Геотектоника

Тектоника, геотектоника, (от греческого tektonikos – относящийся к строительству) – отрасль геологии, изучающая развитие структуры земной коры и её изменения под влиянием тектонических движений и деформаций, связанных с развитием Земли в целом. Начало развития тектоники относится к 16-17вв. В 20 веке она сформировалась как самостоятельная отрасль геологии.

Ещё в 17 веке удивительное совпадение очертаний береговых линий западного побережья Африки и восточного побережья Южной Америки наводило некоторых учёных на мысль о том, что континенты «гуляют» по планете. Но только три века спустя, в 1912 году, немецкий метеоролог Альфред Лотар Вегенер подробно изложил свою гипотезу континентального дрейфа, согласно которой относительное положение континентов менялось на протяжении истории Земли.

Рис. 1.35. Расположение континентов в определённые периоды геологического времени

В своей работе «Возникновение материков и океанов» Вегенер пришёл к выводу, что Гренландия удаляется от Европы со скоростью несколько десятков метров за год. Он рассчитал, что расстояние между Европой и Америкой увеличивается примерно на один метр за год. Одновременно он выдвинул множество аргументов в пользу того, что в далёком прошлом континенты были собраны вместе. Помимо сходства береговых линий им были обнаружены соответствие геологических структур, непрерывность реликтовых горных хребтов и тождественность ископаемых остатков на разных континентах.

Для доказательства своей гипотезы Вегенер привлёк ряд долготных определений конца 19 века и нашёл, что изменение долготы острова Сабин (Гренландия) действительно наблюдаются и находятся в согласии с его теорией.

Выводы Вегенера вызвали оживлённую дискуссию среди астрономов и послужили толчком для проведения целого ряда долготных работ. Наиболее крупными из них были международные долготные определения в 1926 и 1933гг. Эти определения имел своей целью проверку гипотезы Вегенера и создание единой долготной сети, охватывающей весь земной шар.

На основании этих работ (изменений разности долгот) получалось, что Америка не удаляется от Европы, как это полагал Вегенер, а сближается с Европой на 0,6м за год. К полученным в 1926-1933гг. изменениям долгот, конечно, следует относиться с известной осторожностью, так как наблюдения того времени из-за неучтённых систематических ошибок были не всегда надёжными.

Профессор Вегенер активно отстаивал идею о существовании в прошлом (250 млн. лет до н.э.) единого суперконтинента Пангея (рис.1.35), его расколе и последующем дрейфе образовавшихся континентов в разные стороны.

Но эта необычная теория не была воспринята всерьёз, потому что с точки зрения того времени казалось совершенно непостижимым, чтобы гигантские континенты могли самостоятельно перемещаться по планете. К тому же сам Вегенер не смог предоставить подходящий «механизм», способный двигать континенты.

Мысль о подвижности материков высказывалась и до Вегенера. Немецкий теолог Теодор Лилиенталь еще в 1756 году писал, что «подобие очертаний противоположных берегов многих континентов и их совпадение столь удивительны, что, будь они расположены рядом, они бы целиком вписались друг в друга, как это можно видеть на примере южных частей Африки и Америки». В 1858 году вышла в свет книга Антонио Спидера с приложенной к ней картой, на которой Атлантический океан отсутствует, а обрамляющие его континенты совмещены друг с другом. Однако первым человеком, предложившим стройную теорию «движения континентов», согласно которой все они в далеком прошлом составляли единый материк Пангею, был именно Альфред Вегенер.

На протяжении почти пятидесяти лет, ожесточенный спор о причинах и сути процессов, происходящих в глубинах Земли и на ее поверхности, вели «фиксисты» и «мобилисты». Фиксисты отвергают всякую возможность больших горизонтальных перемещений континентов и считают, что относительные смещения отдельных частей земной поверхности происходят за счет только вертикальных движений. Мобилисты утверждают, что континенты на Земле находятся в непрерывном движении, «плавая» по ее поверхности.

