Ганжара Геология и ландшафтоведение

3.1. Эндогенные геологические процессы

Движения земной коры

Земная кора находится в постоянном движении. Одни участки

ååподнимаются, другие — опускаются. Земля как бы «дышит», а

ååвещество испытывает сложные перемещения в пространстве и во времени. Все эти перемещения объединяются под общим на-

званием «тектонических движений».

Тектоническими движениями называются перемещения

отдельных блоков земной коры относительно друг друга. В более широком смысле — тектонические движения — любые пе-

ремещения вещества Земли, вызывающие формирование новых геологических структур или изменение строения прежних.

Тектонические движения занимают особое место среди геологи- ческих процессов, поскольку именно они зачастую являются первопричиной многих других явлений.

Всесторонним изучением тектонических движений занимается геологическая наука — геотектоника.

Геотектоническая концепция

Первоначально она основывалась на допущении значительных горизонтальных перемещений континентов относительно друг-дру- га (мобилизм).

В основе современных представлений о развитии Земли лежит теория тектоники литосферных плит. Величина горизонтальных подвижек литосферных плит может достигать нескольких тысяч километров, несоизмеримо превышая амплитуду вертикальных смещений. Горизонтальные движения являются главной причиной формирования океанов и массивов суши.

Позднее эта концепция получила подтверждение материалами геологических исследований в морях и океанах и впитала в себя целый ряд элементов других теорий (пульсирующей земли, тектоники плюмов и др.). Ныне можно утверждать, что именно медленные горизонтальные движения лежат в основе почти всех других эндогенных процессов.

Согласно модели Г. Хесса мантийное вещество, поднимаясь из недр Земли, заполняет рифтовую трещину, растекается от оси хребта и растаскивает океаническое дно в разные стороны. Застывая в

80

верхней части рифтовой трещины, оно наращивает расходящиеся края океанической коры. Эта теория подтверждается геофизическими данными перемещения материков, палеомагнетизмом древних пород, данными изменения палеоширот всех континентов за геологическое время, анализом полосчатых магнитных аномалий пород дна океанов. К концу 1960-х гг. были сформулированы основные положения тектоники литосферных плит:

На поверхности нашей планеты перемещаются сферические плиты литосферы (оболочки земли), в пределах которой все петрологические компоненты находятся в кристаллическом состоянии. Нижняя граница литосферы определяется температурой плавления или кристаллизации базальтов. Начало их плавления — фазовый переход литосферы в астеносферу. Верхняя граница литосферы оп-

ределяет поверхность нашей планеты; Наиболее существенные геологические процессы, происходя-

щие на боковых границах плит, разделяют на три типа:

1.Дивергентные (расходящиеся) êðàÿ ïëèò (ðèñ. 3.1).

2.Конвергентные (сходящиеся) êðàÿ ïëèò.

3.Трансформные разломы. Вдоль таких разломов литосфер-

ные плиты скользят относительно друг друга (рис. 3.1).

Конвергентные границы плит разделяют на 2 подтипа:

А. Когда океаническая плита сталкивается с другой океанической или континентальной плитой и погружается в мантию (ðèñ. 3.2).

Здесь, в образующуюся тектоническую трещину поступает расплавленное мантийное вещество. Достигая поверхности, мантий-

Рис. 3.1. Дивергентная граница океанической плиты

81

Рис. 3.2. Схематический разрез конвергентной границы в районе Центральных Анд. 1 — вулканиты; 2 — осадочные породы; 3 — интрузивы; 4 — гнейсы щита.

ное вещество застывает, образуя новую океаническую кору. Возможный раскол континентальной литосферы и раздвижение двух материков могут дать начало новому океану.

При этом образуются глубоководные желоба и островные дуги

(район Курильских островов, Камчатка, Анды Южной Америки);

Б. Граница сталкивания двух континентальных плит. Континентальная кора легче мантийного вещества, поэтому не может глубоко погрузиться в астеносферу. Конвергентные границы таких плит представляют собой горные пояса (Альпийско-Гималайский) (ðèñ. 3.2, 3.3);

В настоящее время выделяют семь крупных литосферных плит (рис. 3.4). Самая крупная по площади это Тихоокеанская плита.

