учебники / Гаврилов В.П. «‎Общая и историческая геология и геология СССР»

ана возрастает пропорционально квадратному корню из вели­

чины возраста океанического дна:

().h = 0,35 -Yf,

где Ah- средний перепад уровней рельефа срединно-океани­ ческого хребта между его гребнем и любой точкой склона; t - возраст дна океана, млн лет.

Границы литосферных плит бывают трех основных видов: конструктивные (дивергентные, или границы наращивания), деструктивные (конвергентные, или границы поглощения) и

скольжения.

Конструктивные границы плит совпадают с rлобальной рифтовой системой океанов, а иногда и к·онтинентов. Вдоль этой границы происходит симметричное образование новой океанической литосферы за счет выплавления базальтовых дифференциатов из вещества мантии в тех местах, где подошву литосферы достигают восходящие ветви конвекционных ячеек. Выплавление базальтов будет nроисходить за счет снижения

давления (деком·пресснн). Имея меньшую температуру плав­

ления по сравнению с другими, более тугоплавкими компонен­

тами верхней мантии, базальты выплавляются в nервую оче­

редь. Происходит это на глубинах 20-40 км под рифтовой долиной океанов. Допускают, что nри движении вверх базаль­

товая магма может заполнять несколько промежуточных ка­

20 км. Вероятно, одновременно вдоль рифтовых зон возникают десятки вулканических камер, длина которых 30-40 км. Их

разделяют относительно неактивные в матматическом отноше­

нии nространства, протяженность которых не превышает 15 км.

Внедрение базальтов в океаническую литосферу и излияния

их на поверхность дна носят пульсирующий характер, на что

указывает перемежевание базальтовых покровов слоями оса­

дочных пород. Пульсирующий процесс излияния базальтов яв­ ляется следствием пульсации более глобального процесса растя­ жения и раскрытия океанического дна вдоль рифтовой долины

под влиянием восходящих конвекционных потоков мантии.

В масштабах геологического времени процесс растяжения дна

выглядит непрерывным, хотя на самом деле пульсации проис­

ходили с интервалами в десятки, сотни или первые тысячи лет.

Изю-шающиеся базальты «припаиваются» к краям литосфер­

ных плит, наращивая их пространство. Новый импульс вн·ед­ рения базальтовой магмы приводит к образованию новой по­ лосы океанического дна симметрично по обе стороны от риф­ товой долины океана. Такое nолосчатое строение дна океанов

находит отражение JЗ его магнитном поле, которое характери-

202

зуется ЯВl:/0 выраженным «Эебровидным» рисунком. Законо­

мерная смена положительных и отрицательных значений маг­

нrпного поля объясняется периодической сменой его полярно­

спr, которая происходит, в среднем, через несколько сотен

тысяч лет (см. гл. 1, § 3). В настоящее время скорость спре­ дннга в различных рифтовых зонах Мирового океана неоди­

накова. Максимальна она в юга-восточной части Тихого океана

(о-в Пасхи). Здесь ежегодно наращивается до 18 см новой океанической коры. За 1 млн лет формируется полоса моло­ дого дна шириной до 180 км, а на каждый километр рифтовой зоны за то же время, по расчетам О. Г. Сорохтина, изливается

около 360 км.3 базальтовой лавы. Австралия удаляется от Ан­ тарктиды со скоростью 7 см в год; Южная Америка от Аф­ рикисо скоростью 4 см в год; Северная Америка от Ев­

ропысо скоростью около 2 см в год. Медленнее всего про­ цесс спрединга протекает сейчас в Красном море- 1,5 см в год.