Ещё в 1757г. на публичном собрании Российской Академии наук М.В. Ломоносов произнёс «Слово о рождении металлов от трясения земли», в котором изложил свои взгляды, намного предвосхитившие научные открытия последующих столетий. В частности, он первым выдвинул важную для геологии идею о медленных вертикальных колебаниях земной коры.

Механизм дрейфа континентов по-разному трактуют две гипотезы: одна – венгерского геофизика Л. Эдьеда, основанная на идее быстрого расширения Земли; другая – голландского геофизика Ф. Венинг-Мейнеса, базирующаяся на теории конвекционных течений подкоркового вещества, вызываемых радиоактивным разогревом тела Земли.

Противников у Вегенера оказалось намного больше, чем сторонников. Критика мобилизма становилась всё более острой и в середине 20 века теория дрейфа континентов была отвергнута большинством исследователей Земли.

Концепция континентального дрейфа стала завоёвывать признание исследователей Земли лишь в начале 70-х годов прошлого века. До этого изучение твёрдой Земли велось в основном на континентах, где ярко проявляются вертикальные движения земной коры.

Примеров современных вертикальных движений достаточно много. В Италии, в маленьком городке Поццуоли, расположенном на берегу Неаполитанского залива, находятся развалины часовни, построенной 2000 лет назад, которую называют «храмом Сераписа». После возведения храма окружающая его площадь вместе с ним начала медленно опускаться и в 13 веке все строения погрузились под уровень моря. В таком виде они находились около трёх столетий, после чего начался их подъём и к 1800г. практически все развалины вместе с фундаментом были осушены. В дальнейшем вновь началось опускание и в 1954г. уровень воды составлял уже 2,5м над полом храма.

Установлено, что Малый Кавказ поднимается сейчас со скоростью от 8 до 13,5мм/год; складчатое сооружение Восточных Карпат – со скоростью около 1,7мм/год; в Балтийской рифтовой зоне скорость современных вертикальных движений колеблется от 10 до 20мм/год. Во многих районах происходят современные опускания. Так, например, Черноморское побережье Кавказа погружается со скоростью до 12мм/год; берег западнее Одессы – до 4,3мм/год.

Исследования дна океанов возродили идеи Вегенера. Океанское дно в течение многих веков оставалось недоступным для изучения и служило неисчерпаемым источником всевозможных легенд и мифов. Важным для изучения рельефа океана стало изобретение прецизионного эхолота, с помощью которого стало возможным непрерывно измерять и регистрировать глубину дна по линии движения судна. Одним из поразительных результатов

интенсивного исследования дна океанов стали новые данные о топографии океанского дна.

Исследования океанического дна привели к открытию глобальной системы подводных гор, так называемых срединно-океанических хребтов. Одновременно была выдвинута важная гипотеза, что в области осей океанических хребтов постоянно происходит формирование новых участков океанического дна, расходящихся в стороны от хребта. Действием этого процесса объясняется сходство очертаний континентальных окраин. Можно было предположить, что между частями расколовшегося континента образуется новый океанический хребет, а океаническое дно, наращиваемое симметрично в обе стороны от него, формирует новый океан. Сегодня топографию океанского дна изучают с помощью спутников, с высокой точностью измеряющих высоту морской поверхности.

Установлено, что площадь океанского дна увеличивается. С другой стороны, нет данных о расширении Земли, а, следовательно, что-то в глобальной коре должно разрушаться. Именно это и происходит на окраинах большей части Тихого океана. Здесь литосферные плиты сближаются, и одна из сталкивающихся плит погружается под другую, уходя глубоко внутрь Земли. Такие участки отмечаются активными вулканами, которые протянулись вдоль берегов Тихого океана, образуя так называемое «огненное кольцо».

Непосредственное бурение морского дна и определение возраста поднятых пород подтвердили результаты палеонтологических исследований. Эти факты легли в основу теории новой глобальной тектоники, или тектоники литосферных плит, которая произвела настоящую революцию в науках о Земле и принесла новое представление о внешних оболочках планеты.

