тектоника плит

Article

July 5, 2022

Тектоника плит, тектоника плит или тектоника плит — это научная теория, объясняющая географическое положение континентов, океанов, гор и других структур на поверхности Земли, а также геологические структуры в земной коре и места, где происходят землетрясения и вулканизм. Согласно этой теории, литосфера (самый наружный слой Земли, в среднем толщиной около 100 км) делится на тектонические плиты или плиты, которые независимо друг от друга перемещаются по поверхности Земли за счет «токов» в подстилающей астеносфере. Хотя астеносфера не является жидкостью, она имеет относительно низкую прочность на сдвиг, что делает ее медленно текущей вязкой жидкостью, измеряемой в геологической шкале времени. На Земле семь или восемь основных плит (в зависимости от того, как они определяются) и большое количество меньших плит. Плиты обычно перемещаются относительно друг друга на несколько сантиметров в год, что на самом деле можно измерить с помощью геодезических измерений со спутников и РСДБ с 1990-х годов. Существует три типа границ: сходящиеся (где плиты движутся навстречу друг другу), расходящиеся (где плиты удаляются друг от друга) и трансформирующиеся (где плиты движутся мимо друг друга). На границе расходящейся плиты затвердеванием магмы образуется новая литосфера, этот процесс называется океаническим спредингом. На границе сходящихся плит одна из двух плит будет скользить под другую (субдукция). На практике из-за своей низкой плотности континентальная кора плохо погружается. Поэтому обычно погружающаяся плита состоит из океанической коры. Если два континента движутся навстречу друг другу, ни одна из плит не погружается, и происходит горообразование. Поскольку вдоль этих границ сосредоточено движение в литосфере, здесь происходят землетрясения, вулканизм, образование горных хребтов и океанических прогибов. Теория тектоники плит была разработана в 1960-х годах как преемник гипотезы дрейфа континентов Альфреда Вегенера. Вопреки гипотезе Вегенера, тектоника плит вскоре получила широкое признание в научном сообществе. Поскольку вдоль этих границ сосредоточено движение в литосфере, здесь происходят землетрясения, вулканизм, образование горных хребтов и океанических прогибов. Теория тектоники плит была разработана в 1960-х годах как преемник гипотезы дрейфа континентов Альфреда Вегенера. Вопреки гипотезе Вегенера, тектоника плит вскоре получила широкое признание в научном сообществе. Поскольку вдоль этих границ сосредоточено движение в литосфере, здесь происходят землетрясения, вулканизм, образование горных хребтов и океанических прогибов. Теория тектоники плит была разработана в 1960-х годах как преемник гипотезы дрейфа континентов Альфреда Вегенера. Вопреки гипотезе Вегенера, тектоника плит вскоре получила широкое признание в научном сообществе.

Геология и биология в свете тектоники плит

Из деления литосферы на тектонические плиты следует, что движения в земной коре сосредоточены в зонах соприкосновения плит друг с другом. Согласно теории, большая сейсмическая (землетрясения) и тектоническая (образование геологических структур, горообразование) активность и вулканизм будут иметь место вдоль границ плит, в то время как в середине плит вряд ли может быть какая-либо геологическая активность. Что вполне соответствует действительности. Действительно, большая часть геологической активности происходит вдоль границ плит. Теория менее пригодна для объяснения вулканизма и тектоники в средней части плит. Для объяснения этих явлений используется, например, расположение горячих точек. Тектоника плит также предсказывает, что движения в земной коре могут быть как горизонтальными, так и вертикальными. Это также хорошо соответствует действительности. Геологическое строение многих горных хребтов состоит из перекрывающихся покровных щитов, кусков земной коры, часто сдвинутых по горизонтали на сотни километров. Многие горные хребты имеют асимметричное строение, тектоника плит объясняет это в результате остановившейся субдукции одной из двух плит. Континентальная кора ведет себя иначе, чем океаническая кора. Континент не погружается быстро (он легче и толще океанической коры), поэтому сегодня на континентах можно найти породы возрастом в несколько миллиардов лет. С другой стороны, океаническая кора старше 180 миллионов лет (млн лет назад) встречается редко. Океаническая кора имеет ограниченный срок службы из-за процесса субдукции. Тектоника плит является хорошим объяснением возраста океанической коры. Движение континентов объясняет не только то, почему ископаемые виды иногда встречаются по обе стороны океана, но и современное (биогеографическое) распространение видов. Виды на разных континентах иногда имеют общих предков, что можно объяснить аллопатрическим видообразованием и раздвижением континентов.

Расходящееся движение плит

Там, где раздвигаются две плиты, астеносфера движется вверх, а новая (океаническая) литосфера создается плутонизмом и вулканизмом. Большинство расходящихся границ плит представляют собой срединно-океанические хребты, но межконтинентальные рифты также являются расходящимися границами плит.