Деструктивные границы фиксируют асимметричное погру­

жение края одной литосферной плиты под другую или лобовое

столкновение (коллизию) литосферных плит. Границы погло­

щения возникают над нисходящими мантийными конвекцион­ ными течениями, при которых одна из литосферных плит ло­

мается и погружается в мантию,- процесс субдукцuu. Он

сопровождается мощными землетрясениями, поэтому рассмат­

риваемые границы литосферных плит характеризуются кон­ центрацией глубокофокусных землетрясений. Здесь же нахо­

дится и фокальная зона, наклоненная в сторону направления

погружения плиты в среднем на 45° (зона ВЗБ). Так как плот­

ность океанической литосферы существенно превышает nлот­

ность континентальной, то пододвигаемой всегда оказывается

океаническая плита. Тянущие усилия погружающейся океани­

ческой плиты усиливаются еще и тем, что на конце nлиты

в условиях большИх давлений и темnератур пр·оисходит про­ цесс эклогитизаi.I;ии базальта (эклогитовая фация метамор­

физма). Поскольку плотность эклогита (3,5 · 1оа кг/м3 ) значи­ тельно больше плотности окружающей мантии (3,1-3,3 ·103

кг/м3 ), то он, как тяжелый груз, будет тянуть всю океаниче­

скую плиту вниз.

Некоторые исследователи (Л. И. Лобковский, О. Г. Сорох­

тин) сравнивают процесс поддвига литосферных плит с торо­

шением речного льда во время ледохода при сжатии льдин

вместах затора. При этом пододвигаемая плита неизбежно

должна ломаться и резко менять направление своего движе­

ния. Внешнее ребро излома обычно совпадает с зонами макси­

мальной сейсмической активности, поскольку именно в этом

месте пододвигаемая плита пересекает уровень предельных

напряжений. Зона излома будет создавать для пододвигаемой nлиты естественный упор. По расчетам Л. И. Лобковского, это

203

должно вызвать упругий изгиб оi<:еанической плиты и nривести

к образованию краевых валов, расположенных перед фронтом

субдукции.

Пока в глубоководных желобах идет процесс логлощения

океанической литосферы столкновение плит не происходит.

Если же в зону субдую.r:ии вместе с океанической плитои при­

двигается континент, микроконтинент, островная дуга или

крупные массивы nодводных гор, которые по причине своей

«легкости» и <(громоздкости» не могут поглотиться зоной суб­

дукции, то происходит их блокировка и дальнейший поддвиг

становится невозможен. Возникает лобовое столкновение лито­ сферных плит (коллизия), при котором может произойти на­

двигание океанических пластин на края континентальных плит.

Этот процесс получил название обдукции. Примерам процесса коллизии со скоростью 5 см ·в год может служить зона столк­ нов·ения п-ва Индостана и Азиатского континента.

Границы скольжения характеризуются сдвиговыми движе­

ниями литосферных плит относи-тельно друг друга без суще­

ственного расхождения или сближения. Абсолютно чистое

скольжение происходит очень редко, обычно всегда присутст­

вует какая-либо компонента растяжения или сжатия. К гра­

ницам подобного типа относят трансформвые разломы океанов

(Мендосино, Кларион, Клиппертон, Элтанин в Тихом океане;

Атлантис, Романш, Вернадского в Атлантическо'М океане;

Оуэн в Индийском океане и др.) и крупные сдвиги на конти­ нентах (разлом Сан-Андреас в Северной Америке). Часто гра­

ницы скольжения выступают в виде сложнопостроенных про­

тяженных зон. Такого типа граница между Тихоокеанской и Инда-Австралийской плитами протягивается от северной око­ нечности дуги Тонга до Новой Гвинеи. Граница составлена из

цепочки микроплит, взаимодействие которых отвечает сколь­

зящему движению двух более крупных плит литосф·еры. Другой гипотезой, часто противопоставляемой гипотезе гло­

бальной тектоники плит, является гипотеза горячих точек.

Впервые она высказана в 1963 г. американским исследовате­

лем Т. Вильсоном. По его мнению, возникновение вулканиче­ ских горных цепей в океанах (например, Гавайский и Импе­ раторский хребты в Тихом океане) является следствием про­

хождения литосферы над разогретым объектом в мантии,

названным им «горячей точкой» (точнее- «горячим пятном»). Литосфера при этом как бы прожигается насквозь, в резуль­ тате образуются вулканические центры. Другой американский ученый Дж. Морган, развивая эту идею, предположил суще­

