Валентин Дубинин - Геотектоника и геодинамика

• Название: Геотектоника и геодинамика
• Автор: Валентин Дубинин
• Жанр: Детская образовательная литература
• Год: 2012

Данное учебное пособие является основой дисциплины «Геотектоника и геодинамика», составлено с учетом современных представлений о строении земной коры, процессах, протекающих в ее недрах, о строении и составе подкоровых областей – литосферы, астеносферы и более глубинных частей верхней мантии. Учебное пособие содержит материал, который структурирован по темам от простого к сложному, от теории к практике, изложен доступным языком.

---

Гранулито – гнейсовые пояса, второй главный тип раннедокембрийских структур, разделяют и окаймляют гранит-зеленокаменные области. Проявляются они в раннем архее. Для этих пород характерна высокая степень метаморфизма ( амфиболит – гранулитовая ), которая проявлялась неоднократно, и так же многократная складчатость и пологие надвиги. Внутренняя структура комплекса часто осложнена гранито-гнейсовыми куполами и крупными плутонами габброанортозитов с типичными пегматитовыми полями. Типичные примеры гранулито-гнейсовых поясов – в Северной Америке, Восточной Африке, в Сибири.

В раннем протерозое формировались п р о т о г е о с и н к л и н а л и, протягивающиеся на многие сотни и тысячи километров при ширине в первые сотни километров, четко линейные (пример, Курско- Криворожская система). В их основании лежит почти непереработанный архейский фундамент. Породы протогеосинклиналей многократно метаморфизованы, перемяты вплоть до микроплойчатости, в них внедрялись многократно интрузии гранитоидов. Пространства между древними подвижными поясами были заняты блоками континентальной коры, консолидированными к концу архея и представлявшими собой обломки эпиархейского суперконтинента, распавшегося в начале протерозоя. Эти блоки существовыли в платформенном режиме и их называют п р о т о п л а т ф о р м а м и.

13 Стадии развития платформ [1,10]

Поверхность фундамента древних платформ соответствует срезанной денудацией поверхности складчатого пояса – о р о г е н а . Следовательно, платформы формируются после завершенной складчатости, но далеко не сразу. Необходимо, чтобы прошли и завершились все процессы денудации геосинклинального сооружения и на этой денудированной поверхности накопился осадочный чехол – плитный комплекс или п л и т а. А на это уходили десятки и сотни миллионов лет. До этого в течение «доплитного» этапа платформы проходят две подготовительные стадии: стадию кратонизации и авлакогенную стадию.

С т а д и я к р а т о н и з а ц и и ( ранний рифей). На этой стадии все древние платформы входили в состав единого суперконтинента – Пангеи1. Поверхность суперконтинента испытывала поднятие и только на отдельных площадях накапливались континентальные осадки. Местами накапливались кислые лавы и туфы, внедрялись интрузии габбро – анортозитов и гранитов типа рапакиви.

А в л а к о г е н н а я с т а д и я (средний и верхний рифей) приурочена к периоду распада суперконтинента, обособлению древних платформ, возникают многочисленные рифты, позже перекрытые осадочными толщами обломочного континентального и мелководно – морского происхождения. Образуются синеклизы на месте авлакогенов. Переход к плитной стадии начался в начале кембрия.

14 14 Концепция тектоники литосферных плит [7]

В середине 20-го столетия началось интенсивное геолого – геофизическое изучение океанов, приведшее к ряду важнейших открытий. Было установлено наличие астеносферы, по поверхности которой возможно относительное перемещение литосферы. Было установлено наличие грандиозной системы срединно-океанических хребтов и рифтов. В океане открыты линейные знакопеременные магнитные аномалии, параллельные и симметричные относительно осей срединно – океанических хребтов. Было открыто явление периодических инверсий магнитного поля Земли. Горные породы, оказалось, обладают остаточной намагниченностью, позволяющей восстановить их положение в древнем магнитном поле. На этой основе возникло новое научное направление – палеомагнетизм. Первые же результаты показали, что литосферные плиты значительно перемещались, прежде чем занять современное положение. Все эти и другие новые открытия не находили объяснений с позиции фиксистской гипотезы развития земной коры. В 1961 – 1968 годах американскими, французскими, английскими и канадскими геофизиками были разработаны основы новой мобилистской концепции ( первоначально известной как новая глобальная тектоника), а позже – как «т е к т о н и к а л и т о с ф е р н ы х п л и т». В ее основе лежит представление о раздвижении континентов, разрастании пространства с молодой океанической корой начиная от осей срединно – океанических хребтов и образовании, в результате, океанов. Этот процесс получил название «с п р е д и н г о к е а н и ч е с к о г о д н а.» Развивая идеи английских геофизиков Ф.Вайна и Д Мэтьюза геофизики разработали первую возрастную шкалу магнитных аномалий океанов в пределах кайнозоя и второй половины позднего мела. Американский геолог Г. Менард открыл в Тихом Океане гигантские разломы, пересекающие срединно – океанические хребты, а канадский геофизик Дж.Т. Вилсон установил, что они образуют особый класс разломов и назвал их т р а н с ф о р м н ы м и р а з л о м а м и.