Срединно-океанические хребты

Там, где раздвигается океаническая литосфера, поднимается астеносфера. С этим восходящим потоком (литостатическое) давление падает, вызывая частичное плавление астеносферы. Магма застывает в нижних слоях земной коры в крупных магматических очагах, образуя глубинные породы (габбро). Он продвигается дальше по дайкам (где магма затвердевает в виде долерита), чтобы вылиться на поверхность в виде подушечной лавы (затвердевающей в виде базальта) по дну океана. По мере затвердевания магмы образуется новая океаническая литосфера. В районе границы плит поток тепла от Земли очень велик, из-за чего земная кора становится легкой и приподнимается. Образовавшиеся «подводные горы» — это срединно-океанические хребты. Они образуют самые длинные непрерывные горные хребты на Земле (их общая длина составляет 70 000 км).

Внутриконтинентальные рифтовые зоны

Когда земная кора раздвигается под континентом, это сопровождается тектоникой растяжения, проявляющейся в таких геологических структурах, как сдвиги, горстены и рифты. Результатом является удлиненный разлом, который образует большую депрессию в ландшафте. Примеры включают Великую или Восточноафриканскую рифтовую долину в Восточной Африке и Мертвое море между Израилем и Иорданией. Поскольку земная кора в такой ситуации становится все тоньше и тоньше, теплая астеносфера поднимается. Частичное плавление создает магму, которая движется вверх и вызывает основной вулканизм на поверхности Земли. Однако жара также заставляет оба склона разлома (так называемые плечи разлома) двигаться вверх. Это области, где более старые геологические слои выходят на поверхность. Например, невысокие горные хребты Вогезов и Шварцвальда образовались в результате тектонического поднятия на краю Верхнерейнского разлома. В таких областях часто выходят на поверхность метаморфические и глубинные породы нижней коры (вместе именуемые кристаллическим основанием). По мере того, как литосфера под рифтовой зоной продолжает раздвигаться, в конечном итоге будет создана новая океаническая литосфера, которая постепенно сформирует узкий океанический бассейн, который становится все шире и шире. Например, Красное море считается океаном в его начальной стадии. Однако возможно и то, что рифт через некоторое время перестает расти, Примером такого несостоявшегося рифта является бассейн Северного моря, сформировавшийся в юре и мелу. Реконструкции рифтовой зоны, эволюционировавшей впоследствии в Атлантический океан, показывают, что рифт развивался не как вытянутая линия, а во многих местах разветвлялся (в этих местах встречаются так называемые тройные стыки, три расходящиеся границы плит). Одна из двух ветвей со временем превратилась в океан, другая со временем стала неактивной. Аналогичным тройным стыком между тремя относительно новыми рифтовыми зонами является Афарский треугольник на Африканском Роге, где сходятся Красное море, Восточно-Африканская рифтовая долина и Аденский залив.

Сходящееся движение плиты

Если две плиты движутся навстречу друг другу, одна плита подгибается под другую. В зависимости от того, континентальная литосфера или океаническая, геологическая ситуация будет разной. Выше зоны субдукции на дне океана обычно образуется желоб, перед которым аккреционный клин от погружающейся плиты образует «соскобленные» куски коры и осадка (это называется тектоническим меланжем). Плиты скользят друг по другу вдоль зоны субдукции. Зона, в которой это вызывает землетрясения, называется зоной Вадати-Беньоффа.

Коллисиетип

Тектоническая плита может содержать как континентальную, так и океаническую литосферу. Если океаническая часть погружается под континент, континентальная часть будет медленно двигаться к этому континенту. Это означает, что два континента в конечном итоге столкнутся друг с другом (континентальное столкновение). Однако континентальная литосфера слишком толстая и легкая, чтобы ее можно было легко субдуцировать, что вызывает утолщение земной коры из-за образования гор, что в конечном итоге останавливает конвергентное движение двух плит. Горообразование происходит за счет надвиговой тектоники, при которой куски земной коры (так называемые обертки) скользят друг по другу. Застойная субдукция вызывает смешение кусочков нижних отделов земной коры, тектонический меланж и куски океанической коры (офиолиты), ранее находившиеся между двумя континентами, снова поднимаются вверх (обдукция). Из-за большой глубины эти породы сильно метаморфичны и часто прорываются кислой магмой (гранитом) из-за частичного плавления. Это целое образует ядро ​​горного хребта. Из-за давления, которое преобладает в основном на кровле погружающейся вниз наклонной плиты, в осадочных породах кровли этой плиты образуются крупные надвиги и складки. Эти покровы осадочных пород перемещаются по большому листрическому разлому к мысу и образуют склоны горного хребта. Все это называется складчато-упорным поясом. Не все складные и упорные ремни имеют одинаковую структуру и конструкцию. потому что направление движения плит не всегда было только сходящимся. В то же время движение плит могло иметь большой компонент бокового скольжения или могло прекратиться на ранней стадии горообразования. Примерами горных хребтов, возникших при приблизительно конвергентном движении, являются Альпы или Гималаи.

