Rosja zaatakuje Japonię. Przesunięcia tektoniczne zmieniają kontynenty

W swoim rozwoju planety stałe przechodzą okres nagrzewania, którego główną energię zapewniają fragmenty ciał kosmicznych spadających na powierzchnię planety ( cm. Hipoteza chmury gazowo-pyłowej). Kiedy obiekty te zderzają się z planetą, prawie cała energia kinetyczna spadającego obiektu zostaje natychmiast zamieniona na ciepło, ponieważ jego prędkość ruchu, która wynosi kilkadziesiąt kilometrów na sekundę, gwałtownie spada do zera w momencie uderzenia. Dla wszystkich wewnętrznych planet Układu Słonecznego - Merkurego, Wenus, Ziemi, Marsa - to ciepło wystarczyło, jeśli nie do całkowitego lub częściowego stopienia, to przynajmniej zmiękczenia i stania się plastycznym i płynnym. W tym okresie substancje o największej gęstości przemieszczały się w kierunku centrum planet, tworząc rdzeń, a te najmniej gęste, przeciwnie, wypłynęły na powierzchnię, tworząc skorupa Ziemska. Sos sałatkowy rozdziela się w podobny sposób, jeśli długo stoi na stole. Proces ten, tzw różnicowanie magmy, wyjaśnia wewnętrzną strukturę Ziemi.

W przypadku najmniejszych planet wewnętrznych, Merkurego i Marsa (oraz Księżyca), ciepło to ostatecznie wydostało się na powierzchnię i zostało rozproszone w przestrzeni kosmicznej. Następnie planety zestaliły się i (podobnie jak w przypadku Merkurego) wykazywały niewielką aktywność geologiczną przez następne kilka miliardów lat. Historia Ziemi była zupełnie inna. Ponieważ Ziemia jest największą z planet wewnętrznych, zachowuje również największe rezerwy ciepła. Im większa planeta, tym mniejszy jest stosunek jej powierzchni do objętości i tym mniej ciepła traci. W rezultacie Ziemia ochładzała się wolniej niż inne planety wewnętrzne. (To samo można powiedzieć o Wenus, która jest nieco mniejsza od Ziemi.)

Ponadto od początku powstawania Ziemi rozkładały się w niej pierwiastki radioaktywne, co zwiększało rezerwę ciepła w jej głębinach. Dlatego Ziemię można uznać za kulisty piec. Ciepło jest w nim stale generowane, przekazywane na powierzchnię i wypromieniowywane w przestrzeń. Przenikanie ciepła powoduje ruch posuwisto-zwrotny płaszcz - skorupa Ziemi, położona pomiędzy jądrem a skorupą ziemską na głębokości od kilkudziesięciu do 2900 km ( cm. Wymiana ciepła). Gorący materiał z głębi płaszcza unosi się, ochładza i ponownie opada, zastępując go nowym gorącym materiałem. Jest to klasyczny przykład ogniwa konwekcyjnego.

Można powiedzieć, że skała płaszczowa wrze podobnie jak woda w czajniku: w obu przypadkach ciepło przekazywane jest w procesie konwekcji. Niektórzy geolodzy uważają, że pełny cykl konwekcyjny trwa kilkaset milionów lat w skałach płaszcza, co – jak na ludzkie standardy – to bardzo dużo czasu. Wiadomo, że wiele substancji z biegiem czasu ulega powolnej deformacji, chociaż przez całe życie człowieka wydają się całkowicie stałe i nieruchome. Na przykład w średniowiecznych katedrach starożytne szkło okienne jest grubsze u dołu niż u góry, ponieważ przez wiele stuleci szkło spływało w dół pod wpływem grawitacji. Jeśli dzieje się to z litym szkłem na przestrzeni kilku stuleci, to nietrudno sobie wyobrazić, że to samo może przydarzyć się litym skałom w ciągu kilku stuleci. setki miliony lata.

Na szczycie komórek konwekcyjnych płaszcza Ziemi unoszą się skały tworzące stałą powierzchnię Ziemi – tzw. płyty tektoniczne. Płyty te składają się z bazaltu, najczęściej wytłaczanej skały magmowej. Płyty te mają grubość około 10-120 km i poruszają się po powierzchni częściowo stopionego płaszcza. Kontynenty wykonane ze stosunkowo lekkich skał, takich jak granit, tworzą najwyższą warstwę płyt. W większości przypadków płyty pod kontynentami są grubsze niż pod oceanami. Z biegiem czasu procesy zachodzące wewnątrz Ziemi przesuwają płyty, powodując ich zderzanie się i pękanie, aż do powstania nowych płyt lub zniknięcia starych. To właśnie dzięki temu powolnemu, ale ciągłemu ruchowi płyt powierzchnia naszej planety jest zawsze dynamiczna, ciągle się zmienia.

Ważne jest, aby zrozumieć, że pojęcia „płyta” i „kontynent” to nie to samo. Na przykład północnoamerykańska płyta tektoniczna rozciąga się od środkowego Oceanu Atlantyckiego do zachodniego wybrzeża kontynentu północnoamerykańskiego. Część płyty pokryta jest wodą, część lądem. Płyta Anatolijska, na której leży Turcja i Bliski Wschód, jest w całości pokryta lądem, natomiast Płyta Pacyfiku znajduje się w całości pod Oceanem Spokojnym. Oznacza to, że granice płyt i linie brzegowe kontynentów niekoniecznie pokrywają się. Nawiasem mówiąc, słowo „tektonika” pochodzi od greckiego słowa tekton(„budowniczy”) – ten sam rdzeń występuje w słowie „architekt” – i oznacza proces budowy lub montażu.

Tektonika płyt jest najbardziej widoczna tam, gdzie płyty stykają się ze sobą. Zwyczajowo rozróżnia się trzy rodzaje granic między płytami.

Rozbieżne granice

Na środku Oceanu Atlantyckiego gorąca magma utworzona głęboko w płaszczu wypływa na powierzchnię. Przebija się przez powierzchnię i rozprzestrzenia, stopniowo wypełniając szczelinę pomiędzy płytami ślizgowymi. Z tego powodu dno morskie rozszerza się, a Europa i Ameryka Północna oddalają się od siebie w tempie kilku centymetrów rocznie. (Ruch ten mierzono za pomocą radioteleskopów znajdujących się na dwóch kontynentach, porównując czasy przybycia sygnałów radiowych z odległych kwazarów.)

Jeśli granica rozbieżności znajduje się pod oceanem, rozbieżność płyt skutkuje powstaniem grzbietu śródoceanicznego — pasma górskiego utworzonego w wyniku nagromadzenia się materiału w miejscu jego wypłynięcia na powierzchnię. Grzbiet Środkowoatlantycki, rozciągający się od Islandii po Falklandy, to najdłuższe pasmo górskie na Ziemi. Jeśli rozbieżna granica znajduje się pod kontynentem, dosłownie go rozdziera. Przykładem takiego procesu zachodzącego współcześnie jest Wielka Rift Valley, która rozciąga się od Jordanii na południe po Afrykę Wschodnią.

Zbieżne granice

Jeśli na rozbieżnych granicach utworzy się nowa skorupa, wówczas skorupa w innym miejscu musi zostać zniszczona, w przeciwnym razie Ziemia powiększyłaby się. Kiedy dwie płyty zderzają się, jedna z nich przesuwa się pod drugą (zjawisko to nazywa się subdukcja, lub przez pchnięcie). W tym przypadku płyta poniżej zagłębia się w płaszcz. To, co dzieje się na powierzchni nad strefą subdukcji, zależy od położenia granic płyt: pod kontynentem, na obrzeżach kontynentu lub pod oceanem.

Jeżeli strefa subdukcji znajduje się pod skorupą oceaniczną, wówczas w wyniku podsunięcia powstaje głęboki basen śródoceaniczny (rów). Przykładem tego jest najgłębsze miejsce na Oceanie Światowym - Rów Mariański w pobliżu Filipin. Materiał z dolnej płyty wpada głęboko w magmę i tam się topi, a następnie może ponownie wypłynąć na powierzchnię, tworząc szereg wulkanów – takich jak łańcuch wulkanów we wschodniej części Morza Karaibskiego i na zachodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych .

Jeśli obie płyty na zbieżnej granicy znajdą się pod kontynentami, wynik będzie zupełnie inny. Skorupa kontynentalna zbudowana jest z lekkich materiałów i obie płyty faktycznie unoszą się nad strefą subdukcji. Gdy jedna płyta zostanie wepchnięta pod drugą, oba kontynenty zderzają się, a ich granice zostają zmiażdżone, tworząc kontynentalny łańcuch górski. Tak powstały Himalaje, gdy płyta indyjska zderzyła się z płytą eurazjatycką około 50 milionów lat temu. Alpy powstały w wyniku tego samego procesu, gdy Włochy zjednoczyły się z Europą. A Góry Ural, stare pasmo górskie, można nazwać „spoiną” powstałą w wyniku zjednoczenia masywów europejskich i azjatyckich.

Jeśli kontynent spoczywa tylko na jednej z płyt, podczas wchodzenia do strefy subdukcji utworzą się na nim fałdy i fałdy. Przykładem tego są Andy na zachodnim wybrzeżu Ameryki Południowej. Powstały po tym, jak płyta południowoamerykańska wpłynęła na subdukowaną płytę Nazca na Oceanie Spokojnym.

