Концепция новой глобальной тектоники Земли

 

Изучение геологии океанов, открытие планетарной системы срединно-океанических хребтов и рифтовых долин и т. д. дали ученым в последние годы принципиально новые геологические данные. Они послужили толчком для бурного развития идей мобилизма на качественно новой основе. Их объединяет воедино концепция новой глобальной тектоники, или тектоники плит. Она базируется на совокупности ряда современных гипотез: раздвигания океанического дна, дрейфа плит литосферы и др.

 

Гипотеза раздвигания океанического дна. В 1962 г. американский ученый Гарри Гесс выдвинул оригинальную гипотезу, возродившую интерес к идеям мобилизма. Он считает, что в рифтовые трещины срединно-океанических хребтов проникает из астеносферы расплавленная базальтовая магма. Изливаясь на океаническое дно, лава растекается по обе стороны от оси срединно-океанического хребта. Остывая и твердея, она образует «второй» вулканический слой океанической коры. А в самой центральной трещине рифта происходит формирование и наращивание новообразованной океанической коры. Благодаря этому дно океана раздвигается в обе стороны от оси срединного хребта. Процесс образования центральной трещины и внедрения в нее новых порций базальтового расплава многократно повторяется. Изливаясь вдоль трещины, лавы образуют новые полосы вулканического слоя. Остывая в центральной трещине, каждая новая порция лавы еще дальше раздвигает блоки литосферы в горизонтальном направлении в обе стороны от срединного хребта.

 

Эта гипотеза сразу нашла многих приверженцев. По их мнению, на подъем магмы сквозь рифтовые расщелины указывают, в частности, высокий тепловой поток и современный вулканизм, характерные для осевых зон срединных хребтов. Значения теплового потока вдоль линии рифтовой долины в несколько раз выше, чем в океаническом ложе вдали от оси срединного хребта.

 

Ф. Вайи и Д. Мэтьюз исследовали полосовые магнитные аномалии, параллельные оси срединно-океанических хребтов. Используя идею Г. Гесса и свойство магнитного поля Земли менять свою полярность через определенные промежутки времени, они выдвинули в 1963 г. оригинальную гипотезу. Базальтовая лава, излившаяся через рифтовую трещину, приобретает и сохраняет намагниченность в направлении общего магнитного поля Земли в момент своего застывания. При последующих излияниях магмы в случае смены направления магнитного поля Земли образуется полоса противоположной полярности. Таким образом, при постоянном излиянии магмы по мере раздвигания океанического дна по обе стороны от центральной рифтовой долины образуются магнитные полосы переменной полярности. Поэтому магнитное поле океанов вблизи срединных хребтов похоже на шкуру зебры.

 

Ряд ученых относятся к гипотезе Вайна — Мэтьюза отрицательно. Одни указывают на то, что в океанах известны обширные пространства, где полосовидные магнитные аномалии отсутствуют. Другие предполагают, что эти аномалии могут быть связаны с сильномагнитными породами, заполняющими многочисленные линейные параллельные разломы на дне океанов. Сторонники Ф. Вайна и Д. Мэтьюза считают, что линейные магнитные аномалии свойственны только области срединно-океанических хребтов. Но, по данным советского магнитолога Т. К. Симоненко, в средней части Западно-Сибирской низменности существует зона магнитных аномалий, напоминающих полосовидные аномалии на некоторых участках океанического дна.

 

Несмотря на определенные трудности в объяснении ряда существенных фактов, эта гипотеза в целом принимается многими геологами. Линейные магнитные аномалии используются при определении скорости раздвигания океанического дна. Магнитные профили и карты позволяют установить ширину полос магнитных аномалий, параллельных срединно-океаническим хребтам. В то же время известны точные даты нескольких последних изменений полярности магнитного поля Земли. Сопоставив чередование полосовых магнитных аномалий над срединно-океаническими хребтами с обращением магнитного поля Земли в донных колонках пород, ученые вычислили вероятные скорости разрастания океанического дна для последних 4,5—5 млн. лет. Эти данные были затем экстраполированы на отрезок геологического времени в 200 млн. лет.

 

Гипотеза движения плит литосферы. Гипотеза А. Вегенера оказалась несостоятельной, в частности, потому, что она предполагала скольжение твердого гранитного слоя по твердому базальтовому слою. В 1965 г. канадский ученый Дж. Тюзо Уилсон предположил, что несколько гигантских жестких плит литосферы, состоящих из земной коры и самой верхней части мантии, перемещаются по поверхности размягченной астеносферы.