Анды- кордильератипа

Когда океаническая литосфера погружается под континент, механическое напряжение в движущихся мимо друг друга плитах приводит к тому, что океанические отложения и куски самой океанической плиты (так называемые офиолиты) отрываются от погружающейся плиты и обдукцируются (скользят по поверхности). переходная пластина). При этом деформируется край обгонной плиты: образуются взбросы и складки. Поскольку положение зоны субдукции под континентом почти не меняется, могут возникать длинные горные хребты, лучшим примером которых являются Анды на западной стороне Южной Америки. Океаническая плита Наска погружается здесь под Южноамериканскую плиту. При субдукции океанической под континентальную литосферу породы, насыщенные летучими веществами (особенно водой), перемещаются на большие глубины. При переносе этих пород на большие глубины летучие вещества выделяются в результате реакций метаморфизма. Они поднимаются через вышележащую мантию. Вода снижает температуру плавления горных пород, поэтому поднимающиеся жидкости вызывают частичное плавление, образуя основную магму. Это поднимается и нагревает нижнюю часть коры, где образуется кислая магма (анатексис). Магма поднимается и вторгается в преобладающую плиту, создавая вулканическую дугу с большим количеством взрывного вулканизма над зоной субдукции, примерно в том же месте, где лежат горные хребты. Следы извержений светящихся облаков можно найти повсюду в Андах, в Чили, Боливии и Перу. Примерами действующих сегодня вулканов являются Серро Гудзон и Корковадо. Они поднимаются через вышележащую мантию. Вода снижает температуру плавления горных пород, поэтому поднимающиеся жидкости вызывают частичное плавление, образуя основную магму. Это поднимается и нагревает нижнюю часть коры, где образуется кислая магма (анатексис). Магма поднимается и вторгается в преобладающую плиту, создавая вулканическую дугу с большим количеством взрывного вулканизма над зоной субдукции, примерно в том же месте, где лежат горные хребты. Следы извержений светящихся облаков можно найти повсюду в Андах, в Чили, Боливии и Перу. Примерами действующих сегодня вулканов являются Серро Гудзон и Корковадо. Они поднимаются через вышележащую мантию. Вода снижает температуру плавления горных пород, поэтому поднимающиеся жидкости вызывают частичное плавление, образуя основную магму. Это поднимается и нагревает нижнюю часть коры, где образуется кислая магма (анатексис). Магма поднимается и вторгается в доминирующую плиту, создавая вулканическую дугу с большим количеством взрывного вулканизма над зоной субдукции, примерно в том же месте, где лежат горные хребты. Следы извержений светящихся облаков можно найти повсюду в Андах, в Чили, Боливии и Перу. Примерами действующих сегодня вулканов являются Серро Гудзон и Корковадо. Вода снижает температуру плавления горных пород, поэтому поднимающиеся жидкости вызывают частичное плавление, образуя основную магму. Это поднимается и нагревает нижнюю часть коры, где образуется кислая магма (анатексис). Магма поднимается и вторгается в доминирующую плиту, создавая вулканическую дугу с большим количеством взрывного вулканизма над зоной субдукции, примерно в том же месте, где лежат горные хребты. Следы извержений светящихся облаков можно найти повсюду в Андах, в Чили, Боливии и Перу. Примерами действующих сегодня вулканов являются Серро Гудзон и Корковадо. Вода снижает температуру плавления горных пород, поэтому поднимающиеся жидкости вызывают частичное плавление, образуя основную магму. Это поднимается и нагревает нижнюю часть коры, где образуется кислая магма (анатексис). Магма поднимается и вторгается в преобладающую плиту, создавая вулканическую дугу с большим количеством взрывного вулканизма над зоной субдукции, примерно в том же месте, где лежат горные хребты. Следы извержений светящихся облаков можно найти повсюду в Андах, в Чили, Боливии и Перу. Примерами действующих сегодня вулканов являются Серро Гудзон и Корковадо. в результате чего над зоной субдукции, примерно там же, где расположены горные хребты, можно обнаружить вулканическую дугу с большим количеством эксплозивного вулканизма. Следы извержений светящихся облаков можно найти повсюду в Андах, в Чили, Боливии и Перу. Примерами действующих сегодня вулканов являются Серро Гудзон и Корковадо. в результате чего над зоной субдукции, примерно там же, где расположены горные хребты, можно обнаружить вулканическую дугу с большим количеством эксплозивного вулканизма. Следы извержений светящихся облаков можно найти повсюду в Андах, в Чили, Боливии и Перу. Примерами действующих сегодня вулканов являются Серро Гудзон и Корковадо.

Островные арки

Если два куска океанической литосферы движутся навстречу друг другу, один будет погружаться под другой. Когда переходящая плита состоит из океанической коры, вулканизм сформирует островную дугу. Примеры включают Зондские острова Индонезийского архипелага (где океаническая кора Австралийской плиты погружается под азиатскую океаническую кору) и Антильские острова (где океаническая кора Северо-Американской плиты погружается под Карибскую плиту). Другим примером вулканизма за зоной субдукции является вулканизм в Средиземном море, например, на Везувии и Этне. Если смотреть сверху, островные дуги, связанные с субдукцией, обычно образуют изогнутую дугу. Эта кривизна возникает из-за геометрии погружающейся плиты на искривленной поверхности (например, на поверхности Земли).

