Zgodnie z nowoczesną teorią płyt litosferycznych cała litosfera na wąskie i aktywne strefy - głębokie uskoki - jest podzielona na oddzielne bloki, które poruszają się w plastycznej warstwie górnego płaszcza względem siebie z prędkością 2-3 cm na rok. Bloki te nazywane są płytami litosferycznymi.
Po raz pierwszy hipoteza o poziomym ruchu bloków skorupy ziemskiej została postawiona przez Alfreda Wegenera w latach dwudziestych XX wieku w ramach hipotezy „dryfu kontynentów”, ale hipoteza ta nie uzyskała wówczas poparcia.
Dopiero w latach sześćdziesiątych XX wieku badania dna oceanu dostarczyły rozstrzygających dowodów na poziome ruchy płyt i procesy ekspansji oceanu w wyniku tworzenia się (rozprzestrzeniania się) skorupy oceanicznej. Odrodzenie poglądów o dominującej roli ruchów poziomych nastąpiło w ramach kierunku „mobilistycznego”, którego rozwój doprowadził do powstania współczesnej teorii tektoniki płyt. Główne zasady tektoniki płyt zostały sformułowane w latach 1967-68 przez grupę amerykańskich geofizyków - W. J. Morgana, K. Le Pichona, J. Olivera, J. Isaacsa, L. Sykesa w rozwoju wcześniejszych (1961-62) pomysłów amerykańskich naukowców G. i R. Digz na temat ekspansji (rozprzestrzeniania się) dna oceanu.
Twierdzi się, że naukowcy nie są do końca pewni, co powoduje te same przesunięcia i jak wyznaczono granice płyt tektonicznych. Istnieje wiele różnych teorii, ale żadna z nich nie wyjaśnia w pełni wszystkich aspektów aktywności tektonicznej.
Zobaczmy przynajmniej, jak sobie to teraz wyobrażają.
Wegener napisał: „W 1910 roku po raz pierwszy przyszedł mi do głowy pomysł przeniesienia kontynentów … kiedy uderzyło mnie podobieństwo linii brzegowych po obu stronach Atlantyku”. Zasugerował, że we wczesnym paleozoiku na Ziemi istniały dwa duże kontynenty - Laurasia i Gondwana.
Laurasia była kontynentem północnym, który obejmował terytoria współczesnej Europy, Azji bez Indii i Ameryki Północnej. Południowy kontynent - Gondwana zjednoczyła współczesne terytoria Ameryki Południowej, Afryki, Antarktydy, Australii i Hindustanu.
Film promocyjny:
Pomiędzy Gondwaną a Laurazją znajdowały się pierwsze owoce morza - Tethys, jak ogromna zatoka. Resztę Ziemi zajmował Ocean Panthalassa.
Około 200 milionów lat temu Gondwana i Laurasia zostały zjednoczone w jednym kontynencie - Pangea (Pan - uniwersalny, Ge - ziemia).
Około 180 milionów lat temu kontynent Pangea ponownie zaczął się dzielić na części składowe, które wymieszały się na powierzchni naszej planety. Podział odbył się w następujący sposób: najpierw pojawiły się Laurasia i Gondwana, potem rozłam Laurazji, a potem rozłam Gondwany. Ze względu na rozłam i rozbieżność części Pangaei powstały oceany. Oceany atlantyckie i indyjskie można uznać za młode; stary - cichy. Ocean Arktyczny został odizolowany wraz ze wzrostem masy lądu na półkuli północnej.
A. Wegener znalazł wiele potwierdzeń istnienia jednego kontynentu na Ziemi. Istnienie w Afryce i Ameryce Południowej szczątków starożytnych zwierząt - listozaurów wydało mu się szczególnie przekonujące. Były to gady, podobne do małych hipopotamów, które żyły tylko w zbiornikach słodkowodnych. Oznacza to, że nie mogli przepływać dużych odległości w słonej wodzie morskiej. Znalazł podobne dowody w królestwie roślin.
Zainteresowanie hipotezą ruchu kontynentów w latach 30. XX wieku. nieznacznie spadła, ale w latach 60. odrodziła się ponownie, gdy w wyniku badań rzeźby i geologii dna oceanu uzyskano dane wskazujące na procesy ekspansji (rozprzestrzeniania się) skorupy oceanicznej i „nurkowania” niektórych części skorupy pod innymi (subdukcja).
Struktura szczeliny kontynentalnej.
Górna skalista część planety jest podzielona na dwie skorupy, znacznie różniące się właściwościami reologicznymi: sztywną i kruchą litosferę oraz znajdującą się pod nią plastikową i ruchomą astenosferę.