Przekształcaj granice

Czasami zdarza się, że dwie płyty nie rozsuwają się i nie przesuwają pod sobą, a po prostu ocierają się o krawędzie. Najbardziej znanym przykładem takiej granicy jest uskok San Andreas w Kalifornii, gdzie płyty Pacyfiku i Ameryki Północnej przesuwają się obok siebie. W przypadku granicy transformacyjnej płyty zderzają się przez chwilę, a następnie oddalają się od siebie, uwalniając dużo energii i powodując silne trzęsienia ziemi.

Podsumowując, chciałbym podkreślić, że choć tektonika płyt zawiera w sobie koncepcję ruchu kontynentów, to nie jest tożsama z hipotezą dryfu kontynentalnego zaproponowaną na początku XX wieku. Hipoteza ta została odrzucona (w opinii autora słusznie) przez geologów ze względu na pewne niespójności eksperymentalne i teoretyczne. A fakt, że nasza obecna teoria uwzględnia jeden aspekt hipotezy dryfu kontynentów – ruch kontynentów – nie oznacza, że naukowcy odrzucili tektonikę płyt na początku ubiegłego stulecia, by zaakceptować ją później. Teoria, która jest obecnie akceptowana, radykalnie różni się od poprzedniej.

1)_Pierwsza hipoteza powstała w drugiej połowie XVIII wieku i została nazwana hipotezą wypiętrzenia. Zaproponowali go M.V. Łomonosow, niemieccy naukowcy A. von Humboldt i L. von Buch oraz Szkot J. Hutton. Istota hipotezy jest następująca - wypiętrzenia górskie spowodowane są wynoszeniem się stopionej magmy z głębi Ziemi, która po drodze rozprzestrzeniała się na otaczające warstwy, prowadząc do powstania fałdów i przepaści różnej wielkości . Łomonosow jako pierwszy zidentyfikował dwa rodzaje ruchów tektonicznych - powolne i szybkie, powodujące trzęsienia ziemi.
2) W połowie XIX wieku hipotezę tę zastąpiono hipotezą skrócenia francuskiego naukowca Elie de Beaumonta. Opierała się na kosmogonicznej hipotezie Kanta i Laplace'a o pochodzeniu Ziemi jako początkowo gorącego ciała, po którym nastąpiło stopniowe ochłodzenie. Proces ten doprowadził do zmniejszenia objętości Ziemi, w wyniku czego skorupa ziemska została ściśnięta i powstały pofałdowane struktury górskie podobne do gigantycznych „zmarszczek”.
3) W połowie XIX wieku Anglik D. Airy wraz z księdzem z Kalkuty D. Pratt odkryli prawidłowość w położeniach anomalii grawitacyjnych - wysoko w górach anomalie okazały się ujemne, czyli deficyt masy był wykryto, a w oceanach anomalie były pozytywne. Aby wyjaśnić to zjawisko, zaproponowano hipotezę, zgodnie z którą skorupa ziemska unosi się na cięższym i bardziej lepkim podłożu i znajduje się w równowadze izostatycznej, która zostaje zakłócona przez działanie zewnętrznych sił promieniowych.
4) Kosmogoniczną hipotezę Kanta-Laplace’a zastąpiono hipotezą O. Yu Schmidta o początkowym stałym, zimnym i jednorodnym stanie Ziemi. Zaistniała potrzeba innego podejścia do wyjaśnienia powstawania skorupy ziemskiej. Hipotezę tę zaproponował V.V. Belousov. Nazywa się to migracją radiową. Istota tej hipotezy:
1. Głównym czynnikiem energetycznym jest radioaktywność. Ogrzewanie Ziemi i późniejsze zagęszczenie materii nastąpiło w wyniku ciepła rozpadu radioaktywnego. Pierwiastki promieniotwórcze w początkowych stadiach rozwoju Ziemi były rozmieszczone równomiernie, dlatego ogrzewanie było silne i powszechne.
2. Ogrzanie substancji pierwotnej i jej zagęszczenie doprowadziło do podziału magmy lub jej zróżnicowania na bazalt i granit. Ten ostatni skoncentrował pierwiastki radioaktywne. Jak lżejsza magma granitowa „upłynęła” do górnej części Ziemi, a magma bazaltowa opadła. Jednocześnie nastąpiło również zróżnicowanie temperatur.

Współczesne hipotezy geotektoniczne opracowywane są w oparciu o idee mobilizmu. Idea ta opiera się na przewadze ruchów poziomych w ruchach tektonicznych skorupy ziemskiej.

5) Po raz pierwszy, aby wyjaśnić mechanizm i sekwencję procesów geotektonicznych, niemiecki naukowiec A. Wegener zaproponował hipotezę poziomego dryfu kontynentalnego.
1. Podobieństwo zarysów brzegów Oceanu Atlantyckiego, zwłaszcza na półkuli południowej (w pobliżu Ameryki Południowej i Afryki).
2. Podobieństwo budowy geologicznej kontynentów (zbieżność niektórych regionalnych trendów tektonicznych, podobieństwo składu i wieku skał itp.).

hipoteza tektoniki płyt czy nowej tektoniki globalnej. Główne postanowienia tej hipotezy:

1. Skorupa ziemska wraz z górną częścią płaszcza tworzy litosferę, pod którą znajduje się plastyczna astenosfera. Litosfera jest podzielona na duże bloki (płyty). Granice płyt to strefy szczelin, rowy głębinowe, które sąsiadują z uskokami wnikającymi głęboko w płaszcz - są to strefy Benioffa-Zavaritsky'ego, a także strefy współczesnej aktywności sejsmicznej.
2. Płyty litosferyczne poruszają się poziomo. Ruch ten uwarunkowany jest dwoma głównymi procesami – rozsuwaniem się płyt lub rozszerzaniem, zanurzaniem jednej płyty pod drugą – subdukcją, lub dociskaniem jednej płyty do drugiej – obdukcją.
3. Bazalty okresowo przedostają się do strefy ekspansji z płaszcza. Dowodów na ekspansję dostarczają anomalie magnetyczne w postaci pasków w bazaltach.
4. W obszarach łuków wysp identyfikuje się strefy akumulacji ognisk głębokich trzęsień ziemi, które odzwierciedlają strefy subdukcji płyty z bazaltową skorupą oceaniczną pod skorupą kontynentalną, tj. Strefy te odzwierciedlają strefy subdukcji. W tych strefach w wyniku kruszenia i topnienia część materiału opada, inne wnikają w kontynent w postaci wulkanów i intruzji, zwiększając w ten sposób grubość skorupy kontynentalnej.

Tektonika płyt to nowoczesna teoria geologiczna dotycząca ruchu litosfery. Według tej teorii globalne procesy tektoniczne opierają się na poziomym ruchu stosunkowo integralnych bloków litosfery – płyt litosferycznych. Zatem tektonika płyt zajmuje się ruchami i interakcjami płyt litosferycznych. Pierwszą sugestię dotyczącą poziomego ruchu bloków skorupy ziemskiej wysunął w latach dwudziestych XX wieku Alfred Wegener w ramach hipotezy „dryfu kontynentu”, jednak hipoteza ta nie znalazła wówczas potwierdzenia. Dopiero w latach sześćdziesiątych XX wieku badania dna oceanu dostarczyły niezbitych dowodów na poziome ruchy płyt i procesy ekspansji oceanów w wyniku powstawania (rozprzestrzeniania się) skorupy oceanicznej. Ożywienie idei o dominującej roli ruchów poziomych nastąpiło w ramach nurtu „mobilistycznego”, którego rozwój doprowadził do powstania nowoczesnej teorii tektoniki płyt. Główne zasady tektoniki płyt zostały sformułowane w latach 1967-68 przez grupę amerykańskich geofizyków – W. J. Morgana, C. Le Pichona, J. Olivera, J. Isaacsa, L. Sykesa w rozwinięciu wcześniejszych (1961-62) idei tektoniki płyt. Amerykańscy naukowcy G. Hess i R. Digtsa o ekspansji (rozprzestrzenianiu się) dna oceanu. 1). Górna skalista część planety jest podzielona na dwie powłoki, znacznie różniące się właściwościami reologicznymi: sztywną i kruchą litosferę oraz leżącą pod nią plastyczną i ruchomą astenosferę. 2). Litosfera jest podzielona na płyty, stale poruszające się po powierzchni plastikowej astenosfery. Litosfera jest podzielona na 8 dużych płyt, dziesiątki średnich płyt i wiele małych. Pomiędzy płytami dużymi i średnimi znajdują się pasy złożone z mozaiki małych płyt skorupy ziemskiej. 3). Istnieją trzy rodzaje względnych ruchów płyt: rozbieżność (rozbieżność), zbieżność (zbieżność) i ruchy ścinające. 4). Objętość skorupy oceanicznej wchłonięta w strefach subdukcji jest równa objętości skorupy powstającej w strefach rozprzestrzeniania się. Stanowisko to podkreśla ideę, że objętość Ziemi jest stała. 5). Główną przyczyną ruchu płyt jest konwekcja płaszcza, spowodowana prądami termograwitacyjnymi płaszcza.

