Важнейшие геотектонические гипотезы,

I,,. К настоящему времени накопилось достаточно много гипотез, пытающихся объяснить зако­номерную эволюцию земной коры. Они с разной степенью детальности рассматривают строение подкоровых оболочек Земли и механизм протекающих там процессов, поэтому представляют об­щую направленность развития Земли иногда в диаметрально противоположном виде. Нередко случается, что, казалось бы, полностью опровергнутая и забытая гипотеза через несколько деся­тилетий, с появлением новых фактов, возрождается на принципиально иной основе и вновь завое­вывает популярность. Обзор геотектонических гипотез сам по себе очень интересен и поучителен, служит яркой иллюстрацией философских законов единства и борьбы противоположностей и от­рицания отрицания, однако он более уместен в другом курсе - геотектонике. Здесь же мы ограни­чимся лишь кратким рассмотрением наиболее важных геотектонических воззрений.

ГИПОТЕЗА РАСШИРЯЮЩЕЙСЯ ЗЕМЛИ

Эта гипотеза возникла одной из самых первых, высказывалась еще в XVIII веке М.В.Ломоно­совым и Дж.Геттоном. Она хорошо объясняет происхождение океанов как следствие растрескива­ния и расширения земной коры из-за увеличения объема Земли. По подсчетам ученых, с карбона по настоящее время диаметр Земли должен был увеличиться больше, чем на треть, а площадь по­верхности более чем удвоиться. Но неясно, какие причины могли вызвать столь резкое увеличе­ние объема Земли.

ГИПОТЕЗА КОНТРАКЦИИ

Гипотеза контракции (лат. contractio - стягивание, сжатие) была весьма популярна в XIX веке и в начале XX века; выдвинута в 30-х годах XIX столетия и окончательно сформулирована в 1852 г.

Эли де Бомоном. Согласно гипотезе Канта-Лапласа, земной шар первоначально находился в рас­плавленном состоянии и с тех пор медленно остывает. Объем земного шара вследствие этого про­цесса постепенно уменьшается, а земная кора морщинится, как кожура высохшего яблока. Это "коробление" земной коры максимально в областях более пластичных, заполненных мощными толщами осадков, то есть в геосинклинальных поясах, сжимаемых к тому же более жесткими со­седними глыбами платформ - кратонов. Возражения против этой гипотезы сводятся к тому, что Земля первоначально была не расплавленной, а холодной и разогрелась позднее вследствие накоп­ления радиогенного тепла; возможно, максимум разогревания еще не достигнут. Однако эти воз­ражения не слишком убедительны, если учитывать такие показатели, как охлаждение недр и опус­кание земной коры, уменьшение интенсивности вулканической деятельности (по подсчетам А.Б.Ронова и В.Е.Хаина, объем продуктов вулканических извержений с девонского по юрский пе­риод сократился в три раза). Наблюдается также непрерывное нарастание осадочного слоя земной коры из-за превышения погружений над поднятиями: Отмечено прогрессирующее во времени увеличение глубины океанических впадин. К недостаткам контракционной гипотезы следует от­вести недостаточный учет магматических процессов, которые не сводятся лишь к сжатию подко-рового вещества вследствие остывания. Не объясняется этой гипотезой периодичность проявле­ния тектонических движений, смена сравнительно коротких эпох тектогенеза длительными пери­одами относительной стабильности тектоносферы. Непонятна избирательность тектонических движений: если вспомнить кожуру засохшего яблока, складки гор должны равномерно покрывать земную поверхность. Наконец, по подсчетам некоторых ученых (В.А.Магницкого и др.), скорость остывания недр Земли весьма мала (менее градуса за миллион лет) и не имеет существенного зна­чения в возбуждении напряжений в земной коре.

Все ЭТИ аргументы свидетельствуют о том, что классическая гипотеза контракции несостоя­тельна, хотя идея сжатия Земли должна учитываться в объяснении геотектонических процессощ

ПУЛЬСАЦИОННАЯ ГИПОТЕЗА

Пульсационная гипотеза (лат. pulsatio - пульсация, биение) является как бы компромиссной между двумя предыдущими. Идеи чередования в истории Земли фаз сжатия и расширения выска­зывались А.Ротплетцем, В.Бухером и другими учеными, но были существенно дополнены и раз­виты в 30-х годах академиками В.А.Обручевым и М.А.Усовым. Согласно этой гипотезе, земной шар переживает поочередно то фазу сжатия (преобладает), то расширения.

