37 Тектоника литосферных плит

Тектоника плит — современная геологическая теория о движении литосферы. Она утверждает, что земная кора состоит из относительно целостных блоков — плит, которые находятся в постоянном движении друг относительно друга. При этом в зонах расширения (срединно-океанических хребтах и континентальных рифтах) в результате спрединга (seafloor spreading — растекание морского дна) образуется новая океаническая кора, а старая поглощается в зонах субдукции. Теория объясняет землетрясения, вулканическую деятельность и горообразование, большая часть которых приурочена к границам плит.

Современное состояние тектоники плит

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.

• 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

1. расхождение (дивергенция), выраженное рифтингом и спредингом;

2. схождение (конвергенция) выраженное субдукцией и коллизией;

3. сдвиговые перемещения по трансформным разломам.

• Спрединг в океанах компенсируется субдукцией и коллизией по их периферии, причём радиус и объём Земли постоянны (это утверждение постоянно обсуждается, но оно так достоверно и не опровергнуто)

• Перемещение литосферных плит вызвано их увлечением конвективными течениями в астеносфере.

38 Основные этапы развития земной коры Основные события в развитии Земной коры в докембрии и палеозое

•  Докембрийский этап

•  Палеозойский этап

•  Основные особенности геологической истории Земли в Палеозое

Историю формирования Земной коры разделяют на несколько крупных этапов. Не все из них изучены одинаково детально и достоверно. Это связано с тем, что одни участки, погружаясь, претерпевали глубокий метаморфизм и их первичную природу трудно восстановить. Другие участки воздымались и подвергались разрушительным воздействиям экзогенных процессов. Крупные блоки пород превращались в обломочный материал, который сносился на большие расстояния, и тем самым выпадали полностью или частично из первичного геологического разреза. Поэтому еще много событий в истории Земли рассматривается на уровне предположений.

После возникновения Земли как планеты в ее развитии выделяют догеологический и геологический этапы.

Догеологический этап охватывает ~ 0.9 млрд. лет, характеризуется широким проявлением вулканизма с выделением газов и паров воды и формированием базальтового слоя земной коры.

Атмосфера состояла из водных паров, метана, углекислого газа, водорода, аммиака, сероводорода и др.

К концу этого этапа температура опустилась ниже 100^оС, что привело к образованию первых водоемов. Таким образом, в догеологический этап развития Земли сформировались базальтовый слой, атмосфера и гидросфера.

В геологический этап формируются: гранитный и осадочный слои земной коры, изменился состав атмосферы и гидросферы, появился органический мир.

Геологическая история развития Земли в свою очередь подразделяется на несколько этапов, которые охватывают отдельные геохронологические подразделения и характеризуются особенностями в развитии: органического мира, комплексов горных пород, палеогеографии, строения земной коры.

Докембрийский этап

Охватывает архейский и протерозойский эоны. Начало этапа ~4.5 млрд. лет, верхняя граница- 570 млн. лет. Архей подразделяют на ранний и поздний, а протерозой на: ранне-среднепротерозойскую и позднепротерозойскую эры. Поздний протерозой еще называют рифеем. На рубеже с палеозоем выделяют стратиграфическое подразделение- венд (соответствует периоду).

Развитие гидросферы и атмосферы и органического мира.

Состав первичной гидросферы - HCl, HF, H₂S, CO₂, SiO₂ и др., ph=1-2 (очень кислая среда). На рубеже нижнего и верхнего архея возрастает ph, появляются хлориды K, Na, Mg, Ca. Состав воды - хлоридно-карбонатный.

Состав первичной атмосферы - CO₂, H₂S, NH₄, CH₄, HCl. Температура ~65-80^о, давление высокое.

Первыми организмами считаются бактерии и сине-зеленые водоросли. Наиболее древние находки найдены в Австралии, возраст их 3.5 млрд. лет.

На рубеже ~ 3.0 млрд. лет (т.е. на границе нижнего и верхнего архея) появляется свободный кислород. Его появление способствует накоплению свободного азота- начинается эволюция атмосферы и гидросферы. К концу докембрийского этапа в атмосфере снижается содержание СО₂ и возрастает О₂+N₂.