Она целиком состоит из океанической литосферы. Занимает большую часть дна Тихого океана — от оси Восточно-Тихоокеанского поднятия до системы глубоководных желобов оконтуривающих этот

океан с запада и севера.

Северо-Американская плита с юга ограничена трансформными разломами Кайман и Барракуда, восточная ее граница прохо-

82

Рис. 3.3. Конвергентные границы. Последовательность стадий (1-4) развития, ведущего к столкновению двух континентов при наличии зоны субдукции только у одной континентальной окраины.

дит по оси Срединно-Атлантического хребта, северная — по оси

хребта Гаккеля.

Южно-Американская плита на севере граничит с СевероАмериканской плитой по трансформному разлому Барракуда. С востока она ограничена осевой зоной Срединно-Атлантического хребта, с запада осевой зоной Перуанско-Чилийского желоба.

Южная граница проходит по трансфорным разломам, протягивающимся от острова Буве к Южно-Сандвичевому желобу, долее до Магелланового пролива через северную оконечность Южно-

Антильского хребта.

По осевой зоне Срединно-Атлантического хребта Африканская плита граничит с Южно-Американской. С севера она ограни- чена Азоро-Гибралтарским трансформным разломом, который восточнее переходит в конвергентную границу между Африканской плитой и западной частью Альпийско-Гималайского пояса сжатия литосферы. Африканская плита граничит с Евразиатской лишь по

Азоро-Гибралтарскому трансформному разлому. Далее к востоку Южная граница Евразиатской плиты проходит по северному краю

83

Пиренеев, Альп, Карпат, Кавказа и Копетдага. Все эти области входят в состав Альпийско-Гималайского горного пояса сжатия литосферы. Восточная граница Евразиатской плиты проходит по западным предгорьям Памира, Тянь-Шаня, Алтая, Саян. Далее к востоку по северному краю Станового и Алданского нагорья. Вос-

точная граница маркируется реками Алдан и Лена.

Индийская (Индо-Австралийская) плита включает северовосточную часть океанической плиты Индийского океана, материковую литосферу Индостана и Австралии. С севера и востока эта плита подвигается под Гималаи, западную окраину Юго-Восточ- ной Азии и Малайский архипелаг. С востока под Индийскую плиту подвигается Тихоокеанская плита. Юго-западная граница Индийской плиты проводится по осевой зоне Австрало-Антарктического,

Центрально-Индийского и Аравийско-Индийского подводных хребтов. Антарктическая плита со всех сторон окружена дивергент-

ными и трансформными разломами. Лишь под самую северную окраину Антарктического полуострова происходит поддвигание океанической литосферы.

Рис. 3.4. Литосферные плиты и сейсмическая активность Земли.

1 — дивергентные границы литосферных плит и скорости их перемещения; 2 — планетарные пояса сжатия; 3 — конвергентные границы плит и скорости их сжатия см/год; 4 — направление и скорости движения литосферных плит; 5 — эпицентры землетрясений за период с 1962 по 1974 гг.; 6 — границы континентов.

84

Пространственное распределение литосферных плит и ряд геофизических показателей позволяют предполагать, что перемещение плит обусловлено конвекцией вещества охватывающего мантию планеты.

Из мантии срединно-океанических хребтов наращивается океаническая кора. Континентальная кора наращивается за счет переплавления океанической коры в местах погружения ее в мантию.

Надежному выделению границ литосферных плит помогла, созданная к началу 1960-х гг. мировая сеть стандартных сейсмических станций. Известно, что землетрясения распространены по поверхности Земли в виде узких сейсмически активных поясов, оконтуривающих литосферные плиты (рис. 3.4).

