Спрединг и субдукция. Литосферные плиты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Удивительные явления - спрединг и субдукция

горообразование земной аккреция

Начнем со спрединга. Он происходит вдоль срединно-океанических хребтов - границ раздела раздвигающихся плит (эти границы всегда проходят по океаническому дну). На нашем рисунке срединно-океанический хребет разделяет литосферные плиты А и В. Это могут быть, например, Тихоокеанская плита и плита Наска соответственно. Линии со стрелками на рисунке показывают направления движения магматических масс астеносферы. Легко видеть, что астеносфера стремится увлечь плиту А влево, а плиту В вправо и тем самым раздвигает эти плиты. Раздвиганию плит способствует также поток магмы астеносферы, направленный снизу вверх прямо к границе раздела плит; он действует подобно своеобразному клину. Итак, плиты А и В слегка раздвигаются, между ними образуется расщелина (рифт). Давление пород в этом месте падает и там возникает очаг расплавленной магмы. Происходит подводное извержение вулкана, расплавленный базальт изливаетя через расщелину и застывает, образуя базальтовую лаву. Вот таким образом и наращиваются края раздвигающихся плит А и В. Итак, наращивание происходит за счет магматической массы, поднявшейся из астеносферы и разлившейся по склонам срединно-океанического хребта. Отсюда и английский термин «спрединг», что означает «расширение», «растекание».

Следует иметь в виду, что спрединг происходит непрерывно. Плиты АиВ все время наращиваются. Именно так и осуществляется движение данных плит в разные стороны. Подчеркнем: движение литосферных плит -это не есть перемещение какого-то объекта в пространстве (с одного места на другое); оно не имеет ничего общего с движением, скажем, льдины на поверхности воды. Движение литосферной плиты происходит за счет того, что в каком-то месте (там, где находится срединно-океанический хребет) все время наращиваются новые и новые части плиты, в результате чего ранее образовавшиеся части плиты все время отодвигаются от упомянутого места. Так что данное движение следует воспринимать не как перемещение, а как разрастание (можно сказать: расширение).

Ну а при разрастании, естественно, возникает вопрос: куда девать «лишние» части плиты? Вот плита В разрослась настолько, что достигла плиты С. Если в нашем случае плита В - это плита Наска, то плитой С может служить Южноамериканская плита.

Заметим, что на плите С находится материк; это более массивная плита по сравнению с океанической плитой В. Итак, плита В достигла плиты С. Что же дальше? Ответ известен: плита В прогнется книзу, поднырнет (под-двинется) под плиту С и будет продолжать разрастаться в глубинах астеносферы под плитой С, постепенно превращаясь в вещество астеносферы. Это явление называют субдукцией. Данный термин происходит от слов «суб» и «дукция». По-латыни они означают «под» и «веду» соответственно. Так что «субдукция» - это подведение подо что-то. В нашем случае плита В оказалась подведенной под плиту С.

На рисунке хорошо видно, что вследствие прогиба плиты В глубина океана вблизи края континентальной плиты С возрастает - здесь образуется глубоководный желоб. Рядом с желобами обычно возникают цепочки действующих вулканов. Они образуются над тем местом, где «поднырнувшая» литосферная плита, наклонно уходящая в глубину, начинает частично плавиться. Плавление происходит вследствие того, что температура с глубиной заметно повысилась (до 1000-1200 °С), а давление пород возросло пока еще не очень сильно.

Теперь ты представляешь сущность концепции глобальной тектоники литосферных плит. Литосфера Земли - это совокупность плит, которые плавают на поверхности вязкой астеносферы. Под воздействием астеносферы океанические литосферные плиты движутся в направлении от срединно-океанических хребтов, кратеры которых обеспечивают постоянное нарастание океанической литосферы (это есть явление сцрединга). Океанические плиты движутся к глубоководным желобам; там они уходят в глубину и в конечном счете поглощаются астеносферой (это явление субдукции). В зонах спрединга земная кора «подпитывается» веществом астеносферы, а в зонах субдукции она возвращает «излишки» вещества в астеносферу. Эти процессы происходят за счет тепловой энергии земных недр. Зоны спрединга и зоны субдукции наиболее активны в тектоническом отношении. На них приходится основная масса (более 90%) очагов землетрясений и вулканов на земном шаре.

Описанную картину дополним двумя замечаниями. Во-первых, существуют границы между плитами, перемещающимися примерно параллельно друг другу. На таких границах одна плита (или часть плиты) смещается относительно другой по вертикали. Это так называемые трансформные разломы. Примером могут служить большие тихоокеанские разломы, идущие параллельно друг другу. Второе замечание состоит в том, что субдук-ция может сопровождаться процессами сминания и образования горных складок на краю континентальной коры. Именно так образовались Анды в Южной Америке. Особого разговора заслуживает образование Тибетского нагорья и Гималаев. Об этом мы поговорим в следующем параграфе.