 

Особенности перемещения литосферных плит описали в конце 60-х годов В. Джасон Морган, Ксавье Ле Пишон и другие ученые. По их представлениям, поверхность Земли разделяется на девять главных (см. рис. 3) и несколько мелких жестких литосферных плит. В их состав входят не только континенты, но и смежные части океанического дна. Такие плиты подобны льдинам, в которые вмерзли бревна (материки). Главными границами плит литосферы являются рифты срединно-океанических хребтов, глубоководные желоба и молодые складчатые горы по окраинам континентов.

 

От линии срединно-океанических хребтов вследствие новообразования здесь океанической коры происходит раздвигание в разные стороны литосферных плит. Наращивание океанической коры вдоль осей рифтовых долин компенсируется ее разрушением на противоположном краю плиты — в зоне глубоководного желоба. Предполагается, что здесь движущаяся от срединного хребта пластина океанической литосферы изгибается и погружается в астеносферу под углом 45° под движущуюся навстречу пластину континентальной литосферы. Погружение это происходит до глубины 700 км (рис. 28).

 

Таким образом, согласно гипотезе вещество астеносферы, излившееся вдоль оси рифтовых долин срединноокеанических хребтов, переносится на огромные расстояния и вновь погружается в астеносферу в зоне глубоководных желобов. Благодаря этому океаническое дно передвигается подобно гигантскому конвейеру и постоянно обновляется.

 

Ряд ученых считают, что подобные представления очень слабо аргументированы. Это одно из уязвимых мест концепции новой глобальной тектоники. Однако, по мнению сторонников гипотезы, представления о разделении литосферы на плиты и погружении океанических плит в зоне глубоководных желобов подтверждаются распределением по поверхности Земли очагов землетрясений. Подавляющее количество эпицентров неглубоких (мелкофокусных) землетрясений располагается вдоль осевой линии срединно-океанических хребтов. А очаги глубокофокусных землетрясений в основном приурочены к глубоководным океаническим желобам, островным дугам и молодым горно-складчатым областям.

 

По данным сейсмологии, под глубоководными желобами со стороны океана очаги землетрясений лежат иа глубине до 70—80 км. Но по направлению к континенту их глубина последовательно возрастает до 700 км. Линия, соединяющая очаги землетрясений, круто падает под углом 45° от глубоководного желоба в сторону материка. Это связывается с существованием здесь наклонного глубинного разлома, уходящего под материк. Предполагается, что именно вдоль его поверхности пластина океанической литосферы погружается в мантию до глубины 700 км. При надвигании одной плиты на другую, погружающуюся в астеносферу, вдоль контактной плоскости накапливается упругая сейсмическая энергия. Она освобождается в землетрясениях, сопутствующих надвиганию.

 

Предположение о существовании подобных наклонных разломов в области глубоководных желобов впервые высказали советский академик А. Н. Заварицкий, японский ученый Ватати и американский ученый Г. Беньоф. В честь их такие поверхности очагов глубокофокусных землетрясений называются «зонами Заварицкого—Беньо-фа» (или Ватати—Беньофа). Такая зона обнаружена, например, в восточной части Тихого океана и простирается от Чилийско-Перуанского глубоководного желоба под континент Южной Америки.

 

Для обоснования возможности погружения литосферных плит в область глубоководных желобов привлекается и тот факт, что величина теплового потока, значительная в зоне рифтовых долин, оказалась существенно пониженной вблизи глубоководных желобов. Это принимается как подтверждение того, что здесь холодная плита погружается в верхнюю мантию.

 

Сторонники тектоники плит считают, что при столкновении материковых краев плит происходит надвигание одной плиты на другую. Так надвигаются торосы при сжатии ледяного покрова. Это приводит к образованию молодых складчатых гор. Например, столкновением континентальных масс в области океана Тетис, разделявшего Лавразию и Гондвану, объясняется возникновение Альпийско-Гималайского складчатого пояса. Образование высочайших в мире гор — Гималаев — связывают со столкновением отколовшейся от Африки и движущейся на северо-восток Индостанской плиты с Азиатской плитой. Индостанская плита погрузилась под Азиатскую. При этом возникла область сдвоенной толщины литосферы. Происхождение молодой горно-складчатой цепи Перуанских Анд представляется следствием одностороннего давления с запада океанической коры на Южно-Американский материк.

 

Подсчитано, что вдоль осей срединно-океанических хребтов ежегодно образуется около 2,6 км2 новой поверхности, а в островных дугах (океанических желобах) и молодых горных поясах исчезает поверхность такой же площади.