Выделяют три сейсмически активных пояса:

1.В осевой части срединно-океанических хребтов глубина очагов землетрясений (гипоцентров) составляет первые десятки километров. Такие сейсмически активные зоны, расположенные по простиранию срединно-океанических хребтов, маркируют тектонические движения, характер которых указывает на смещение краев литосферных плит в рифтовой зоне и по трансформным разломам. В этих зонах выделяется около 3% упругой энергии.

2.Для сейсмически активных зон, расположенных в районах островных дуг и активных континентальных окраин харак-

терна очень большая глубина гипоцентров (650–700 км), а механизм в очагах землетрясений свидетельствует о сжатии литосферы. Для этих зон характерно значительное количество выделение

упругой энергии (около 82%).

3. Обширная сейсмически активная зона приурочена к Альпийско-Гималайскому поясу. Детальные исследования от-

дельных регионов этого горного пояса позволили выделить целый ряд крупных разломных зон, вдоль которых концентрируются большинство зарегистрированных землетрясений.

Глубина их заложения не превышает 300 км. Механизмы в оча- гах землетрясений разнообразные.

Выделяются разрывы в пределах сжатия, разрывы, обусловленные растяжением, а также их комбинации. В этих зонах выделяется около 15% упругой энергии.

Движения тектонических плит играют определяющую роль в

формировании структур Земли и соответственно ее поверхности (рельефа). Под структурой земной коры подразумевается не-

равномерное распределение в коре горных пород различ- ного состава, происхождения и возраста.

85

Если совокупность форм какого-либо участка земной коры, оп-

ределяющая его геологическое строение обусловлено господством тектонического режима, то говорят о тектонических структурах земной коры.

Выделяют два класса структурных элементов Земли — глубинные структуры и коровые. Глубинные структуры охваты-

вают на глубину не только земную кору, но и верхнюю мантию, являясь элементами структуры всей литосферы. Они находят свое отражение в рельефе Земли, являясь крупнейшими элементами земной поверхности. Они отличаются большими масштабами, длительностью своего развития (от сотен миллионов лет до миллиарда для наиболее крупных), степенью интенсивности и контрастности тек-

тонических движений и величиной теплового потока.

Как известно основными, структурными элементами литосферы первого порядка являются континенты и океаны (â

физическом смысле), имеющие коренные различия в строении земной коры (материковый и океанический типы) (рис.3,5). Площадь материков в физическом смысле больше чем в географическом понимании, так как материковым строением коры обладают шельфовые моря и континентальный склон. Границу материков и океанов обычно проводят по изобате 2000–2500 м. На некоторых участках океаны непосредственно граничат с материками, на других

отделяются окраинными морями и островными дугами.

Структурные элементы второго порядка представлены геосинклинальными поясами и платформами (ðèñ. 3.5). Геосинкли-

íàëü — это линейновытянутые, дугообразноизогнутые или мозаичные зоны земной коры. Им свойственна высокая тектоническая подвижность (почти вся сейсмическая активность сосредоточена в подвижных поясах), и контрастность изменения геодинамических показателей. Зарождение и развитие геосинклиналей связано с глубинными разломами. В начальной стадии своего развития они характеризуются морскими условиями и соответствующим осадконакоплением, в заключитель- нойстадии—преобладаниемподнятийигорообразованием(орогенная

стадия). Выделяют четыре типа подвижных поясов:

геосинклинальные (окраинно-материковые и межматериковые);

эпигеосинклинальные орогенные;

эпиплатформенные (внутриматериковые);

срединно-океанические (срединные хребты океанов). Платформа — основной элемент структуры континентов. От-

личается от геосинклиналей спокойным тектоническим режимом,

86

Рис. 3.5. Основные глубинные структурные элементы литосферы и их строение (по Хаину, 1973).

1 — слои воды; 2 — осадочные породы; 3 — второй слой океанической коры; 4 — «гранитный » слой; 5 —«базальтовый» слой; 6 — мантия; 7 — разуплотненная мантия.

87

изометричной, полигональной формой. Выделяют два типа платформ:

континентальные;

океанические.

Глубинные структуры второго порядка разделяются на струк-

туры третьего порядка.

