Кора Земли. Формирование рельефа и основные положения тектоники

Ледниковая геоморфология. Ледники являются важной силой, преобразующей рельеф. Постепенное движение льда вниз является причиной корразии подстилающих горных пород. Корразия производит тонкий налёт, называемый ледяным порошком. Обломки пород, переносимые внутри ледникового покрова и в его основании, называются основной мореной.

Эоловые процессы. Получили своё название от греческого бога ветра Эола. Это процессы формирования рельефа под действием ветра. Формируются аккумулятивные формы (например, барханы) и денудационные формы (например, рвы выдувания вдоль дорог в пустыне). Основной действующий фактор — ветро-песчаный поток (частицы захватываются с поверхности при скорости ветра свыше 4 м/c).

Береговые процессы - это формирование рельефа в прибрежной зоне морей, озёр и т. д. Формируются аккумулятивные и денудационные формы. Пример аккумулятивных — пляжи, а денудационных — клиф.

Биогенные процессы - это формирование рельефа под воздействием живых организмов. Примеры: тропинки в лесах, искори, термитники, плотины, в тропических морях - коралловые рифы (окаймляющие, барьерные и атоллы).

Антропогенные процессы. Формирование (вернее изменение) рельефа человеком. Данный процесс наблюдается при открытой добычи полезных ископаемых в карьерах, дорожном и гидротехническом строительстве, эксплуатации городов и промышленных центров, сельскохозяйственных работах.

Космогенные процессы. Характерны для планет Земной группы, но не являются основными факторами рельефообразования. Пример формы рельефа: кратер (наиболее крупный — Аризонский).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3. Тектоника плит.

 

Тектоника плит — современная геологическая теория о движении литосферы. Она утверждает, что земная кора состоит из относительно целостных блоков — плит, которые находятся в постоянном движении друг относительно друга. При этом в зонах расширения (срединно-океанических хребтах и континентальных рифтах) в результате спрединга (англ. seafloor spreading — растекание морского дна) образуется новая океаническая кора, а старая поглощается в зонах субдукции. Теория объясняет землетрясения, вулканическую деятельность и горообразование, большая часть которых приурочена к границам плит.

Впервые идея о движении блоков коры была высказана в теории дрейфа континентов, предложенной Альфредом  Вегенером в 1920-х годах. Эта теория была первоначально отвергнута. Возрождение  идеи о движениях в твёрдой  оболочке Земли («мобилизм») произошло  в 1960-х годах, когда в результате исследований рельефа и геологии океанического дна были получены данные, свидетельствующие о процессах  расширения (спрединга) океанической коры и пододвигания одних частей коры под другие (субдукции). Объединение  этих представлений со старой теорией  дрейфа материков породило современную  теорию тектоники плит, которая вскоре стала общепринятой концепцией в  науках о Земле.

В теории тектоники плит ключевое положение занимает понятие  геодинамической обстановки — характерной  геологической структуры с определённым соотношением плит. В одной и той  же геодинамической обстановке происходят однотипные тектонические, магматические, сейсмические и геохимические процессы.

 

 

3.1. История тектоники

Основой теоретической геологии начала XX века была контракционная гипотеза. Земля остывает подобно испечённому  яблоку, и на ней появляются морщины  в виде горных хребтов. Развивала  эти идеи теория геосинклиналей, созданная  на основании изучения складчатых сооружений. Эта теория была сформулирована Джеймсом Даной, который добавил к контракционной гипотезе принцип изостазии. Согласно этой концепции Земля состоит из гранитов (континенты) и базальтов (океаны). При сжатии Земли в океанах-впадинах возникают тангенциальные силы, которые давят на континенты. Последние вздымаются в горные хребты, а затем разрушаются. Материал, который получается в результате разрушения, откладывается во впадинах.

Против этой схемы выступил немецкий учёный-метеоролог Альфред  Вегенер. 6 января 1912 года он выступил на собрании Немецкого геологического общества с докладом о дрейфе материков. Исходной посылкой к созданию теории стало совпадение очертаний западного  побережья Африки и восточного Южной  Америки. Если эти континенты сдвинуть, то они совпадают, как если бы образовались в результате раскола одного праматерика.

Изначально теория дрейфа материков было принята научным  сообществом благосклонно, но в 1922 году она подверглась жёсткой критике  со стороны сразу нескольких известных  специалистов. Главным аргументом против теории стал вопрос о силе, которая  двигает плиты. Вегенер полагал, что континенты двигаются по базальтам  океанического дна, но для этого  требовалось огромное усилие, и источника  этой силы никто назвать не мог. В  качестве источника движения плит предлагались сила Кориолиса, приливные явления  и некоторые другие, однако простейшие расчёты показывали, что всех их абсолютно недостаточно для перемещения  огромных континентальных блоков.