Źródłem energii dla tych prądów jest różnica temperatur pomiędzy centralnymi obszarami Ziemi a temperaturą jej części przypowierzchniowych. W tym przypadku główna część ciepła endogennego uwalniana jest na granicy rdzenia i płaszcza podczas procesu głębokiego różnicowania, który warunkuje rozpad pierwotnej substancji chondrytycznej, podczas którego część metalowa pędzi do środka, budując w górę jądra planety, a część krzemianowa koncentruje się w płaszczu, gdzie ulega dalszemu różnicowaniu. 6). Ruchy płyt podlegają prawom geometrii sferycznej i można je opisać na podstawie twierdzenia Eulera. Twierdzenie Eulera o rotacji stwierdza, że każdy obrót przestrzeni trójwymiarowej ma oś. Zatem obrót można opisać trzema parametrami: współrzędnymi osi obrotu (na przykład jej szerokością i długością geograficzną) oraz kątem obrotu.

Geograficzne konsekwencje ruchu płyt Litowych (wzrost aktywności sejsmicznej, powstawanie uskoków, pojawienie się grzbietów itp.). W teorii tektoniki płyt kluczowe miejsce zajmuje koncepcja położenia geodynamicznego - charakterystycznej struktury geologicznej o określonym stosunku płyt. W tym samym otoczeniu geodynamicznym zachodzą te same procesy tektoniczne, magmowe, sejsmiczne i geochemiczne.

Tektonika to dziedzina geologii badająca budowę skorupy ziemskiej i ruch płyt litosferycznych. Jest jednak tak wszechstronna, że odgrywa znaczącą rolę w wielu innych naukach o Ziemi. Tektonika jest wykorzystywana w architekturze, geochemii, sejsmologii, badaniach wulkanów i wielu innych dziedzinach.

Nauka o tektonice

Tektonika jest stosunkowo młodą nauką; bada ruch płyt litosferycznych. Idea ruchu płyt została po raz pierwszy wyrażona w teorii dryfu kontynentalnego przez Alfreda Wegenera w latach 20. XX wieku. Jednak jego rozwój nastąpił dopiero w latach 60. XX wieku, po badaniach rzeźby terenu na kontynentach i dnie oceanu. Powstały materiał pozwolił nam na świeże spojrzenie na wcześniej istniejące teorie. Teoria płyt litosferycznych powstała w wyniku rozwoju idei z teorii dryfu kontynentalnego, teorii geosynklin i hipotezy kontrakcji.

Tektonika to nauka badająca siłę i naturę sił tworzących pasma górskie, miażdżących skały w fałdy i rozciągających skorupę ziemską. Leży u podstaw wszystkich procesów geologicznych zachodzących na planecie.

Hipoteza skurczu

Hipotezę skurczu wysunął geolog Elie de Beaumont w 1829 roku na posiedzeniu Francuskiej Akademii Nauk. Wyjaśnia procesy budowania gór i fałdowania skorupy ziemskiej pod wpływem zmniejszania się objętości Ziemi w wyniku chłodzenia. Hipoteza opierała się na ideach Kanta i Laplace'a dotyczących pierwotnego stanu ognisto-ciekłego Ziemi i jej dalszego chłodzenia. Dlatego procesy budowania i fałdowania gór wyjaśniono jako procesy kompresji skorupy ziemskiej. Następnie, w miarę ochładzania, Ziemia zmniejszyła swoją objętość i złożyła się w fałdy.

Tektonika skurczu, której definicja potwierdziła nową doktrynę geosynklin, wyjaśniła nierówną strukturę skorupy ziemskiej i stała się solidną podstawą teoretyczną dla dalszego rozwoju nauki.

Teoria geosynkliny

Istniał na przełomie XIX i XX wieku. Wyjaśnia procesy tektoniczne cyklicznymi ruchami oscylacyjnymi skorupy ziemskiej.

Uwagę geologów zwrócił fakt, że skały mogą występować zarówno poziomo, jak i przemieszczone. Skały leżące poziomo sklasyfikowano jako platformy, a skały przemieszczone jako obszary pofałdowane.

Zgodnie z teorią geosynklin, w początkowej fazie, w wyniku aktywnych procesów tektonicznych, następuje ugięcie i osiadanie skorupy ziemskiej. Procesowi temu towarzyszy usuwanie osadów i powstawanie grubej warstwy osadów. Następnie następuje proces budowania gór i pojawienie się fałdowania. Reżim geosynklinalny zostaje zastąpiony reżimem platformowym, który charakteryzuje się niewielkimi ruchami tektonicznymi z utworzeniem niewielkiej grubości skał osadowych. Ostatnim etapem jest etap formowania się kontynentu.

Przez prawie 100 lat dominowała tektonika geosynklinalna. W ówczesnej geologii brakowało materiału faktograficznego, a zgromadzone dane doprowadziły do powstania nowej teorii.

Teoria płyt

Tektonika to jedna z dziedzin geologii, która stała się podstawą współczesnej teorii ruchu płyt litosferycznych.

Zgodnie z teorią część skorupy ziemskiej stanowią płyty litosfery, które znajdują się w ciągłym ruchu. Ich ruch następuje względem siebie. W strefach przedłużenia skorupy ziemskiej (grzbiety śródoceaniczne i szczeliny kontynentalne) tworzy się nowa skorupa oceaniczna (strefa rozprzestrzeniania). W strefach osiadania bloków skorupy ziemskiej stara skorupa ziemska zostaje wchłonięta, a skorupa oceaniczna subdukuje się pod skorupę kontynentalną (strefa subdukcji). Teoria wyjaśnia również procesy budowania gór i aktywności wulkanicznej.

Globalna tektonika płyt obejmuje tak kluczową koncepcję, jak ustawienie geodynamiczne. Charakteryzuje się zespołem procesów geologicznych na jednym terytorium w określonym czasie. Te same procesy geologiczne są charakterystyczne dla tego samego otoczenia geodynamicznego.

Struktura globu

Tektonika to dziedzina geologii badająca budowę planety Ziemia. Ziemia, z grubsza mówiąc, ma kształt spłaszczonej elipsoidy i składa się z kilku powłok (warstw).

Wyróżnia się następujące warstwy:

Skorupa Ziemska.
Płaszcz.
Rdzeń.

Skorupa ziemska to zewnętrzna, stała warstwa Ziemi, oddzielona od płaszcza granicą zwaną powierzchnią Mohorovica.

Płaszcz z kolei dzieli się na górny i dolny. Granicę oddzielającą warstwy płaszcza stanowi warstwa Golicyna. Skorupa ziemska i górny płaszcz, aż do astenosfery, to litosfera Ziemi.

Jądro to środek kuli ziemskiej, oddzielony od płaszcza granicą Guttenberga. Dzieli się na płynny rdzeń zewnętrzny i stały rdzeń wewnętrzny, ze strefą przejściową pomiędzy nimi.

Budowa skorupy ziemskiej

Nauka tektoniki jest bezpośrednio związana ze strukturą skorupy ziemskiej. Geologia bada nie tylko procesy zachodzące w trzewiach Ziemi, ale także jej strukturę.

Skorupa ziemska stanowi górną część litosfery, jest zewnętrzną częścią stałą i składa się ze skał o różnym składzie fizycznym i chemicznym. Ze względu na parametry fizykochemiczne wyróżnia się trzy warstwy:

Bazaltowy.
Granit-gnejs.
Osadowy.

Istnieje również podział w budowie skorupy ziemskiej. Istnieją cztery główne typy skorupy ziemskiej:

Kontynentalny.
Oceaniczny.
Subkontynentalny.
Suboceaniczny.

Skorupa kontynentalna jest reprezentowana przez wszystkie trzy warstwy, jej grubość waha się od 35 do 75 km. Górna warstwa osadowa jest szeroko rozwinięta, ale z reguły ma niewielką grubość. Kolejna warstwa, granit-gnejs, ma maksymalną grubość. Trzecia warstwa, bazalt, składa się ze skał metamorficznych.

Jest reprezentowany przez dwie warstwy - osadową i bazaltową, jej miąższość wynosi 5-20 km.

Skorupa subkontynentalna, podobnie jak skorupa kontynentalna, składa się z trzech warstw. Różnica polega na tym, że grubość warstwy granitu i gnejsu w skorupie subkontynentalnej jest znacznie mniejsza. Ten rodzaj skorupy występuje na granicy kontynentu i oceanu, w obszarze aktywnego wulkanizmu.

Skorupa suboceaniczna jest zbliżona do skorupy oceanicznej. Różnica polega na tym, że grubość warstwy osadowej może osiągnąć 25 km. Ten typ skorupy występuje wyłącznie w głębokich dolinach skorupy ziemskiej (morzach śródlądowych).

Płyta litosferyczna

Płyty litosferyczne to duże bloki skorupy ziemskiej, które są częścią litosfery. Płyty mogą poruszać się względem siebie wzdłuż górnej części płaszcza - astenosfery. Płyty są oddzielone od siebie rowami głębinowymi, grzbietami śródoceanicznymi i systemami górskimi. Cechą charakterystyczną płyt litosferycznych jest to, że potrafią przez długi czas zachować sztywność, kształt i strukturę.

Tektonika Ziemi sugeruje, że płyty litosfery są w ciągłym ruchu. Z biegiem czasu zmieniają swój kontur – mogą się rozdzielać lub rosnąć razem. Do chwili obecnej zidentyfikowano 14 dużych płyt litosferycznych.

Płyty tektoniczne

Proces kształtujący wygląd Ziemi jest bezpośrednio powiązany z tektoniką płyt litosferycznych. Tektonika świata sugeruje, że to nie kontynenty się poruszają, ale płyty litosfery. Zderzając się ze sobą, tworzą pasma górskie lub głębokie rowy oceaniczne. Trzęsienia ziemi i erupcje wulkanów są konsekwencją ruchu płyt litosferycznych. Aktywna aktywność geologiczna ogranicza się głównie do krawędzi tych formacji.