Преобразование движения плиты

В дополнение к сходящимся и расходящимся границам плит существуют также трансформные или консервативные границы плит. Здесь движение двух плит параллельно друг другу. Трансформные разломы характеризуются неглубокими землетрясениями в узкой зоне вдоль разлома или в широкой зоне при наличии нескольких смежных разломов. Примером границы трансформной плиты является зона разлома вдоль западного побережья США, где она соединяет океаническую зону распространения вокруг Нижней Калифорнии с небольшой зоной распространения к северо-западу от Сан-Франциско. Самая известная часть этой зоны разломов — разлом Сан-Андреас.

Горячие точки и тектоника плит

Выше были упомянуты некоторые типы вулканизма, которые всегда связаны с тектоникой плит. Вулканизм также может происходить отдельно от тектоники плит. В определенных местах мантии Земли горячий материал поднимается и поднимается прямо сквозь литосферу. Это так называемые горячие точки. Мы все еще очень мало знаем о горячих точках. Предполагается, что этот материал происходит из слоя D", самого нижнего слоя мантии, граничащего с ядром Земли. Положение горячих точек меняется очень медленно по сравнению с движением плит; плиты перемещаются по горячим точкам. Горячие точки оставляют за собой след из островов. на поверхности Земли, и вы можете легко увидеть маршрут плиты в прошлом, например, острова Гавайи. Скорость тарелок обычно указывается относительно другой тарелки, это относительная скорость. Поскольку предполагается, что горячие точки практически не двигаются, по следам островков можно определить абсолютную скорость плиты (скорость плиты относительно фиксированной точки пространства), если возраст вулканической породы на островках прежде всего определяется. Затем предполагается, что точка доступа не перемещается.

Приводные механизмы

Хотя тектоника плит широко распространена среди ученых, течения и силы, вызывающие движение плит, до сих пор неясны. Понятно, что движение плит является частью конвекционных течений в мантии Земли.

Мантийная конвекция

Наиболее распространенная модель состоит в том, что вся мантия конвектируется одновременно. То есть на границе ядро-мантия (глубина 2890 км) возникают горячие восходящие потоки. Восходящий поток будет вызван разницей температур между мантией Земли и ядром Земли, что приведет к нагреву мантии снизу. Энергия этого теплового потока частично восходит к энергии аккреции от образования Земли, другая часть поступает от распада радиоизотопов. Приливные силы Луны имеют очень небольшое влияние, и ими можно пренебречь. Однако опыты с высоковязкими жидкостями показывают, что при нагревании они образуют в основном симметричные конвекционные ячейки. Это не соответствует форме и положению тектонических плит на Земле. Поразительным в распределении границ плит по Земле является то, что со стороны Тихого океана (так называемого водного полушария) имеется большее количество зон субдукции, а со стороны Атлантического больше зон распространения. Это можно объяснить гипотезой цикла Вильсона, в которой предполагается только два доминирующих конвекционных течения. Модель конвекции всей мантии противопоставляется модели двух наложенных друг на друга слоев мантии, которые конвектируют независимо друг от друга. Разделение будет происходить вокруг переходной зоны мантии, зоны глубиной около 420–670 км, где мантия приобретает более плотную кристаллическую структуру. Эта разница в плотности может привести к замедлению или отклонению восходящих или нисходящих потоков, позволяя конвекционным ячейкам оставаться отдельными. Однако похоже, что истина лежит где-то посередине и токи иногда проходят, а иногда нет переходную зону. Особенностью распределения границ плит на Земле является то, что в южном полушарии больше зон распространения, а в северном полушарии больше зон субдукции. Это приводит к тому, что литосфера перемещается в среднем с юга на север, а континенты концентрируются в северном полушарии. Это возможно только в том случае, если для компенсации доминирующее течение в глубине мантии направлено с севера на юг. Ситуация может стать настолько экстремальной, что все континенты сольются в новый суперконтинент, после чего поток должен будет повернуть вспять. Затем снова начинается цикл Вильсона, начавшийся с рифтогенеза Пангеи. иногда не проходят переходную зону. Особенностью распределения границ плит на Земле является то, что в южном полушарии больше зон распространения, а в северном полушарии больше зон субдукции. Это приводит к тому, что литосфера перемещается в среднем с юга на север, а континенты концентрируются в северном полушарии. Это возможно только в том случае, если для компенсации доминирующее течение в глубине мантии направлено с севера на юг. Ситуация может стать настолько экстремальной, что все континенты сольются в новый суперконтинент, после чего поток должен будет повернуть вспять. Затем снова начинается цикл Вильсона, начавшийся с рифтогенеза Пангеи. иногда не проходят переходную зону. Особенностью распределения границ плит на Земле является то, что в южном полушарии больше зон распространения, а в северном полушарии больше зон субдукции. Это приводит к тому, что литосфера перемещается в среднем с юга на север, а континенты концентрируются в северном полушарии. Это возможно только в том случае, если для компенсации доминирующее течение в глубине мантии направлено с севера на юг. Ситуация может стать настолько экстремальной, что все континенты сольются в новый суперконтинент, после чего поток должен будет повернуть вспять. Затем снова начинается цикл Вильсона, начавшийся с рифтогенеза Пангеи. и другие зоны субдукции в Северном полушарии. Это приводит к тому, что литосфера перемещается в среднем с юга на север, а континенты концентрируются в северном полушарии. Это возможно только в том случае, если для компенсации доминирующее течение в глубине мантии направлено с севера на юг. Ситуация может стать настолько экстремальной, что все континенты сольются в новый суперконтинент, после чего поток должен будет повернуть вспять. Затем снова начинается цикл Вильсона, начавшийся с рифтогенеза Пангеи. и другие зоны субдукции в Северном полушарии. Это приводит к тому, что литосфера перемещается в среднем с юга на север, а континенты концентрируются в северном полушарии. Это возможно только в том случае, если для компенсации доминирующее течение в глубине мантии направлено с севера на юг. Ситуация может стать настолько экстремальной, что все континенты сольются в новый суперконтинент, после чего поток должен будет повернуть вспять. Затем снова начинается цикл Вильсона, начавшийся с рифтогенеза Пангеи. Ситуация может стать настолько экстремальной, что все континенты сольются в новый суперконтинент, после чего поток должен будет повернуть вспять. Затем снова начинается цикл Вильсона, начавшийся с рифтогенеза Пангеи. Ситуация может стать настолько экстремальной, что все континенты сольются в новый суперконтинент, после чего поток должен будет повернуть вспять. Затем снова начинается цикл Вильсона, начавшийся с рифтогенеза Пангеи.