Американские сейсмологи, изучив распределение землетрясений по земному шару и механизмы их смещений нарисовали общую картину смещений литосферных плит.

Концепция тектоники литосферных плит начала получать фактические подтверждения. В 1968 году началось глубоководное бурение с американского судна «Гломер Челленджер». Прежде всего было обнаружено полное совпадение датировки возраста океанической коры по данным бурения с результатами определений возраста по геофизическим данным. Подтвердились положения о инверсии магнитного поля, о наличии процессов спрединга, мощности океанической коры в различных частях океанов. Установлен процесс погружения океанической коры под континентальную, названный с у б д у к ц и е й. Благодаря космической геодезии установлен факт перемещений плит относительно друг друга в горизонтальном направлении, благодаря космической томографии получено подтверждение реальности конвективных течений в мантии, являющихся по мнению сторонников и разработчиков концепции тектоники литосферных плит главной движущей силой. Основные предпосылки концепции тектоники литосферных плит сводятся к следующему [7].

1. Первой предпосылкой тектоники плит является разделение верхней части твердой Земли на две оболочки, отличающиеся по реологическим свойствам (вязкости), – жесткую и хрупкую литосферу и более пластичную и подвижную астеносферу. Выделение этих оболочек производится по сейсмологическим и магнитотеллурическим данным (степени сопротивления естественным электрическим токам).

2. Второе положение тектоники плит состоит в том, что литосфера естественно разбита на семь крупных и столько же более мелких литосферных плит, границы между которыми проводятся по очагам землетрясений. Внутренние части плит практически асейсмичны, а главная энергия приурочена к их границам.

3. Третье положение тектоники литосферных плит касается особенностей их взаимных перемещений. Различают три разновидности таких перемещений и соответственно три типа границ между плитами:

1) д и в е р г е н т н ы е г р а н и ц ы, вдоль которых происходит раздвижение плит, – с п р е д и н г;

2) к о н в е р г е н т н ы е г р а н и ц ы, на которых идет сближение плит, погружение океанической коры под континентальную (с у б д у к ц и я ) или надвиг океанической коры на континентальную (обдукция). Столкновение двух континентальных плит называется к о л л и з и е й; 3) т р а н с ф о р м н ы е г р а н и ц ы – вдоль них происходит горизонтальное скольжение одной плиты относительно другой по плоскости трансформного вертикального разлома.

4. Четвертое положение тектоники плит утверждает, что в своих перемещениях плиты подчиняются законам сферической геометрии, т.е теореме Эйлера, согласно которой любое перемещение двух сопряженных точек по сфере совершается вдоль окружности , проведенной относительно оси, проходящей через центр Земли. Выход этой воображаемой оси на земную поверхность называется полюсом вращения или раскрытия.

5. Пятое положение тектоники плит утверждает, что объем поглощаемой в зонах субдукции океанической коры равен объему коры, нарождающейся в зонах спрединга. Значит, субдукция полностью компенсирует спрединг, объем Земли и ее радиус остаются постоянными.

6. Шестое положение тектоники плит утверждает, что основная причина движения плит обусловлена мантийной конвекцией. Эта конвекция является чисто тепловой и общемантийной, плиты,находящиеся в вязком сцеплении с астеносферой, увлекаются ее течениями.

В концепции тектоники литосферных плит не находят убедительного объяснения причины течения вещества мантии, ее реологической неоднородности. Чтобы закрыть эти пробелы в концепции, Дж. Вилсон и Дж. Морган выдвинули гипотезу «горячих точек» и «мантийных струй (плюмов)». Эта гипотеза родилась на основе Гавайских островов Гавайского и Императорского хребтов в Тихом Океане. Гавайский архипелаг – это цепь островов потухших и действуюших на юге вулканов ( Мауна-Лоа, МаунаКеа). По мере движения наблюдений с юго-востока на северо-запад, возраст потухших вулканов закономерно возрастает до 42 млн.лет. Следовательно, имеет место закономерная миграция во времени и пространстве вулканических центров. Вилсон и Морган объясняют это тем, что под о. Гавайи в настоящее время действует горячая мантийная струя, которая прожигает астеносферу и литосферу и проявляется на поверхности в виде действующего вулкана. По мере продвижения тихоокеанской плиты в северо-западном направлении действовала аналогия револьверной системы – «произошел выстрел— (извержение вулкана) – барабан провернулся , на место очередного «выстрела» поступил следующий «патрон», это новый действующий, но более молодой «вулкан», а предыдущий потух. В этом механизме есть обязательное условие, что «горячая точка» никуда не перемещается, она постоянна, действие плюма постоянно и по направлению и по силе теплового потока сотни миллионов лет. Возникает вопрос: что за механизм заставляет литосферную плиту остановиться, дождаться пока мантийная струя ее прожжет, дать возможность на протяжении многих миллионов лет возникнуть и работать вулкну и наконец продолжить движение, приводящее к затуханию вулкана? И еще – каким образом «мантийные струи» преодолевают конвективные токи в мантии, никуда не отклоняясь и не теряя колоссальной энергии? Проблема и в том, что нет убедительного ответа на вопрос: а где расположены и что это за источники «мантийных струй» с колоссальной тепловой энергией?