Тектоника плит, новая глобальная тектоника, является современным вариантом мобилизма. Основные положения тектоники плит сформулированы в 1967-1968гг. группой американских геофизиков в развитие более ранних идей американских учёных о расширении ложа океанов (1961), предвосхищённых английскими учёными А.Холмсом (1931) и О.Фишером в конце 19 века, а также в гипотезе А. Вегенера о дрейфе материков (1912).

Теория тектоники плит, обобщающая множество геологических и геофизических данных, включает теорию дрейфа континентов и теорию расширения дна океана.

Рис.1.36. Литосферные плиты Земли

1-Евроазиатская; 2-Африканская; 2а-Аравийская; 3-Индо-Австралийская; 4-Тихоокеанская; 5-Северо-Американская; 6-Южно-Американская; 7-Антарктическая; 8-Наска; 9-Филиппинская; 10-Яванский желоб; 11-Кокос; 12-разлом Сан-Андреас; 13-провинция Бассейнов и Хребтов; 14-Карибская; 15- Скоша

Теория тектоники плит сводится к следующему. Литосфера подстилается менее вязкой астеносферой. Литосфера разделена на ограниченное число больших и малых плит, границы которых проводятся по сгущению очагов землетрясений. К числу крупных плит относятся: Тихоокеанская, Евроазиатская, Северо-Американская, Южно-Американская, Африканская, Индо-Австралийская, Антарктическая (рис.1.36).

Литосферные плиты, движущиеся по астеносфере, обладают жёсткостью и монолитностью и испытывают взаимные горизонтальные перемещения трёх типов:

• расхождение (дивергенцию) в осевых зонах срединно-океанических хребтов;
• схождение (конвергенцию) по периферии океанов, в глубоких желобах, где океанские плиты пододвигаются под континентальные или островодужные;
• скольжение вдоль так называемых трансформных разломов.

Расширение ложа океанов в связи с расхождением плит вдоль осей срединных хребтов и рождение новой океанической коры компенсируется её поглощением в зонах подвига океанической коры в глубоководных желобах, благодаря чему объём Земли остаётся постоянным. Причиной перемещения литосферных плит является тепловая конвекция в мантии Земли.

Эти положения в последующие два десятилетия прошли экспериментальную проверку в ходе начатого в 1968г. глубоководного бурения с американского научно-исследовательского судна «Гломар Челленджер», подтвердившего образование океанов в процессе спрединга (расширении ложа океанов в связи с расхождением плит вдоль осей срединных хребтов). Возраст океанского дна – менее 200 млн. лет, средняя скорость расширения дна оценивается в 1-20 см/год.

Реальность спрединга была установлена также в результате исследований рифтовых долин срединных хребтов, дна Красного моря и Аденского залива со спускаемых подводных аппаратов, также установивших существование пересекающих срединные хребты трансформных разломов, направленных перпендикулярно к рифтовым долинам. Обычно смещения по этим разломам не превышают нескольких десятков километров, но в некоторых районах они значительны. Так, например, в районе действующего трансформного разлома Сан-Андреас в Калифорнии смещение составляет 500км. На дне Тихого океана смещения осей рифтовых долин вдоль некоторых разломов превышают 1000км. В рифтовых долинах происходят слабые моретрясения, приводящие к разрывам литосфер.

Мощность литосферных плит под океанами меняется от 7-10км до 80-90км. Мощность континентальной литосферы, видимо, изменяется под молодыми платформами от 150-200км, под древними щитами – до 250-400км. Плиты перемещаются относительно друг друга по поверхности более тёплой астеносферы, обладающей низкой вязкостью.

