5. Как объясняется несоответствие между возрастом коренных пород на дне
океанов и возрастом Мирового океана. Чем объясняется несоответствие возраста пород Мирового океана возрасту Мирового океана?
Несоответствие между возрастом Мирового океана, соизмеримым с возрастом Земли, и молодостью океанического дна объясняется с позиций теории новой глобальной тектоники.. Объясним кажущийся временной парадокс на примере Атлантического океана.
Через центральную часть океана с севера на юг простирается срединно-океанический хребет. В осевой части хребта располагается рифтовая долина, по которой проходит граница между соседними литосферными плитами: Американской — к западу от хребта, Африканской и Евразийской — к востоку. Рифтовая долина есть зона спрединга, или раздвижения, плит. Под ней происходит поднятие расплавленного мантийного вещества, формирование из него новых участков океанической коры и их перемещение в обе стороны от хребта. Скорость раздвижения литосферных плит составляет единицы сантиметров в год. По сторонам рифтовой долины расположены самые молодые участки океанического дна. С удалением от хребта возраст донных осадков постепенно увеличивается и достигает наибольших значений в прибрежных зонах океана. Достигнув берега, океаническая часть плиты «ныряет» под нависающий край континента, происходит ее поддвиг под соседнюю плиту и погружение в мантию. Таким образом, возраст океанического дна зависит от расстояния между рифтовой зоной (осью спрединга) и областью погружения (называемой зоной субдукции), а также от скорости горизонтального перемещения плит.
6. Чем океаническая земная кора отличается от материковой. Чем материковая земная кора отличается от океанической?
Выделяется несколько типов земной коры. Наиболее резкие различия отмечаются в строении земной коры материкового и океанического типов.
^ Земная кора материкового типа. По модели, предложенной Уорзеллом и Шербетом в 1965, средняя мощность земной коры материкового типа 35 км. По скорости распространения упругих волн в ней выделяют три слоя:
осадочный (скорости менее 5 км/с, мощность от нескольких сотен метров до 2 км);
гранитный (скорости около 6 км/с, мощность 15 – 17 км) и
базальтовый (скорости 6,5 – 7,2 км/с, мощность 17 – 20 км).
Отличительным слоем материковой коры является гранитный с плотностью вещества 2,7 г/см3.
В геофизических работах обычно подчеркивается условность названий слоев «гранитный» и «базальтовый». Гранитный слой не обязательно состоит только из гранитов. Скорости прохождения упругих волн через него указывают лишь на то, что он состоит из пород, аналогичных по плотности гранитам, – гнейсов, гранодиоритов, кварцитов и некоторых других плотных кристаллических пород (магматических и метаморфических), объединяемых обычно под названием «кислые» породы вследствие значительного содержания в них (более 60%) кремнекислоты.
^ Океанический тип земной коры. Земная кора океанического типа в общем виде характеризуется следующим строением. Верхнюю ее часть составляет слой воды океана со средней толщиной 4,5 км и скоростью упругих волн 1,5 км/с, плотностью 1,03 г/см3. За ним следует слой неуплотненных осадков мощностью 0,7 км, со скоростью упругих волн 1,5 – 4,5 км/с и средней плотностью 2,3 г/см3. Под этим слоем залегает так называемый второй слой со средней мощностью 1,7 км, скоростью упругих волн 5,1 – 5,5 км/с и плотностью 2,55 г/см3. Под ним лежит базальтовый слой, по существу не отличающийся от того, который образует нижнюю часть континентальной коры. Средняя мощность его 4,2 км. Таким образом, общая средняя мощность океанической коры без слоя воды всего 6,6 км, т. е. примерно в 5 раз меньше мощности материковой коры. Существенных различий в строении океанической коры под различными океанами не наблюдается.
7. Что означают термины: рифт, спрединг, субдукция. Рифт — крупная линейная впадина в земной коре, образующаяся в месте разрыва коры в результате её растяжения или продольного движения. Существует две модели образования рифтов: модель Вернике и модель Маккензи. В последнее время геологи чаще используют смешанную модель.
