Основные положения теории тектоники литосферных плит.

Верхняя часть твердой Земли разделена на две оболочки, существенно отличающиеся по реологическим свойствам (вязкости) – на жесткую и хрупкую литосферу и более пластичную и подвижную астеносферу.

Верхняя каменная оболочка Земли разбита на более или менее жесткие плиты, вертикальная мощность которых от 10 км (в пределах срединно-океанических хребтов) до 150 км (в районах щитов платформ). Т.е. литосферные плиты по вертикали включают всю земную кору и верхнюю мантию. Нижняя граница литосферных плит определяется температурой кристаллизации (или плавления базальтов), начало их плавления – фазовый переход литосферы в астеносферу. В пределах литосферных плит все петрологические компоненты находятся в кристаллическом состоянии.

В настоящее время разные авторы выделяют от 7 до 10 больших плит: Индо-Австралийская (Австралийская), Антарктическая, Африканская, Евразийская, Северо-Американская, Тихоокеанская, Южно-Американская.

 

карта литосферных плит

Среди малых плит и микроплит: X – Хуан-де-Фука; Ко – Кокос; К – Карибская; А – Аравийская; Кт – Китайская; И – Индокитайская; О – Охотская; Ф – Филиппинская.

 

1 – дивергентные границы (оси спрединга);

2 – конвергентные границы (зоны субдукции, реже – зоны коллизии);

3 – трансформные разломы и прочие границы;

4 – векторы «абсолютных» движений литосферных плит (в координатах горячих точек).

Литосферные плиты Земли (по Дж. Минстеру, Т. Джордану (1978), с дополнениями В. Е. Хаина и М. Г. Ломизе).


 

литосферные плиты

Рифтовые зоны: Срединно-Атлантическая (СА), Американо-Антарктическая (Ам-А), Африкано-Антарктическая (Аф-А), Юго-Западная Индоокеанская (ЮЗИ), Аравийско-Индийская (А-И), Восточно-Африканская (ВА), Красноморская (Кр), Юго-Восточная Индоокеанская (ЮВИ), Австрало-Антарктическая (Ав-А), Южно-Тихоокеанская (ЮТ), Восточно-Тихоокеанская (ВТ), Западно-Чилийская (ЗЧ), Галапагосская (Г), Калифорнийская (Кл), Рио-Гранде – Бассейнов и Хребтов (БХ), Горда – Хуан-де-Фука (ХФ), Нансена – Гаккеля (НГ), Момская (М), Байкальская (Б), Рейнская (Р).

Зоны субдукции: 1 –Тонга – Кермадек;  2 – Новогебридская; 3 – Соломон;            4 – Новобританская; 5 – Зондская;           6 – Манильская; 7 – Филиппинская;         8 – Рюкю; 9 – Марианская; 10 – Идзу-Бонинская; 11 – Японская; 12 – Курило-Камчатская; 13 – Алеутская;

14 – Каскадных гор;

15 – Центральноамериканская;

16 – Малых Антил; 17 – Андская;

18 – Южных Антил (Скотия);

19 – Эоловая (Калабрийская);

20 – Эгейская (Критская); 21 – Мекран.

а – океанские рифты (зоны спрединга) и трансформные разломы;

б – континентальные рифты; в – зоны субдукции: островодужные и окраинно-материковые (двойная линия); г – зоны коллизии; д – пассивные континентальные окраины;

е – трансформные континентальные окраины (в том числе пассивные);

ж – векторы относительных движений литосферных плит.

 

Глобальная система современных континентальных и океанских рифтов, главные зоны субдукции и коллизии, пассивные (внутриплитные) континентальные окраины (по Дж. Минстеру, Т. Джордану (1978) и К. Чейзу (1978), с дополнениями В. Е. Хаина и М. Г. Ломизе).

 


Кроме больших различают малые литосферные плиты, располагаются они в основном в пределах планетарных поясов сжатия малых плит насчитывают свыше 20 (Аравийская, Индокитайская, Карибская, Китайская, Кокос, Наска, Охотская, Филиппинская, Хуан-де-Фука). Различение плит на большие и малые зависит от того, какой характерный линейный размер плиты и какую скорость их относительного смещения выбрать за начальные.

Грубо можно считать, что характерный линейный размер крупной плиты – тысячи, а малой – сотни километров.