Ruch płyt litosferycznych rejestrowano za pomocą satelitów, jednak natura i mechanizm tego procesu wciąż pozostaje tajemnicą.

W oceanach procesy niszczenia i akumulacji osadów są powolne, dlatego ruchy tektoniczne są wyraźnie odzwierciedlone w rzeźbie terenu. Topografia dna ma złożoną, rozciętą strukturę. Wyróżnia się struktury powstałe w wyniku pionowych ruchów skorupy ziemskiej oraz struktury powstałe w wyniku ruchów poziomych.

Struktury dna oceanu obejmują formy terenu, takie jak równiny głębinowe, baseny oceaniczne i grzbiety śródoceaniczne. W strefie basenów z reguły obserwuje się spokojną sytuację tektoniczną, w strefie grzbietów śródoceanicznych obserwuje się aktywność tektoniczną skorupy ziemskiej.

Tektonika oceanów obejmuje również struktury takie jak rowy głębinowe, góry oceaniczne i gilotyny.

Powody, które poruszają płytami

Siłą napędową geologiczną jest tektonika świata. Głównym powodem ruchu płyt jest konwekcja w płaszczu, wywołana prądami termograwitacyjnymi w płaszczu. Dzieje się tak na skutek różnicy temperatur między powierzchnią a środkiem Ziemi. Skały wewnątrz nagrzewają się, rozszerzają i zmniejszają swoją gęstość. Lekkie frakcje zaczynają unosić się na wodzie, a zimne i ciężkie masy toną na swoim miejscu. Proces wymiany ciepła zachodzi w sposób ciągły.

Istnieje wiele innych czynników wpływających na ruch płyt. Na przykład astenosfera w strefach przepływów wznoszących jest podwyższona, a w strefach osiadania obniżona. W ten sposób powstaje nachylona płaszczyzna i następuje proces „grawitacyjnego” przesuwania się płyty litosfery. Strefy subdukcji również mają wpływ, gdzie zimna i ciężka skorupa oceaniczna wciągana jest pod gorącą skorupę kontynentalną.

Grubość astenosfery pod kontynentami jest znacznie mniejsza, a jej lepkość jest większa niż pod oceanami. Pod starożytnymi częściami kontynentów praktycznie nie ma astenosfery, więc w tych miejscach nie poruszają się i pozostają na miejscu. A ponieważ płyta litosferyczna obejmuje zarówno część kontynentalną, jak i oceaniczną, obecność starożytnej części kontynentalnej utrudni ruch płyty. Ruch płyt czysto oceanicznych następuje szybciej niż płyt mieszanych, a tym bardziej kontynentalnych.

Istnieje wiele mechanizmów wprawiających w ruch płyty; można je z grubsza podzielić na dwie grupy:

Zbiór procesów sił napędowych generalnie odzwierciedla proces geodynamiczny, który obejmuje wszystkie warstwy Ziemi.

Architektura i tektonika

Tektonika to nie tylko nauka czysto geologiczna związana z procesami zachodzącymi we wnętrzu Ziemi. Jest również stosowany w codziennym życiu człowieka. W szczególności tektonika jest wykorzystywana w architekturze i budowie wszelkich obiektów, czy to budynków, mostów czy konstrukcji podziemnych. Podstawą są tu prawa mechaniki. W tym przypadku tektonika odnosi się do stopnia wytrzymałości i stabilności konstrukcji na danym konkretnym obszarze.

Teoria płyt litosferycznych nie wyjaśnia związku między ruchami płyt a procesami głębokimi. Potrzebujemy teorii, która wyjaśniłaby nie tylko budowę i ruch płyt litosfery, ale także procesy zachodzące wewnątrz Ziemi. Rozwój takiej teorii wiąże się z ujednoliceniem specjalistów, takich jak geolodzy, geofizycy, geografowie, fizycy, matematycy, chemicy i wielu innych.

W zeszłym tygodniu opinię publiczną zszokowała wiadomość, że Półwysep Krymski zmierza w stronę Rosji nie tylko dzięki woli politycznej społeczeństwa, ale także zgodnie z prawami natury. Co to są płyty litosferyczne i na którym z nich leży Rosja? Co sprawia, że się przemieszczają i dokąd? Które terytoria nadal chcą „przyłączyć się” do Rosji, a które grożą „ucieczką” do USA?

„Gdzieś idziemy”

Tak, wszyscy gdzieś idziemy. Czytając te linie, poruszasz się powoli: jeśli jesteś w Eurazji, to na wschód z prędkością około 2-3 centymetrów rocznie, jeśli w Ameryce Północnej, to z tą samą prędkością na zachód, a jeśli gdzieś na dnie Pacyfiku (jak się tam dostałeś?), unosi go na północny zachód o 10 centymetrów rocznie.

Jeśli usiądziesz i poczekasz około 250 milionów lat, znajdziesz się na nowym superkontynencie, który zjednoczy całą ziemię - na kontynencie Pangea Ultima, nazwanym tak na pamiątkę starożytnego superkontynentu Pangea, który istniał zaledwie 250 milionów Lata temu.

Dlatego wiadomości, że „Krym się porusza”, trudno nazwać wiadomością. Po pierwsze dlatego, że Krym wraz z Rosją, Ukrainą, Syberią i Unią Europejską stanowi część euroazjatyckiej płyty litosferycznej i od stu milionów lat wszystkie poruszają się razem w jednym kierunku. Jednak Krym jest również częścią tzw Śródziemnomorski pas mobilny, znajduje się na płycie scytyjskiej, a większość europejskiej części Rosji (w tym miasto Sankt Petersburg) znajduje się na platformie wschodnioeuropejskiej.

I tu często pojawia się zamieszanie. Faktem jest, że oprócz ogromnych odcinków litosfery, takich jak płyty eurazjatyckie czy północnoamerykańskie, istnieją także zupełnie inne mniejsze „płytki”. Z grubsza skorupa ziemska składa się z kontynentalnych płyt litosferycznych. Same składają się ze starożytnych i bardzo stabilnych platformi strefy góralskie (starożytne i współczesne). A same platformy są podzielone na płyty - mniejsze fragmenty skorupy, składające się z dwóch „warstw” - fundamentu i pokrywy oraz tarcze - wychodnie „jednowarstwowe”.

Pokrywa tych płyt nielitosferycznych składa się ze skał osadowych (na przykład wapienia, składającego się z wielu muszli zwierząt morskich, które żyły w prehistorycznym oceanie nad powierzchnią Krymu) lub skał magmowych (wyrzucanych z wulkanów i zamarzniętych mas lawy ). FFundamenty płytowe i tarcze składają się najczęściej z bardzo starych skał, głównie pochodzenia metamorficznego. Tak nazywają się skały magmowe i osadowe, które zapadły się w głąb skorupy ziemskiej, gdzie pod wpływem wysokich temperatur i ogromnego ciśnienia zachodzą w nich rozmaite zmiany.

Innymi słowy, większość Rosji (z wyjątkiem Czukotki i Transbaikalii) położona jest na eurazjatyckiej płycie litosferycznej. Jednak jego terytorium jest „podzielone” pomiędzy płytę zachodniosyberyjską, tarczę Aldan, platformę syberyjską i wschodnioeuropejską oraz płytę scytyjską.

Prawdopodobnie o ruchu dwóch ostatnich płyt stwierdził dyrektor Instytutu Astronomii Stosowanej (IAP RAS), doktor nauk fizycznych i matematycznych Aleksander Ipatow. A później w wywiadzie dla „Wskaźnik” wyjaśnił: „Zajmujemy się obserwacjami, które pozwalają nam określić kierunek ruchu płyt skorupy ziemskiej. Płyta, na której znajduje się stacja Simeiz, porusza się z prędkością 29 milimetrów na minutę rok na północny wschód, czyli tam, gdzie Rosja „A płyta, na której znajduje się Sankt Petersburg, przesuwa się, można powiedzieć, w stronę Iranu, na południowy-południowy zachód”.Nie jest to jednak takie odkrycie, gdyż ruch ten znany jest już od kilkudziesięciu lat, a sam miał swój początek w epoce kenozoiku.

Teorię Wegenera przyjęto ze sceptycyzmem – głównie dlatego, że nie był on w stanie zaproponować zadowalającego mechanizmu wyjaśniającego ruch kontynentów. Wierzył, że kontynenty poruszają się, przebijając się przez skorupę ziemską niczym lodołamacze, dzięki sile odśrodkowej pochodzącej z obrotu Ziemi i sił pływowych. Jego przeciwnicy twierdzili, że kontynenty „lodołamaczy” w miarę przemieszczania się zmienią swój wygląd nie do poznania, a siły odśrodkowe i pływowe są zbyt słabe, aby służyć im za „silnik”. Jeden z krytyków obliczył, że gdyby siła pływowa była na tyle silna, aby przemieszczać kontynenty tak szybko (Wegener oszacował ich prędkość na 250 centymetrów rocznie), zatrzymałaby obrót Ziemi w czasie krótszym niż rok.