Согласно В.А.Обручеву, в стадию расширения доминируют радиальные, вертикальные дви­жения: в подвижных поясах происходит растяжение коры с образованием геосинклиналей; в ста­бильных участках кора выпучивается и разбивается трещинами, образуются грабены и горсты. В геосинклинальных областях, уже подвергшихся складчатости ранее, происходит поднятие склад­чатой страны в результате изостатического выравнивания. На стабильных участках образуются грабены и горсты. С фазами расширения связана и магматическая деятельность: с расширением связано уменьшение давления на магматический слой, поэтому магма переходит в жидкое состоя­ние, образуются интрузивные тела, оживляются вулканические процессы.

При сжатии коры преобладают тангенциальные движения, приводящие к смятию в складки геосинклинальных отложений, глыбовой складчатости фундамента платформ; образуются надви­ги, происходят процессы регионального метаморфизма с образованием гнейсов и кристалличес­ких сланцев.

Причинами сжатия, по В.А.Обручеву и М.А.Усову, является выделение тепла в предшествую­щую стадию расширения благодаря выносу его лавами, газами, парами и т.д., а также гравитаци­онное уплотнение внутренних зон Земли. Причины расширения, возможно, связаны с фазовым переходом магмы из твердого состояния в жидкое.

Пульсационная гипотеза, допуская как сжатие, так и расширение земной коры, гораздо ше, чем контракционная гипотеза, объясняет роль магматических явлений, образование разломов, складчатых и колебательных движений, а также периодичность геотектонических процессов в ис­тории Земли. Процессы сжатия и расширения земной коры, по-видимому, объясняются и воздей­ствием на внутренние сферы нашей планеты космических причин.

Последовательным сторонником пульсационной гипотезы является академик Е.Е.Милановс-
кий. В своих работах он связывает в единое целое геотектоническую цикличность и ряд зависящих от нее процессов.

По мнению Е.Е.Милановского (1999), в ходе изучения геологического развития Земли посте­пенно выявляется планетарного масштаба периодичность, выраженная в существовании иерархи­ческой системы из циклов разных порядков. Наиболее достоверно она установлена для фанеро-зойского интервала. Первоначально эта периодичность усматривалась, главным образом, в нали­чии накладывающихся друг на друга геотектонических циклов различной длительности, завер­шавшихся все более частыми и интенсивными деформациями сжатия в земной коре. Однако в последнее время стало ясно, что не меньшую роль во внутренней структуре циклов играли про­цессы растяжения и общего расширения земной коры, которые, по крайней мере, в первых поло­винах циклов превосходили по своему масштабу проявления ее сжатия и сокращения. Осознание этой закономерности привело ряд исследователей ко все большему признанию концепции reef, пульсаций.

В настоящее время в фанерозое выделяются два наиболее крупных геотектонических цикла (мегацикла) - палеозойский и мезокайнозойский мегациклы. Палеозойский мегацикл начался на рубеже венда и кембрия, после завершения байкальского мегацикла, и закончился на рубеже пф: ми и триаса последними пароксизмами герцинской складчатости и почти полным "закрытием" главных подвижных (геосинклинальных) поясов (кроме Циркум-Тихоокеанского). Второй - про­должающийся, ХОТЯ, вероятно, уже приближающийся к своему финалу, мезокайнозойский мега-цикл. Каждый из этих мегациклов отчетливо распадается на три геотектонических цикла I поряд­ка продолжительностью от 50 до 150-180 млн. лет. Некоторые из них впервые были намечены 1-КОНЦе XIX В. М.Бертраном и по предложению В.Е.Хаина могут именоваться циклами Бертрана. Оба мегацикла начинались со сравнительно коротких (около 50 млн. лет) циклов: салаирского цикла в палеозойском мегацикле и раннекиммерийского в мезокайнозойском. Затем следуют бо­лее продолжительные (до 100-150 млн. лет) циклы - каледонский цикл в палеозойском мегацикле и позднекиммерийский - в мезокайнозойском. На протяжении этих циклов происходило значи­тельное расширение подвижных геосинклинальных поясов и раскрытие внутри них зон с корой океанического типа, которое к концу цикла сменилось их закрытием и несколькими импульсами более или менее сильного горизонтального сжатия. Хотя эти импульсы были повсеместно более или менее синхронными, их относительная роль как естественного рубежа между вторым и треть­им циклами (герцинским - в палеозойском и альпийским - в мезокайнозойском мегациклах) в разных подвижных поясах и их сегментах была неодинаковой. В связи с этим переход от каледон­ского цикла к герцинскому в разных регионах подвижных поясов происходил разновременно: в одних из них между ордовиком и силуром, в других - между силуром и девоном, в третьих - в конце девона, а в четвертых (Урал, Большой Кавказ) каледонский и герцинский циклы слились единый каледоно-герцинский цикл. То же явление, хотя и не столь резко выраженное, имело мее*. то и при переходе от позднекиммерийского цикла к альпийскому: на значительной части протяже­ния подвижных поясов позднекиммерийский (позднемезозойский) цикл завершился на рубеже мела и палеогена ларамийской эпохой сжатия, но в некоторых областях более резкие деформации сжатия происходили еще в юре, начале или середине мела, а переход от мела к палеогену не со­провождался значительными импульсами сжатия. В завершающих палеозойский и мезокайнозой* ский мегациклы развития подвижных поясов - герцинском и альпийском циклах раскрытие зон 4S

