2.4. Литосфера, астеносфера, тектоносфера

Раздел геологии о строении Земли называется геотектоникой. Слово «тектоника» в буквальном переводе с древнегреческого значит строительное искусств, строение. В науках о Земле под этим термином обычно понимают геологическое строение и закономерности развития земной коры. В 30-е годы ХХ в. данное направление обособилось в самостоятельную научную дисциплину. В современном пониманиигеотектоника–наука о строении движениях и деформациях литосферы и ее развитии в связи с развитием Земли в целом.

Литосфера включает земную кору и самую верхнюю мантию. Под строением(структурой) земной коры подразумевается неравномерное распределение горных пород различного состава, происхождения и залегания.

Структурная форма– это структурный элемент земной коры. Примерами таких структурных форм являются платформы, антиклинории, синклинории, сбросы и т.п.

Движения литосферы выражаются в перемещении отдельных ее участков в вертикальном (поднятия, опускания) или горизонтальном направлениях. Они могут сопровождаться изменениями в условиях залегания, а нередко и во внутренней структуре масс горных пород. Эти изменения называются тектоническими деформациями, а конечный результат деформаций составляют новые формы залегания пород, называемые тектоническимидислокациями, илинарушениями. Дислокации подразделяются на пликативные(складчатые),дизъюнктивные(разрывные) иинъективные.

Главные источники тектонических движений и деформаций лежат не в самой литосфере, а в более глубоких недрах Земли, и прежде всего в астеносфере. В связи с этим литосферу и астеносферу нередко объединяют в одно понятие тектоносферы (илитектосферы) как главной области проявления тектонических процессов.

Литосфера- это внешняя, относительно прочная оболочка твердой Земли, расположенная над менее вязкой и более пластичной астеносферой.

Термин «литосфера» был предложен американским геологом Дж. Барреллом в 1916 г. и первоначально отождествлялся с земной корой. В современном понимании эти понятия следует различать. Земная кора и мантия выделяются по геологическим данным(по составу пород) и данным сейсмологии (по скачкообразному изменению скорости сейсмических волн на границе Мохо). Литосфера и астеносфера – понятие чисто физическое, вернеереологическое.

Астеносфера(от греч.asthenes– слабый иsphaira–шар) – слой пониженной вязкости в верхней мантии Земли. Кровля астеносферы лежит под материками на глубине 80 – 100 км, а под океанами 50 – 70 км и меньше, нижняя граница – на глубине 250 – 300 км, нерезкая.

Астеносфера выделяется по геофизическим данным как слой пониженной скорости поперечных сейсмических волн и повышенной электропроводности. Все эти свойства астеносферы, по сравнению с литосферой, характеризуют ее как оболочку пониженной вязкости. Пониженная вязкость астеносферы обусловлена, по мнению ученых, высокой температурой, приводящей к частичному выплавлению базальтовой магмы.

Под влиянием нарастания температуры часть мантийного вещества (около 1%) плавится, возможно, образуются жидкие пленки вокруг твердых зерен породы или просто капли жидкости, в результате уменьшается вязкость. Глубина залегания астеносферного слоя неодинакова под океанами и континентами. Длительное время считалось, что под океанами она располагается на глубинах 50-60 км, а под континентами – 80-100 км и имеет мощность 250 км.

Широкие всесторонние исследования последних десятилетий указывают на более сложную картину распространения астеносферы. Обнаружено, что под рифтами срединно-океанических хребтов астеносферный слой местами находится на глубине 2-3 км от поверхности (Восточно-Тихоокеанское поднятие). В пределах кристаллических щитов (устойчивых участков платформ, где древние породы выходят непосредственно ан поверхность) сейсмическими исследованиями астеносфера не обнаружена на глубинах 200-250 км. Основываясь на этих и дополнительных данных, полученных за последнее время, многие исследователи высказываются о прерывности астеносферного слоя, о наличии лишь отдельных астенолинз. Однако существуют косвенные указания о наличии астеносферы и под щитами платформ. Об этом свидетельствует явление изостазии) от греч. «изос» - равный, одинаковый, «стасио» - состояние) – состояние равновесия масс земной коры и мантии.

Явлением изостазии можно объяснить быстрый подъем Канадского и Балтийского древних щитов, которые подвергались мощным четвертичным оледенениям, после снятия нагрузки в период таяния ледника. В Гренландии и Антарктиде в настоящее время наблюдается прогибание континентов под влиянием ледниковой нагрузки.

Кажущееся отсутствие астеносферного слоя под щитами ряд ученых (В.Е. Хаин) объясняют ее залеганием глубже 200-250 км, что вызывает большие трудности обнаружения ее существующими методами. Ряд исследователей считают, что она может опускаться местами до глубин 300-40 км, т.е. до основания слоя Вверхней мантии, или захватывать и некоторую часть слояС.

Рис. 2.21 Схема возможной динамики переходного слоя в нижней мантии. Глубина кровли слоя изменяется от ~1600 км почти до границы мантия-ядро, куда она смещается под действием погружающихся слэбов. Стрелками показано движение вещества. Циркуляция в слое происходит из-за внутреннего разогрева (Kellogg L.H. et al., 1999).

В основании мантии показан слой D^'' , мощность которого меняется в пределах сотен километров. Над ним залегает слой повышенной плотности с резко разноуровенной верхней поверхностью. По мнению авторов, этот слой деформирован устремленными вниз массопотоками. Таковых показано три. Один из них опускается из центральной области океана; два другие (разноуровенные) - из зоны сочленения океан-континент. Между нисходящими потоками показан плюм, поднимающийся до глубины 670 км, т.е. до верхней мантии. Не очень ясно, связан ли с ним изображенный в океане вулканический остров. В правой части модели можно видеть верхнемантийный поток, венчающийся срединно-океаническим хребтом. Стрелками показаны направления движения материала, а волнистыми полосками - его растекание. Как видно, движение глубинных масс представляется весьма сложным.

В астеносфере происходит перетекание вещества, которое вызывает вертикальные и горизонтальные тектонические движения блоков литосферы. Астеносфера играет важную роль в процессах, протекающих в земной коре – она является одним их главных источников магматической деятельности на Земле. Астеносфере принадлежит также ведущая роль в движении литосферы. Ее течение увлекает за собой литосферные плиты и вызывает их горизонтальные перемещения.

Учитывая эндогенную активность литосферы и астеносферы, введено обобщающее понятие тектоносферы, как области земного шара, в пределах которой происходят тектонические движения, фиксируемые тектоническими деформациями. Тектоносфера простирается до глубин 700 км, где зафиксированы наиболее глубокие очаги землетрясений.

Из двух оболочек, составляющих тектоносферу, астеносфера является активным, а литосфера – относительно пассивным элементом. Их взаимодействием определяется тектоническая «жизнь» земной коры.

Однако, по мнению ученых, само существование астеносферы и течение ее вещества зависят от процессов, протекающих вплоть до границы ядра, а возможно, и в самом ядре.

Рис. 2.22 Схема соотношения литосферы, астеносферы и тектоносферы

К пониманию строения тектоносферы в геологии существует два подхода:

1) в геологическом смыслепо составу горных пород тектоносфера делится на земную кору и верхнюю мантию до глубины около 410 км;

2) в реологическом смысле– на литосферу и астеносферу.

Аналогично для латерального подразделения литосферы также применяют две разные системы понятий: с одной стороны, литосферные плиты, с другой –континентыиокеаныи их более мелкие подразделения.