Нижний предел относительной линейной скорости смещения двух плит 0,5-1 см/год (иногда для наглядности скорость дрейфа плит сопоставляют со скоростью роста ногтей на пальце, они примерно равны).

Помимо литосферных плит выделяют два планетарных пояса сжатия литосферы: Альпийско-Гималайский и Циркумтихоокеанский. К этим поясам приурочена наибольшая сейсмическая активность. Большинство очагов землетрясений здесь имеет глубину от 70 до 100 километров.

Сейсмические пояса также приурочены к срединно-океаническим хребтам и глубоководным желобам.

Пояса сейсмичности маркируют зоны раскола литосферы, иными словами вдоль них проходят границы литосферных плит.

В состав плит входят как континенты, так и припаянные к ним океанические котловины вплоть до срединных хребтов и лишь в немногих случаях (например, в Андах) граница плит совпадает с разделом континент – океан.

Плотность литосферы (3,22 г/см 3) в основном потому, что верхняя ее часть сложена гранитами – главными составляющими континентальной земной коры. Поэтому континенты обладают плавучестью и не могут погружаться в астеносферу. Океаническая литосфера на большей части океанов, кроме их центральных частей, занятых срединно-океаническими хребтами, имеет плотность (3,3 г/см 3), что больше плотности астеносферы. Следовательно, в любом месте, где внутри этой плотной литосферы произойдет раскол, она должна тонуть в астеносфере.

Землетрясения и сейсмические пояса отражают взаимодействие литосферных плит между собой. Если возникают землетрясения, то это значит, что происходит раскол и деформация литосферы; если землетрясений нет, то, следовательно, нет деформаций в твердой оболочке. Т.е. тектоническая активность на Земле сконцентрирована главным образом вдоль границ плит и обусловлена взаимодействием плит.

Боковые границы плит принято разделять на три главных типа.

1 тип – это дивергентные (расходящиеся) края плит, фиксируются положением рифтовых зон срединно-океанических хребтов. Для рифтовых зон сейсмичность ограничена малыми глубинами: 5-10, реже 20 км от поверхности литосферы. Напряжения ориентированы перпендикулярно к сейсмическим поясам в стороны от них, т.е. приложенные силы стремятся разорвать литосферу, и в результате возникают условия растяжения. Все срединно-океанические хребты имеют вулканическое происхождение. Вулканизм идет в них строго по оси, локализуясь в узких, шириной в несколько километров, экструзивных зонах, т.е. непосредственно вдоль самой границы раздвижения плит. Здесь изливаются одни базальты, причем из открытых трещин. Базальты произошли из мантии, возникнув при частичном плавлении астеносферы.

Вдоль границ раздвижения плиты расходятся в стороны, освобождая щель, которая заполняется базальтовой выплавкой из астеносферы и где тем самым наращивается новая океаническая кора. Из центра океана, где базальтовое ложе океанических впадин непрерывно формируется, оно раздвигается к краям, где либо движется вместе с континентами, как в Атлантическом океане, либо погружается вниз в мантию, как в Тихом океане. Это явление называют спредингом (раздвижением) океанического дна.

Современные исследования характеризуют океаническое ложе как необычайно динамичное, похожее на ленту беспрестанно движущегося конвейера, уносящего вновь образованную кору от срединных хребтов к краям океана. В соответствии с этим находится закономерное увеличение возраста океанических базальтов, утолщение осадочного слоя и возрастание полноты его разреза по мере удаления от хребтов. В эту схему формирования океанического ложа хорошо ложится характерная структура магнитного поля, присущая ему. Его магнитное поле не является однородным, а образовано узкими длинными полосами, ориентированными параллельно простиранию срединно-океанических хребтов, причем полосы положительных аномалий чередуются с полосами отрицательных аномалий такой же интенсивности. Инверсии магнитного поля связаны с тем, что в силу каких-то причин магнитные полюса Земли меняются местами: Северный полюс становится Южным, и наоборот. Магнитные инверсии происходят в разные интервалы времени, от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов лет. Предсказанный по магнитным аномалиям возраст дна во всех случаях совпал с возрастом, установленным при бурении. Т.е. океаническое ложе содержит в себе магнитную запись времени своего образования в срединном хребте.