корой океанического типа в основном прекратилось, но, наоборот, происходило "закрытие" пси добных зон и постепенно усиливалось сжатие этих поясов. Однако если конец герцинского цикла^ продолжавшегося от 100 до 180 млн. лет, повсеместно завершился орогенным этапом, знаменуя собой окончание палеозойского мегацикла, то альпийский цикл мезокайнозойского мегацикла, на­чавшийся на рубеже мела и палеогена, т.е. 65 млн. лет назад, пока далек от своего завершения и* возможно, продлится еще не менее 50 млн. лет.

По мнению Е.Е.Милановского (1999), при общей близости "сценария" развития подвижных (геосинклинальных) поясов в палеозойском и мезокайнозойском мегациклах, их сходной трехцик-ловой структуре и, вероятно, близкой полной продолжительности (около 300 млн. лет) развитие Земли в целом в течение этих циклов существенно различалось. Если важнейшей глобальной тен­денцией палеозойского мегацикла являлось постепенное объединение кратонов в мегаконтинент Лавразия, а затем слияние последнего с мегаконтинентом Гондвана в суперконтинент Пангея, омываемый суперокеаном Панталасса, то лейтмотивом мезокайнозойского мегацикла был, напро­тив, распад Пангеи на ряд фрагментов, между которыми возникли и разрастались впадины моло­дых океанов, вместе занимающие (так же, как все обломки Пангеи и как реликт Панталассы - Тит хоокеанская впадина) одну треть поверхности Земли. Процесс распада Пангеи и новообразования между ее обломками впадин молодых океанов сопровождался грандиозными вспышками базаль­тового (траппового) вулканизма, проявления которого практически отсутствовали в палеозое. Этот

процесс продолжается до современности, и пока не обнаруживается обраТНОЙ ТеНДеНЦИИ К СМвНе

"разбегания" континентальных блоков их конвергенцией и собиранием в новую Пангею, а разрас­тания впадин молодых океанов - к сокращению их площади за счет поглощения океанской коры на и?! окраинах. Главная геотектоническая тенденция мезокайнозоя либо знаменует собой начало принципиально нового, существенно экспансионного этапа в необратимом развитии Земли, либо, что кажется даже более вероятным, начало нового, не менее продолжительного, чем палеозойский и мезокайнозойский мегациклы вместе взятые, суперцикла ее пульсационного развития, в ходе ко-^; торого доминировавшая в течение мезокайнозоя глобальная тенденция к увеличению объема и площади поверхности нашей планеты, возможно, сменится обратной тенденцией к их сокраще­нию. В этом случае к наиболее крупным циклам геотектонического развития Земли, полностью или частично "вписывающимся" во временные рамки фанерозоя, можно будет предположительло отнести суперциклы (длительностью не менее 0,6 млрд. лет) и, с большей уверенностью, — мега­циклы (около 0,3 млн. лет) и циклы I порядка, или циклы Бертрана (от 50 до 150-180 млн. лет). В качестве геотектонических циклов II порядка, распознаваемых в истории подвижных (геосинкли­нальных) поясов, а начиная с поздней юры или мела - также в истории океанов, могут рассматри­ваться интервалы времени продолжительностью от первых миллионов лет до первых десятков миллионов лет, завершавшиеся относительно короткими (сотни тысяч лет - 1 млн. лет), глобально выраженными фазами усиления деформаций сжатия коры в подвижных поясах, выделенными Г.Штилле в качестве фаз складчатости, или орогенических фаз. Г.Штилле и его современники по­лагали, что "фазы складчатости" разделялись периодами относительного тектонического покоя, однако исследования последнего времени показали, что эти периоды характеризуются активиза­цией рифтинга на континентах и интенсификацией спрединга в ложе океанов, тогда как фазам складчатости отвечают паузы в проявлениях рифтинга, а также замедления и приостановки спре­динга и перестройки его кинематики в ложе океанов. Продолжительность циклов II порядка, кото­рые В.Е.Хаин недавно предложил называть циклами Штилле, как правило, к концу циклов Берт­рана сокращается, а частота фаз складчатости и интенсивность деформаций сжатия во время этих фаз соответственно возрастает.