В океанах рифты развиты в так называемых зонах спрединга — центральных частях срединно-океанических хребтов, где происходит образование новой океанической коры. В центральной части этих рифтов периодически образуются разломы, через которые на дно океана поступает базальтовый расплав.
Раскол континента на части начинается с образования рифта. Кора утончается и раздвигается, начинается магматизм. Формируется протяжённая линейная впадина глубиной порядка сотен метров, которая ограничена серией сбросов. После этого возможно два варианта развития событий: либо расширение рифта прекращается и он заполняется осадочными породами, превращаясь в авлакоген, либо континенты продолжают раздвигаться и между ними, уже в типично океанических рифтах, начинает формироваться океаническая кора.
Спрединг (от англ. spread — растягивать, расширять) — геодинамический процесс растяжения, выражающийся в импульсивном и многократном раздвигании блоков литосферы океанической коры и в заполнении высвобождающегося пространства магмой, генерируемой в мантии, а также твердыми протрузиями мантийных перидотитов. Процессы спрединга локализуются, главным образом, в пределах Срединно-океанических хребтов и формируют океаническую кору, поэтому в этих районах она относительно молодая. Термин «спрединг морского дна» впервые был предложен Р. Дитцем в 1961 году, а концепция спрединга морского дна была сформулирована Г. Хессом и развита в работах Ле Пишона в 1960-х годах. Экспериментально подтверждена в 1964—1965 годах во время 36-го рейса НИС «Витязь» к хребту Карлсберг и разлому Витязь в Индийском океане, под руководством Г. Удинцева.
Зона субдукции — линейно протяжённая зона, вдоль которой происходит погружение одних блоков земной коры под другие. Чаще всего в них океаническая кора пододвигается под островную дугу или активную континентальную окраину, и погружается в мантию. В составе зоны субдукции выделяются ведущий (верхний, висячий) край плиты и погружающийся край плиты. Результатом взаимодействия этих блоков земной коры являются активный вулканизм и повышенная сеймичность в этой зоне.
8. Какие формы рельефа океанического дна входят в состав материкового подножия. рельефе дна океанов и морей проявляется взаимодействие эндогенных и экзогенных процессов в различных структурных зонах. Выделяются следующие планетарные формы рельефа: подводная окраина материков, ложе океана, глубоководные желоба и срединно-океанические хребты. В состав подводной окраины материков входят: шельф, материковый, или континентальный, склон и материковое подножье. Шельф (материковая отмель) представляет собой подводную слегка наклонную равнину. Со стороны океана шельф ограничивается четко выраженной бровкой, расположенной до глубин 100-130-200 м, но в некоторых случаях погруженной до 300 м и более.
Материковый, или континентальный, склон протягивается от бровки шельфа до глубин 2,0-2,5 км, а местами до 3 км. Уклон его поверхности составляет в среднем 3-5o, но местами достигает 25 и даже 40o и более.
Характер рельефа материкового склона в ряде случаев отличается значительной сложностью. В нем наблюдается ступенчатость профиля - чередование уступов с субгоризонтальными ступенями, что, по-видимому, связано с разрывными тектоническими нарушениями. Второй особенностью материкового склона является система рассекающих его поперечных подводных каньонов, заложение части которых, возможно, также связано с тектоническими движениями или с эрозионной деятельностью мутьевых потоков, некоторые же представляют подводное продолжение речных долин (р. Гудзон, Конго и др.).
Материковое подножье выделяется в качестве промежуточного элемента рельефа между материковым склоном и ложем океана и протягивается до глубин 3,5 км и более. Оно представляет собой наклонную холмистую равнину, окаймляющую основание материкового склона и местами характеризующуюся осадками большой мощности за счет выноса материала мутьевыми потоками и периодически возникающими крупными оползнями.