Гидросфера становится хлоридно-карбонатно-сульфатной.

На рубеже архея и протерозоя появляются грибы, в рифее - примитивные многоклеточные, а в конце протерозоя начинается развитие бесскелетных организмов- черви, медузы, полипы.

Развитие земной коры рассмотрим как параллельное формирование комплекса пород и структурных элементов.

Предполагают, что в раннем архее в обширных прогибах происходило излияние лав базальтов и образование железокремнистых пород. Это были прообразы геосинклиналей - протогеосинклинали. В результате метаморфизма первичные породы превратились в амфиболиты, гранулиты, гнейсы и др., а затем подверглись гранитизации. В результате этого образовались гранитогнейсовые купола, давшие начало формированию континентальной коры.

В верхнем архее в геосинклинальных условиях продолжается вулканизм и накопление осадочных пород, более разнообразных по составу - конгломераты, аркозовые песчаники, глинистые сланцы и железистые кварциты. Породы претерпели зеленокаменный метаморфизм, внедрение калиевых гранитов и превратились в зеленокаменные пояса, которые совместно с гранитогнейсовыми куполами стали прообразами древних платформ - протоплатформы.

В раннем протерозое формируется 2 типа комплексов пород.

1 тип - сильно метаморфизованные вулканогенные (основного и кислого составов) и осадочные (терригенные) толщи, образующие узкие линейные зоны. Эти зоны подверглись интенсивному смятию и интрузиям магм от основного до кислого состава (Бушвельдский дифференцированный массив в Ю.Африке). К концу раннего протерозоя эти толщи и блоки архейских пород были охвачены мощной гранитизацией и термальной проработкой (образование гранитов-рапакиви). Эти процессы спаяли воедино блоки архейских и раннепротерозойских пород. Таким образом, сформировался фундамент древних платформ, который некоторые геологи рассматривают как единый суперматерик- Пангея I.

2 тип комплексов пород формировался на обширных впадинах, представлен конгломератами и песчаниками. Этот комплекс пород залегает несогласно на архейских толщах, метаморфизован слабее 1 типа. Все это указывает на формирование платформенного чехла.

В верхнем протерозое происходили события, которые подготавливают последующие этапы формирования Земной коры. В чем это заключается?

1. На фундаменте древних платформ начинает формироваться осадочный чехол.

2. Начинается раскол суперматерика Пангея-I. В северном полушарии образовались платформы - Северо-Американская, Восточно-Европейская, Сибирская, а в южном полушарии находилась одна суперплатформа - Гондвана.

3. Между этими платформами начинают развиваться геосинклинальные пояса - Атлантический, Средиземноморский, Палеоазиатский, Тихоокеанский.

4. На платформах происходит заложение авлакогенов, заполненных терригенными осадками. Здесь же происходило извержение базальтов.

5. На рубеже рифея и венда проявился байкальский этап складчатости.

Что можно сказать о палеогеографии докембрия? По отдельным признакам предполагают, что рельеф в докембрии был равнинным или слабо холмистым. Климат: в архее был парниковый эффект и ультрафиолетовое облучение; в протерозое начинает формироваться климатическая зональность, но границы зон и их положение не устанавливаются, в раннем протерозое произошло 2 оледенения, а в венде оледенение было повсеместным.

Образование полезных ископаемых связано с грандиозными по масштабам процессами магматизма и метаморфизма.

Огромные запасы Fe руд сосредоточены в железистых кварцитах (джеспилитах). Это - КМА, Кривой Рог, Канада и т.д.

С метаморфическими комплексами пород связаны месторождения слюд (мусковита и флогопита) в Карелии, Сибири, Индии, Бразилии.

С интрузиями ультраосновного и основного составов связано образование месторождений Платины, Хромита в Ю.Африке (Бушвельдский и Великая Дайка), Cu-Ni - Печенга, Мончегорское, Ю.Африка, С.Америка

С осадочными породами формировались месторождения:

• осадочных Fe руд (Бакальская группа, Ю.Якутия и др.),

• медистых песчаников (Удокан, Ю.Африка),

• Au-конгломератов с U- Витватерсранд, Блайнд-Ривер (Канада),

• Mn руды - ЮАР, Гана, Индия

• Нефтеносные горизонты Лено-Тунгусской впадины- самые древние вендского возраста.

Итоги развития Земной коры в докембрии

1.Сформировался гранитный слой и началось образование осадочного слоя.

2.Образование устойчивых участков- докембрийских платформ и подвижных геосинклинальных поясов.

3.Изменение химического состава гидросферы и атмосферы.

4.Развитие многоклеточной бесскелетной фауны (преобладали кишечнополостные), появляется возможность использовать биостратиграфические методы определения возраста пород.

5.Особенности осадконакопления- образование железистых кварцитов и доломитов.

Палеозойский этап

Палеозой ~ 340 млн. лет- эра древней жизни.

Подразделяется на ранний и поздний, в каждом из которых проходил свой этап складчатости - Каледонский и Герцинский.

Органический мир представлен морскими беспозвоночными и водорослями. В раннем палеозое широко развиты трилобиты, брахиоподы, кораллы, граптолиты, археоциаты и др. В конце силура появляются позвоночные- панцирные рыбы и наземные растения- псилофиты. В позднем палеозое среди беспозвоночных животных широкое развитие- фораминиферы, замковые брахиоподы, головоногие моллюски. Позвоночные представлены хрящевыми и костными рыбами, в конце карбона появляются первые пресмыкающие.

Среди растений к концу девона исчезают псилофиты, появляются плауновые, папоротниковые и голосеменные.

К концу палеозоя вымирает большинство представителей беспозвоночных, у растений древовидные споровые вытесняются голосеменными.

Развитие Земной коры. В палеозое земная кора формировалась в два тектонических этапа - Каледонский и Герцинский, которые по времени соотносятся с ранним и поздним палеозоем.

Каледонский этап складчатости в геосинклинальных поясах проявился не повсеместно. В Атлантическом поясе завершение геосинклинального цикла произошло в северной его части. Здесь сформировалась Грампианская горно-складчатая система, с образованием которой произошло объединение Северо-Американской и Восточно-Европейской платформ в единый материк- Лаврентий.

В Палеоазиатском поясе Каледонский тектонический этап охватывал участки южного обрамления Сибирской платформы (территория Казахстана, Саян, Алтая). Обособилась Уральская геосинклиналь, в которой Каледонская складчатость проявилась слабо и не привела к образованию горноскладчатой области.

Древние платформы в раннем палеозое испытывали колебательные движения и формирование осадочного чехла. При этом:

Гондвана испытывала поднятия и представляла собой сушу со смещенным полюсом; Восточно-Европейская платформа в начале этапа испытала максимальную трансгрессию, а к концу его представляла приподнятую сушу; Сибирская платформа опускалась незначительно - здесь преобладало мелководное море, а в силуре произошел подъем платформы.

В герцинский этап завершение складчатости и орогенез происходили:

• в Атлантическом поясе к югу от Грампианской складчатой области - Аппалачах;

• в Уральской геосинклинали (в результате чего, объединились Сибирская и восточная окраина Восточно-Европейской платформы, и тем самым произошло объединение северных платформ в одну под названием Лавразия);

• в Палеотетисе (или Средиземноморском поясе) складчатость и горообразование происходили в его западной части. В результате этого южная часть Европейской и северная часть Африканской платформ соединились.

Таким образом, северные платформы объединились с Гондваной, и образовался суперконтинент - Пангея-II. Герцинский тектонический этап на платформах проявился в активизации магматической деятельности - на многих из них в девоне формировались траппы, а в Пермо-Триасовый периоды - образовались трубки взрыва (Сибирская и юг Африканской платформы).

Палеогеография

В раннем палеозое северные платформы в кембрии покрывало мелководное море, а Гондвана была сушей, с участками оледенения. В ордовике происходит одна из крупнейших трансгрессий моря, охватившая все северные платформы и за счет этого здесь происходит увлажнение климата. На Гондване трансгрессия захватила лишь северо-восточную часть Австралии и район реки Амазонки.

Рельеф на платформах был равнинным, на что указывает преобладание в осадках карбонатных пород. Широко распространены лагунные фации, происходило накопление горючих сланцев, нефти и газа.

Существовала климатическая зональность, т.е. участки с аридным, тропическим и нивальным климатом. Расположение же этих зон отличалось от современных. Есть разные точки зрения на эту проблему.

В позднем палеозое в девоне и карбоне на Гондване сохранялся режим континентального развития, а в карбоне здесь-ледниковый период. На северных платформах участки, примыкающие к геосинклинальным поясам, подвергались трансгрессии моря, остальные участки платформ - суша.

В карбоне, в связи с герцинским этапом складчатости, возникают горные сооружения Урала, Западной Европы, Северной Америки. На платформах наступает регрессия моря, лишь отдельные их участки погружены и покрыты морем. Климат девона и карбона в основном аридный и влажный тропический. В девоне формируются коры выветривания бокситов, а в карбоне на континентах формируется угленосная толща континентального типа.

В пермский период расчлененность рельефа и сокращение морских площадей вызывает аридизацию климата - это один из самых жарких и сухих периодов Палеозоя.

В Каледонский этап - основная часть полезных ископаемых формировалась с осадочным чехлом платформ. Выделяют эпохи:

• накопления фосфоритов в раннем кембрии (Ср. Азия, Китай, Прибалтика, Вьетнам),

• накопления солей - Иркутская обл., Мичиган (США),

• формирование газо-нефтеносных горизонтов (м-е Хасси-Мессауд в Алжирской Сахаре, штаты Канзас и Оклахома),

• горючих сланцев - Прибалтика,

• оолитовых Fe руд - США и Канады.

В складчатых областях с интрузиями ультраосновного состава связаны месторождения хромита (Ю.Урал), асбеста (Тува, Канада), а с интрузиями кислого состава - золоторудные месторождения Сев. Казахстана и Кузнецкого Алатау.

В Герцинский этап - формируются наиболее разнообразные по генезису и полезным компонентам полезные ископаемые. Появляются новые группы - коры выветривания и ископаемые угли.

Самые древние (Девонские) месторождения угля - о. Медвежий. Наиболее мощное угленакопление в краевых прогибах и на платформах происходило в Карбоне и Перми с образованием Печерского, Таймырского, Тунгусского бассейнов, в Китае, Индии и Австралии.

Нефтеносные горизонты формируются в Волго-Уральской провинции, на Тимане, в США, Канаде, Иране.

Пермский период- это эпоха соленакопления - месторождения Верхнекамское, Германия, США.

На платформах формируются месторождения бокситов - Тихвинское, Сев. Онежское, Китай.

С раннегеосинклинальным вулканизмом связано образование месторождений медноколчеданных руд на Урале, в Аппалачах; а с периодом завершающего этапа складчатости и образованием магматических тел среднего и кислого составов связано образование гидротермальных месторождений золота на Урале, олова - Корнуолл (Англия), железо - и меднорудных скарновых месторождений (г. Магнитная, Высокая, Краснотурьинские и др.).

Основные особенности геологической истории Земли в Палеозое

1. Развитие земной коры происходило в два этапа - Каледонский и Герцинский. Особенность в формировании геосинклинальных складчатых поясов - завершение складчатости в Каледонский этап лишь на их отдельных участках, тогда как остальные продолжали свое геосинклинальное развитие и завершили его в Герцинский этап.

2. Начало каждого этапа на платформах сопровождается трансгрессией моря, которая сменяется регрессией во время образования горноскладчатых сооружений в конце тектонического этапа.

3. Существовала палеоклиматическая зональность - выделяются области аридного, гумидного климатов и древнего оледенения.

4. Формируются основные группы древнего органического мира, с середины палеозоя жизнь из моря выходит на сушу - возникают огромные массивы растительности, которые дают начало формированию крупных поясов угленакопления. Конец Палеозоя сопровождается резким обновлением органического мира - вымирают древние беспозвоночные животные, а господствующее положение завоевывают зарождающиеся позвоночные.

5. Формирование складчатых областей вызвало образование нового структурного элемента - Передового прогиба - области сочленения платформы и складчатого пояса. В условиях гумидного климата здесь происходило угленакопление, а в зонах аридного климата - образование солей и гипса. Примером является Предуральский прогиб с Воркутинским угольным бассейном и Соликамским бассейном солей.