Проявления цикличности в других геологических процессах. Е.Е.Милановский указыва­ет, что мегациклы и циклы I и II порядков проявляются не только в чередовании периодов и фаз преобладающего сжатия и расширения земной коры, но и в широком спектре коррелятивно и ге-

нетически связанных с ними других геологических и геофизических процессов, в частности, в развитии различных типов магматизма и формировании связанной с ними эндогенной минераге-нии, тектоноэвстатических (а в некоторые периоды истории Земли - и гляциоэвстатических) коле­баниях уровня океана и контролируемой ими цикличности седиментогенеза, геоморфогенеза, формирования кор выветривания и полезных ископаемых осадочного генезиса, изменениях пара­метров геомагнитного поля Земли, в частности частоты геомагнитных инверсий, и многих других явлениях. Так, например, с фазами глобального усиления растяжения земной коры, в частности рифтинга на континентах, раскрытия зон с корой океанского типа в подвижных поясах и ускоре­ния спрединга в ложе океанов связаны глобальные фазы интенсификации базальтового вулканиз­ма, фазы тектоноэвстатического подъема уровня Мирового океана (достигавшего в первой поло-Вине позднего мела рекордной высоты, на 200-250 м превышавшего современный). С фазами рас­тяжения земной коры также связаны трансгрессивные фазы формирования осадочных секвенций в стабильных областях континентов и на их окраинах, периоды регионального выравнивания (пе-непленизации) рельефа континентов, потепления глобального масштаба, гумидизации климата и существенного ослабления широтной климатической зональности, снижения частоты инверсий полярности геомагнитного поля до одной инверсии за несколько миллионов лет и даже за 20-25 млн. лет (в частности, в первой половине позднего мела, отличающейся отсутствием глобаль­ных фаз складчатости) и многие другие явления (рис. 81).

 

Рис. 81. Связь эпох складчатости, активизации рифтовых зон, вулканических про­цессов, трансгрессий и регрессий (Е.Е.Милановский, 1978, с упрощениями). (Заим­ствовано у Е.В.Владимирской и др., 1985)

Напротив, с фазами усиления горизонтального сжатия и сокращения земной коры коррелиру-ются ослабления и приостановки проявлений базальтового вулканизма на континентах и в ложе океанов и морей. Ими обусловлено "закрытие" зон с океанского типа корой в подвижных поясах и

превращение их в сильно деформированные, нередко обдуцированные или аллохтонные офиолй-товые комплексы, фазы тектоноэвстатического понижения уровня океана (наиболее низко - до минус 50-100 м - упавшего на рубеже перми и триаса). В это время известны регрессивные фазы формирования секвенций и границ раздела между ними, периоды усиления роста горных соору­жений и эрозионного расчленения рельефа континентов, усиление широтной зональности и лате­ральной контрастности климата (соответственно резких похолоданий в периполярных регионах, вплоть до возникновения оледенений или глубокого промерзания и аридизации и развития галоге-неза в периэкваториальных регионах), возрастание частоты инверсий полярности геомагнитного поля вплоть до нескольких инверсий за 1 млн. лет во время фаз складчатости. Поскольку, по со» временным представлениям, существование геомагнитного поля и изменение его параметров вы­зываются процессами, протекающими во внешнем, жидком ядре Земли и близ его границы с ман; тией, можно предполагать, что весь отмеченный выше комплекс взаимосвязанных геологических процессов также в конечном счете контролировался явлениями, происходившими на этих огром­ных глубинах, сигналы о которых в геологическом масштабе времени почти мгновенно ощуща­лись в земной коре и на поверхности Земли, вызывая тектонические деформации и определяя ход других геологических процессов.

ГИПОТЕЗА ДРЕЙФА МАТЕРИКОВ

Отправным пунктом для появления этой гипотезы служит замеченное многими людьми пора-ЗИТелЬНОе совпадение контуров Южной Америки и Африки. Совпадение контуров соседних мате­риков в других местах (Северной Америки и Европы, Австралии и Антарктиды и др.) не так оче_г видно, но тоже имеет место, особенно с учетом шельфа. Напрашивается вывод о том, что это ос-колки когда-то единого материка, "разъехавшиеся" в разные стороны. Имеются также элементы сходства геологического строения участков Южной Америки и Африки, разделенных Атлантичесг ким океаном, Южной Америки и Антарктиды и других. Эти обстоятельства натолкнули ученых на мысль о возможности горизонтального перемещения материков.