ствование всего двух-трех десятков таких мантийных струй,

идущих от горячих точек к подошве ли-тосферы. После про­

грева литосферы и возникновения крупных вздутий в ее по­

верхностном рельефе, вещество мантийных струй равномерно

204

рассеивается в мантии. Идея горячих точек привлекла вним<l­

ние многих ученых. Впос.1t:дствии было покюано, что факты,

обънсняемые этой пшогезоil, хорошо согласуюто1 11 с концеп­

цией глобальной тектоники нлнт. Так, Л. П. Зонсншайн и

Л. А. Савостнн с помощью математических расчетов показали,

что горячие точки возникают в результате выделения допол­

нительного тепла, вызванного трением в этой в·етви конвекци­ онных течений, которые реализуются в астеносфернам слое.

Используя сnетему уравнений, авторы получили резкое увели­

чение теплового потока на величину 3,4-6,3 Вт/м2 , обуслов­ ленное трением в астеносфере. Авторы также показали, что

все горячие точки, обязанные своим происхождением одной и той же I<анвскционной ячейке, неподвижны относительно друг друга; горячие точки, принадлежащие разным ячейкам, могут

смещаться, что свидетельствует о движении самих конвекци­

онных ячеек.

§ 3. ДРУГИЕ СОВРЕМЕННЫЕ ГЕОТЕКТОНИЧЕСКИЕ ГИПОТЕЗЫ

Наряду с гипотезой глобальной тектоники плит, развиваются н другие геологические идеи, объясняющие процесс геотекто­ генеза. Как правило, все они в той или иной мере используют

факты по горизонтальному движению литосферных плит.

Одной из таких идей является концепция Е. В. Артюшкова.

По мнению ученого, на границе ядра и мантии (слой D") ве­ щество нижней мантии дифференцируется по плотности и раз­ деляется на тяжелое вещество ядра и легкий остаток. Послед­

ний по каналам всплывает в верхнюю мантию, нагреваясь

дополнительно за счет выделения потенциальнойэнергии.При­ чем на ранних стадиях развития Земли допускается сущест­

вование очень густой и неправильной сети каналов, так что

подъем мантийного вещества в астеносферу мог проходить практически повсеместно. В дальнейшем количество каналов

сокращается, а с появлением первых древних платформ про­

неходит устойчивая локализация проводящих каналов, ширина

которых постепенно уменьшается.

В верхней и средней мантии происходит дополнительная

дифференциация легкого материала, который всплывает к по­ дошве литосферы в виде сильно нагретой аномальной мантии. I'астекаясь по подошве литосферы, аномальная мантия запол­

няет, в первую очередь, се повышение- «ловушки». Это, по

мнению Е. В. Артюшкова, должно приводить 'К изостатиче­

скому поднятию расположенной над ними литосферы. Поступ­

ление горячей аномальной мантии к подошве литосферы мо­ жет вызвать образование на континентах горных хребтов,ана

океанах- срединно-океанических хребтов. Если поступающая к континентальной литосфере аномальная мантия имеет срав-

205

НИТеJ1ЬНО НИЗКуЮ Температуру (800 °С) И СОДерЖИТ небОЛЬШОе

коЛИ'Iество воды, то в «базальтовом» слое коры базальт пере­

ходит 13 ·::~клогнт. Пос.rн:;.щий, как более тяжелая порода, отры­

вается от коры н нагружается в мантию, а сильно утоненная

кора оказывается глубоко погруженной. Это приводит к фор­ мированию глубоководных впадин и к·раевых морей. Вследст­

вие растекания линз аномальной мантии, расположенных под срединно-океаническ11м и хребтами, по подошве литосферы про­ исходит дрейф лнтосферных плит от области растяжения (ри­ фтовых долин океанов) к областям сжатiiЯ (зон субдукцин).

Сам процесс субдукции возникает там, где под холодной оке­

анической литосферой большой мощности располагается раз­

уплотненная аномальная мантия.