Dno litosfery jest izotermą około 1300 ° C, co odpowiada temperaturze topnienia (solidus) materiału płaszcza przy ciśnieniu litostatycznym występującym na głębokościach pierwszych setek kilometrów. Skały leżące powyżej tej izotermy na Ziemi są wystarczająco zimne i zachowują się jak twardy materiał, podczas gdy leżące pod nimi skały o tym samym składzie są dostatecznie nagrzane i stosunkowo łatwo ulegają deformacji.
Litosfera jest podzielona na płyty, stale poruszające się po powierzchni plastycznej astenosfery. Litosfera jest podzielona na 8 dużych talerzy, dziesiątki średnich i wiele małych. Pomiędzy dużymi i średnimi płytami znajdują się pasy złożone z mozaik małych płyt skorupowych.
Granice płyt to obszary aktywności sejsmicznej, tektonicznej i magmowej; wewnętrzne obszary płyt są słabo sejsmiczne i charakteryzują się słabym przejawem procesów endogennych.
Ponad 90% powierzchni Ziemi spada na 8 dużych płyt litosferycznych:
Niektóre płyty litosfery składają się wyłącznie ze skorupy oceanicznej (na przykład płyta Pacyfiku), inne zawierają fragmenty skorupy oceanicznej i kontynentalnej.
Schemat tworzenia szczelin.
Istnieją trzy typy względnych ruchów płyt: dywergencja (rozbieżność), zbieżność (zbieżność) i ruchy ścinające.
Rozbieżne granice to granice, wzdłuż których rozdzielają się płyty. Układ geodynamiczny, w którym zachodzi proces poziomego rozciągania skorupy ziemskiej, któremu towarzyszy pojawienie się wydłużonych liniowo wydłużonych zagłębień szczelinowych lub rowowych, nazywa się rifting. Te granice są ograniczone do szczelin kontynentalnych i grzbietów śródoceanicznych w basenach oceanicznych. Termin „rift” (z angielskiego rift - rupture, crack, gap) jest stosowany do dużych liniowych struktur o głębokim pochodzeniu, powstałych podczas rozciągania skorupy ziemskiej. Pod względem struktury są to struktury podobne do chwytaków. Szczeliny można układać zarówno na skorupie kontynentalnej, jak i oceanicznej, tworząc jeden globalny system zorientowany względem osi geoidy. W tym przypadku ewolucja szczelin kontynentalnych może doprowadzić do zerwania ciągłości skorupy kontynentalnej i przekształcenia tej szczeliny w szczelinę oceaniczną (jeśli ekspansja szczeliny zatrzyma się przed etapem pęknięcia skorupy kontynentalnej, jest ona wypełniona osadami, zamieniając się w aulakogen).
Procesowi ślizgania się płyt w strefach szczelin oceanicznych (grzbietów śródoceanicznych) towarzyszy tworzenie nowej skorupy oceanicznej w wyniku topnienia magmowego bazaltu pochodzącego z astenosfery. Ten proces tworzenia się nowej skorupy oceanicznej w wyniku napływu materiału płaszcza nazywa się rozprzestrzenianiem (z angielskiego rozprzestrzeniania się - rozprzestrzeniania, rozszerzania).
Struktura grzbietu śródoceanicznego. 1 - astenosfera, 2 - skały ultrazasadowe, 3 - skały zasadowe (gabroidy), 4 - zespół równoległych wałów, 5 - bazalty dna oceanicznego, 6 - odcinki skorupy oceanicznej, które powstały w różnym czasie (IV ze starzeniem), 7 - magmowy przypowierzchniowy komora (z ultrazasadową magmą w dolnej części i główną w górnej), 8 - osady dna oceanicznego (1-3 w miarę ich gromadzenia się).
Podczas rozpierania każdemu impulsowi wydłużającemu towarzyszy napływ nowej porcji stopionego płaszcza, który krzepnąc tworzy krawędzie płyt odchylonych od osi MOR. To w tych strefach tworzy się młoda skorupa oceaniczna
Zderzenie kontynentalnych i oceanicznych płyt litosferycznych.
Subdukcja to proces przesuwania płyty oceanicznej pod płytę kontynentalną lub inną. Strefy subdukcji są ograniczone do osiowych części rowów głębinowych, sprzężonych z łukami wyspowymi (które są elementami aktywnych marginesów). Granice subdukcji stanowią około 80% długości wszystkich zbieżnych granic.
Kiedy zderzają się płyty kontynentalne i oceaniczne, naturalnym zjawiskiem jest podszycie płyty oceanicznej (cięższej) pod krawędzią kontynentu; kiedy zderzają się dwa oceaniczne, starszy (to znaczy chłodniejszy i gęstszy) tonie.