Гипотеза перемещения материков была в наиболее полном виде высказана в 1910 г. амери­канским ученым Ф.Тейлором ив 1915 г. австрийским геофизиком А.Вегенером. В книге последне­го "Происхождение материков и океанов" эта гипотеза нашла наиболее полное изложение и иног­да так и называется "гипотеза Вегенера". А.Вегенер сделал вывод о том, что вплоть до начала ме­зозоя континенты составляли единый суперконтинент — Пангею, которая впоследствии расколо­лась, а ее осколки - нынешние материки - сместились в разных направлениях и продолжают пе­редвигаться. Сопротивление океанического дна перемещению осколков вызывает поднятие склад­чатых горных хребтов по краям континентов.

t Яркое изложение и обилие убедительных фактов составляли достоинство книги А.Вегенера и способствовали в 20 - 30-е годы огромной ее популярности. Этой гипотезы- придерживались та­кие известные геологи, как А. Дю Тойт, Э.Арган, Р.Штауб и др.

В начале XX века уже было известно, что основу материковой коры составляет сравнительно легкая сиалическая оболочка (гранитный слой), ниже которой лежит более тяжелая симатическая оболочка (базальтовый слой). Под океанами сиалический слой отсутствует и кора представлена только симатическим (базальтовым) слоем. А.Вегенер сравнивал континентальные плиты с льди­нами, которые медленно "плывут" по массивной симатической оболочке, как по поверхности воды. Однако, несмотря на образность, трудно себе представить реальный механизм такого пере­движения. К тому же было установлено наличие во многих местах долгоживущих глубинных раз­ломов, уходящих глубоко в мантию и сохраняющих свое положение в течение длительного време­ни. Эти и другие факты противоречили гипотезе континентального дрейфа, которая к началу 50-х годов утратила свою популярность.

НОВАЯ ГЛОБАЛЬНАЯ ТЕКТОНИКА (ТЕКТОНИКА ПЛИТ, НЕОМОБИЛИЗМТ

В конце 50-х - 60-е годы XX века началось возрождение гипотезы А.Вегенера на новой осно­ве. Этому способствовали несколько обстоятельств.

Во-первых, палеомагнитные исследования горных пород выявили иное по сравнению с со­временным положение полюсов в геологическом прошлом, а также перемещение континенталь­ных массивов.

Во-вторых, была открыта подводная система срединно-океанических хребтов с грабенообраз-ными погружениями вдоль их осевой части - рифтовыми зонами (см. главу 4). В начале 60-х годов Г.Хесс и Р.Дитц, вслед за А.Холмсом, выдвинули гипотезу расширения дна океанов от срединных хребтов к периферии под действием конвекционных течений в мантии и подъема расплавленного материала из верхней мантии к поверхности. Кроме того, на океаническом дне была выявлена систе­ма полосовых магнитных аномалий, параллельных срединно-океаническому хребту и по отноше­нию к нему симметричных. Базальты соседних полос имеют чередующуюся ориентировку намагни­ченных частиц, то есть образуют положительные и отрицательные магнитные аномалии. Английс­кие исследователи Ф.Вайн и Д.Мэтьюз сопоставили эти аномалии с чередованием эпох прямого и обратного магнитного поля, установленных для кайнозоя, а затем и мезозоя. Они сделали предполо­жение, что такое чередование является результатом последовательного "порционного" внедрения базальтового расплава из мантии по глубинным разломам рифтовых зон срединно-океанических хребтов. Была вычислена скорость раздвижения рифтовых зон, составившая 1 см в год для Север­ной Атлантики и до 6 см в год для некоторых частей Тихого океана. В дальнейшем Д.Вилсон дал понятие о трансформных разломах, оперяющих основную рифтовую систему, и установил факт увеличения возраста вулканических пород по мере удаления от оси рифта (см. схему I, цв. вкл.).

В-третьих, получило окончательное подтверждение наличие в верхней мантии слоя разуплот­ненных, вязких, местами расплавленных пород, который получил название астеносфера, что оз­начает "слабый слой". Верхняя граница астеносферы находится на глубинах 50-60 км под океана­ми и 100-120 км под континентами; нижняя граница соответственно - на глубинах 400 и 250 КМ. Под океанами астеносферный слой значительно толще. Признаки существования этого слоя были отмечены еще Б.Гутенбергом в 1926 г. по уменьшению скорости распространения сейсмических

волн, отчего астеносферу называ­ют также волноводом. Твердую оболочку, расположенную над ас­теносферой и включающую зем­ную кору и верхнюю часть ман­тии, называют литосферой, бук­вально - каменной оболочкой.