К началу 1960-х годов была составлена карта рельефа дна  Мирового океана, которая показала, что в центре океанов расположены  срединно-океанические хребты, которые  возвышаются на 1,5—2 км над абиссальными равнинами, покрытыми осадками. Эти  данные позволили Р. Дицу и Гарри  Хессу в 1962—1963 годах выдвинуть  гипотезу спрединга. Согласно этой гипотезе, в мантии происходит конвекция со скоростью около 1 см/год. Восходящие ветви конвекционных ячеек выносят  под срединно-океаническими хребтами мантийный материал, который обновляет  океаническое дно в осевой части  хребта каждые 300—400 лет. Континенты не плывут по океанической коре, а перемещаются по мантии, будучи пассивно «впаяны» в  литосферные плиты. Согласно концепции  спрединга, океанические бассейны структуры  непостоянные, неустойчивые, континенты же — устойчивые.

 В 1963 году гипотеза  спрединга получает мощную поддержку  в связи с открытием полосовых  магнитных аномалий океанического  дна. Они были интерпретированы  как запись инверсий магнитного  поля Земли, зафиксированная в  намагниченности базальтов дна  океана. После этого тектоника  плит начала победное шествие  в науках о Земле. Всё больше  учёных понимали, что, чем тратить  время на защиту концепции  фиксизма, лучше взглянуть на  планету с точки зрения новой  теории и, наконец-то, начать давать  реальные объяснения сложнейшим  земным процессам.

Сейчас тектоника плит подтверждена прямыми измерениями  скорости плит методом интерферометрии  излучения от далёких квазаров и  измерениями с помощью спутниковых навигационных систем GPS. Результаты многолетних исследований полностью подтвердили основные положения теории тектоники плит.

 

3.2. Основные положения тектоники

За прошедшие десятилетия  тектоника плит значительно изменила свои основные положения. Ныне их можно  сформулировать следующим образом:

-Верхняя часть твёрдой Земли делится на хрупкую литосферу и пластичную астеносферу. Конвекция в астеносфере — главная причина движения плит.

-Современная литосфера делится на 8 крупных плит, десятки средних плит и множество мелких. Мелкие плиты расположены в поясах между крупными плитами. Сейсмическая, тектоническая и магматическая активность сосредоточена на границах плит.

-Литосферные плиты в первом приближении описываются как твёрдые тела, и их движение подчиняется теореме вращения Эйлера.

-Существует три основных типа относительных перемещений плит

1)расхождение (дивергенция), выражено рифтингом и спредингом;

2)схождение (конвергенция) выраженное субдукцией и коллизией;

3)сдвиговые перемещения по трансформным геологическим разломам.

-Спрединг в океанах компенсируется субдукцией и коллизией по их периферии, причём радиус и объём Земли постоянны с точностью до термического сжатия планеты (в любом случае средняя температура недр Земли медленно, в течение миллиардов лет, уменьшается). Постоянство размеров Земли непрерывно опровергается, но попытки доказательства существенных изменений размеров планеты недостаточно обоснованы.

-Перемещение литосферных плит вызвано их увлечением конвективными течениями в астеносфере.

 

Существует два принципиально  разных вида земной коры — кора континентальная (более древняя) и кора океаническая (не старше 200 миллионов лет). Некоторые  литосферные плиты сложены исключительно  океанической корой (пример — крупнейшая тихоокеанская плита), другие состоят  из блока континентальной коры, впаянного  в кору океаническую.

Более 90 % поверхности Земли  в современную эпоху покрыто 8 крупнейшими литосферными плитами:

 

1.Австралийская плита

Австралийская плита — литосферная плита, вместе с Индостанской плитой образует Индо-Австралийскую плиту, которая состоит из континента Австралии, и окружающего его океана, простирается на северозападе до Индийского субконтинента и прилегающих вод. Недавние исследования внушают, что Индо-Австралийская плита может находиться в процессе разлома на две отдельных плиты под действием напряжения, вызванного столкновением Индо-Австралийской плиты с Евразийской вдоль Гималаев. Эти две субплиты обычно называют Индийской и Австралийской плитами.

Индия, Меганезия (Австралия, Новая Гвинея и Тасмания), Новая  Зеландия и Новая Каледония —  это всё части древнего суперконтинента  Гондвана. Спрединг разделил эти суши друг от друга, но поскольку разделённые  центры оставались пассивными, то они  слились в одну плиту.