По последним данным: возраст самый древней океанической коры не превышает 150-160 млн. лет, что составляет всего 1/30 от возраста нашей планеты. Возраст Атлантического и Индийского океанов примерно 160 млн. лет. При этом плиты переместились на величину 3000-6000 км, а скорость их движения составляла 2-3 см/год в Атлантическом океане, в Индийском она достигает 5-6 см/год, а в Тихом океане – самых больших из известных сегодня значений 18 см/год.

2 тип границ литосферных плит – это конвергентные. По ним происходит сближение плит, обычно оно выражается в подвиге одной плиты под другую. Если плита океанического типа пододвигается под континентальную, то такой процесс называется субдукция. Если океаническая кора надвигается на континентальную – то это обдукция. Если сталкиваются две континентальных плиты, тоже обычно с поддвигом одной под другую – то это коллизия.

При субдукции в условиях сжатия происходит ассиметричное погружение края одной литосферной плиты под край другой. Этот тип границ фиксируется глубоководными желобами, сопряженными с островными дугами и Андами, а также предгорными прогибами и горными грядами в пределах Альпийско-Гималайского пояса.

Главный геоморфологический признак – конвергентные края маркируются сопряженными между собой положительными (поднятыми) и отрицательными (опущенными и продолжающими опускаться) структурами, которые всегда далеки от изостазии. С этим связан и другой признак – парный пояс значительных по амплитуде и параллельных друг другу положительных и отрицательных изостатических аномалий силы тяжести.

В пределах этого типа границ литосферных плит различают следующие его разновидности.

  1. если конвергентная граница проходит между двумя краями океанической литосферы, развиваются островные дуги с их характерными морфоструктурами – океаническим валом, глубоководным желобом, невулканической и вулканической грядами.
  2. когда океаническая литосфера подвигается под континентальную, то на дне океана образуются вал и глубоководный желоб, а со стороны материка развивается активная континентальная окраина (типа Андийской) с характерной вулканической грядой.
  3. при столкновении и поддвигании материковых краев литосферных плит образуются сопряженными между собой изостазически не скомпенсированные структуры – предгорный (краевой) прогиб и горная гряда. Эти типы конвергентных границ и происходящие в их пределах процессы показаны.

Гораздо реже чам субдукция на Земле происходит процесс надвига океанической литосферы на континентальную – обдукция. В настоящее время этот процесс нигде не происходит, но в прошлом он происходит в Андах, Омане, на Новой Гвинее, Новой Каледонии Ньюфаундленда и т.д.

Обычно обдукция характерна для небольших по площади территорий и протекает непродолжительное время. Для её возникновения необходимо, что бы океаническая кора была молодой по возрасту (не более 20-30 млн. лет), то есть имела бы относительно меньшую плотность и в соответствии с изостазиией, высоким гопсометрическим положением чем зрелая кора. Также важным моментом является то, что при обдукции океаническая кора расслаивается, причем уже в условиях океанического дна. Верхние слои надвигаются на континентальную кору, формируя наслоения мощностью от 3-6 до 10-15 км, а нижние погружаются под нее, т.е. субдуцируют.

Обдукция может протекать по трем сценариям:

  1. Обдукция на краю океанического бассейна. Если СОХ находится вблизи от континентальной литосферной плиты, то в процессе субдукции континентальная плита перекроет ближайшее его крыло и придет в соприкосновение с поднятом краем другого крыла, которое в результате может оказаться надвинутым. В последующем возможно продолжение субдукции.
  2. Обдукция на краю океанического бассейна – 2. Если континентальная плита, имеющая океаническую кору на своей окраине погружается под океаническую плиту, то рано или поздно вся океаническая окраина будет субдуцирована. Часть континентальной в силу инерции также погрузится под островодужное крыло, но затем в соответствии с законами изхостазического равновесия (как более легкая) не может погрузиться в астеносферу и всплывет, поднимая на себе часть океанической коры.
  3. Обдукция также возможна при замыкании бассейнов океанского типа. Если сближаются две континентальные плиты, имеющие окраины из океанической коры, то часть этой коры может выть выдавлена вверх и оказаться, таким образом, на континентальной, смещаясь при этом под получившиеся уклоны.