Ложе Мирового океана представлено обычно плоскими или холмистыми равнинами, расположенными на глубине 3500-6000 м. Они осложнены мелкими и крупными отдельными возвышенностями и подводными горами до больших вулканических построек типа Гавайских островов. В Тихом океане особенно много подводных вулканических гор и, в частности, своеобразных плосковершинных гор различной размерности, называемых гайотами. Вершины некоторых гайотов, по данным А. Аллисона, достигают в ширину свыше 60 км и в длину 280 км. Большинство исследователей считают, что гайоты представляют собой вулканические горы, которые в прошлом подвергались интенсивной волновой абразии (лат. "абрадо" - брею, соскабливаю) , о чем свидетельствует наличие на их срезанных вершинах скатанной волнами крупной гальки и остатков мелководной фауны. Вершины гайотов располагаются сейчас на глубинах 1000-2000 м, что, по-видимому, связано с тектоническим опусканием океанического дна. Аналогичная картина опускания подтверждается и данными бурения на атоллах, где породы коралловых рифов встречены на глубинах 1200-1400 м при нормальном жизненном развитии кораллов до 50-60 м.
Глубоководные желоба особенно широко развиты в Тихом океане. В его западной части они образуют почти непрерывную цепь, протягивающуюся вдоль островных дуг от Алеутских, Курило-Камчатских до Новой Зеландии и разветвляющуюся в пределах Филиппинско-Марианского расширения. Вдоль восточного побережья располагаются Перуанско-Чилийский и Центрально-Американский глубоководные желоба, сопряженные с Андским поясом молодых кайнозойских горных сооружений. В Индийском океане желоба приурочены главным образом к морям островного Индонезийского архипелага, в Атлантическом - к островным дугам, окаймляющим Карибское море. Глубина желобов от 7000 до 11 000 м. Наибольшая глубина у Марианского желоба 11 034 м.
Срединно-океанские хребты образуют единую глобальную систему общей протяженностью свыше 60 000 км. Вдоль осевой части Срединно-Атлантического и Индийского хребтов протягивается крупная депрессия - долинообразное понижение, ограниченное глубинными разломами и названное рифтовой долиной или рифтом (англ. "рифт" - расселина, ущелье). Дно рифтов опущено до глубин 3,5-4,0 км, а окаймляющие хребты находятся на глубинах 1,5-2,0 км. Срединно-океанские хребты пересечены многочисленными трансформными (поперечными) разломами с вертикальным смещением до 3-5 км. Они смещают в горизонтальном направлении части осевых рифтов иногда на первые сотни километров. Срединно-океанские хребты отличаются интенсивной сейсмичностью, высоким тепловым потоком и вулканизмом.
9. Что такое переходная зона между материковыми и океаническими структурами.ПЕРЕХОДНЫЕ ЗОНЫ от континента к океану — области, в пределах которых происходит смена континентальной земной коры на океаническую. Переходные зоны чётко распадаются на 2 типа — пассивных и активных окраин континентов. В первом случае переход происходит постепенным утонением континентальной коры (за счёт растяжения при рифтогенезе), а во втором — континенты и их окраины отделены от океанов глубоководными желобами, в которых идёт субдукция (поглощение) океанических литосферных плит.