Беря за основу представления Е. В. Артюшкова, В. В. Бе­ лоусов совершенствует свою гипотезу базификации земной

рячую аномальную :vtантню к подошве литосферы, приводит к накоплению ·в нижней мантии легкого материала, не получа­

ющего выхода наверх. В конечном итоге, это может привести

к «взрыву», что, по В. В. Белоусову, « ... выразится в nрорыве новых каналов и в чрезвычайно сильном возбуждении над

ними астеносферы nутем быстрого выноса в нее большого объема сильно нагретого материала». Этот процесс, возможно, и приводит к образованию океанов с их сравнительно сильно нагретой мантией. Возникающие при вертикальных движениях вещества нарушения гравитационного равновесия литосферы порождают, по мнению В. В. Белоусова, и горизонтальные

движения, правда, в ограниченном масштабе.

Новую геодина.мическую модель развития Земли предла­

гают П. Н. Кропоткин и В. Н. Ефремов. Авторы основыва­

ются на обобщении данных по измерениям напряженного со­

стояния массивов горных nород и по характеристикам напря­

жений в очагах землетрясений. Эти данные показывают, что горизонтальное сжатие доминирует на 95 % поверхности Зе­ мли, растяжение наблюдается только в рифтовых д'Олинах. По

мнению этих ученых, как пространствеиное распределение на­

пряжений, так и высокие значения тангенцнального сжатия

(50-200 МПа) в породах фундамента не согласуются с мо­

делями подкороных те1Iений, возбуждаемых тепловой конвекцией или гравитационной дифференциацией. В качестве аль­ тернативной идеи они выдвигают синтез пульсационной гипо­

тезы В. А. Обручева и неомобнлизма. При чередовании много­ кратных фаз расширения и сжатия Земли эффекты расшире­ ния на'ка-пливаются в зонах спрединга, а эффекты сжатия­

в складчатых поясах Земли при надвигах н поддвигах. В ре­

зультате nроисходит дрейф промежуточных литосферных бло-

206

ков от зон растяжения к зонам сжатия. Ученые доказывают

существование вариации размеров радиуса земного шара с пе­

риодом 10-30 лет; за последние 3000 лет происходило сокра­ щение радиуса со скоростью 0,5 мм/год. Исходя из вариации продолжительности суток за период 'С 1817 по 1981 гг. удалось

это было высказано в трудах В. А. Обручева, М. А. Усова)

продолжает развивать в наши дни Е. Е. Милановский. Свои ра·ссуждения он ограничивает во времени фанерозоем. Кон­

цепция основывается на трех посылках: признание периодич­

ности тектонических движений, вулканизма и эвстатических

колебаний уровня Мирового океана. Геологическую историю Е. Е. Миланавекий рассматривает как чередование эпох сжа­ тия и растяжения. Выделяют тринадцать эпох сжатия (склад­ чатости), промежуточные периоды активизации рифтовых зон и, наконец, эпохи растяжения. В этой трактовке регрессии моря соответствуют эпохам усиления деформаций (складчато­ сти), а трансгрессииэпохам растяжения ( рифтогенеза). Синтез этих периодов составляет один тектонический UJfKЛ в развитии Земли. Гипотеза Е. Е. Миланонского пред-ставляет

собой эмпирическое обобщение геологического материала без

основательной разработки физического механизма пульсацион­

ного процесса. Кроме того, в последние годы были высказаны

существенные возражения против возможности самого про­

цесса расширения земного шара. По мнению А. С. Моиина и О. Г. Сорохтина, могут быть только два механизма расшире­

ния земных недр: разогрев и уменьшение сжатия вещества за

счет уменьшения гравитационной постоянной. Если исходить из первого механизма, то для увеличения радиуса Земли в 1,5-1,7 раза (как это требует 'Пульсационная гипотеза) не­ обходимо полностью расплавить и частично испарить вещество Земли. Если же принять второй механизм расширения, то сле­ дует допустить уменьшение гравитационной постоянной в 13-- 15 раз только в послепалеозойское время. Это означает, что в палеозое и раннем мезозое ускорение силы тяжести на Земле превысило бы современное в 40-50 раз, что неминуемо по­ влекло бы гибель всех позвоночных животных. Изменение гра­ витационной постоянной испытала бы не только Земля, но и Луна, и Солнце. Тогда, еще в палеозое, Луна оказалась бы притянутой к Земле в 13-15 раз ближе и была бы разрушена

~07

доказывающие н~возможность сколько-нибудь существенного

увеJJичения радиуса Землн.