Силы на погружающейся плите

Скорость, с которой плита погружается, зависит не только от конвекционных течений в мантии, но и от ряда сил, действующих на саму плиту. По мнению некоторых геофизиков, эти силы являются важной движущей силой тектоники плит. После того как на спрединговом хребте сформируется океаническая литосфера, она будет медленно остывать, уплотняться и тяжелеть. В то же время литосфера на дне растет, потому что нижележащая астеносфера также медленно остывает. В результате старая океаническая литосфера намного тяжелее молодой, даже плотнее астеносферы в среднем через 100 миллионов лет. Когда такая тяжелая древняя океаническая литосфера погружается, она под собственным весом втягивает плиту глубже в мантию, заставляя растягивающую силу действовать на погружающуюся тектоническую плиту. называется тягой плиты. Эффект еще больше усиливается по мере того, как литосфера глубже в мантии проходит серию фазовых переходов, делая ее еще более плотной. В то же время на океаническую литосферу со стороны океанических хребтов действует наклонная сила, так как литосфера здесь выше, чем дальше от хребтов. Эта сила называется толчком гребня. В то же время напряжения в перекрывающей плите в зоне субдукции создают растягивающую силу. Однако скорость океанической плиты также зависит от сил реакции. и соотношение сил трудно определить. потому что литосфера здесь выше, чем дальше от хребтов. Эта сила называется толчком гребня. В то же время напряжения в перекрывающей плите в зоне субдукции создают растягивающую силу. Однако скорость океанической плиты также зависит от сил реакции. и соотношение сил трудно определить. потому что литосфера здесь выше, чем дальше от хребтов. Эта сила называется толчком гребня. В то же время напряжения в перекрывающей плите в зоне субдукции создают растягивающую силу. Однако скорость океанической плиты также зависит от сил реакции. и соотношение сил трудно определить.

Физическое описание движения плит

Согласно математику Леонарду Эйлеру, любое движение твердого тела вокруг фиксированной точки описывается как вращение вокруг оси, проходящей через эту точку. Для тектонических плит это означает, что их движение (вернее, движение одной плиты относительно другой) можно математически описать как вращение вокруг оси вращения, проходящей через центр Земли. Каждая пластина также имеет полюс вращения (называемый полюсом Эйлера), где эта ось пересекает поверхность Земли. Движение плит образует малый круг.Это объясняет, например, почему Атлантический океан в некоторых местах менее широк, здесь он ближе к полюсу вращения между континентами Европы и Африки на востоке и Северной и Южной Америкой на востоке. Запад. Движение плит, которое обычно измеряется, является относительным движением по отношению к другой плите. Для измерения абсолютного движения необходима фиксированная точка отсчета. Для этого иногда предполагают, что горячие точки представляют собой неподвижные точки, относительно которых движутся плиты.

Тектоника плит в прошлом

Рост Атлантического океана можно реконструировать примерно до 180 миллионов лет назад, когда континенты располагались на противоположных сторонах, образуя один большой суперконтинент Пангею. Нет океанической литосферы старше 180 миллионов лет, что затрудняет реконструкцию из более отдаленных периодов. Палеомагнитные реконструкции можно использовать для определения движения континентов относительно (гео)магнитного полюса. То, как океанические части тектонических плит соприкасались в то время, в значительной степени остается догадкой. Другая проблема заключается в том, что, особенно если делать реконструкцию для протерозоя или архея, большие части нынешних континентов еще не сформировались.