Благодаря открытию астенос­феры значительно проще для пони­мания стал механизм горизонталь­ного перемещения плит. Фрагмен­ты литосферы, ограниченные риф­товыми зонами, получившие назва­ние литосферных плит (рис. 82), медленно скользят по вязкой, ра­зуплотненной астеносфере. Это го­раздо понятнее, нежели плавание

Рис. 82. Карта литосферных плит Земли (Зоненшайн, Кузьмин, 1993). ^твеРД^ых СИалических "льдин" В
Заимствовано у Н.Л.Добрецова и А.Г.Кирдяшкина, 1994. Границы плит: твердом же симатическом субстра-
7-v- дивергентные, 2 - конвергентные, 3 - трансформные те, как в схеме А.Вегенераг

 

В конце 60-х годов ученые 3. Ле Пишон, В.Морган, Д.Хэйртцлер, Б.Изакс и др. установили, что таких крупных литосферных плит сравнительно немного (8-10). Плита может быть и океани­ческой, и континентальной, и смешанной. Построения упомянутых, а также многих других исле-дователей, обобщенные под названиями "тектоника плит" (плейттектоника), "новая глобальная тектоника", получили в 70 - 80-х годах огромную популярность среди геологов-тектонистов.

Согласно тектонике плит, действует своеобразный механизм их перемещения. В зонах сре-динно-океанических хребтов конвекционные потоки из мантии достигают поверхности по глу­бинным разломам, и поступающие новые порции базальтовой магмы раздвигают, как клинья, рас­талкивают соседние литосферные плиты, наращивая их изнутри. Зтотцроцесс называется qnpe-, дингом (рис. 83J),

Обратный процесс происходит в областях, подобных тихоокеанскому побережью Азии. Здесб* более тяжелая океаническая плита "пододвигается" вниз под континентальную плиту по накло-^ ненной под углом 40-45° в сторону континента зоне контакта (зоне Заварицкого-Беньофа), к кото­рой именно по этой причине приурочены центры землетрясений. Такой процесс пододвигания од­ной плиты под другую называется субдукцией. Края погружающейся плиты по мере погружения деформируются, переплавляются в астеносфере. Континентальные окраины, на которых происхс^ дят такие процессы, называются активными. Пассивные континентальные окраины находятся вдали от зон спрединга и субдукции. Литосферные плиты, движущиеся по астеносфере, обладают жесткостью и монолитностью, испытывают взаимные горизонтальные перемещения трех типов: а) расхождение (дивергенцию) в осевых зонах срединно-океанических хребтов; б) схождение (конвергенцию) по периферии океанов, в глубоководных желобах, где океанские плиты пододви^ гаются под континентальные или островодужные; в) скольжение вдоль трансформных разломов..,

Есть и другие варианты столкновения плит. Края двух континентальных плит при столкнове­нии могут, сминаясь, вздыбиться вверх (коллизия). Предполагают, что такой процесс при столкно­вении двигавшейся на северо-восток Индийской плиты с огромной Азиатской привел к образова­нию высочайшей горной системы современности - Гималаев и Тибета. В случае не лобового, а бокового столкновения плиты будут скользить друг относительно друга, как происходит, напри­мер, в Калифорнии по разлому Сан-Андреас. Процесс надвигания фрагмента океанической коры на континентальную при столкновении плит называется обдукцией.

ГИПОТЕЗА ПОДКОРОВЫХ КОНВЕКЦИОННЫХ ТЕЧЕНИЙ

Тектонические движения, происходящие в верхних частях земной коры, являются отголоска­ми грандиозных и во многом еще невыясненных процессов, протекающих в мантии и ядре Земли, где находятся источники эндогенной энергии.

Д.Джоли в 1924 г. впервые высказал мысль о влиянии тепла радиоактивного распада элемен­тов на тектонические движения. Д.Джоли считал, что радиоактивное тепло, накапливаясь, нагре­вает основание континентов, базальт плавится и материки в него погружаются, что приводит к трансгрессиям. В дальнейшем базальт плавится и под океанами, континентальные глыбы скользят по нему к западу под влиянием приливных сил Солнца и Луны. Далее континенты вновь остыва­ют и поднимаются, вызывая складча­тость. Континенты занимают места океанов и наоборот. Гипотеза Д.Джо-ли не выдерживает критики, в частно­сти, из-за того, что гранит должен рас­плавиться раньше базальта.