Переходные зоны, приуроченные к пассивным континентальным окраинам (или зоны атлантического типа), включают в поперечном разрезе следующие морфологические элементы: прибрежную равнину; шельф (глубиной до 200-400 м и шириной от нескольких десятков до сотен километров); континентальный склон крутизной 7-10°, уходящий вниз до глубины 3500-4000 м; континентальное подножие, представляющее собой покатый подводный осадочный шлейф, полого погружающийся до абиссальных глубин 5000-6000 м. Примерами подобных переходных зон являются окраины Атлантического океана или Арктическая подводная окраина CCCP. Морфология пассивных окраин имеет, как правило, аккумулятивную природу, будучи образованной наслоением линз осадков, наклонённых в сторону океана. В зависимости от климатических условий среди осадков преобладают либо обломочные толщи (продукты размыва прилегающего континента), либо рифовые известняки, либо эвапориты (в случае замкнутых водоёмов). За счёт постоянного прибавления осадочного материала бровка шельфа, отмечающая его перегиб к континентальному склону, продвигается со временем вглубь океана; это т.н. проградация шельфа. Мощность осадочного чехла обычно 3-5 км, иногда достигает 10 км и более. Переходные зоны активных окраин (или зоны тихоокеанского типа) образованы либо системами краевых морей, вулканические островных дуг и глубоководных желобов (переходные зоны от Азии к Тихому океану), либо активной континентальной окраиной с жёлобом, но без окраинного моря и островных дуг (переходные зоны от Южной Америки к Тихому океану). В последнем случае на краю континента наблюдается цепь наземных вулканов, вытянутая вдоль сопровождающего её глубоководного жёлоба. Сейсмические и другие геофизические исследования доказали, что океаническая плита вместе с чехлом осадков уходит в жёлобе под вулканическую дугу или краевой вулканические пояс. Обычной является следующая последовательность морфологических и структурных элементов (от океана к континенту): глубоководный жёлоб; приостровной (или приконтинентальный) склон жёлоба со сложной чешуйчато-надвиговой структурой (документирована многоканальным сейсмопрофилированием и бурением); преддуговой прогиб, выполненный толщей осадков мощностью 3-5 км, иногда больше; вулканическая дуга, находящаяся на расстоянии от 100 до 250-300 км от оси жёлоба (в зависимости от угла наклона глубинной сейсмофокальной зоны) и сложенная продуктами вулканизма т.н. известково-щелочной серии. Если в разрезе переходной зоны присутствует краевое море, то, как правило, оно подстилается океанической корой, имеет глубину от 3000 до 5000 (иногда 6000) м, обладает повышенным тепловым потоком. Склон краевого моря, прилежащий к вулканической островной дуге, на большей части покрыт обломочными толщами — продуктами разрушения близлежащих вулканов. От континента краевое море отделено переходной зоной такой же, как переходные зоны пассивных континентальных окраин. Краевые моря большей частью заполнены осадками мощностью от 1-2 до 4-5 км. Их океаническое ложе возникло преимущественно после образования вулканических дуг, т.е. после начала субдукции (возраст глубоководных котловин Охотского и Японского морей, вероятно, раннемиоценовый). Формирование океанической коры связано с явлением т.н. задугового (или тылово-дужного) спрединга.
Переходные зоны активных окраин имеют огромное значение как магмоконтролирующие структуры; с ними связаны многие рудные полезные ископаемые, такие, как медные, полиметаллические, золотые, серебряные, молибденовые, оловянные, вольфрамовые руды.
Переходные зоны как пассивных, так и активных окраин легко реконструируются в пределах складчатых поясов континентов, которые в своей преобладающей части сложены деформированными и метаморфизованными комплексами древних переходных зон.
10.Назовите основные положения концепции тектоники плит.Тектоника плит — современная геологическая теория о движении литосферы, согласно которой земная кора состоит из относительно целостных блоков — плит, которые находятся в постоянном движении относительно друг друга. При этом в зонах расширения (срединно-океанических хребтах и континентальных рифтах) в результате спрединга образуется новая океаническая кора, а старая поглощается в зонах субдукции. Теория тектоники плит объясняет возникновение землетрясений, вулканическую деятельность и процессы горообразования, по большей части приуроченные к границам плит. Впервые идея о движении блоков коры была высказана в теории дрейфа континентов, предложенной Альфредом Вегенером в 1920-х годах. Эта теория была первоначально отвергнута. Возрождение идеи о движениях в твёрдой оболочке Земли произошло в 1960-х годах, когда в результате исследований рельефа и геологии океанического дна были получены данные, свидетельствующие о процессах расширения (спрединга) океанической коры и пододвигания одних частей коры под другие (субдукции). Объединение этих представлений со старой теорией дрейфа материков породило современную теорию тектоники плит, которая вскоре стала общепринятой концепцией в науках о Земле.