Начало тектоники плит

В начале истории Земли производство тепла внутри Земли было намного больше, чем сегодня. Следовательно, мантийная конвекция должна была развиваться быстрее, чем сейчас, а это означает, что тектоника плит происходила по-другому или, возможно, даже отсутствовала. Часто полагают, что в архее конвективные ячейки и тектонические плиты были меньше; в то время как было больше зон распространения с гораздо более интенсивным вулканизмом. Следы крупномасштабного орогенеза не появляются до конца протерозоя (1 млрд лет назад). До сих пор нет единого мнения о том, как выросла общая поверхность континентальной коры со времен архея. Однако большинство геохимиков предполагают, что в архее было меньше континентальной массы, что привело к большему количеству океанических бассейнов и гораздо более низкому уровню моря. В результате зоны распределения в это время находились над водой. Из-за недостатка воды при формировании новой литосферы кора океана имела другой состав, что затрудняло субдукцию.

Тектонические реконструкции плит

Реконструкции показывают, что до образования Пангеи несколько раз существовал суперконтинент, который раскалывался до тех пор, пока континенты не воссоединялись, что сопровождалось образованием гор. Этот цикл известен как цикл Вильсона. В раннем палеозое (около 500 миллионов лет назад) континентальная масса была разделена между более крупным континентом Гондвана на юге и большим количеством более мелких континентов на севере. Наиболее важными меньшими континентами с европейской точки зрения являются Балтика, которая примерно занимала современную Скандинавию; Лаврентия, примерно современная Северная Америка, и Авалония, небольшой континент, который занимал часть современной Западной Европы и дрейфовал из Гондваны на север. Эти три материка вместе образовывали Еврамерику во времена Каледонского горного хребта (450-400 млн лет назад), следы которого можно найти в основном в Скандинавии и на Британских островах.В то же время Гондвана (в которую входила современная Южная Европа) была двигаясь на север, чтобы присоединиться к Еврамерике во время герцинского горообразования (370-300 миллионов лет назад). Это сформировало Пангею, которая граничила с океаном Тетис на востоке и Панталассой в других направлениях. Современные Северная Америка и Африка начали расходиться в ранней юре (180 миллионов лет назад). Открыв океан Тетис, Пангея сначала разделилась надвое, северный блок называется Лавразией, южный (опять же) Гондваной. Только в раннем меловом периоде (130 миллионов лет назад) между Европой и Северной Америкой начались разломы, разделившие Европу и Северную Америку. Гондвана распадется на континенты Индию, Антарктиду, Африку, Южную Америку и Австралию.В связи с движением Африки и Индии на север с 40 миллионов лет назад была активна новая фаза горообразования, называемая альпийской горообразованием. Это образует пояс гор на южной окраине Евразии, который включает Альпы и Гималаи. Хотя движения плит в будущем трудно предсказать, Средиземное море, вероятно, закроется. Восточная Африка отодвинется от остальной Африки, а Австралия двинется на север, пока не граничит с Азией. Атлантика будет расти,

Тектоника плит на других небесных телах

Земля — единственное известное небесное тело, имеющее тектонику плит. Для малой планеты Меркурий, Луны и спутников газовых планет отсутствие тектоники плит легко объяснимо. Эти небесные тела намного меньше Земли и поэтому охлаждаются гораздо быстрее. В результате они имеют толстую литосферу, которая неподвижно лежит внутри. С планетой Венера, которая почти такого же размера, как Земля, а также очень активна в вулканическом отношении, понять отсутствие тектоники плит сложнее. Наиболее вероятное объяснение состоит в том, что на Венере полное отсутствие воды, которой на Земле предостаточно. Вода играет важную роль в метаморфических реакциях горных пород. На Земле определенные реакции, в которых участвует вода, создают зоны сдвига в более глубоких слоях земной коры и мантии. В зонах субдукции богатые водой осадки также исчезают в мантии Земли, ослабляя материал в зоне субдукции и облегчая его перемещение по зоне. На планете Марс есть вода. Гигантские щитовые вулканы, такие как Олимп Монс и Долина Маринерис, рифтоподобная структура, которая охватывает половину планеты, напоминают земные процессы, связанные с тектоникой плит. В 1999 году было обнаружено, что марсианская кора намагничивается полосами, как и океаническая кора Земли. Поэтому некоторые исследователи считают, что на Марсе должна была действовать какая-то тектоника плит. Однако явных следов субдукционноподобного процесса на Марсе не обнаружено. Таким образом, оказывается, что конвекции в марсианской мантии было недостаточно, чтобы поддерживать этот процесс, и что этот процесс остановился в самом начале истории этой планеты. Некоторые богатые льдом небесные тела могут иметь процессы, подобные тектонике плит. Например, считается, что спутник Юпитера Европа и спутник Сатурна Энцелад имеют горизонтальные движения земной коры, вызванные конвекцией. Европа имеет каменистое ядро ​​с мантией из водяного льда толщиной 100 км, нижняя часть которой, возможно, растаяла и функционирует как конвективный слой. Ледяной спутник Энцелад, размер которого составляет всего 500 км, вероятно, частично расплавлен приливными силами. Жидкая вода или более мягкий лед могут служить слабыми зонами для перемещения льда друг относительно друга. Согласно недавнему исследованию, происходит ли тектоника плит на планете, зависит от ее массы. Чем массивнее планета, тем больше вероятность возникновения тектоники плит. Это должно означать, что тектоника плит также должна существовать на так называемых суперземлях, планетах земного типа с большей массой, чем Земля, некоторые из которых известны за пределами Солнечной системы. Земля может быть пограничным случаем, когда механизм продолжает работать благодаря наличию воды. Следовательно, хотя тектоника плит не происходит на других телах Солнечной системы, она не является уникальным процессом. Это должно означать, что тектоника плит также должна существовать на так называемых суперземлях, планетах земного типа с большей массой, чем Земля, некоторые из которых известны за пределами Солнечной системы. Земля может быть пограничным случаем, когда механизм продолжает работать благодаря наличию воды. Следовательно, хотя тектоника плит не происходит на других телах Солнечной системы, она не является уникальным процессом. Это должно означать, что тектоника плит также должна существовать на так называемых суперземлях, планетах земного типа с большей массой, чем Земля, некоторые из которых известны за пределами Солнечной системы. Земля может быть пограничным случаем, когда механизм продолжает работать благодаря наличию воды. Следовательно, хотя тектоника плит не происходит на других телах Солнечной системы, она не является уникальным процессом.