А.Холмс в 1929 г. предположил, что неравномерное распределение подкорового радиогенного тепла по­рождает в мантии систему конвекци­онных течений. Эти восходящие тече­ния вызывают разрыв континентов, их дробление и образование новых океа­нов. На границе континентов и океа­нов происходит, наоборот, нисходящее в мантию течение (рис. 84). Эта гипо-Рис. 84. Конвекционные течения в мантии (по Г.У.Менарду, 1966). теза подкоровых конвекционных тече-Заимствовано у М.М.Судо, 1981: А - образование рифтов на гребне в _{нии на}щла подтверждение В более ПО-местах растяжений; перемещение блоков коры между зонами разло- _{здних построениях новой} глобальной мов на флангах; Б - образование рифтов на флангах; перемещение

блоков коры в стороны, за пределы рифтовых районов, смещения в тектоники. Она впоследствии уточня-
зоне гребня меньшего масштаба, чем смещения на флангах лась, ПО мере ТОГО как ВЫЯВЛЯЛОСЬ бо-

"^г -■-.■■■-.■'•■ _{лее СЛОЖН}ое строение мантии. Так,

$.Краус предположил существование двух систем течений в мантии - поверхностной и глубинной. В последнее время накопились новые данные изучения внутренних сфер Земли - мантии и IJtpa, что привело к разработке гипотезы плюмов и горячих полей.

ГИПОТЕЗА ПЛЮМОВ И ГОРЯЧИХ ПОЛЕЙ

Мантийные плюмы (или просто плюмы) представляют собой сравнительно узкие колонны разогретого вещества, поднимающиеся из глубоких слоев мантии. Плюмы, скорее всего, зарожда­ются на глубине не менее 700 км (Сейферт, 1991). По некоторым оценкам диаметр их составляет от 100 до 240 км, а скорость подъема 2 м/год. Плюмы порождают купола диаметром до 1000 км, центральные участки которых возвышаются на 1-2 км над окружающей местностью.

Горячие точки определяются как участки земной поверхности с необычно высокой вулкани­ческой активностью в настоящее время или проявлявшейся в прошлом. Иногда под горячей точ­кой понимают участок внутри мантии, температура которого выше средней температуры на этой глубине. Есть и такие геологи, которые используют термины горячая точка и плюм как синони­мы. Существование горячей точки устанавливается непосредственно из наблюдений за вулкани­ческой активностью рассматриваемой области, тогда как вывод о существовании плюмов - ре­зультат интерпретации, и прямое наблюдение недоступно.

Плюмы встречаются как внутри плит, так и на дивергентных (раздвигающихся) границах между плитами. Примером внутриплитного расположения в океанической области служит плюм под островом Гавайи. Плюм этого типа порождает внутриплитную горячую точку, или горячую точку гавайского типа. Примером плюма, расположенного на дивергентной границе плит, являет­ся плюм под Исландией. Плюмы такого типа порождают срединно-океанические горячие точки или горячие точки исландского типа.

Причины поднятия плюмов. Плюмы поднимаются из глубоких слоев мантии, так как их ве­щество легче окружающих пород, а вязкость этих пород достаточно мала, чтобы в мантии стал возможным режим течения. Они ведут себя как пластическое твердое тело (возможно, частично расплавленное) и поднимаются подобно соляным диапирам. Вязкость вещества мантии в плюмах порядка 10¹⁹ пуаз. Поднимаясь, вещество плюма подвергается внутренним деформациям, что по­рождает очень характерную структуру. Для ксенолитов мантии в вулканических породах, излив­шихся в горячих точках, типична деформационная структура, которая вызвана пластическим тече­нием при подъеме мантийного диапира (плюма)._:

Уменьшение давления в веществе плюма приводит к росту содержания в нем расплава, что в еще большей степени способствует подъему плюма. Этим же объясняется повышенная вулкани­ческая активность в районах горячих точек, в основе которой лежит механизм дифференциации вещества плюма: более легкая расплавленная фаза отделяется от твердого остатка.

В жидком внешнем ядре и в мантии происходит конвекция вещества и образуется сложная система конвекционных потоков.

По данным Н.Л.Добрецова и А.Г.Кирдяшкина (1994), различают два типа моделей тепловой гравитационной конвекции. Согласно первому, предполагается конвекция по всей толщине ман­тии от литосферы (30-100 км) до границы между ядром и мантией (2890 км). В другом типе пред-1|олагается, что конвекция происходит в двух слоях (в верхней и нижней мантии) и на границе их раздела отсутствует существенный массоперенос.