Pod koniec lat trzydziestych XX wieku teorię dryfu kontynentalnego odrzucono jako nienaukową, jednak już w połowie XX wieku trzeba było do niej powrócić: odkryto grzbiety śródoceaniczne i okazało się, że w strefie tych grzbietów pojawiły się nowe skorupa stale się tworzy, w wyniku czego kontynenty „oddalają się” . Geofizycy badali namagnesowanie skał wzdłuż grzbietów oceanicznych i odkryli „paski” o namagnesowaniu wielokierunkowym.

Okazało się, że nowa skorupa oceaniczna „rejestruje” stan pola magnetycznego Ziemi w momencie jej powstania, a naukowcy otrzymali doskonałą „linijkę” do pomiaru prędkości tego przenośnika. Tak więc w latach sześćdziesiątych XX wieku teoria dryfu kontynentalnego powróciła po raz drugi, tym razem definitywnie. I tym razem naukowcom udało się zrozumieć, co porusza kontynenty.

„Kry lodowe” we wrzącym oceanie

„Wyobraźmy sobie ocean, po którym pływają kry, to znaczy jest w nim woda, jest lód i, powiedzmy, drewniane tratwy są zamrożone w niektórych krze lodowych. Lód to płyty litosferyczne, tratwy to kontynenty, które unoszą się w płaszczu ”- wyjaśnia członek korespondent Rosyjskiej Akademii Nauk Valery Trubitsyn, główny badacz w Instytucie Fizyki Ziemi im. O.Yu. Schmidta.

Już w latach 60. XX wieku wysunął teorię budowy planet-olbrzymów, a pod koniec XX wieku zaczął tworzyć opartą na matematyce teorię tektoniki kontynentalnej.

Warstwa pośrednia między litosferą a gorącym żelaznym rdzeniem w centrum Ziemi – płaszcz – składa się ze skał krzemianowych. Temperatura w nim waha się od 500 stopni Celsjusza na górze do 4000 stopni Celsjusza na granicy rdzenia. Dlatego od głębokości 100 kilometrów, gdzie temperatura przekracza już 1300 stopni, materiał płaszcza zachowuje się jak bardzo gęsta żywica i płynie z prędkością 5–10 centymetrów rocznie – mówi Trubitsyn.

W rezultacie w płaszczu pojawiają się komórki konwekcyjne, jak w garnku z wrzącą wodą – obszary, w których gorąca substancja z jednego końca unosi się do góry, a schłodzona substancja opada z drugiego.

„W płaszczu jest około ośmiu takich dużych komórek i znacznie więcej małych” – mówi naukowiec. Grzbiety śródoceaniczne (takie jak te na środkowym Atlantyku) to miejsca, w których materiał płaszcza unosi się na powierzchnię i gdzie rodzi się nowa skorupa. Dodatkowo występują strefy subdukcji, czyli miejsca, w których płyta zaczyna „pełzać” pod sąsiednią i zapadać się w płaszcz. Strefy subdukcji to np. zachodnie wybrzeże Ameryki Południowej. Występują tu najpotężniejsze trzęsienia ziemi.

„W ten sposób płyty biorą udział w konwekcyjnym krążeniu substancji płaszcza, która na powierzchni chwilowo twardnieje, substancja płyty ponownie się nagrzewa i mięknie” – wyjaśnia geofizyk.

Ponadto pojedyncze strumienie materii – pióropusze – wznoszą się z płaszcza na powierzchnię i mają wszelkie szanse na zniszczenie ludzkości. W końcu to pióropusze płaszcza powodują pojawienie się superwulkanów (patrz). Takie punkty nie są w żaden sposób połączone z płytami litosfery i mogą pozostać na miejscu nawet wtedy, gdy płyty się poruszają. Kiedy pojawi się pióropusz, pojawi się gigantyczny wulkan. Takich wulkanów jest wiele, są na Hawajach, w Islandii, podobnym przykładem jest kaldera Yellowstone. Superwulkany mogą powodować erupcje tysiące razy silniejsze niż większość zwykłych wulkanów, takich jak Wezuwiusz czy Etna.

„250 milionów lat temu taki wulkan na terytorium współczesnej Syberii zabił prawie wszystkie żywe istoty, przeżyli tylko przodkowie dinozaurów” – mówi Trubitsyn.

Zgodziliśmy się - rozstaliśmy się

Płyty litosferyczne składają się ze stosunkowo ciężkiej i cienkiej bazaltowej skorupy oceanicznej oraz lżejszych, ale znacznie grubszych kontynentów. Płyta z kontynentem i „zamrożoną” wokół niej skorupą oceaniczną może poruszać się do przodu, podczas gdy ciężka skorupa oceaniczna tonie pod sąsiadem. Ale kiedy kontynenty się zderzają, nie mogą już nurkować pod sobą.

Na przykład około 60 milionów lat temu Płyta Indyjska oderwała się od tego, co później stało się Afryką i udała się na północ, a około 45 milionów lat temu spotkała się z Płytą Eurazjatycką, gdzie rosły Himalaje – najwyższe góry na Ziemi.

Ruch płyt prędzej czy później złączy wszystkie kontynenty w jeden, tak jak liście w wirze zbiegają się w jedną wyspę. W historii Ziemi kontynenty łączyły się i rozdzielały około cztery do sześciu razy. Ostatni superkontynent Pangea istniał 250 milionów lat temu, wcześniej był superkontynent Rodinia 900 milionów lat temu, przed nim - jeszcze dwa. „I wygląda na to, że wkrótce rozpocznie się zjednoczenie nowego kontynentu” – wyjaśnia naukowiec.

Wyjaśnia, że kontynenty pełnią rolę izolatora termicznego, płaszcz pod nimi zaczyna się nagrzewać, powstają prądy wstępujące i dlatego po pewnym czasie superkontynenty ponownie się rozpadają.

Ameryka „zabierze” Czukotkę

W podręcznikach są przedstawiane duże płyty litosferyczne; każdy może je nazwać: płyta antarktyczna, euroazjatycka, północnoamerykańska, południowoamerykańska, indyjska, australijska, pacyficzna. Ale na granicach między płytkami prawdziwy chaos powstaje z wielu mikropłytek.

Na przykład granica między płytą północnoamerykańską a płytą eurazjatycką w ogóle nie przebiega wzdłuż Cieśniny Beringa, ale znacznie dalej na zachód, wzdłuż grzbietu Czerskiego. Czukotka okazuje się zatem częścią płyty północnoamerykańskiej. Ponadto Kamczatka częściowo położona jest w strefie mikropłyty Ochockiej, a częściowo w strefie mikropłyty Morza Beringa. A Primorye znajduje się na hipotetycznej płycie Amur, której zachodnia krawędź styka się z Bajkałem.

Teraz wschodnia krawędź płyty eurazjatyckiej i zachodnia krawędź płyty północnoamerykańskiej „kręcą się” jak koła zębate: Ameryka obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, a Eurazja obraca się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. W rezultacie Czukotka może w końcu odpaść „wzdłuż szwu”, w takim przypadku na Ziemi może pojawić się gigantyczny okrągły szew, który przejdzie przez Ocean Atlantycki, Indyjski, Spokojny i Arktyczny (gdzie jest nadal zamknięty). A sama Czukotka będzie nadal poruszać się „po orbicie” Ameryki Północnej.

Prędkościomierz dla litosfery

Teoria Wegenera została wznowiona, między innymi dlatego, że naukowcy mają teraz możliwość pomiaru przemieszczenia kontynentów z dużą dokładnością. Obecnie wykorzystuje się do tego systemy nawigacji satelitarnej, ale są też inne metody. Wszystkie one są potrzebne do zbudowania jednolitego międzynarodowego układu współrzędnych – International Terrestrial Reference Frame (ITRF).

Jedną z takich metod jest interferometria radiowa o bardzo długiej linii bazowej (VLBI). Jego istota polega na jednoczesnych obserwacjach za pomocą kilku radioteleskopów w różnych punktach Ziemi. Różnica w czasie odbierania sygnałów pozwala na wyznaczenie przemieszczeń z dużą dokładnością. Dwa inne sposoby pomiaru prędkości to obserwacje laserowe z satelitów i pomiary Dopplera. Wszystkie te obserwacje, w tym z wykorzystaniem GPS, prowadzone są na setkach stacji, wszystkie te dane są zbierane w jedną całość i w efekcie otrzymujemy obraz dryfu kontynentów.

Na przykład krymski Simeiz, na którym zlokalizowana jest stacja sond laserowych i stacja satelitarna do wyznaczania współrzędnych, „podróżuje” na północny wschód (w azymucie około 65 stopni) z prędkością około 26,8 milimetra rocznie. Zwienigorod, położony pod Moskwą, porusza się o około milimetr rocznie szybciej (27,8 milimetra rocznie) i kieruje się dalej na wschód – około 77 stopni. I, powiedzmy, hawajski wulkan Mauna Loa porusza się na północny zachód dwa razy szybciej – 72,3 milimetra rocznie.

Płyty litosfery również mogą ulegać deformacji, a ich części mogą „żyć własnym życiem”, zwłaszcza na granicach. Choć skala ich niezależności jest znacznie skromniejsza. Na przykład Krym nadal samodzielnie przemieszcza się na północny wschód z prędkością 0,9 milimetra rocznie (i jednocześnie rośnie o 1,8 milimetra), a Zvenigorod przemieszcza się gdzieś na południowy wschód z tą samą prędkością (i w dół - o 0 ). 2 milimetry rocznie).