В. В. Орленком возрождается контра"'ционная гипотеза развития Земли с учетом новых данных. Автор доказывает,

что дегазация планеты и уплотнение протовещества должны

неизбежно привести к уменьше-нию объема и массы Земного

шара. Это повлечет за собой проседанис внешней геосферы (перисферы) в освобождающийся объем астеносферы. Верти­

кальные движения обусловлены термогравнтациопной конт­

ракцией планеты. Причем в финале эволюции возрастают дега­ зация, вулканизм, опускание сег.\ilентов перисферы и общая

океанизация Земли.

В последние годы делается попытка увязать концепции

конвекционного движения вещества в мантин с определенной

«геометризацией» геологических структур на поверхности Зе­

МЛ'И. Н. Ф. Гончаров, В. А. Макаров и В. С. Морозо·в разви­

вают идею о том, что ядро Земли имеет форму и ·свойства

растущего кристалла икосаэдро-додекаэдрической структуры

(ИДСЗ). В литосфере как бы проступают проекции вписанных в земной шар правильных многогранников: икосаэдра (20-

гранника) и додекаэдра ( 12-гранника). Ребрам этих много­

гранников соответствуют крупные линейные структуры Земли:

срединно-океанические хребты, глубинные разломы, сейсмоак­

тивные пояса. Такие линейные зоны геологической активности появляются в истории Земли только с протерозоя. По 0\Шению

авторов, это связано с началом роста земного геокристалла,

т. е. внутреннего ядра Земли. Рост геокристалла сапроваж­

дался конвекционным движением мантийного вещества, при­

чем восходящие и ·нисходящие потоки подчиняются симметрии

кристалла внутреннего ядра Земли. В результате создается своеобразный силовой каркас, влияющий на распределени~

напряжений в литосфере, на заложение и развитие линейных

структур, на магнитное поле планеты и т. д. Приче~t по мере

роста геокристалла ме·няется его форма, с чем связано обра­

зование определенного числа литосферных плит на поверхно­ сти земного шара. Идеи, которые развивают Н. Ф. Гончаров,

В. А. Макаров и В. С. Морозов, логически продолжают кон­

цепцию советского геолога С. И. Кислицына, который еще

в20-х годах текvщего столетия пытался обосновать много­

гранное строение нашей планеты. И. С. Кислицын считал, что

современная форма Земли совмещает в себе черты додекаэдра

и икосаэдра, их ребра и узлы, по его мнению, являются со­

средоточением месторождений полезных ископаемых, участ­

кам·и максимального проявления энергетических возможностей

земного шара. Еще в 1928 г. он выявнл на территорнн нашей страны 12 алмазных центров, некоторые нз которых позднее

были подтверждены.

208

Подводя итог современным представлснням о причинах тек­

тогенеза, следует отметить, что единой, стройной и всеобъем­ лющей теории, исчерпывающе объясняющей причины возник­

новения различных тект-онических днижений н закономерности развития тектогенеза на всех стадиях геологической истории

Земли, не существует. Из известных гипотез на иболее научно

аргументирована, плодотворно применяется на практике и на­

иболее близка к тому, чтобы стать теорией, концепция гло­ бальной тектоники плит.

Вопросы для самопроверки

1.Перечнслнте фикснетекие гипотезы. Что их объединяет?

2.Охарактеризуйте коитракционную гипотезу.

3.В чем сущность гипотезы расширяющейся Земли?

4.Пульсационная гиnотеза. Ее сильные и слабые стороны.

5.Расскажите о гипотезе глубинной дифференциации.

6.Ротационная гипотеза. Покажите на карте современные критические

параллелн.

7. Персчислите мобнлистсюrс гrшотезы. Что их объединяет?

8. Гипотеза дрейфа материков. Какие доводы в ее пользу приводились

А. Всrенером?

9. Какие открытия обусловилrr появление концепции глобальной тектоннкrr плит?