О горообразовании

Как образуются горы и горные хребты

Океаническая плита Наска, двигаясь навстречу континенту, находящемуся на Южноамериканской плите, пододвигается под континент; и при этом края континентальной коры сминаются в горные складки. Так можно объяснить образование огромного горного хребта вдоль западного побережья Южной Америки. Это тебе уже известно. А что будет, если плита с континентальной корой сблизится с другой такой же плитой? В этой ситуации ни одна из плит не станет пододвигаться под встречную плиту, и в результате произойдет грандиозное смятие горных пород в складки. И не просто смятие в складки, а нагромождение пород с образованием высоких нагорий и протяженных горных цепей. Именно это происходило в течение последних 20 млн. лет на южной границе Евразиатской плиты, с которой сблизились Индо-Австралийская и Африканская плиты. В результате образовался Альпийско-Гималайский горноскладчатый пояс.

Посмотри на рисунок с видом на Заалайский хребет (он находится на Севере Памира). Перед тобой гигантское нагромождение гор высотой 6-7 км, закованное во льды. Оно напоминает гребень огромной морской волны, которая застыла перед тем, как обрушиться на берег. Представь себе: эти величественные каменные громады постепенно поднимались в течение двух десятков миллионов лет в результате того, что Индо-Австралийская плита давила на Евразиатскую. И подобных горных хребтов эти две плиты создали немало. Среди них такие гиганты, как Гималаи, Кунь-Лунь, Гиндукуш. И все Тибетское нагорье поднялось в результате сближения плит, ни одна из которых не пожелала уступить и «нырнуть» под другую, уходя от всех проблем в глубь астеносферы.

В наше время никто не сомневается, что крупные и протяженные горные цепи возникли в процессе сближения тех или иных литосферных плит. В общем, так оно и есть. Однако в разных конкретных случаях надо учитывать также и другие процессы, приводящие к образованию гор. Так, сближение плит может приводить к нарастанию нижней части континентального участка литосферной плиты. Напомним, что плита плавает на астеносфере; поэтому при возрастании ее толщины горные породы начнут выпирать наверх. Поверхность континента начнет подниматься, вследствие чего могут образоваться горы и целые нагорья. По-видимому, именно так образовались Скалистые горы в Северной Америке и горные массивы в Антарктиде.

Надо иметь в виду, что горы образуются также за счет постепенного накопления продуктов вулканических извержений. Вулканические горы имеются в изобилии во многих местах планеты. В частности, они есть и там, где горообразование идет за счет процессов, возникающих при сближении литосферных плит. Так, много вулканических гор в Андах, на юге Европы, на Иранском нагорье, в Индонезии. Много вулканических гор также в Скалистых горах Северной Америки и в Антарктиде.

Так или иначе, но главная причина горообразования - это процессы в астеносфере. Литосферные плиты плавают на ней и под ее воздействием поднимаются (равно как и опускаются), выгибаются (равно как и прогибаются) и участвуют в горизонтальных движениях, которые сопровождаются сминанием каких-то участков коры, столкновением континентальных участков плит, нарастанием пород под континентами. А поскольку процессы в астеносфере происходят все время, то, следовательно, все время происходит образование гор.

Горы не только образуются, но и разрушаются

Значит ли это, что горы на Земле все время растут? С какой скоростью они растут? Насколько высоко могут подняться горные системы? Интересные вопросы возникают, не правда ли? С одной стороны, очевидно, что горообразование должно продолжаться все время, пока происходят движения в астеносфере. Они происходят вот уже около 5 млрд. лет, и можно не сомневаться, что будут продолжаться еще несколько миллиардов лет.

С другой стороны, очевидно, что горы не могут подниматься и подниматься. По подсчетам ученых скорость поднятия земной коры на границе Индо-Австралийской и Евразиатекой плит (скорость поднятия Тибета и

Гималаев) составляет примерно 5 мм/год. Известно, что это поднятие началось 10-20 млн. лет назад (в неогеновый период кайнозоя). Легко подсчитать, что за 10 миллионов лет земная кора должна была бы подняться здесь на 50 км. Однако этого не случилось. Высота Гималаев не достигает 9 км; высота Тибетского нагорья еще меньше. Ученые считают, что высота гор на Земле вообще не может превышать 10-15 км на суше (подводные горы могут быть немного выше, если, конечно, измерять их от основания). В чем же дело? Что мешает горам расти ввысь, несмотря на постоянно происходящий процесс горообразования? Мешают два обстоятельства. Во-первых, горы все время разрушаются под действием солнечных лучей, воды, воздуха, живых организмов, т.е. под действием внешних (экзогенных) сил. Во-вторых, сила земного тяготения ограничивает предельно допустимые высоты гор на Земле. Чтобы определить скорость, с какой растет гора, надо учитывать не только скорость ее образования, но и скорость, с какой она разрушается. И если вторая скорость будет больше первой, то в этом случае гора вообще не будет расти, а будет постепенно превращаться в ровную возвышенность. Кстати, именно это и происходит с Уральскими горами.