 

Сторонники концепции считают, что плиты литосферы, раздвигаясь от осей срединно-океанических хребтов, испытывали одновременно поворот вокруг определенных осей. Точки пересечения этих осей с поверхностью Земли называются «полюсами поворота». Полагают, что полюса вращения всех плит расположены в северо-западной Атлантике, у юго-западной оконечности Гренландии. В то же время раскрытие Индийского океана связывают с полюсом вращения, расположенным в Ливии. Однако сторонники гипотезы не смогли объяснить, что лежит в основе такой закономерности и чем именно определяется само положение полюсов поворота плит.

 

Возраст океанов

Основное отличие тектоники плит от предшествующих мобилистских гипотез состоит в том, что она позволяет измерить и вычислить относительные перемещения плит.

 

В последнее десятилетие в Атлантическом и Тихом океанах проведено бурение на глубинах до 6 км с американского исследовательского судна «Гломар Челлен-джер». В этой международной программе принимают участие и другие страны, в том числе и СССР. Наибольшая глубина проникновения в толщу пород океанического дна составляет 1741 м при глубине моря 3900 м. Проводилось также драгирование океанического дна, в частности, советскими научно-исследовательскими судами. Со дна океана подняты образцы пород, возраст которых определялся по содержащимся в них ископаемым остаткам. Оказалось, что подошва осадочного слоя омолаживается по направлению от краевых зон океанов к осям срединно-океанических хребтов. Наиболее древние осадочные породы, относящиеся к верхней части юрской системы, вскрыты у берегов Северной Америки на Бермудской возвышенности, к северо-востоку от Бермудских островов. Здесь между верхней юрой и «вторым» вулканическим слоем расположена осадочная толща, возраст которой остается неустановленным. Верхнеюрские мергели подняты с океанического дна севернее острова Сан-Сальвадор (Багамские острова). Отложения верхней юры или близкого возраста выступают на островах Канарских и Зеленого Мыса у берегов Африки. В обоих случаях имеются основания предполагать, что под ними залегают и более древние мезозойские осадки, возможно даже верхнепалеозойские.

 

На склонах Срединно-Атлантического хребта непосредственно над базальтами второго слоя вскрыты осадки эоценового возраста. А ближе к оси срединного хребта — миоценового возраста. В рифтовых долинах обнаружены маломощные плиоцен-антропогеновые осадки, подстилаемые излившимися базальтами. В северо-западной части Тихого океана наиболее древние осадки достигнуты на подводной возвышенности Шатского. В ее центральной части и на склонах установлены верхнемеловые, а в основании разреза — верхнеюрские отложения. Судя по сейсмоакустическим данным, ниже вскрытых пород, по-видимому, залегает более древняя осадочная толща.

 

Основным результатом этих исследований является вывод о том, что возраст отложений, слагающих дно океанов, омолаживается по направлению от континентов к срединным хребтам и что континенты значительно древнее, чем океаническое ложе.

 

Сторонники новой глобальной тектоники считают, что почти две трети дна океанов сформировалось в течение последних 80 млн. лет.

 

Во взглядах на конкретный возраст отдельных океанов ученые расходятся. Некоторые считают, что разделение Пангеи и образование океанического дна в Северной Атлантике началось в начале мезозойской эры (200— 300 млн. лет назад) либо в конце палеозоя. Отделившиеся в это время друг от друга Северная Америка и Европа стали удаляться в обе стороны от Срединно-Атлантического хребта. Отделение Южной Америки от Африки произошло около 150—200 млн. лет назад. Это совпадает с геологическими данными, по которым раскрытие экваториальной Атлантики приурочено к раннемеловому времени. По данным других авторов, раскол афро-южноаме-риканской глыбы и образование Южной Атлантики произошли около 100—120 млн. лет назад.

 

Зарождение Индийского океана относится к 160 млн. лет назад. В это время Антарктида и Австралия отделились от Африки. Согласно одной точке зрения Срединно-Индоокеанский хребет, положивший начало отделения Индостана от Африки, возник в неогеновый период — около 60 млн. лет назад. По другим представлениям Индостан уже в меловом периоде был достаточно удален от Африки и Австралии. Австралия и Антарктида сначала перемещались вместе. Окончательно они разделились в палеогеновый период. Около 30 млн. лет назад возникла рифтовая система Аденского залива и Красного моря. Вследствие этого Африканский материк стал отделяться от Евразиатского материка. Процесс этот, по-видимому, продолжается и сейчас. Красное море рассматривается как молодой океан.

 

Около 60—70 млн. лет назад возникла северная ветвь Срединно-Атлантического хребта. От Европейского материка откололся «обломок»—Гренландия и стал двигаться к западу.