Для геосинклинальных поясов — это геосинклинальные системы (Кавказ, Тянь-Шань) и срединные массивы (Колымский,

Закавказский). Для эпигеосинклинальных орогенных поясов —

складчатые системы, межгорные и передовые прогибы. На платформах положительными структурами третьего порядка являются — ùèòû, отрицательными — плиты. Глубинные структурные элементы третьего порядка подразделяются на структуры чет-

вертого порядка. Геосинклинальные системы состоят из интрагеосинклиналей (прогибов) и геоантиклиналей (поднятий); склад- чатые системы — из антиклинориев и синклинориев; плиты платформ — из синеклиз и антиклиз. Глубинные структуры тре-

тьего и четвертого порядков разграничиваются глубинными разломами. Структурами четвертого порядка заканчивается ряд под-

разделений глубинных структур.

Коровые структуры условно можно разделить на несколько подклассов. Один подкласс охватывают большую часть земной коры и представлен структурами переходными к глубинным (например, своды и впадины, на которые распадаются антиклизы и синеклизы). Другой подкласс составляют структуры, корни которых уходят в гранитогнейсовый слой и их формы пассивно отражаются в осадочном чехле. Третий подкласс — внутрикоровые структуры полностью расположенные внутри осадочного чехла. По масштабу коровые структуры условно подразделяют на крупные (äå-

сятки, сотни км по протяженности), средние (первые десятки км), мелкие (единицы км), мельчайшие (сотни или десятки метров в

поперечнике). Средние и мелкие структуры часто называют локальными.

Тектонические структуры (глубинные и коровые) любого порядка разделены на две категории — плавные è разрывные. Плавные

представляют собой структуры различные по размерам и форме,

образованные изгибами горных пород без нарушения их сплошности. Коровые изгибы называют складками, и они составляют группу пликативных деформаций. Изгибы глубинного типа называют структурными волнами или мегаскладками. Разрывные структуры (дизъюнктивные деформации) разделяют на глубин-

88

ные разломы è коровые разрывы. Первые разделяют земную кору на глыбы, вторые на блоки. Различаются они между собой по строению.

Тектонические движения исключительно разнообразны по своим проявлениям. Различают несколько типов тектонических движений: по направлению — вертикальные, горизонтальные и т.д.; по механизму образования — колебательные и однонаправленные; по глубине проявления — поверхностные, внутрикоровые, глубинные; по времени проявления — древние, новейшие и современные; по результатам проявления — формирующие те или иные геологические структуры. Упрощенно в зависимости от интенсивности, преимущественной направленности и геологических результатов тектонические движения можно разделить на две основные группы — колебательные и дислокационные. Все типы тектонических движений теснейшим образом связаны между собой и с наибольшей пол-

нотой проявляются в подвижных зонах земной коры.

Вертикальные (радиальные) è горизонтальные (тангенциальные) тектонические движения. Современные вертикаль-

ные движения земной коры устанавливаются по радиальному перемещению земной поверхности, выявленному в исторический период наблюдениями за изменением положения конкретных объектов относительно моря (при этом необходимо учитывать эвстатические колебания Мирового океана), либо установленному инструментальными (повторные нивелировки, сверхточные измерения со спутников). Для вертикальных тектонических движений нередко отме- чается смена направлений движения (их колебательный характер).

Вертикальные движения можно разделить на быстрые (катастрофические) и медленные. Скорость последних составляет обычно

от долей миллиметра до десятков мм/год.

Горизонтальные тектонические движения. Современные горизонтальные движения в некоторых случаях происходят со зна- чительными скоростями, превышающими скорости вертикальных движений.

В настоящее время общепризнано существование трех типов относительных горизонтальных перемещений, охватывающих всю литосферу. Это раздвижение литосферных плит перпендикулярно осям срединно-океанических хребтов, сближение плит в зонах субдукции, и коллизии — проскальзывание плит относительно друг друга в зонах глубинных разломов. Предполагается, что все эти явления связаны с процессами тепловой конвекции в мантии.

89