Trubitsyn twierdzi, że tę niezależność częściowo tłumaczy się „osobistą historią” różnych części kontynentów: główne części kontynentów, platformy, mogą być fragmentami starożytnych płyt litosferycznych, które „połączyły się” z sąsiadami. Na przykład grzbiet Uralu jest jednym ze szwów. Platformy są stosunkowo sztywne, ale części wokół nich mogą się wypaczać i poruszać samodzielnie.

Więcej przeczytasz w artykule Historia teorii tektoniki płyt

Podstawą geologii teoretycznej na początku XX wieku była hipoteza skurczu. Ziemia wychładza się jak pieczone jabłko, a na niej pojawiają się zmarszczki w postaci pasm górskich. Idee te rozwinęła teoria geosynklin, stworzona na podstawie badań struktur złożonych. Teorię tę sformułował J. Dan, który do hipotezy skrócenia dodał zasadę izostazy. Według tej koncepcji Ziemia składa się z granitów (kontynentów) i bazaltów (ocean). Kiedy Ziemia się kurczy, w basenach oceanicznych powstają siły styczne, które naciskają na kontynenty. Te ostatnie wznoszą się w pasma górskie, a następnie zapadają się. Materiał powstały w wyniku zniszczenia osadza się w zagłębieniach.

Powolna walka między fiksystami, jak nazywano zwolenników braku znaczących ruchów poziomych, a mobilistami, którzy utrzymywali, że wciąż się poruszają, zaostrzyła się z nową energią w latach 60. XX w., kiedy w wyniku przestudiowania dna oceanach odnaleziono wskazówki pozwalające zrozumieć „maszynę” zwaną Ziemią.

Na początku lat 60. opracowano mapę reliefową dna oceanu, która wykazała, że w centrum oceanów znajdują się grzbiety śródoceaniczne, które wznoszą się 1,5–2 km nad równinami głębinowymi pokrytymi osadami. Dane te pozwoliły R. Dietzowi i G. Hessowi na wysunięcie hipotezy rozprzestrzeniania się w latach 1962–1963. Zgodnie z tą hipotezą konwekcja zachodzi w płaszczu z prędkością około 1 cm/rok. Wznoszące się gałęzie komórek konwekcyjnych przenoszą materiał płaszcza pod grzbiety śródoceaniczne, co odnawia dno oceanu w osiowej części grzbietu co 300–400 lat. Kontynenty nie unoszą się po skorupie oceanicznej, ale poruszają się wzdłuż płaszcza, będąc biernie „wlutowanymi” w płyty litosferyczne. Zgodnie z koncepcją rozprzestrzeniania się, baseny oceaniczne mają zmienną i niestabilną strukturę, natomiast kontynenty są stabilne.

W 1963 roku hipoteza rozprzestrzeniania się zyskała silne poparcie w związku z odkryciem pasiastych anomalii magnetycznych na dnie oceanu. Zinterpretowano je jako zapis odwrócenia pola magnetycznego Ziemi, zarejestrowany w procesie namagnesowania bazaltów na dnie oceanu. Następnie tektonika płyt rozpoczęła swój triumfalny marsz w naukach o Ziemi. Coraz więcej naukowców zdało sobie sprawę, że zamiast tracić czas na obronę koncepcji utrwalania, lepiej spojrzeć na planetę z punktu widzenia nowej teorii i wreszcie zacząć realnie wyjaśniać najbardziej złożone procesy ziemskie.

Tektonika płyt została obecnie potwierdzona poprzez bezpośrednie pomiary prędkości płyt za pomocą interferometrii promieniowania odległych kwazarów oraz pomiary za pomocą GPS. Wyniki wieloletnich badań w pełni potwierdziły podstawowe założenia teorii tektoniki płyt.

Aktualny stan tektoniki płyt

W ciągu ostatnich dziesięcioleci tektonika płyt znacząco zmieniła swoje podstawowe zasady. Obecnie można je sformułować w następujący sposób:

Górna część stałej Ziemi jest podzielona na kruchą litosferę i plastyczną astenosferę. Główną przyczyną ruchu płyt jest konwekcja w astenosferze.

Litosfera jest podzielona na 8 dużych płyt, dziesiątki średnich płyt i wiele małych. Małe płyty umieszczane są w pasach pomiędzy dużymi płytami. Aktywność sejsmiczna, tektoniczna i magmowa koncentruje się na granicach płyt.

W pierwszym przybliżeniu płyty litosfery są opisywane jako ciała sztywne, a ich ruch jest zgodny z twierdzeniem Eulera o rotacji.

Istnieją trzy główne typy względnych ruchów płyt

rozbieżność (dywergencja), wyrażona przez rozszczepienie i rozprzestrzenianie się;
zbieżność (zbieżność) wyrażona poprzez subdukcję i zderzenie;
ruchy ślizgowe wzdłuż uszkodzeń transformacyjnych.

Rozprzestrzenianie się w oceanach jest kompensowane przez subdukcję i zderzenia wzdłuż ich obrzeży, a promień i objętość Ziemi są stałe (to stwierdzenie jest stale dyskutowane, ale nigdy nie zostało obalone)

Ruch płyt litosferycznych powodowany jest ich porywaniem przez prądy konwekcyjne w astenosferze.

Istnieją dwa zasadniczo różne typy skorupy ziemskiej – skorupa kontynentalna i skorupa oceaniczna. Niektóre płyty litosferyczne składają się wyłącznie ze skorupy oceanicznej (przykładem jest największa płyta Pacyfiku), inne składają się z bloku skorupy kontynentalnej wspawanego w skorupę oceaniczną.

Ponad 90% powierzchni Ziemi pokrywa 8 największych płyt litosferycznych:

Płyty średniej wielkości obejmują subkontynent arabski oraz płyty Cocos i Juan de Fuca, pozostałości ogromnej płyty Faralon, która tworzyła większość dna Oceanu Spokojnego, ale obecnie zniknęła w strefie subdukcji pod Ameryką.

Siła poruszająca płyty

Teraz nie ma już wątpliwości, że ruch płyt odbywa się pod wpływem prądów termograwitacyjnych płaszcza - konwekcji. Źródłem energii dla tych prądów jest przenoszenie ciepła z centralnych części Ziemi, które charakteryzują się bardzo wysoką temperaturą (szacowana temperatura rdzenia to około 5000°C). Podgrzane skały rozszerzają się (patrz rozszerzalność cieplna), ich gęstość maleje i unoszą się w górę, ustępując miejsca chłodniejszym skałom. Prądy te mogą zamykać się i tworzyć stabilne komórki konwekcyjne. W tym przypadku w górnej części ogniwa przepływ materii odbywa się w płaszczyźnie poziomej i to właśnie ta jej część transportuje płytki.

Zatem ruch płyt jest konsekwencją chłodzenia Ziemi, podczas którego część energii cieplnej zamieniana jest na pracę mechaniczną, a nasza planeta jest w pewnym sensie silnikiem cieplnym.

Istnieje kilka hipotez dotyczących przyczyn wysokiej temperatury wnętrza Ziemi. Na początku XX wieku popularna była hipoteza o promieniotwórczym charakterze tej energii. Wydawało się, że potwierdzają to szacunki składu górnej skorupy, które wykazały bardzo duże stężenia uranu, potasu i innych pierwiastków promieniotwórczych, później jednak okazało się, że zawartość pierwiastków promieniotwórczych gwałtownie maleje wraz z głębokością. Inny model wyjaśnia ogrzewanie poprzez chemiczne zróżnicowanie Ziemi. Pierwotnie planeta była mieszaniną krzemianów i substancji metalicznych. Ale jednocześnie z powstawaniem planety rozpoczęło się jej różnicowanie na osobne powłoki. Gęstsza metalowa część rzuciła się do centrum planety, a krzemiany skoncentrowały się w górnych powłokach. Jednocześnie energia potencjalna układu spadła i została zamieniona na energię cieplną. Inni badacze uważają, że nagrzanie planety nastąpiło w wyniku akrecji podczas uderzeń meteorytów w powierzchnię rodzącego się ciała niebieskiego.

Siły wtórne

Konwekcja cieplna odgrywa decydującą rolę w ruchach płyt, ale oprócz niej na płyty działają mniejsze, ale nie mniej ważne siły.

Gdy skorupa oceaniczna opada w płaszcz, bazalty, z których się składa, przekształcają się w eklogity, skały gęstsze niż zwykłe skały płaszcza - perydotyty. Dlatego ta część płyty oceanicznej zanurza się w płaszczu i ciągnie za sobą część, która nie została jeszcze eklogityzowana.

Rozbieżne granice lub granice płyt

Są to granice pomiędzy płytami poruszającymi się w przeciwnych kierunkach. W topografii Ziemi granice te wyrażają się jako szczeliny, w których dominują odkształcenia rozciągające, grubość skorupy jest zmniejszona, przepływ ciepła jest maksymalny i występuje aktywny wulkanizm. Jeśli taka granica utworzy się na kontynencie, wówczas powstanie szczelina kontynentalna, która później może przekształcić się w basen oceaniczny z szczeliną oceaniczną w środku. W szczelinach oceanicznych w wyniku rozprzestrzeniania się powstaje nowa skorupa oceaniczna.