За прошедшие десятилетия тектоника плит значительно изменила свои основные положения. Ныне их можно сформулировать следующим образом:
Верхняя часть твёрдой Земли делится на хрупкую литосферу и пластичную астеносферу. Конвекция в астеносфере — главная причина движения плит.
Современная литосфера делится на 8 крупных плит, десятки средних плит и множество мелких. Мелкие плиты расположены в поясах между крупными плитами. Сейсмическая, тектоническая и магматическая активность сосредоточена на границах плит.
Литосферные плиты в первом приближении описываются как твёрдые тела, и их движение подчиняется теореме вращения Эйлера.
Существует три основных типа относительных перемещений плит:
-расхождение (дивергенция), выражено рифтингом и спредингом;
- схождение (конвергенция) выраженное субдукцией и коллизией;
-сдвиговые перемещения по трансформным геологическим разломам.
Спрединг в океанах компенсируется субдукцией и коллизией по их периферии, причём радиус и объём Земли постоянны с точностью до термического сжатия планеты (в любом случае средняя температура недр Земли медленно, в течение миллиардов лет, уменьшается).
Перемещение литосферных плит вызвано их увлечением конвективными течениями в астеносфере.
Существует два принципиально разных вида земной коры — кора континентальная (более древняя) и кора океаническая (не старше 200 миллионов лет). Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (пример — крупнейшая тихоокеанская плита), другие состоят из блока континентальной коры, впаянного в кору океаническую.
Более 90 % поверхности Земли в современную эпоху покрыто 8 крупнейшими литосферными плитами: Австралийская плита, Антарктическая плита, Африканская плита, Евразийская плита , Индостанская плита, Тихоокеанская плита, Северо-Американская плита, Южно-Американская плита.
11. Как отличался солевой состав ювенильного океана от современного.Современный химический состав океанической воды — результат длительного процесса, начавшегося одновременно с образованием гидросферы. Эволюция состава вод связана с приспособлением первичного ювенильного раствора к изменяющимся условиям нашей планеты.
Воды первичного ювенильного раствора, образовавшего гидросферу, содержали основные элементы, присущие водам современного океана. Оказавшись на поверхности, ювенильный раствор изменяет свой состав в процессе приспособления к новым условиям, стремясь прийти в равновесие с ними. Сущность процесса приспособления заключается в сохранении в растворе компонентов, образующих в данных условиях более растворимые соединения, и в выпадении в осадок компонентов, образующих труднорастворимые соединения.
Сравнение составов современной океанической воды и первичного ювенильного раствора показывает, что содержание хлора и брома осталось практически неизменным, а содержание остальных элементов заметно уменьшилось. В растворе остаются неизменными те элементы, для которых нет достаточно активных осадителей, например хлор и бром. Элементы, содержание которых уменьшилось, участвовали в процессах, выводящих их из раствора. Больше всего снизилось содержание углерода. Поэтому процессы, приводящие к потере углерода, видимо, протекают в океане на протяжении всей его истории. Основная реакция, которая происходит от момента возникновения океана до настоящего времени,— это связывание СО2 в угольную кислоту с последующим переходом главным образом в карбонат кальция, выпадающий в осадок. Вторая реакция, вызывающая уменьшение содержания углерода, связана с реакцией фотосинтеза и возникла одновременно с появлением биосферы. С появлением и развитием жизни на Земле связаны потеря азота, уменьшение содержания иода. Фтор и бор образовывали труднорастворимые соединения с главными катионогенными элементами (кальций, магний) и выпадали в осадок, что ограничило возможность их накопления в океанической воде. На протяжении всей геологической истории Земли между океаническим раствором, горными породами дна и берегов и атмосферой происходили процессы, ведущие к равновесию.