10.В чем причина горизонтального пере:.1ещения JJИтосферных плит?

11.Обоснуйте воз'llожность движения вещества в мантии.

12.В чем смысл явления твсрдотелоr1 ползучести?

13.Каков характер возможного двнжеrшя мантийного вещества? До­

кажите это.

14. Каков характер возможных конвекционных ячеек в мантии? Приве­

дите доказательства.

15.Объясните сущность астеrюсферных течений. ПоясНJrте на рнсунке.

16.Каково поведение литосферных п.тшт под влняrшем коrшекционноrо

двпi!;ения мантийного вещества?

17.Как объясняется периоднчность тектоно-магматической активности Земли с позrщии глобалыюй тектотrки плит?

18.Как происходит делс1ше лrrтосферы на фрагменты? Пщ,ажите на

карте nлиты.

19.Какие типы границ литосферных nлr1т Вы знаете?

20.Охарактеризуйте конструктивные грашщы. Приведите примеры.

21.Условия возиrrкновения деструкпнзных границ. Приведите прнмеры.

22.Что понимается под спредингом, субдукцней, обдукцисй?

23.Как выражены гранrщы скольжения? Приведите примеры.

24.В чем сущность гипотезы горячих точек? Как orra увязывается с кои­

цепцпей rлобаJJьной тектоники плит?

25.Сущность гипотезы Е. В. Артюшкова.

26.Современная интерпретация r1шотсз базнфнкацrrи коры, nульсацвон­ ной и контракционной.

27.Критика гипотез пульсационной и расширяющейся Земли.

28. Какова геодинамнческая модель развития Земли в представлении П. Н. Кроnоткина и В. Н. Ефремова?

29.Гипотеза растущего кристалла_ Как она увязывается с rю1щспцней

глобальной тектоники плrrт?

30.Ваши представления () возможных прнчннах возrнrкrюnсння текто­

внческих движений.

209

Глава 13

ОСНОВНЫЕТЕКТОНИЧЕСКИЕСТРУКТУРЫ ТЕКТОНО- И ЛИТОСФЕРЫ

Тектоническая структураэто обособленный участок земной коры, литоили тектоносферы, отличающийся от сопредельных

участков характерным сочетанием состава пород и условий

их залегания. Отлпчительные черты определены спецификой

проявления тектонических движений, магматизма, метамор­

физма, осадканакопления и денудации, т. е. тектоническими ре­

жимами в периоды формирования данной структуры. Тектони­ ческие струк1уры разнообразны по масштабу, по тектониче­

скому режиму развития и по глубине проникневении в недра

Земли. Наиболее крупными структурами ЯВJiяются литосфер­

ные плиты, океаны и континенты.

Литосферные плитыэто обширные участки литосферы (тысячи километров в поперечнике), ограниченные сравни­ тельно узкими зонами сейсмической и вулканической активно­ сти (см. рис. 41).

К крупнейшим геологическим структурам литосферы отно­ сят океаны. Их отличают:

специфическое строение коры, главной особенно·стью кото­

рой является отсутствие «гранитного» слоя; это дало основа­

ние выделить океаническую кору в качес11ве •самостоятельного

типа;

строение верхней мантии; под океанами она практически

вся состоит из астеносферы, тогда как под континентами этот слой рез·ко утоняется и «вырождается»; nод океанами верх­

няя мантия nрогрета намного лучше, чем под континентам·и и

относительно обогащена легкоплавкой (базальтоидной) со­

ставляющей; ·исключительно основной характер вул·канизма; андезитсвая

линия, разделяющая области развития основного и кислого вулканизма, практически совладает с геологической границей

океанконтинент;

практически вся океаническая ли-тосфера сложена поро­

дами, которые не подвергзлись процессам складчатости и ре­

гионального метаморфизма, т. е. океаническая литосфера не

испытывает геосинклинальнаго развития в классическоl\1 его

дра Земли на глубину до 400-700 км;

ряд геофизических признаков: относительно повышенный

тепловой поток; специфическое «зебравидное» магнитное поле;

существенно повышенные значения гравиметрического поля.

210