Szczeliny oceaniczne

Na skorupie oceanicznej szczeliny ograniczają się do centralnych części grzbietów śródoceanicznych. Tworzy się w nich nowa skorupa oceaniczna. Ich łączna długość wynosi ponad 60 tysięcy kilometrów. Są one związane z wieloma, które przenoszą znaczną część głębokiego ciepła i rozpuszczonych pierwiastków do oceanu. Źródła wysokiej temperatury nazywane są czarnymi palaczami i wiążą się z nimi znaczne rezerwy metali nieżelaznych.

Szczeliny kontynentalne

Rozpad kontynentu na części rozpoczyna się od powstania szczeliny. Skorupa staje się cieńsza i rozsuwana, zaczyna się magmatyzm. Tworzy się wydłużone zagłębienie liniowe o głębokości około kilkuset metrów, ograniczone szeregiem uskoków. Następnie możliwe są dwa scenariusze: albo ekspansja szczeliny zatrzyma się i wypełni się ona skałami osadowymi, zamieniając się w aulakogen, albo kontynenty będą nadal się od siebie oddalać i pomiędzy nimi, już w typowych szczelinach oceanicznych, zacznie się tworzyć skorupa oceaniczna .

Zbieżne granice

Więcej przeczytasz w artykule Strefa subdukcji

Granice zbieżne to granice, w których zderzają się płyty. Możliwe są trzy opcje:

Płyta kontynentalna z płytą oceaniczną. Skorupa oceaniczna jest gęstsza niż skorupa kontynentalna i opada pod kontynent w strefie subdukcji.
Płyta oceaniczna z płytą oceaniczną. W tym przypadku jedna z płyt wsuwa się pod drugą i tworzy się również strefa subdukcji, nad którą tworzy się łuk wyspowy.
Płyta kontynentalna z płytą kontynentalną. Następuje kolizja i pojawia się potężny zagięty obszar. Klasycznym przykładem są Himalaje.

W rzadkich przypadkach skorupa oceaniczna jest wypychana na skorupę kontynentalną – obdukcja. Dzięki temu procesowi wyłoniły się ofiolity z Cypru, Nowej Kaledonii, Omanu i innych.

W strefach subdukcji skorupa oceaniczna jest wchłaniana, kompensując w ten sposób jej pojawienie się w MOR. Zachodzą w nich niezwykle złożone procesy i interakcje pomiędzy skorupą a płaszczem. W ten sposób skorupa oceaniczna może wciągać do płaszcza bloki skorupy kontynentalnej, które ze względu na małą gęstość są ekshumowane z powrotem do skorupy. Tak powstają metamorficzne kompleksy ultrawysokiego ciśnienia, jeden z najpopularniejszych obiektów współczesnych badań geologicznych.

Większość współczesnych stref subdukcji znajduje się na obrzeżach Oceanu Spokojnego, tworząc Pacyficzny Pierścień Ognia. Procesy zachodzące w strefie konwekcji płyt słusznie uważane są za jedne z najbardziej złożonych w geologii. Miesza bloki różnego pochodzenia, tworząc nową skorupę kontynentalną.

Aktywne marginesy kontynentalne

Więcej w artykule Aktywny margines kontynentalny

Aktywny margines kontynentalny występuje tam, gdzie skorupa oceaniczna wsuwa się pod kontynent. Za standard tej sytuacji geodynamicznej uważa się zachodnie wybrzeże Ameryki Południowej, tak się często nazywa Andyjski rodzaj obrzeża kontynentalnego. Aktywny margines kontynentalny charakteryzuje się licznymi wulkanami i ogólnie silnym magmatyzmem. Stopy składają się z trzech składników: skorupy oceanicznej, płaszcza nad nią i dolnej skorupy kontynentalnej.

Poniżej aktywnego brzegu kontynentalnego istnieje aktywna interakcja mechaniczna między płytami oceaniczną i kontynentalną. W zależności od prędkości, wieku i grubości skorupy oceanicznej możliwych jest kilka scenariuszy równowagi. Jeśli płyta porusza się powoli i ma stosunkowo małą grubość, wówczas kontynent zdrapuje z niej pokrywę osadową. Skały osadowe są miażdżone w intensywne fałdy, ulegają metamorfozie i stają się częścią skorupy kontynentalnej. Struktura, która się tworzy, nazywa się klin akrecyjny. Jeśli prędkość płyty subdukcyjnej jest duża, a pokrywa osadowa jest cienka, wówczas skorupa oceaniczna wymazuje dno kontynentu i wciąga je w płaszcz.

Łuki wysp

Łuk wyspy

Więcej przeczytasz w artykule Łuk Wyspy

Łuki wysp to łańcuchy wysp wulkanicznych powyżej strefy subdukcji, występujące tam, gdzie płyta oceaniczna przechodzi pod płytę oceaniczną. Typowe współczesne łuki wysp obejmują Aleuty, Kuryle, Mariany i wiele innych archipelagów. Wyspy Japońskie są również często nazywane łukiem wysp, ale ich podstawy są bardzo starożytne i w rzeczywistości zostały utworzone przez kilka kompleksów łuków wysp w różnym czasie, więc Wyspy Japońskie są mikrokontynentem.

Łuki wysp powstają w wyniku zderzenia dwóch płyt oceanicznych. W tym przypadku jedna z płytek kończy się na dnie i jest wchłaniana przez płaszcz. Na górnej płycie tworzą się wulkany łukowe wyspy. Zakrzywiona strona łuku wyspy jest skierowana w stronę pochłoniętej płyty. Po tej stronie znajduje się rów głębinowy i rynna przedłukowa.

Za łukiem wyspy znajduje się basen łukowy (typowe przykłady: Morze Ochockie, Morze Południowochińskie itp.), w którym może również nastąpić rozprzestrzenianie się.

Zderzenie kontynentalne

Zderzenie kontynentów

Przeczytaj więcej w artykule Zderzenie kontynentalne

Zderzenie płyt kontynentalnych prowadzi do zapadnięcia się skorupy i powstania pasm górskich. Przykładem kolizji jest pas górski alpejsko-himalajski, powstały w wyniku zamknięcia Oceanu Tetydy i zderzenia z płytą euroazjatycką Hindustanu i Afryki. W rezultacie grubość skorupy znacznie wzrasta; pod Himalajami osiąga 70 km. Jest to konstrukcja niestabilna, intensywnie niszczona przez erozję powierzchniową i tektoniczną. W skorupie o znacznie zwiększonej grubości granity wytapiane są z przeobrażonych skał osadowych i magmowych. W ten sposób powstały największe batolity, na przykład Angara-Vitimsky i Zerendinsky.

Przekształcaj granice

Tam, gdzie płyty poruszają się równolegle, ale z różną prędkością, powstają uskoki transformacyjne – ogromne uskoki ścinające, powszechne w oceanach i rzadkie na kontynentach.

Przekształć błędy

Więcej szczegółów w artykule Transformacja błędu

W oceanach należy przekształcić uskoki biegnące prostopadle do grzbietów śródoceanicznych (MOR) i podzielić je na segmenty o średniej szerokości 400 km. Pomiędzy segmentami grzbietu znajduje się aktywna część błędu transformacji. Na tym obszarze stale występują trzęsienia ziemi i zabudowa górska; wokół uskoku powstają liczne struktury pierzaste - pchnięcia, fałdy i graby. W rezultacie skały płaszcza są często odsłonięte w strefie uskoku.

Po obu stronach segmentów MOR znajdują się nieaktywne części uszkodzeń transformacji. Nie ma w nich aktywnych ruchów, ale są one wyraźnie wyrażone w topografii dna oceanu przez liniowe wypiętrzenia z centralnym zagłębieniem. .

Uszkodzenia transformacyjne tworzą regularną sieć i oczywiście nie powstają przypadkowo, ale z obiektywnych przyczyn fizycznych. Połączenie danych z modelowania numerycznego, eksperymentów termofizycznych i obserwacji geofizycznych pozwoliło stwierdzić, że konwekcja w płaszczu ma strukturę trójwymiarową. Oprócz głównego przepływu z MOR, w komórce konwekcyjnej powstają prądy podłużne w wyniku chłodzenia górnej części przepływu. Ta schłodzona substancja spływa w dół wzdłuż głównego kierunku przepływu w płaszczu. Zwarcia transformacyjne zlokalizowane są w strefach tego wtórnego przepływu zstępującego. Model ten dobrze zgadza się z danymi dotyczącymi przepływu ciepła: powyżej uszkodzeń transformacji obserwuje się spadek przepływu ciepła.

Zmiany kontynentalne

Więcej szczegółów w artykule Przesunięcie

Granice płyt ślizgowych na kontynentach są stosunkowo rzadkie. Być może jedynym obecnie aktywnym przykładem granicy tego typu jest uskok San Andreas, oddzielający płytę północnoamerykańską od płyty pacyficznej. Uskok San Andreas o długości 800 mil jest jednym z najbardziej aktywnych sejsmicznie obszarów na planecie: płyty przesuwają się względem siebie o 0,6 cm rocznie, trzęsienia ziemi o sile większej niż 6 jednostek występują średnio raz na 22 lata. W pobliżu tego uskoku zbudowane jest miasto San Francisco i znaczna część obszaru Zatoki San Francisco.

Procesy wewnątrzpłytowe

Pierwsze sformułowania tektoniki płyt twierdziły, że wulkanizm i zjawiska sejsmiczne koncentrują się wzdłuż granic płyt, ale szybko stało się jasne, że w obrębie płyt zachodzą także specyficzne procesy tektoniczne i magmowe, które również zinterpretowano w ramach tej teorii. Wśród procesów wewnątrzpłytowych szczególne miejsce zajmowały w niektórych obszarach zjawiska długotrwałego magmatyzmu bazaltowego, tzw. hot spoty.