12. Всегда ли расположение материков и океанов было аналогичным современному.Примерно 250 млн. лет назад на Земле был один материк – Пангея. Площадь его составляла примерно столько же, сколько площадь всех современных материков и островов вместе взятых. Этот суперконтинент омывался океаном, называемым Панталассой и занимавшим все остальное пространство на Земле. Однако Пангея оказалась непрочным, недолговечным образованием. Со временем течения мантии внутри планеты поменяли направление, и теперь, поднимаясь из глубин под Пангеей и растекаясь в разные стороны, вещество мантии стало растягивать материк, а не сжимать его, как раньше. Примерно 200 млн. лет назад Пангея раскололась на 2 материка: Лавразию и Гондвану. Между ними появился океан Тетис (ныне это глубоководные части Средиземного, Черного, Каспийского морей и мелководный Персидский залив). Течения мантии продолжали покрывать Лавразию и Гондвану сетью трещин и разваливать их на множество осколков, которые не оставались на определенном месте, а постепенно расходились в разные стороны. Их двигали течения внутри мантии. Постепенно между расходившимися осколками – материками – пространство заполнялось мантийным веществом, которое поднималось из недр Земли. Остывая, оно образовало дно будущих океанов. Со временем здесь появились три океана: Атлантический, Тихий, Индийский. По мнению многих ученых, Тихий океан – это остаток древнего океана Панталассы.
Позднее новые разломы охватили Гондвану и Лавразию. От Гондваны сначала обособилась суша, составляющая ныне Австралию и Антарктиду. Она начала дрейфовать на юго-восток. Потом и она раскололась на две неравные части. Меньшая – Австралия – устремилась на север, большая – Антарктида – на юг и заняла место внутри Южного полярного круга. Остальная часть Гондваны раскололась на несколько плит, наиболее крупные из них – Африканская и Южно-Американская. Эти плиты расходятся сейчас друг от друга со скоростью 2 см в год .
Разломы охватили и Лавразию. Она раскололась на две плиты – Северо-Американскую и Евразиатскую, составляющую большую часть материка Евразия. Возникновение этого материка – величайший катаклизм в жизни нашей планеты. В отличие от всех других материков, в основе которых лежит по одному осколку древнего континента, в состав Евразии входят 3 части: Евразиатская (часть Лавразии), Аравийская (выступ Гондваны) и Индо-станская (часть Гондваны) литосферные плиты. Сближаясь друг с другом, они почти уничтожили древний океан Тетис. В формировании облика Евразии участвует и Африка, литосферная плита которой хоть и медленно, но сближается с Евразиатской. Результатом этого сближения являются горы: Пиренеи, Альпы, Карпаты, Судеты и Рудные горы.
Сближение Евразиатской и Африканской литосферных плит происходит до сих пор, об этом напоминает деятельность вулканов Везувий и Этна, нарушающих спокойствие жителей Европы.
Сближение Аравийской и Евразиатской литосферных плит привело к дроблению и смятию в складки горных пород, попавшихся на пути их следования. Это сопровождалось сильнейшими вулканическими извержениями. В результате сближения этих литосферных плит возникло Армянское нагорье и Кавказ.
Сближение Евразиатской и Индостанской литосферных плит заставило содрогнуться весь континент от Индийского океана до Северного Ледовитого, при этом сам Индостан, отколовшийся изначально от Африки, пострадал незначительно. Итогом этого сближения явилось возникновение высочайшего в мире нагорья Тибет, окруженного еще более высокими цепями гор – Гималаев, Памира, Каракорума. Не удивительно, что именно здесь, в месте сильнейшего сжатия земной коры Евразиатской литосферной плиты, расположена самая высокая вершина Земли – Эверест (Джомолунгма), вздымающаяся на высоту 8848 м.
«Шествие» Индостанской литосферной плиты могло бы привести к полному расколу Евразиатской плиты, если бы внутри ее не существовало частей, способных выдержать напор с юга. В качестве достойного «защитника» выступила Восточная Сибирь, но земли, расположенные к югу от нее, сминались в складки, дробились и передвигались.
Итак, борьба между континентами и океанами продолжается уже не одну сотню миллионов лет. Главными участниками в ней выступают континентальные литосферные плиты. Каждый горный хребет, островная дуга, глубочайшая океаническая впадина – результат этой борьбы.