Недавние GPS измерения в  Австралии подтверждают движение плиты  как 35 градусов к востоку с севера со скоростью 67 мм в год. Заметим  ещё такое же направление движение и скорость в Окленде, островах Рождества  и южной Индии. Небольшие изменения  направления в Окленде, вероятно, возникают от небольшой деформации плиты в том месте, где она сжимается плитой Тихого океана.

Юговосточная часть сложная, но по большей части имеет конвергентную  границу с Тихоокеанской плитой. Тихоокеанская плита погружаясь под Австралийскую плиту формирует  Тонгу и Жёлоб Кермадек, и параллельные Тонге и Кермадеку островную  дугу. Она так же поднимается восточную  часть Северного острова Новой  Зеландии.

Континент Зеландия, который  отделён от Австралии 85 миллионов  лет назад и простирается от Новой  Каледонии на севере до Новозеладнский субантарктических островов на юге, сейчас разрывается вдоль трансформного  разлома называемого Аlpine Fault.

 

2. Индостанская плита

 Индостанская (Индийская) плита или Индия — тектоническая плита среднего размера, которая изначально была частью древнего континента Гондваны, от которого и отделилась. Примерно 50—55 миллионов лет назад, она сливается с прилегающей Австралийской плитой. Сегодня это часть большой Индо-австралийской плиты, и включает в себя субконтинент Индию и часть бассейна Индийского океана.

В конце мелового периода  около 90 миллионов лет назад, после  отделения от Гондваны соединенных  Мадагаскара и Индии, Индийская  плита отделилась от Мадагаскара. Она  начала двигаться на север, примерно на 20 см/год, и стала сталкиваться с Азией, примерно 50—55 миллионов лет назад, в эпоху эоцена кайнозойской эры. За это время Индийская плита покрыла расстояние от 2000 до 3000 км, и двигалась быстрее, чем любая другая известная плита. В 2007 году немецкие геологи установили, что причиной быстрого движения является половинная толщина Индийской плиты, по сравнению с другими плитами, составлявшими ранее Гондвану.

Столкновение с Евразийской  плитой по границе между Индией и  Непалом сформировало орогенный  пояс, который создал Тибетское нагорье  и Гималаи, а осадочные породы в нём сгрудились, как земля  перед плугом.

Индийская плита в настоящее  время перемещается на северо-восток на 5 см/год, в то время как Евразийская  плита движется на север со скоростью  только 2 см/год. Это приводит к деформациям  Евразийской плиты, а Индийская  плита сжимается со скоростью 4 мм/год.

3. Антарктическая плита

Антарктическая плита  — литосферная плита, занимающая южную сторону Земли. Состоит из континента Антарктиды и окружающей её океанической коры. Почти полностью окружена срединно-океаническими хребтами, поэтому другие континенты от неё удаляются.

 

 

4. Африканская плита

Африканская плита содержит Африканский континент, и океаническую кору слагающую дно Атлантического и Индийского океанов. Большинство  границ плиты дивергентные, представлены зонами спрединга. То есть большинство  плит двигаются от Африканского континента.

На западе она отделена от Северо-Американской плиты центральной  и южной частями Атлантического хребта. На юге зона спрединга отделяет Африканскую плиту от Антарктической плиты. На севере граница плиты имеет  сложное строение. Она расположена  в Средиземном море, которое представляет собой остатки от некогда огромного  океана Тетис. На востоке плита была ограничена зоной спрединга в  Индийском Океане, но в относительно недавнем геологическом прошлом. В  зоне Восточно-Африканских рифтов начался  рифтинг, в результате которого большая  Африканская плита раскололась  на Африку (в районе Сомали) и Аравийский полуостров. Точка сочленения этих плит приходится на долину Афар — одно из самых жарких мест на Земле.

 

 

5. Евразийская плита

Евразийская плита — литосферная плита, покрывающая большую часть Евразийского континента. В Евразийскую плиту не входят Индостан, Аравийский полуостров и часть восточной Сибири восточнее Верхоянского хребта. Западная часть Евразийской плиты простирается до Срединного Атлантического хребта и захватывает часть Исландии. На севере евразийской плиты расположен огромный шельф, через пассивную континентальную окраину переходящий в бассейн Северного Ледовитого океана, и ограниченный хребтом Геккеля. На юге Евразийской плиты расположена огромная коллизионная зона: пояс гор образовавшихся в результате закрытия океана Тетис и столкновения её с Индостанской плитой.

Евразийская плита занимает огромную площадь — 67,800,000 км², это  третья по размеру плита и она  содежит больше всех континентальной  коры. Она имеет очень длительную историю развития, и содержащая множество  разновозрастных террейнов.