Как было сказано, Алышйско-Гималайский пояс образовался в результате того, что сблизились две определенных плиты. Но так говорить, наверное, не совсем правильно. Если говорят, что какие-то два объекта сблизились, то при этом предполагают, что данные объекты ранее не соприкасались, находились на расстоянии друг от друга. А литосферные плиты не находились на расстоянии; они все время соприкасались друг с другом. Как же можно говорить об их сближении или тем более столкновении? Ведь это же не льдины какие-нибудь!

Действительно, движение литосферных плит ничуть не похоже на движение льдин. И понятие «сближение плит» следует понимать не в обычном смысле, а как расширение плит, как их постепенное наращивание, вследствие которого любая конкретная часть данной плиты постепенно движется по направлению к встречной плите. Мы уже говорили об этом в предыдущем параграфе.

Так как же все-таки быть со «сближением плит» («столкновением плит»)?

Будем говорит о сближении (столкновении) не литосферных плит, а материков. Тут сближение или столкновение имеет обычный смысл. Он всем понятен.

Но материки находятся на плитах; они составная часть плит. Вот если бы сами материки перемещались по базальтовой оболочке Земли, как это полагал Вегенер, то тогда было бы ясно, как они сближаются, сталкиваются, расходятся. А как понимать сближение материков, являющихся составной частью литосферных плит? Ведь сами плиты не сближаются.

Вот рисунок, с помощью которого мы рассмотрим конкретную ситуацию. Известно, что примерно 100-150 млн. лет назад к югу от суперматерика, объединявшего тогда Евразию и Северную Америку, находился океан. Геологи дали ему название Тетис по имени греческой богини моря Фетиды. К югу от Тетиса находился континент, который в настоящее время является частью Евразии и называется полуостровом Индостан. Этот древний материк был частью Индо-Австралийской плиты, которая в те времена граничила с Евразиатской плитой по северному берегу Тетиса. Приблизительную карту Земли того времени ты можешь увидеть в п. 3.5. Северный край Индо-Австралийской плиты уходил под Евразиатскую плиту (смотри рисунок, который приводится здесь) и поэтому движение плит навстречу друг другу происходило без особых катаклизмов. В процессе этого движения Индостан постепенно сближался с континентом Евразии. И вот примерно 20-30 млн. лет назад Индостан и южный

край тогдашней Евразии сомкнулись (можно сказать, столкнулись, хотя это не совсем подходит для данной ситуации). Поскольку Индо-Австралийская плита продолжала наращиваться и в этом смысле продолжала двигаться на север, а Индостан не мог «поднырнуть» под Евразиатскую плиту, то началось образование горных массивов по линии стыковки Индостана и Евразии. В результате здесь, на месте бывшего океана Тетис, поднялись в течение 20 млн. лет Гималаи и образовалось Тибетское нагорье.

Читатель: В п. 3.2 на рисунке, показывающем, как изменялись очертания материков за последние 250 млн. лет, нет даже намека на океан Тетис. Автор: Этот рисунок предложил в свое время Вегенер. Позднее ученые пришли к заключению, что очертания материков изменялись иначе. Вот тогда и появился Тетис. Об этом мы поговорим в следующем параграфе.

Два этапа в эволюции земного шара

Эволюция земного шара разделяется на два этапа - раннюю историю и геологическую историю Земли. Ранняя история - это период от 5 млрд. лет назад до 3,5 млрд. лет назад (некоторые ученые предлагают отодвинуть границу до 3,8 и даже 4 млрд. лет назад). Далее началась геологическая история Земли, продолжающаяся и поныне.

Ранняя история Земли

В ранней истории Земли выделяют две фазы - фазу аккреции (фазу рождения) и лунную фазу.

Аккреция - это процесс объединения («слипания») рассеянного в космическом пространстве вещества в какое-либо космическое тело, происходящий под действиям сил гравитации. Слово «аккреция» в переводе с латинского означает «приращение». Аккреция сопровождается высвобождением гравитационной энергии. Простой пример: высвобождение энергии при падении камня на землю. Эта энергия тем больше, чем больше масса камня и высота, с которой он упал.