Историческое развитие

Первые гипотезы

До начала 20 века подавляющее большинство ученых считало, что земная кора более или менее закреплена на Земле (так называемый фиксизм). Предполагалось, что крупные геологические структуры, такие как горные хребты, образовались в результате вертикальных движений в земной коре, которые объяснялись геосинклинальной теорией. Еще в 16 веке картограф из Брабанта Авраам Ортелий (1527-1598) заметил, что береговые линии Африки и Южной Америки настолько похожи, что кажутся оторванными друг от друга. В его «Theatrum Orbis Terrarum» (1596 г.) отчетливо видна сходная форма береговых линий Африки и Южной Америки. Часто это открытие также приписывают Фрэнсису Бэкону (1561-1626), который в 1620 году также отметил соответствующую форму береговых линий по обе стороны южной части Атлантического океана. Прусский богослов Теодор Кристоф Лилиенталь считал в 1756 году, что два континента разошлись в результате Всемирного потопа. Прусский натуралист Александр фон Гумбольдт (1769-1859) описал в 1801 и 1845 годах геологическое и палеонтологическое сходство между прибрежными районами по обе стороны Атлантического океана. Он заявил, что континенты когда-то были соединены друг с другом и были раздвинуты сильным течением. В 1858 году американец Антонио Снайдер-Пеллегрини нарисовал первую реконструкцию, показывающую положение континентов без промежуточного океана. Эти представления о дрейфе континентов нашли мало сторонников среди геологов и других ученых-естествоиспытателей. Хотя между побережьями континентов по обе стороны океана было много необъяснимого сходства, не было известного механизма, с помощью которого весь континент мог бы двигаться по поверхности Земли. Вера в неподвижность Земли (фиксизм) стояла на пути признания движений континентов. Австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831–1914) на основе своих исследований геологии Альп предположил, что на территории Альп раньше находился океан, который он назвал океаном Тетис. С другой стороны, Зюсс также не верил, что континенты могут двигаться. По его мнению, движения в земной коре в основном были направлены вертикально. Теория геосинклинали использовалась для объяснения образования гор на месте бывших океанов;

Гипотеза Вегенера о дрейфе континентов

Открытие первого радиоактивного элемента радия в 1896 году коренным образом изменило наше понимание геотермальной энергии. Радиоактивные элементы образуют дополнительный источник тепла внутри Земли, и внезапно мысль о том, что Земля может быть все еще очень горячей и жидкой внутри, перестала казаться странной. После того, как Роберто Мантовани (1854–1933) и Фрэнк Берсли Тейлор (1860–1938) среди прочих опубликовали теории о возможности перемещения континентов (сдвиг континентов и/или мобилизация), немецкий метеоролог Альфред Вегенер (1880–1930) ), что привлекло внимание к гипотезе дрейфа континентов. В 1912 году он опубликовал большое количество палеонтологических и палеоклиматических свидетельств дрейфа континентов. Среди прочего Вегенер утверждал, что определенные окаменелости растений и животных существуют по обе стороны Атлантики, но он не мог объяснить, как огромная масса континента могла двигаться по поверхности Земли, «вспахивая» более тяжелую океанскую кору. Поскольку это казалось механически невозможным, большинство геологов отвергли идеи Вегенера. Сам Вегенер опубликовал ряд диких гипотез, которые мало способствовали его достоверности. После смерти Вегенера его соратники Александр Дю Туа (1878–1948) и Артур Холмс (1890–1965) собирали больше палеонтологических и палеогеографических свидетельств дрейфа континентов. Холмс в 1927 г. предположил, что причиной дрейфа континентов могут быть конвекционные течения в мантии Земли. Геофизик Джозеф Баррелл еще в 1914 году утверждал, что земная кора может плавать и двигаться на более слабом слое мантии Земли. Если бы Холмс знал о работе Баррелла, теория тектоники плит могла бы появиться раньше.