Подвижные пояса или границы плит подразделяют на три типа. Первый тип – границы наращивания, вдоль которых происходит симметричное образование новой океанской литосферы – это гребни срединных океанских хребтов. Второй тип – границы поглощения, вдоль которых происходит асимметричное погружение края одной литосферной плиты под край другой или происходит их столкновение. Этот тип границ проявляется глубоководными желобами и сопряжёнными с ними островными дугами или активными континентальными окраинами. При столкновении двух континентальных плит образуются горные цепи (система Альпы – Гималаи). Каждый из двух типов границ может резко прерываться трансформными разломами, которые являются границами плит третьего типа. Движение на границе плит третьего типа является чисто сдвиговым.

Современные тектонические процессы на границах литосферных плит являются предметом широкого мониторинга. Надёжную оценку взаимного движения плит дают повторные геодезические измерения в зонах разломов на границах плит. Один из методов таких исследований заключается в повторных измерениях силы тяжести. Повторные измерения силы тяжести выполняются в регионах с большой вероятностью землетрясений на границах столкновения плит и трансформных разломах. В Японии таким примером являются полуостров Кии (медленное опускание и землетрясения через каждые 100-150 лет, сочетавшиеся с резкими поднятиями) и озеро Бива (низкая сейсмическая активность). С 1971г. в этих районах осуществляется мониторинг повторными измерениями силы тяжести.

Сети для гравиметрического мониторинга созданы также в зонах столкновения тектонических плит для наблюдений орогенных процессов (орогенез – горообразование). Так, например, для исследований в Индии и Китае, приуроченных к Гималайской зоне субдукции (столкновение Индийской и Евроазиатской литосферных плит, зоны активных разломов и высокой сейсмической активности) создана прецизионная гравиметрическая сеть на площади 500´500км, включающая 46 пунктов. Гравиметрическая сеть из 60 пунктов (600´100км) создана в Венесуэльских Андах, где разлом Боконо отмечает границу Карибской и Южно-Американской плит.

С 1979 по 1992г. выполнялись исследования движения литосферных плит в глобальной радиоинтерферометрической сети, созданной методом радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой. Этот международный геодинамический проект осуществлялся под эгидой НАСА. Наблюдения на 88 обсерваториях этой сети показали, что деформации литосферных плит носят местный характер и отражают воздействие деформационных сил эндогенной и экзогенной природы в районах расположения обсерваторий. Абсолютные и относительные движения обсерваторий не могут быть интерпретированы как результат дрейфа континентов.

Вместе с тем, выяснилась большая, чем предусматривалась исходной теорией, сложность процессов взаимных перемещений плит, существование внутриплитных деформаций, не объясняемых этой теорией, расслоенности плит по вертикали с дифференциальными смещениями слоёв и т.д. Не получило объяснения в теории плит периодическое изменение интенсивности тектонических движений и деформаций, устойчивой глобальной сети глубинных разломов и некоторые другие явления.

Вот мнение одного из крупнейших специалистов в области геодинамики Заслуженного деятеля науки Российской Федерации военного геодезиста профессора М.М. Машимова: «Теория Вегенера из области фантастики, домыслов и околонаучных споров перешла в геодезическую практику. Её апологеты, полагая реальным дрейф материков и океанических плит, строят модели и с помощью их вычисляют поправки к координатам обсерваторий, участвующих в определении эфемерид созвездий спутников КНС НАВСТАР. Заблуждения возможны в академических околонаучных дискуссиях, но не в рамках геодезии, данные которой есть истина для всех наук и не могут быть ими опровергнуты. В действительности имеют место деформации земной коры на границах сочленения плит и движения островов в Мировом океане. Временные изменения пространственных положений обсерваторий, определяемые лазерными измерениями ИСЗ Лагеос и радиоинтерферометрическими наблюдениями квазаров, проявляют локальные деформации земной коры в районах расположения обсерваторий, а не дрейф материков».

В последние годы в Институте физики Земли им. О.Ю. Шмидта под руководством члена-корреспондента Российской академии наук В. Трубицына была разработана трёхмерная сферическая геодинамическая модель современной Земли, которая, по мнению автора, претендует на роль наиболее полного описания геодинамики нашей планеты.

Дата добавления: 2014-11-18