Мантийные плюмы, по мнению Н.Л.Добрецова и А.Г.Кирдяшкина, могут зарождаться на трех уровнях: в верхней мантии, в частности при плавлении субдуцировавшей плиты; на границе верхней и нижней мантии на глубине 670 км; на границе нижняя мантия - ядро. Природа этих плюмов может быть либо чисто тепловая (при плавлении окружающего субстрата), либо чисто химическая (при различии в плотности между веществом плюма и окружающим массивом), либо совместно и тепловая, и химическая (при частичном плавлении окружающего вещества).

Наиболее ярким проявлением горячей точки поверхности Земли можно считать Гавайские острова, представляющие с современными извержениями вулканов завершающее звено Гавайской и Императорской цепи, в которой извержения вулканов удревняются по возрасту от 0 до 42 млн. лет в Гавайской и от 43 до 70 млн. лет в Императорской. Эти цепи вулканических островов с зако­номерно изменяющимся возрастом однозначно трактуются как след движения Тихоокеанской плиты над Гавайской горячей точкой, существующей уже более 70 млн. лет.

Другим важным примером проявления мантийных плюмов являются кимберлитовые поля.

Продолжительность активности современных и существующих в мезозое плюмов составляет от 15 до 90 млн. лет. Например, возраст кимберлитовых полей в Южной Африке, отражающих, вероятно, след движения Африканской плиты над двумя горячими точками, датируется 200-110 и 100-70 млн. лет. Во временном и пространственном расположении горячих точек в течение мезо­зоя наблюдаются определенные закономерности и аналогии с поведением солнечных пятен: горя­чие точки локализованы в средних широтах 40±15° на Земле и 30±10° на Солнце; новые горячие точки появляются в высоких широтах в обоих полушариях и мигрируют по направлению к эквато­ру, после чего начинается новый цикл и сильно меняется магнитное поле. На Земле продолжи­тельность такого цикла 90 или 180 млн. лет, на Солнце - 11 лет. Короткие периоды и более пра­вильное распределение пятен на Солнце - не единственное отличие глубинной циркуляции на

 

Земле и на Солнце, определяемое различием вещества газообразного Солнца и высоковязкой ман­тии Земли, хотя многие подобия просто поразительны. Возникновение солнечных пятен и их миг­рация к экватору во многом определяются силами Кориолиса, наибольшими в высоких широтах и исчезающими на экваторе. Если исходить из аналогии с солнечными пятнами, то проявление сил Кориолиса возможно в относительно маловязком жидком ядре. Это, в свою очередь, указывает на то, что областью возникновения горячих точек может быть граница ядро - мантия Земли.

Плюмы и многослойная или единая конвекция в мантии являются не альтернативными, а со­четаются в разной степени в различные периоды жизни Земли, причем регулятором может высту­пать интенсивность мантийных плюмов: в период их максимальной интенсивности (например, в период мелового "суперплюма"), по выражению Р.Ларсона, преобладает общая конвекция, в пери­од их минимума более отчетливо проявляется многослойная конвекция, и в целом конвекция в Земле является неустойчивой, нестационарной?¹"'-

По мнению Н.Л.Добрецова и А.Г.Кирдяшкина, вероятным важнейшим регулятором внутрен* них движений в Земле, во всяком случае, в течение последних 2 млрд. лет ее истории, становятся периодические мантийные плюмы, возникающие на границе ядро - нижняя мантия. Их отделение от ядра в процессе конвекции и накопление в слое D может рождать гравитационную неустойчи­вость, т.е. отрыв струй и капель малоплотного вещества, обогащенного флюидом (рис. 85). В лю­бом случае мантийные плюмы, рожденные на границе ядро - мантия и, вероятно, обогащенные

водородом, останавливаются или моди­фицируются на границе верхняя — ниж­няя мантия (около 670 км).

Асейсмичные хребты. Асейсмич-

ный хребет (известный также как след

плюма) представляет собой прямолиней­ную цепь вулканических островов, гайо-

тов и(или) подводных поднятий. От ост­ровных дуг такие хребты отличаются

тем, что имеют не дугообразную форму:

Рис. 85. Разрез земного шара по экватору через Тихий океан. По­казан слой D и быстро поднимающийся от него плюм, который

острова, гайоты и подводные поднятия в них расположены примерно по прямой линии. На самом деле они располагаются

пересе

⇐ Предыдущая45464748495051525354Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: