В.С. Захаров, В.Б. Смирнов - Физика Земли (1119252), страница 43
Текст из файла (страница 43)
слеловашльно, менее плотной1 полстнлаюшей астеносфере. Возникает отригзательная плавучесть литосферной плиты, она изгибается и погружается в мантию, образуя океанический лгеггоб. Процесс погружения олной (океанической1 плиты пол лругую (океаническую ил и континентальную1 называется субдукиией. Океанические желоба называют также деспгруклгггвными границами (границами унлмяогжелил1 плит. К деструктивным границам относят так:ке золы выгнули, гле происхолит столкновение лвух континентальных сшит.
Именно к области юн сублукции приурочено наибольшее чисшз сильнейших, а также самых глубоких землетрисений (см. рис. 4.431. Погружаюшиеся участки литосферных плит хорошо выявляются сейсмологическимн методами: в холодных хрупких породах плит локализуются очаги землетрясений. Напомним, что наклонные зоны локазизацгги очагов землетрясений, связанных с погружавшимися участками плит, называются зовами Бельофа (см. рис. 4.44. б и 5.141. Глобальная система деструктивных границ (сублукционных и коллизионных( показана на рис. в 1 жирной черной линией. Третьим типом грагпщ являются глрансфодмные границы.
270 Практически позали каждого океанического желоба параллельно ему тянется цепь действующих вулканов. Если вулканическая цепь располагается на дне океана, то вулканы образуют островную дугу, типичным примером которой могут служить Курильские и Алеутские острова в северной части Тихою океана. Если же океанический желоб проходит вблизи континента, го вулканы образуются на суше. Это имеет место, например, на Западном побережье США. Верхняя оболочка Земли, кора, отделена от мантии сейсмической граныией Махороввчича (Мохп, см, гл, 4).
Земная кора имеет другой состав и меньцтую плотность по сравнению с мантией. Поэтому земная кора гравитационно-устойчива по отношению к мантии. Выделяется два типа коры: океаническая и континентальная, которые отличаются по строению и свойствам. Типичная толгцина океанической коры — б км, континентальной — 35 км (см.
рис, 4.37). Хотя океаническая кора легче мантии, она довольно тонка и не может заметно помешать субдукции гравитационно-неустойчивой океанической литосферы. Океаническая литосфсра находится в состоянии непрерывной циркуляции, наращиваясь в областях океанических хребтов и уничтожаясь в областях желобов соответственно. Вследствие постоянного обновления океанического лна, его возраст не превышает 180--200 млн лет (рис. 7.2б), Континентальная кора также легче мантии, и обладает при этом лосгаточной тслшиной (рис.
8.3). Поэтому она практически не погружается на деструктивных границах плит и не уничтожается — в отличие от океанической коры. Вследствие этого возраст пород континентальной коры имеет в среднем порядок 1О лет (рис. Х.4) и значительно превышает возраст порол океанической коры. ( ~20-.40;, 40-45 тл 45-50 йй йь 60 ° 60-20 ° > 20 Рис, В,З. Мощность континентальной коры, усредненная по ячейкам 5 к5; по (Моопеу ет а).,! 998: из Еое4ее 2005. й 5( 2) ггбггггагкиг 90 120" 150' 190 !50* Г20' 90"' 60' 9ГГ 0' ЗО' 60' 90' Игн гет Е)18 з поо О 250 ЗОО- Пгнг Рис. 8ии Возраст континентоа (по 5с(а1ег 01 а(., 1981; из 6099(ег, 2005. Р, 516) 8.3.
ЛИТОСФЕРА И АСТЕНОСФЕРЯ 8.3.1. Прочность питосферы Для модели тектоники плит весьма существенными являются реологические свойства оболочек Земли. В геодинамике в качестве обобщенной реологической характеристики литосферы обычно используется эффеисиивиаи (абобгиеииая) ирочиосигл. В настоящее время принято следующее распределение аффективной обобщенной прочности литосферы с глубиной (Вуегйе, 19б8; Капай!, Мигрйу. 1987). При относительно низких температурах и давлениях происхолит хрупкое разрушение пород, которое может быть описано экспериментальным законом кулоновского типа, учитывающим также скольжение вдоль существующих поверхностей разрывов (так называемый заков Бирли): о, — о, = 'ррлс(1 — ф), (8,1) где о,.
оз — максимальное и минимальное нормальные напряжения; р -- плотность; 8 — ускорение; à — глубина: ф — отношение порового давления флюида к литостатическому давлению; () — параметр. определяемый типом разлома. Важно отметить, что согласно (8.1) прочность среды на хрупкое разрушение не зависит от температуры. При движении литосферных плит вдоль поверхности Земли вместе с ними движутся и расположенные на ннх континенты.
Относительное движение континентов называют коигиггиеиигадлилгм дрейфом. При более высоких температурах (начиная примерно с половины температуры плавления) происхолит перехол к механизму пластических деформаций и крипо~юй пол.зучести. Экспериментальный закон крипового течения лля большинства порол коры имеет вид (2ЗЗ) 3 = Лггп ехр(-(7,'йу') Р)оскольку криповая прочность по определению зависит от вешества (параметры А и п), скорости деформаций н гемпературы, для расчета необхолнмо запать строение н состав литосферы, некоторой характерной величиной скорости леформации г (обычно 1О"'"-10 " !7с) и конкретными зависимостями температуры от глубины (геотермами).
Величины параметров, входяших в реологичоские соотношения. получены из резульштов лабораторных экспериментов и экстраполяции их на условия, соответствуюшие л итосфере. При построении реологических профилей (кривых прочности) задахзт структуру коры, состоя шей нз слоев с опрелелен ной литологией, которая залает значения вешественных параметров в законах (3.1) и (2.32). Характер повеления срелы для кажлого слоя на определенной глубине определяешься тем, какой нз двух чеханизмов (хрупкий илн пластичный) лает меньшую величину прелела прочности. Перехол от одного режима к лругому определяется равенством сдвиговой прочности в хрупком и пластическом режимах. Поскольку кри~зоиы и предел прочности зависит от температуры и скорости деформации, то лля построения реоло| ических кривых для литосферы необходимо также задаться конкретными геотермами и режимом нагружения (сжатие нли растяжение, скорости деформации).
На рис. 3.5 приведены типичные профили обобшенной прочности модельной лнтосферы, которая состоит из верхней егранитнойь (толщиной около 15 км), нижней базитовойп коры (25 км) и подстилаюшей олнвиновой мантии. На рис. 3.5 показаны кривые прочности, соотвектвуюшие различным тепловым режимам: с тепловым потоком 45 и 60 мйзУм', а также геотермы для этих случаев. На рис. 3.б представлена зависимость кривой прочности от скорости деформации, видно.
что вариации этого параметра могут приводить к проявлению разно~о числа слоев. Кроме того, прочность на растяжение значительно меньше, чем прочность на сжатие. Реологический профиль, пошроенный лзя океанической лнтосферы, обладает теми же характсрнымн особенностями: выделяется достаточно выраженный минимум„приходящийся на нижнюю пластичнуюую сер пел типовую кору (Л об ко вский, 1933). 273 20 40 100 Рис.8.5. Модельные профили обобщенной прочности континентальной литосферы для различных тепловых режимов: 1 — кора !с разделением на верхнюю и нижнюю), и — подкоровая упругая литосфера, !! ! — неупругая литосфера; 1 — кривая прочности, 2 — геотерма для режима с тепловым потоком 45 мбт/м", 3 — кривая прочности, 4 — геотерма для режима с тепловым потоком бо мВт!м' 8.3.2.
Свойства литосферьа и астаиосфераа Реологические исследования, результаты которых обсуждались сохах» Рис, З.б. Кривая прочности континентальной литосферы с двухслойной корой и ее зависимость от скорости деформации я $ В я 5 х гтг КЮ 21Ю ЗЮ жЮ ЗОО МЮ Ми а О 200 400 600 800 1000 1200 Т го — --- 2--- выше, показывают. па литасфера, несмогря на достазачна сложную реалагическую структуру, сохраняет жесткость в течение геологических промежутков времени -- вплоть до 10« лет Пол литасферай расположена астеносфера, вегпества которой имеет достаточно высокую температуру, и поэтому в ней может идти пропссс твердотельной ползучести.
Пол лействием внешних сил породы встеносферы текут в геологических миггитаоих времени. Согласна такому полхолу нижняя гранина литосферы контролируется изотермой — поверхностью постоянной температуры. Температура в подошве литосферы приблизительно принимается окшю 1300 С (термазьнил ззитогфери). Пззрады, лежашие в Земле нал этой изотермой, лостаточно ховали ые н ведут себя как жесткий материал, в то время как нижележашие породы лос гаточно нагреты н легко деформируются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
