В.А. Магницкий - Общая геофизика (скан) (1119281), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Прохождение поперечных сейсмических волн через астеносферу указывает на то, что плавление не может быть полным и вещество должно находиться в состоянии, близком к твер- дому. Процент расплава вещества по разным косвенным данным изменяется от нескольких единиц до 20. Такое состояние астеносферы приводит к достаточно сильному затуханию поперечных сейсмических волн. Литосфера в зависимости от географических координат изменяется не только по толщине, она вообще не является однородной монолитной оболочкой. Основную структуру литосферы можно понять, рассматривая строение поверхности Земли. В первом приближении поверхность разделяется на приподнятый над средним уровнем моря континентальный регион и опущенный океанский регион. К континентам примыкает материковая отмель (шельф), затем идет с резким углублением континентальный склон, переходящий в типичное океанское дно. Рассыпанные в океанах острова, цепочки островов, островные дуги, отделяющие от океанов краевые моря, являются самостоятельными структурами, имеющими свое особое строение и историю.
Средний уровень океанского дна расположен на 4,6 км ниже среднего уровня суши. Если мысленно рассматривать сверху земной шар без его водной оболочки, то можно увидеть горные системы и обширные континентальные равнины, на океанском дне — линейные системы срединно- океанских хребтов и глубоководных желобов, которые во многих местах разорваны трансформными разломами. Эти линейные системы делят литосферу на части, называемые литосферными плитами. Линейные системы характеризуются высоким уровнем сейсмичности, поэтому на карте их можно выделить по оконтуривающим их узким поясам сейсмичности (см. рис. 2.15).
Как следует из рис. 4.5, разделение литосферы на плиты не связано с разделением на материки и океаны. Большинство плит включает как материковые, так и океанские участки. Только одна крупная плита (Тихоокеанская) имеет исключительно океанскую поверхность. Границы плит бывают трех типов: 1) конструктивные границы, где происходит наращивание плит, 2) деструктивные границы — границы поглощения плит и 3) границы скольжения, связанные с трансформными разломами.
Каждый тип границ имеет свое выражение в рельефе, что позволяет проводить разбиение литосферы на плиты на основе данных о геологическом строении Земли. Срединно-океанские хребты и внутриконтинентальные рифтовые зоны образуют единую глобальную систему рифтов (разломов). Оба типа структур являются зонами, где действуют напряжения растяжения. Срединно-океанские хребты имеют в ширину одну-две тысячи километров и возвышаются над дном океанских котловин на 2-3 км.
Полная протяженность хребтов составляет около 80 0ОО-км. На осях большинства хребтов расположены рифтовые долины шириной 10-20 км и глубиной (от гребней гор) -2 км. ТЕКТОНИКА ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ , Как уже отмечалось, в результате поступления на поверхность Земли в осевых зонах срединно-океанских хребтов мантийного вещества происходит раздвигание (спрединг) океанского дна в стороны от хребтов, опоясывающих весь земной шар. Гипотеза спрединга была выдвинута в 1960 г. и пришла на смену гипотезе дрейфа континентов, предложенной А. Вегенером еще в 1912 г.
По гипотезе спрединга расширение океанского дна обусловлено конвективными потоками вещества в подстилающей литосферу мантии, горячее вещество которой выносится наружу в осевой зоне океанских хребтов — местах расположения рифтов. Поскольку плошадь земной поверхности остается постоянной, появление дополнительного вещества литосферы (и соответственно коры) должно сопровождаться уменьшением этого вещества в каких-то других зонах.
Такими зонами (зонами субдукции) являются океанские желоба, расположенные вблизи островных дуг или так называемых активных континентальных окраин (например, западное побережье Южной Америки). В области желобов происходит погружение океанской литосферы, которая вначале уходит под островную дугу, а затем дальше под континент на глубину, достигающую 700 км.
По-видимому, именно этот процесс вызывает дрейф континентов. Например, Северная Америка и Европа постепенно удаляются друг от друга по мере того, как между ними образуется новая океанская кора и раздвигается Атлантический океан. Естественно, что поступление мантийного вещества в глобальной системе рифтовых зон приводит к сложной картине взаимосвязанных перемещений литосферных плит. Теоретическая концепция, которая рассматривает и объясняет эти перемещения, получила название концепции тектоники литосферных плит. Существенным шагом в разработке тектоники плит (или новой глобальной тектоники) была гипотеза Вайна и Метьюза (1963), объясняющая природу линейных океанских магнитных аномалий.
В первые годы после создания основных представлений тектоники плит ученые предполагали, что движение плит происходит путем увлечения жестких литосферных плит мантийными течениями. В настоящее время большинство геофизиков считают, что само движение литосферы является частью крупномасштабной конвекции в верхней мантии, при этом литосферные плиты за счет сил вязкого трения увлекают подстилающую их астеносферу. Таким образом, не астеносферный поток тянет литосферные плиты, а, наоборот, плиты приводят в движение вязкую астеносферу', которая это движение тормозит. Главной движущей силой в тектонике плит является сила тяги холодного, тяжелого, погружающегося в мантию литосферного блока, т.е.
в конечном счете сила гравитации. Однако полная картина течений в мантии Земли зависит от величины и распределения источников энергии в земных недрах. Долгое время оставался загадочным механизм передачи внутренней энергии Земли на ее поверхность, в результате действия которого земная поверхность приобрела тот неповторимый облик, который отличает нашу планету от Луны и других планет земной группы. Только с открытием разрастания океанского дна появилась возможность обьяснить этот механизм. При разрастании дна из недр Земли выносится огромное количество тепловой энергии. По современным представлениям такие процессы, как рождение литосферных плит в рифтовых зонах срединно-океанских хребтов, их последующее раздвигание в стороны и, наконец, погружение в мантию у глубоководных желобов, являются частью конвекции в верхней мантии.
Конвекция в нижней мантии происходит отдельно от конвекции в верхней. Из нижней мантии в верхнюю поступает поток тепла, который заметно больше, чем дает тепловыделение в обедненной радиоактивными элементами верхней мантии. Таким образом, конвекция в верхней мантии обусловлена подводом тепла снизу. Вопрос о внутренних источниках тепла в верхней мантии до конца не выяснен. Большая часть выводов тектоники плит следует из чисто геометрических соображений независимо от характера процессов, вызывающих движение плит. Любое возможное на сферической поверхности перемещение плиты получается вращением ее около некоторой оси, проходящей через центр сферы.
Точки пересечения этой оси с поверхностями плит называются полюсами. Относительное движение двух плит определяется полюсом вращения и угловой скоростью изменения соответствующих осей. Используя геометрические представления, можно произвести реконструкции расположения плит в древнее геологическое время, можно также реконструировать и их будущее расположение. Французский ученый Ле Пишон еще в 19б8 г. произвел основные реконструкции, разделив поверхность Земли на шесть главных плит.
С помощью рассчитанных им данных о полюсах вращения и угловых скоростях каждой пары раздвигающихся плит при предположении постоянства площади поверхности Земли он получил следующие основные результаты. Евразия и Америка сближаются со скоростью около 2-4 см/год. При такой скорости Тихий океан должен исчезнуть приблизительно через 300 млн лет, хотя полного исчезновения океана может не произойти из-за столкновения континентов Евразии и Америки. Из расчетов следует, что Американская, Евразиатская и Африканская плиты в настоящее время увеличиваются в размерах, размеры Индийской и Антарктической плит заметно не изменяются, а Индийский океан и Срединно-Атлантический подводный хребет должны удаляться друг от друга.
При детальном изучении направлений разрастания в Атлантическом океане получилось, что Северный и Южный Американские континенты движутся навстречу друг другу. Это встречное движение противоречит постоянству площади поверхности Земли, поэтому автор расчетов предположил, что излишки поверхности разрушаются в сложном по структуре районе островных дуг, глубоководных желобов и трансформных разломов Карибского моря. По данным геофизических исследований дна Красного моря, наблюдается разрастание этого меридионально вытянутого моря так, что Аравийский полуостров удаляется от Африки.
Исследования, проведенные на Байкале, указывают на то, что рифт, в котором расположено озеро, расширяется, через многие миллионы лет произойдет его раскрытие и в этом регионе возникнет новый океан. Наиболее ценно в представлениях тектоники литосферных плит то, что они позволяют с единых позиций объяснить происхождение основных поверхностных структур Земли. Отметим, однако, что концепция литосферных плит не является общепринятой, хотя ее поддерживает большинство геологов и геофизиков. Поэтому ее пока можно рассматривать как весьма удачную гипотезу, которая в основном непротиворечиво описывает общепланетарные геолого-геофизические процессы. Дальнейшая разработка этой гипотезы должна привести к очень важным результатам неза исймо от того, будет ли она в конце концов принята или отвергнута.
Итак, согласно концепции тектоники плит, океанские хребты возникли в результате активного новообразования коры, их рост в высоту происходит за счет оттока масс вещества из подстилающего слоя мантии. Системы рифтовых долин представляют собой зарождающиеся подводные хребты. и линии раскалывания континентов. В тех местах, где океанская кора погружается вглубь, в мантию (зоны субдукции), образуются глубоководные океанские желоба. На континентальной стороне некоторых глубоководных желобов при сжатии подвигающихся плит образуются островные дуги, дугообразная фор- ма которых создается прогибом океанской коры у прилегающих желобов.
В результате сжатия континентальной коры сходящимися плитами возникают молодые складчатые горы, горообразование объясняется тем, что континентальная кора имеет малую плотность и поэтому при столкновении плит не может опуститься в мантию. При боковых перемещениях соседних плит возникают крупные поперечные сдвиги (трансформные разломы). Там где сходящиеся блоки океанской и континентальной коры воздействуют друг на друга, возникают сейсмически активные континентальные окраины. Асейсмичные континентальные окраины создаются там, где средние области океанской и континентальной коры образуют часть одной и той же плиты.
Происхождение вторичных тектонических структур, например бассейнов и геосинклиналей, по-видимому, связано с такими первичными структурами, как горные цепи и континентальные ок- раины. ЗЕМНАЯ КОРА В заключение кратко охарактеризуем верхнюю оболочку лито- сферы — земную кору.
Земная кора отличается от подкоровых частей литосферы строением и химическим составом. Как отмечалось выше, граница, отделяющая кору от верхней мантии, открыта сейсмологом Мохоровичичем, она характеризуется резким скачком скоростей Р- волн от 7,4 до 8,2 км/с. На формирование поверхности земной коры оказывают воздействие тектонические движения, создающие неровности рельефа, процессы денудации рельефа за счет разрушения и выветривания слагающих его горных пород, а также процессы осадконакопления. Максимальная контрастность рельефа наблюдается в местах наибольшей современной тектонической активности Земли, например, перепад рельефа между Перуано-Чилийским глубоководным желобом и вершинами Анд достигает 16 — 17 км.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
