Лекция 8. Закономерности развития земной коры

Земная кора за время своего существования неоднократно изменяла свое состояние. В одних частях Земли происходило интенсивное накопление осадков, активно внедрялась магма, в других, наоборот, медленно и спокойно шло их отложение или они вообще не осаждались – здесь существовала суша. Процессы смещались в пространстве и во времени, то одни участки Земли, то другие были более или менее активны. В итоге к настоящему времени в результате суммирующего эффекта земная кора приобрела тот вид, который мы наблюдаем и изучаем.

В зависимости от интенсивности геологических процессов, проявляющихся на разных участках земной коры, выделяют геосинклинальные и платформенные области. Под геосинклинальной (геосинклиналь) понимается область высокой тектонической подвижности и повышенной проницаемости земной коры, характеризующаяся интенсивным накоплением осадков и активным проявлением магматизма. Идея геосинклинального развития земной коры зародилась в конце XIX в. и связана с именами Дж. Холла, Дж. Дэна, Э. Зюсса, Н.С.Шатского, В.В. Белоусова, А.В. Пейве и других геологов. Развитие геосинклиналей связывают с вертикальными движениями земной коры. Это направление получило название фиксизма (фиксис – неподвижный). Согласно разработанной концепции начальной структурной единицей строения земной коры является геосинклиналь, в развитии которой отмечаются три стадии.

Первая стадия – это эпоха интенсивного прогибания земной коры, образование прогиба с морским бассейном и накопления в нем терригенных и вулканогенных осадков. Вторая стадия характеризуется тенденцией к общему поднятию области. Геосинклинальный прогиб расчленяется на несколько зон. В этот период в глубинах земной коры происходит внедрение кислой магмы, формируются крупные тела – батолиты гранитоидов. На третьей заключительной (орогенной) стадии продолжается общее воздымание района, море уходит с территории района, прогиб еще существует и заполняется обломочным материалом, сносимым с окружающих гор. В конце третьей стадии происходит боковое сдавливание пород, образующее обширную складчатость. Заканчивается развитие геосинклинали затуханием горообразовательных процессов до полной стабилизации территории. Геосинклинальная область становится жесткой плитой, переходит в платформенный режим. Полный период развития геосинклинали, охватывающий три стадии, во время которой формируются огромные мощности отложений и крупные тела магматических пород, называется геосинклинальным циклом или эпохой складчатости. За время геологического развития земной коры от архея до кайнозоя включительно выделяют восемь эпох складчатости: саамская (AR₁), беломорская (AR₂), карельская (PR₁), байкальская (PR₂), каледонская (PZ₁), герцинская (PZ₂), мезозойская (MZ), альпийская (KZ).

Платформа – это обширный участок земной коры, характеризующийся спокойным тектоническим режимом, отсутствием или слабым проявлением магматизма и умеренным осадконакоплением. Платформы имеют двухярусное строение. Нижний структурный ярус называется фундаментом и представляет собой пенепленезированное складчатое сооружение, возникшее в доплатформенный (геосинклинальный) этап развития данного участка земной коры. Верхний структурный ярус называется платформенным чехлом. Сложен он пологозалегающими породами, сформировавшимися в собственно платформенный этап развития земной коры. Платформенные образования – это терригенные и карбонатные осадки крупных мелководных морей, располагавшихся на пологом океаническом шельфе или внутри континента. Общая мощность платформенных отложений порядка 1-4 км. Возраст платформы определяется возрастом складчатости пород фундамента и пишется с приставкой «эпи»: эпипротерозойская (платформы Сибирская, Восточно-Европейская – Русская, Северо-Американская), эпибайкальская (Тимано-Печерская), эпигерцинская (Скифская, Туранская, Западно-Европейская). В некоторых древних платформенных областях существуют участки, не покрытые осадочным чехлом. На всем протяжении развития платформы, существования на ней морского режима, на этих участках фундамент платформы выходил на поверхность и служил источником сноса обломочного материала. Такие выступы докембрийского фундамента называются щитами: Алданский и Анабарский щиты на Сибирской платформе, Украинский и Балтийский щиты на Русской платформе и др.

В начале XX в. возникла концепция горизонтального перемещения континентов, связанная с именами А.Вегенера, Р.Дитца, Г.Хесса В.Моргана и др. исследователей. Это направление стало называть мобилистким («мобилис» – подвижный). Согласно А.Вегенеру (1912) все континенты в палеозое слагали единый праматерик – Пангею. В конце палеозоя под действием центробежных сил он стал раскалываться на отдельные глыбы – континенты, которые стали «отплывать» друг от друга в широтном направлении. Гипотеза основывалась на сходстве очертаний границ материков, их геологического строения, животного и растительного мира, но не объясняла причины движения твердых континентов по твердому субстрату.

К началу 60-х годов был накоплен огромный материал по строению дна Мирового океана и верхних оболочек Земли. Определилось, что в центре океанов расположены протяженные хребты, сложенные базальтами, переходящими в базальтовый слой земной коры. Определение возраста излившихся пород показало, что он постепенно возрастает по мере движения от центральной части хребтов к периферии океанов. Причем породы с одинаковым возрастом располагаются симметрично по отношению к оси хребтов. Геофизические исследования показали, что в верхней части мантии находится вязкий слой, определенный как астеносфера, по которому возможно перемещение плотных пород. Все эти и другие данные позволили Р.Дитцу и Г.Хессу выдвинуть гипотезу спрединга – растекания океанического дна. Согласно этой гипотезе в мантии благодаря действию восходящих конвекционных потоков происходит подъем на поверхность земной коры, главным образом океанического дна, мантийного вещества – базальтовой магмы. Выходя на поверхность дна, магма равномерно растекается по обе стороны от трещины – разлома с образованием хребта. Одновременно происходит раздвигание океанического дна. Континенты, будучи «впаянными» в мантию, образуют с верхней ее частью литосферные плиты, которые перемещаются по вязкой астеносфере. В 1968 г. В.Морган и К.Ле-Пишон связали с раздвигом литосферных плит их поддвиг – субдукцию (погружение одной плиты под другую) с образованием глубоководных желобов и высоко сейсмичных зон. Возникла подтвержденная многими фактами теория тектоники литосферных плит.

Согласно этой теории верхняя оболочка Земли – литосфера разбита на 12 относительно крупных литосферных плит. В местах подъема мантийного вещества плиты раздвигаются (спрединг) и перемещаются по астеносфере в горизонтальном направлении со скоростью 1-2 см в год. В местах схождения конвекционных потоков происходит сближение литосферных плит (субдукция), и океаническая плита как более тяжелая поддвигается под более легкую континентальную, а, погрузившись в мантию, расплавляется в ней с образованием магматического расплава (рис. 3.1.). Предполагается, что субдукция полностью компенсирует спрединг, поэтому объем Земли остается неизменным. На заключительной стадии сближения литосферных плит при соприкосновении континентов происходит их столкновение (коллизия) – орогенез с образованием гор и межгорного прогиба с накоплением в нем обломочных пород. Заканчивается столкновение континентов формированием горного складчатого сооружения – складчатостью.

Рис.3.1. Схема тектоники литосферных плит.

1 – континентальная кора, 2 – океаническая кора, 3 – верхняя часть верхней мантии,

4 – астеносфера, 5 – направление движения литосферных плит.

К – континент, Х – срединно-океанический хребет, Ж – желоб, Л - литосфера

Геологическое летоисчисление

Хронология событий в истории Земли, её возраст являются объектом самого пристального внимания геологов, поскольку имеют важное теоретическое и практическое значение. В 1896 г. Беккерель открыл явление радиоактивности элементов. Кюри в 1904 г. обнаружил, что при радиоактивном распаде элементов выделяется альфа-частица, сопровождаясь отдачей большого количества тепла. Определилось, что конечным продуктом распада урана является свинец, количество которого прямым образом связано с первоначальным количеством урана. А, зная период полураспада урана, можно вычислить время его образования, т.е. возраст горной породы, в которой он находится. Так был открыт радиологический метод определения возраста горных пород, а, следовательно, и Земли.

Учение о возрастной последовательности образования горных пород называется геохронологией. Различают абсолютный и относительный возраст горных пород. Абсолютный возраст геологических объектов – это возраст, выраженный в единицах времени (обычно в млн. лет). Главным методом определения возраста является радиологический метод. Этот метод основан на явлении самопроизвольного распада радиоактивных элементов, происходящего с постоянной скоростью. В результате распада появляются атомы устойчивых нераспадающихся элементов, количество которых со временем увеличивается. Таким образом, если в сформировавшейся горной породе образовался минерал с радиоактивным элементом, то с момента его возникновения начинается его распад. Зная скорость распада и количество конечного продукта распада, можно определить абсолютный возраст минерала и, следовательно, горной породы. Соответственно использованию радиоактивных элементов применяются такие радиологические методы: уран-ториево-свинцовый, рубидиво-стронциевый, калий-аргоновый, углеродный и др.

Относительный возраст горных пород устанавливает последовательность геологических образований. В свое время датский исследователь Стенон установил закон, согласно которому каждый вышележащий слой нормально залегающих пород моложе нижележащего. Этот закон положен в основу стратиграфического метода определения относительного возраста осадочных горных пород. Но на обнажениях часто встречается совместное нахождение осадочных и магматических горных пород. В этом случае для определения относительного возраста геологических тел используется правило: каждое древнее тело либо пересекается, а при пересечении перекрывается

Рис. 4.1. Относительный возраст горных пород.

I, II, III, IV, V – последовательность накопления слоев осадочных пород без магматических тел;

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 – последовательность образования осадочных слоев и магматических тел.

более молодым (рис. 4.1.). Стратиграфический метод применяется для «немых» осадочных отложений, где нет фаунистических (палеонтологических) остатков. Фауна – это комплексы животных форм, распространенные на определенной территории. Фаунистические остатки – это остатки ископаемых животных, заключенные в породе. В начале XIX в. У.Смит в Англии и Ж. Кювье во Франции пришли к выводу о том, что слои с одинаковыми комплексами фаунистических остатков являются одновозрастными и их можно сопоставлять между собой из разных районов Земли. Так возник палеонтологический (биостратиграфический) метод определения относительного возраста пород. В результате изучения фаунистических остатков по всему разрезу осадочных пород Земли (от самых древних до современных) и определения их абсолютного возраста были созданы геохронологическая и стратиграфическая шкалы Земли

Выделяются стратиграфические и геохронологические подразделения. Стратиграфические подразделения применяются для обозначения комплексов осадочных горных пород, геохронологические – для обозначения времени, в течение которого эти комплексы образовались. Наиболее крупные подразделения геохронологической шкалы – эоны, в стратиграфическом отношении им соответствуют эонотемы. Эти подразделения охватывают крупнейшие этапы развития Земли: фанерозойский («фанерос» – явный, «зоэ» - жизнь) и криптозойский («криптос» – скрытый). Эоны подразделяются на эры, эонотемы – :на эратемы: архейскую (архей) («архэос» – древнейший), протерозойскую (протерозой) («протерос» – первичный), палеозойскую (палеозой) («палеос» – древний), мезозойскую (мезозой) («мезос» – средний) и кайнозойскую (кайнозой) («кайнос» – новый) и т.д.