 

Ученые существенно расходятся во взглядах на возраст Тихого океана. Одни определяют его как докембрий-ский, и в частности как раннепротерозойский. По мнению других, Тихий океан образовался не позднее начала мезозойской эры.

 

По некоторым оценкам скорость разрастания океанического дна колеблется в пределах 1—20 см/год. Так, в Атлантическом океане дно разрастается со скоростью от 1 до 4 см/год. Северная Америка и Европа удаляются от Срединно-Атлантического хребта со скоростью 1— 1,5 см/год, а Южная Америка и Африка — 1,5—2,2 см/год и более. В Индийском океане наибольшая скорость — 6 см/год приурочена к широтному хребту, расположенному в южных сороковых широтах. В Тихом океане скорость разрастания дна изменяется от 4,4 до 16 см/год.

 

Изучение полосовых магнитных аномалий во фланговых зонах срединно-океанических хребтов привело исследователей к выводу о том, что скорости разрастания океанического дна не были постоянными во времени.

 

Механизм перемещения плит литосферы

Вопрос о механизме перемещения плит литосферы относится к числу наиболее уязвимых в концепции новой глобальной тектоники. А. Вегенер объяснял смещение материков действием центробежных и приливных сил. Но большинство исследователей сомневаются в том, что эти силы или какая-либо иная внешняя сила способны вызвать на вращающейся Земле разнонаправленные постоянные перемещения огромных плит.

В конце 20-х годов нынешнего столетия шотландский геолог А. Холмс выдвинул гипотезу конвекционных (лат. «конвекто» — сквожу) подкоровых течений. Он считал, что разогретое в процессе радиоактивного распада мантийное вещество разуплотняется и становится более легким. Вследствие этого оно поднимается (всплывает) вверх. Вблизи земной поверхности разогретые потоки растекаются в горизонтальном направлении. Затем они охлаждаются и уплотняются вновь. Став тяжелее, вещество погружается обратно в глубь Земли. Возникающие таким образом конвекционные потоки подкорового вещества вызывают движение континентов.

 

Эта гипотеза поддерживается многими сторонниками концепции новой глобальной тектоники. Они считают, что кругообращение вещества, описывающего конвекционные петли внутри мантии, обусловливает перемещение плит литосферы от зон поднятия горячего мантийного вещества к областям его погружения в мантию. Повышенные значения тепловых потоков над срединно-океаническими хребтами принимаются как указание на то, что здесь всплывают восходящие потоки разогретого менее плотного мантийного вещества.

 

В месте расхождения двух соседних петель конвекционных потоков происходит растяжение земной коры (см. рис. 29). Здесь возникают продольные разрывы и рифтовые расщелины. В месте схождения нисходящих ветвей конвекционных течений образуются прогибы. Земная кора в них испытывает сжатие. Вследствие этого образуются складки, разрывы, надвиги и т. д.

 

Некоторые ученые ставят под сомнение возможность существования конвекции большого масштаба, охватывающей всю мантию в целом. По В. В. Белоусову, Е. Н. Люстиху, А. В. Магницкому, этому препятствует слишком быстрое возрастание плотности с глубиной, а также значительная вертикальная неоднородность слоя

 

С.            Теоретически конвекция может проявляться лишь при высокой однородности земного вещества по составу и вязкости. Пластичная астеносфера обладает вязкостью, в сто раз меньшей вязкости жесткой литосферы. В связи с этим, как отмечает член-корреспондент АН СССР П. Н. Кропоткин, астеносфера должна играть роль «смазки». Конвекционные движения, если они происходят в мантии ниже астеносферы, не будут передаваться на земную кору.

 

Некоторые ученые объясняют механизм раздвигания океанического дна неконвекционными течениями. По мнению А. Л. Хейлса, плиты литосферы должны сползать вниз под действием силы тяжести от срединно-океанических хребтов благодаря их высокому гипсометрическому положению. Советский геофизик Е. В. Артюшков сравнивает растекание дна океанов с растеканием капли масла в супе. По его мнению, плиты литосферы, залегающие на астеносфере, уравновешены вертикально, но не горизонтально. Поэтому любое утолщение земной коры будет стремиться растечься в стороны с силой, достаточной, чтобы привести в движение всю остальную часть плиты.

 

Концепция новой глобальной тектоники удовлетворительно увязывает многие известные факты. Вместе с тем осталось еще много нерешенных проблем. Обсуждение концепции породило огромную лавину литературы, в которой остро столкнулись противоречивые течения.

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (08.11.2018)
Просмотров: 14 | Теги: Геология | Рейтинг: 0.0/0