц плит. Этой теме посвящено большое число публикаций, и она лежит внерамок данной книги.Перейдем теперь к проблеме определения абсолютных скоростей плит. Дляэтого необходимо выбрать систему отсчета, которая была бы связана с «неподвижными» глубинными зонами мантии. Эти зоны следует считать неподвижными — если там и происходят движения, то они значительно более медленные,чем движения литосферных плит. Если наружную оболочку Земли, состоящуюиз литосферы и астеносферы, назвать тектоносферой, то подстилающую ее оболочку можно назвать мезосферой.
Минстер и Джордан предложили поместитьсистему координат для изучения абсолютных движений плит в мезосферу иназвали ее средней мезосферной системой отсчета. Выше несколько раз отмечалось, что с указанной системой отсчета связаны горячие точки. Чтобы исключить небольшие относительные смещения ГТ друг относительно друга, которыемогут накапливаться на протяжении больших интервалов времени, абсолютныескорости плит определялись по средним скоростям миграции ГТ только дляпоследних 10 миллионов лет. Для определения средней абсолютной скоростииспользовались следы, прочерчиваемые девятью ГТ (направление определялосьазимутами этих следов), и для пяти ГТ были определены скорости их миграции.Этот набор данных совместно с моделью RM2 был использован для определенияабсолютных скоростей плит.
Полученная модель была названа AМ1-2 (AbsoluteMotion model) (табл. 13). Она оказалась самосогласованной, т.е. описывает весьнабор данных непротиворечивым образом. Это позволило Минстеру и Джордану сделать вывод о том, что гипотеза Уилсона–Моргана о неподвижностиплюмов относительно мантии подтверждается.225Однако, если обратиться к табл. 13, то легко видеть, что в AM1-2 средниеквадратические ошибки абсолютных значений угловой скорости вращения малы лишь для быстро движущихся плит, таких как ТО, И, КО, а для медленнодвижущихся плит ЕА и АН ошибка σω заметно превосходит само значениеабсолютной угловой скорости ω ; следовательно, метод ГТ не позволяет определить абсолютные скорости медленно движущихся плит.
Этот вывод следуетпонимать так: абсолютные значения скоростей для ряда плит малы и в линейноймере составляют ∼ 1 см/год и меньше; имеющиеся данные не позволяют определить ни величины этих скоростей, ни их направления. Еще раз подчеркнем, чтопоследнее заключение относится лишь к абсолютным скоростям. Относительные скорости плит (табл. 12) в модели RM2 определены достаточно уверенно.Модель AM1-2 дает хотя и малую, но не равную нулю абсолютную скоростьдвижения АФ плиты, что как бы противоречит гипотезе Бурке – Уилсопа о неподвижности АФ плиты.
В связи с этими неопределенностями Минстер и Джорданпостроили еще три модели абсолютных движений плит на основе других критериев: 1) отсутствие вращения литосферы как целого относительно мантии —модель AM0-2, 2) наилучшего согласия с набором данных для ГТ — модельAM1-2 (табл.
13), 3) неподвижности АФ плиты, 4) неподвижности КА плиты.Гипотеза 4) исходит из того, что глубоководные желоба если и движутся относительно мантии, то их скорости малы и КА плита удерживается неподвижнойглубоководными желобами, образующими две границы этой плиты.Данные для ТО плиты по всем четырем моделям сведены в табл.
14. Авторы отдают предпочтение модели AM1-2, хотя, как они замечают, если сделатьпредположение о том, что покоится относительно мантии АН или ЕА плита, тополучатся модели, практически эквивалентные AM1-2. В целом можно сказать,что абсолютные скорости быстро движущихся плит определяются с точностьюдо 10–20%, а абсолютные скорости медленно движущихся плит определить неудается.Определение абсолютных скоростей плит позволило подтвердить следующиеправила: 1) наблюдается антикорреляция скоростей плит с величиной площадиконтинентальной части, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