Открытие океанической дисперсии

В 1947 году группа океанографов под руководством Мориса Юинга (1906–1974) нанесла на карту батиметрию Атлантического океана. Они подтвердили местонахождение Срединно-Атлантического хребта, показали, что океаническая кора намного тоньше континентальной и, в отличие от континентальной, состоит из базальта, а не из гранита. Эти новые открытия подняли вопросы о природе срединно-океанических хребтов. Еще в 1953 году Роберт С. Дитц (1914–1995) объяснил цепи островов, подобные гавайским, предположив, что земная кора движется над горячей точкой в ​​мантии Земли (горячей точкой), которая вызвала вулканизм, сформировавший острова. магнетизма океанского дна океанографами, такими как Гарри Хесс (1906-1969) и Рон Мейсон. Базальт содержит относительно много магнитного минерала магнетита, что означает, что он может давать сильный магнитный сигнал. Еще в 18 веке исландские мореплаватели обнаружили, что это локально вызывает отклонения компаса. Гесс и его коллеги обнаружили, что океанская кора состоит из полос, похожих на зебру, с чередующейся отрицательной и положительной полярностью. Это явление они назвали магнитными полосами. Эта магнитная полоса является результатом возрастания возраста океанической коры по мере удаления от срединно-океанического хребта. Гесс считал, что магнитные полосы в океанской коре вызваны изменением направления магнитного поля Земли на противоположное; и что океаническая кора образовалась на срединно-океанических хребтах, где кора раздвигается. Гесс опубликовал свою теорию в 1962 г. (Дитц опубликовал идею годом раньше, но Гесс получил признание, потому что неопубликованный текст его статьи циркулировал еще в 1960 году). Гесс и Дитц предположили, что вместо того, чтобы «вспахивать» океанскую кору, как предполагал Вегенер, континенты движутся вместе с прикрепленным к ним куском океанской коры как единое целое по поверхности Земли. Следствием океанического расширения является то, что океаническая кора постоянно создается. Если бы не было известного механизма разрушения коры, это означало бы, что поверхность Земли расширяется. Это вернуло ранее постулируемую гипотезу о расширяющейся Земле. как и предполагал Вегенер, двигаться вместе с прикрепленным куском океанской коры как единое целое по поверхности Земли. Следствием океанического расширения является то, что океаническая кора постоянно создается. Если бы не было известного механизма разрушения коры, это означало бы, что поверхность Земли расширяется. Это вернуло ранее постулируемую гипотезу о расширяющейся Земле. как и предполагал Вегенер, двигаться вместе с прикрепленным куском океанской коры как единое целое по поверхности Земли. Следствием океанического расширения является то, что океаническая кора постоянно создается. Если бы не было известного механизма разрушения коры, это означало бы, что поверхность Земли расширяется. Это вернуло ранее постулируемую гипотезу о расширяющейся Земле.

Парадигмы

В том же году, когда Гесс опубликовал свою теорию океанической дисперсии, американский геолог Роберт Р. Коутс (1910–1995) также опубликовал статью, в которой описывалось, как земная кора под Алеутскими островами смещалась под себя. Гесс и Дитц подхватили эту идею и предположили, что Земля остается неизменной по объему из-за разрушения литосферы в зонах субдукции под океаническими желобами. Канадский геолог Джон Тузо Уилсон (1908-1993) объяснил трансформные разломы срединно-океанических хребтов и островных цепей в Тихом океане тектоникой плит.В 1967 году американский геофизик Уильям Джейсон Морган (1935) предположил, что поверхность Земли можно разделить на двенадцать твердые тектонические плиты, движущиеся независимо друг от друга. Два месяца спустя французский геофизик Ксавье Ле Пишон (1937) опубликовал полную модель, основанную на шести крупных плитах и ​​их относительных движениях.Таким образом, дрейф континентов быстро превратился из надуманной гипотезы в способ объяснения геологических явлений. Таким образом, сдвиг парадигмы в геологии был фактом. Фактически, до 1960-х годов геологи в основном занимались описательной работой, такой как классификация структур, горных пород и минералов, а также изучение форм рельефа и их возраста. Тектоника плит быстро переключила внимание на изучение процессов. Кроме того, эта теория придала новое измерение идее о том, что планета Земля является динамической системой. С 1990-х годов геодезические измерения со спутников и измерения с РСДБ были настолько точными, что движения континентов теперь также можно наблюдать напрямую. Эти измерения хорошо согласуются с предсказаниями геофизических моделей NUVEL.

Также см

Земля (планета) Тектоника Тектоническая плита Изостазия Мантийная конвекция Строение Земли История Земли

Original article in Dutch language