Коллизия – процесс взаимодействия двух континентальных литосферных плит. В таком случае их относительно легкие породы не погружаются в мантию, вступают в активное механическое взаимодействие.

Сжатие порождает горообразование и формирование сложных тектонических структур. При этом происходит расслоение плит на пластины, которые испытывают горизонтальное смещение и дисгармоничные деформации, образуются очаги магмы.

В процессе коллизии, за счет вертикального наращивания коры происходит ее значительное утолщение, часть вещества смещается в разные стороны по горизонтали. При этом происходит значительный разогрев структур и метаморфизм горных пород, постоянно происходят землетрясения.

В настоящее время коллизия активно протекает по всему Альпийско-Гималайскому поясу литосферного сжатия на границах Африканской и Индо-Австралийской плит с Евразийской.

При конвергенции неоднородных по своему строению литосферных плит, состоящих из континентальной и океанической коры, а также при взаимодействии континентальной окраины с несколькими разными плитами и микроплитами, наблюдаются переходы по простиранию от зон коллизии к зонам субдукции или наоборот. Коллизия также может протекать совместно с обдукцией.

3 тип границ литосферных плит – это трансформные разломы, вдоль которых движение краев двух плит в основном сдвиговое. Трансформные разломы представляют собой вертикальные плоскости, уходящие на всю глубину литосферы. По трансформным разломам происходит скольжение одной плиты относительно другой без каких-либо тектонических возмущений, поэтому трансформные разломы не имеют выражения в рельефе.

Все перемещения плит являются относительными. Плиты движутся по сфере, а всякое движение по сфере представляет собой вращение вокруг оси, проходящей через центр сферы. Описывается движение плит с помощью векторов больших кругов, это очень сложные вычисления, т.к. характер и скорость движения определяет много факторов. Среди них не последнее место принадлежит выступам материков. Хотя континенты участвуют в движении плит как пассивные «пассажиры» на поверхности плит, в то же время они накладывают существенное ограничение на движение плит, поскольку из-за своей относительной легкости и плавучести они не могут сколько-нибудь заметно поглощаться мантией. Перемещение литосферных плит можно описать с помощью теоремы Эйлера.

В настоящее время считается, что объем поглощаемой в зонах субдукции океанской коры, равен объему коры, нарождающейся в зонах спрединга. Таким образом, субдукция полностью компенсирует спрединг и объем Земли и ее радиус остаются постоянными, вопреки тому, что допускалось гипотезами контракции, пульсации и расширения Земли.

Основная причина движения плит это мантийная конвекция. Она является чисто тепловой и общемантийной, а способ ее воздействия на литосферные плиты состоит в том, что эти плиты, находящиеся в вязком сцеплении с астеносферой, увлекаются течением последней, и движутся на манер ленты конвейера от осей спрединга к зонам субдукции. В целом, схема мантийной конвекции, приводящей к плитнотектонической модели движений литосферы, состоит в том, что под срединно-океанскими хребтами располагаются восходящие ветви конвективных ячей, под зонами субдукции – нисходящие, а в промежутке между хребтами и желобами, под абиссальными равнинами и континентами – горизонтальные отрезки этих ячей.

Теперь, когда мы уже знаем о литосферных плитах и их движении, можно коротко сформулировать основные положения плитотектоники.

  1. Литосфера разбита на плиты.
  2. Вдоль одних границ (границ раздвижения) плиты расходятся в стороны, освобождая щель, которая заполняется базальтовой выплавкой из астеносферы и где тем самым наращивается новая океаническая кора.
  3. Вдоль других границ (границ сближения) плиты сходятся и подвигаются одна под другую. Процесс подвига получил название субдукции. Зоны субдукции отмечены глубоководными желобами и вулканическими дугами. Когда в зоне субдукции сближаются два континента, легкая кора которых делает их плавучими и предохраняет от погружения в мантию, начинается столкновение континентов и формируются горноскладчатые пояса, такие, как Альпийско-Гималайский пояс.
  4. В рамках всей Земли плиты расходятся в одних местах и там наращивается новая кора, в других местах они сближаются и кора поглощается, т.е. общая сумма движений равна нулю. Ложе океана постоянно обновляется, старая кора поглощается в желобах, новая кора рождается в срединно-океанических хребтах.

 

Еще статьи о литосферных плитах

 
 
Баннер