Gorące miejsca

Na dnie oceanów znajdują się liczne wyspy wulkaniczne. Część z nich zlokalizowana jest w sieciach o sukcesywnie zmieniającym się wieku. Klasycznym przykładem takiego podwodnego grzbietu jest Hawajski Podwodny Grzbiet. Wznosi się nad powierzchnią oceanu w postaci Wysp Hawajskich, z których na północny zachód rozciąga się łańcuch gór podwodnych o stale rosnącym wieku, z których część, na przykład atol Midway, wychodzi na powierzchnię. W odległości około 3000 km od Hawajów łańcuch skręca nieco na północ i nazywany jest już Imperial Ridge. Jest przerwana w rowie głębinowym przed łukiem wyspy Aleuckiej.

Aby wyjaśnić tę niesamowitą strukturę, zasugerowano, że pod Wyspami Hawajskimi znajduje się gorący punkt – miejsce, w którym na powierzchnię wypływa gorący płaszcz, który topi poruszającą się nad nim skorupę oceaniczną. Obecnie na Ziemi zainstalowano wiele takich punktów. Przepływ płaszcza, który je powoduje, nazwano pióropuszem. W niektórych przypadkach zakłada się wyjątkowo głębokie pochodzenie materii pióropusza, aż do granicy rdzeń-płaszcz.

Pułapki i płaskowyże oceaniczne

Oprócz długotrwałych gorących punktów, czasami wewnątrz płyt występują ogromne wylewy stopionych substancji, które tworzą pułapki na kontynentach i płaskowyżach oceanicznych w oceanach. Osobliwością tego typu magmatyzmu jest to, że występuje on w krótkim czasie geologicznym, rzędu kilku milionów lat, ale obejmuje ogromne obszary (dziesiątki tysięcy km²) i wylewa się kolosalna ilość bazaltów, porównywalna z ich ilością krystalizując w grzbietach śródoceanicznych.

Znane są pułapki syberyjskie na platformie wschodniosyberyjskiej, pułapki na płaskowyżu Dekanu na kontynencie Hindustan i wiele innych. Za przyczynę powstawania pułapek uważa się również przepływy gorącego płaszcza, jednak w przeciwieństwie do gorących punktów działają one krótko i różnica między nimi nie jest do końca wyraźna.

Gorące punkty i pułapki dały podstawę do powstania tzw geotektonika pióropuszowa, z którego wynika, że w procesach geodynamicznych znaczącą rolę odgrywa nie tylko konwekcja regularna, ale także pióropusze. Tektonika pióropuszów nie jest sprzeczna z tektoniką płyt, ale ją uzupełnia.

Tektonika płyt jako system nauk

Mapa płyt tektonicznych

Teraz tektoniki nie można już uważać za koncepcję czysto geologiczną. Odgrywa kluczową rolę we wszystkich naukach o Ziemi; wyłoniło się w niej kilka podejść metodologicznych z różnymi podstawowymi koncepcjami i zasadami.

Z punktu widzenia podejście kinematyczne, ruchy płytek można opisać geometrycznymi prawami ruchu figur na kuli. Ziemię postrzega się jako mozaikę płyt różnej wielkości poruszających się względem siebie i samej planety. Dane paleomagnetyczne pozwalają nam zrekonstruować położenie bieguna magnetycznego względem każdej płyty w różnych momentach czasu. Uogólnienie danych dla różnych płyt doprowadziło do rekonstrukcji całej sekwencji względnych ruchów płyt. Połączenie tych danych z informacjami uzyskanymi ze stałych gorących punktów umożliwiło określenie bezwzględnych ruchów płyt i historii ruchu biegunów magnetycznych Ziemi.

Podejście termofizyczne uważa Ziemię za silnik cieplny, w którym energia cieplna jest częściowo przekształcana w energię mechaniczną. W ramach tego podejścia ruch materii w wewnętrznych warstwach Ziemi modelowany jest jako przepływ lepkiego płynu, opisany równaniami Naviera-Stokesa. Konwekcji płaszczowej towarzyszą przejścia fazowe i reakcje chemiczne, które odgrywają decydującą rolę w strukturze przepływów płaszczowych. Na podstawie danych geofizycznych, wyników eksperymentów termofizycznych oraz obliczeń analitycznych i numerycznych naukowcy starają się szczegółowo opisać strukturę konwekcji w płaszczu, znaleźć prędkości przepływu i inne ważne cechy procesów głębokich. Dane te są szczególnie ważne dla zrozumienia budowy najgłębszych części Ziemi – dolnego płaszcza i jądra, które są niedostępne do bezpośrednich badań, ale niewątpliwie mają ogromny wpływ na procesy zachodzące na powierzchni planety.

Podejście geochemiczne. Dla geochemii tektonika płyt jest ważna jako mechanizm ciągłej wymiany materii i energii pomiędzy różnymi warstwami Ziemi. Każde ustawienie geodynamiczne charakteryzuje się specyficznymi skojarzeniami skalnymi. Z kolei te charakterystyczne cechy można wykorzystać do określenia środowiska geodynamicznego, w którym skała powstała.

Podejście historyczne. Jeśli chodzi o historię planety Ziemia, tektonika płyt to historia łączenia i rozpadu kontynentów, narodzin i rozpadu łańcuchów wulkanicznych oraz pojawiania się i zamykania oceanów i mórz. Obecnie w przypadku dużych bloków skorupy historia ruchów została ustalona bardzo szczegółowo i na przestrzeni znacznego okresu czasu, ale w przypadku małych płyt trudności metodologiczne są znacznie większe. Najbardziej złożone procesy geodynamiczne zachodzą w strefach zderzeń płyt, gdzie powstają pasma górskie złożone z wielu małych heterogenicznych bloków - terranów, przeprowadzone w 1999 roku przez proterozoiczną stację kosmiczną. Wcześniej płaszcz mógł mieć inną strukturę przenoszenia masy, w której burzliwą konwekcję i pióropusze odgrywały główną rolę, a nie stałe przepływy konwekcyjne.

Poprzednie ruchy płyt

Przeczytaj więcej w artykule Historia ruchu płyt

Rekonstrukcja ruchów płyt w przeszłości jest jednym z głównych tematów badań geologicznych. Z różnym stopniem szczegółowości odtworzono położenie kontynentów i bloków, z których zostały utworzone, aż do archaiku.

Porusza się na północ i miażdży płytę eurazjatycką, ale najwyraźniej zasoby tego ruchu są prawie wyczerpane, a w najbliższym czasie geologicznym na Oceanie Indyjskim powstanie nowa strefa subdukcji, w której będzie skorupa oceaniczna Oceanu Indyjskiego wchłonięte przez kontynent indyjski.

Wpływ ruchów płyt na klimat

Lokalizacja dużych mas kontynentalnych w regionach subpolarnych przyczynia się do ogólnego spadku temperatury planety, ponieważ na kontynentach mogą tworzyć się pokrywy lodowe. Im bardziej rozległe jest zlodowacenie, tym większe jest albedo planety i niższa średnia roczna temperatura.

Ponadto względne położenie kontynentów determinuje cyrkulację oceaniczną i atmosferyczną.

Jednak prosty i logiczny schemat: kontynenty w obszarach polarnych – zlodowacenie, kontynenty w obszarach równikowych – wzrost temperatury, okazuje się błędny w porównaniu z danymi geologicznymi dotyczącymi przeszłości Ziemi. Zlodowacenie czwartorzędowe faktycznie miało miejsce, gdy Antarktyda przeniosła się w rejon bieguna południowego, a na półkuli północnej Eurazja i Ameryka Północna zbliżyły się do bieguna północnego. Z drugiej strony najsilniejsze zlodowacenie proterozoiczne, podczas którego Ziemia była prawie całkowicie pokryta lodem, miało miejsce, gdy większość mas kontynentalnych znajdowała się w strefie równikowej.

Ponadto znaczące zmiany w położeniu kontynentów zachodzą na przestrzeni około kilkudziesięciu milionów lat, podczas gdy łączny czas trwania epok lodowcowych wynosi około kilku milionów lat, a podczas jednej epoki lodowcowej następują cykliczne zmiany zlodowaceń i okresów międzylodowcowych. Wszystkie te zmiany klimatyczne zachodzą szybko w porównaniu z prędkością ruchu kontynentów, dlatego też ruch płyt nie może być przyczyną.

Z powyższego wynika, że ruchy płyt nie odgrywają decydującej roli w zmianach klimatycznych, ale mogą być istotnym dodatkowym czynnikiem „wypychającym” je.

Znaczenie tektoniki płyt

Tektonika płyt odegrała w naukach o Ziemi rolę porównywalną z koncepcją heliocentryczną w astronomii czy odkryciem DNA w genetyce. Przed przyjęciem teorii tektoniki płyt nauki o Ziemi miały charakter opisowy. Osiągali wysoki poziom doskonałości w opisywaniu obiektów naturalnych, ale rzadko potrafili wyjaśnić przyczyny procesów. W różnych gałęziach geologii mogą dominować koncepcje przeciwne. Tektonika płyt połączyła różne nauki o Ziemi i zapewniła im moc predykcyjną.

VE Khain. w regionach i mniejszych, mniejszych skalach czasowych.