Итак, 5 миллиардов лет назад началось формирование земного шара за счет аккреции обращающихся вокруг Протосолнца холодных остатков газопылевого облака. Сначала сформировался холодный относительно плотный «комок» - прообраз будущей Земли (Протоземля). Продолжающийся процесс аккреции приводил к постепенному уплотнению

Протоземли и к ее разогреву (за счет гравитационной энергии). В свою очередь, разогрев планеты способствовал перераспределению вещества внутри нее. Вблизи поверхности оставались сравнительно легкие соединения, а расплав из тяжелых соединений концентрировался в центре Протоземли. В результате сформировались земное ядро и мантия. Можно предположить, что расслоение вещества в недрах Протоземли происходило сложным образом: вещество мантии совершало круговорот - погружалось вглубь планеты и снова поднималось к ее поверхности.

В фазе аккреции, длившейся около полумиллиарда лет, наша планета приобрела до 95% современной массы. Поэтому можно считать, что к концу фазы Протоземля превратилась в Землю. Но выглядела Земля в тот период весьма необычно. Ее поверхность представляла собой океан раскаленного расплава с вырывающимися из него газами и водяными парами, которые формировали первичную атмосферу. Заметим, что к этому времени планета стала уже достаточно большой и была способна удерживать рождающуюся атмосферу. В океан расплавленной лавы продолжали врываться космические тела, приносящие с собой массу и энергию и порождающие фонтаны взлета и падения лавы. Картина, которую с полным основанием можно было бы назвать Адом.

Начало лунной фазы сопровождалось появлением тонкой первичной коры из базальта и формированием гранитного слоя материковой коры. Эти процессы происходили вследствие остывания приповерхностного слоя Земли. Остывание объясняется тем, что по мере увеличения поверхности космического тела усиливается возвращение энергии в космическое пространство; оно начинает преобладать над притоком энергии из космоса. Фазу назвали лунной, поскольку поверхность Земли в этот период внешне походила на лунный ландшафт (если полагать, что лунные моря - это моря расплавленного базальта). Твердая земная оболочка была еще весьма хрупкой, она непрестанно разрывалась вследствие давления изнутри - со стороны расплавленной мантии. «Лунные моря» возникали и закрывались. Существенно, что к концу лунной фазы температура вблизи земной поверхности понизилась - сначала до температуры плавления базальта (800-1000 °С), а затем до температуры кипения воды. При температуре ниже температуры кипения воды начался активный процесс конденсации водяных паров, накопившихся в земной атмосфере. На Земле образовалось много воды, целые океаны кипятка. Так началась геологическая история Земли.

Начало геологической истории Земли

Первый этап геологической истории нашей планеты ученые называют ран-неокеаническим. Полагают, что он длился примерно один миллиард лет и завершился 2,5 млрд. лет назад. Этот этап соответствует архею на геохронологической шкале. В течение архея произошли очень важные события: образовалась твердая наружная оболочка Земли (ранняя литосфера) и возникла гидросфера. Одни ученые полагают, что вначале вода покрывала всю или почти всю поверхность Земли. Другие считают, что это маловероятно, поскольку к концу архея планета успела «надышать» не более 10% воды от объема ныне существующих морей и океанов. Во всяком случае, ясно, что 2,5 млрд. лет назад можно было уже говорить о континентах и океанах. Кроме того, можно было говорить о литосферных плитах. Разумеется, очертания и состав этих плит тогда заметно отличались от нынешних.

Как выглядела в те времена наша планета? Происходили грандиозные извержения вулканов, создавался своеобразный горный рельеф. Обильные дожди рождали мощные водные потоки, которые разрушали горные хребты. Обломки горных пород сносились реками в понижения и там накапливались. Первичные осадочные породы со временем уплотнялись и под влиянием подземного тепла превращались в прочные метаморфические породы. На дно океанов изливались базальтовые лавы, похожие на те, что изливаются и поныне. Толщина земной коры постепенно увеличивалась, особенно в тех местах, где возникали мощные потоки из мантии. В земной коре стали появляться вздутия, имевшие в поперечнике десятки и сотни километров. Впоследствии они стали зачатками континентов. Согласно современным представлениям, такие «зачатки» континентов возникли в экваториальном поясе Земли.

После раннеокеанического начался этап, который ученые называют океано-континенталъным. Он начался 2,5 млрд. лет назад - в самом начале протерозоя - и продолжался затем в палеозое, мезозое, кайнозое. Короче говоря, этот этап занял все два с половиной миллиарда лет и продолжается поньщ^. На протяжении всего этого времени трижды происходило объединение континентов (при этом какие-то океаны закрывались) с последующим образованием океанов (при этом континенты распадались и расходились в стороны).

Первое объединение континентов завершилось 1,7 млрд. лет назад (где-то в середине протерозоя). После этого континенты начали распадаться и расходиться, что приводило к раскрытию различных океанов. Затем континенты стали вновь собираться вместе. Второе объединение континентов

Размещено на allbest.ru