Strefy subdukcji mają charakterystyczną strukturę: ich typowym elementem jest rów głębinowy - łuk wyspy wulkanicznej - basen łuku tylnego. W łuku i płycie subdukcji podsilnikowej tworzy się głębinowa rynna. W miarę opadania płyta ta zaczyna tracić wodę (bogatą w osady i minerały), ta ostatnia, jak wiadomo, znacznie obniża temperaturę topnienia skał, co prowadzi do powstania centrów topnienia, które zasilają wulkany łuków wyspowych. W tylnej części łuku wulkanicznego zwykle występuje pewne rozciąganie, które determinuje tworzenie się basenu łuku tylnego. W strefie basenu łukowego naprężenie może być na tyle duże, że prowadzi do zerwania skorupy płytowej i otwarcia basenu skorupą oceaniczną (tzw. Proces rozprzestrzeniania się łuku tylnego).
Objętość skorupy oceanicznej pochłonięta w strefach subdukcji jest równa objętości skorupy powstającej w strefach rozprzestrzeniania się. To stanowisko podkreśla opinię o stałości objętości Ziemi. Ale ta opinia nie jest jedyna i ostatecznie udowodniona. Możliwe, że objętość planów zmienia się pulsacyjnie lub następuje zmniejszenie jej spadku z powodu chłodzenia.
Zanurzenie płyty subdukcyjnej w płaszcz jest śledzone przez ogniska trzęsienia ziemi powstające na styku płyt i wewnątrz płyty subdukcyjnej (zimniejsze, a zatem bardziej kruche niż otaczające skały płaszcza). Ta sejsmiczna strefa ogniskowa została nazwana strefą Benioff-Zavaritsky. W strefach subdukcji rozpoczyna się proces tworzenia nowej skorupy kontynentalnej. O wiele rzadszym procesem interakcji między płytą kontynentalną i oceaniczną jest proces odwodzenia - zepchnięcie części litosfery oceanicznej na krawędź płyty kontynentalnej. Należy podkreślić, że w trakcie tego procesu następuje oddzielenie płyty oceanicznej, a jedynie jej górna część - skorupa i kilkanaście kilometrów górnego płaszcza - posuwa się naprzód.
Zderzenie kontynentalnych płyt litosferycznych.
Kiedy zderzają się płyty kontynentalne, których skorupa jest lżejsza od materiału płaszcza iw efekcie nie jest w stanie się w nią zanurzyć, następuje zderzenie. Podczas zderzenia brzegi zderzających się płyt kontynentalnych są zgniatane, zgniatane i powstają układy dużych uskoków ciągu, co prowadzi do powstania struktur górskich o złożonej strukturze fałdowo-oporowej. Klasycznym przykładem takiego procesu jest zderzenie płyty hindustańskiej z eurazjatycką, któremu towarzyszy rozwój okazałych systemów górskich Himalajów i Tybetu. Proces kolizji zastępuje proces subdukcji, kończąc zamknięcie basenu oceanicznego. Jednocześnie na początku procesu zderzenia, gdy krańce kontynentów już się zbliżyły, zderzenie łączy się z procesem subdukcji (osiadanie skorupy oceanicznej trwa nadal pod krawędzią kontynentu). Procesy kolizyjne charakteryzują się regionalnym metamorfizmem na dużą skalę i natrętnym magmatyzmem granitoidalnym. Procesy te prowadzą do powstania nowej skorupy kontynentalnej (z jej typową warstwą granitowo-gnejsową).
Głównym powodem ruchu płyt jest konwekcja płaszcza spowodowana prądami grawitacyjno-cieplnymi płaszcza.
Źródłem energii dla tych prądów jest różnica temperatur między centralnymi regionami Ziemi a temperaturą jej części przypowierzchniowych. W tym przypadku główna część endogennego ciepła jest uwalniana na granicy rdzenia i płaszcza podczas procesu głębokiego różnicowania, co determinuje rozpad pierwotnego materiału chondrytowego, podczas którego część metalowa pędzi do środka, zwiększając rdzeń planety, a część krzemianowa jest skoncentrowana w płaszczu, gdzie ulega różnicowaniu.
Skały nagrzane w centralnych strefach Ziemi rozszerzają się, ich gęstość spada i unoszą się, ustępując miejsca zimniejszym, a przez to cięższym masom, które już oddały część ciepła w strefach przypowierzchniowych. Ten proces wymiany ciepła przebiega w sposób ciągły, w wyniku czego powstają uporządkowane, zamknięte komórki konwekcyjne. W tym przypadku w górnej części komórki przepływ materii zachodzi prawie w płaszczyźnie poziomej i to ta część przepływu determinuje poziomy ruch materii astenosfery i znajdujących się na niej płyt. Ogólnie wznoszące się gałęzie komórek konwekcyjnych znajdują się pod strefami rozbieżnych granic (MOR i szczeliny kontynentalne), a gałęzie zstępujące - w strefach zbieżnych granic. Zatem głównym powodem ruchu płyt litosferycznych jest „ciągnięcie” przez prądy konwekcyjne. Oprócz,na płyty oddziałuje szereg innych czynników. W szczególności powierzchnia astenosfery okazuje się nieco podniesiona ponad strefy wznoszących się gałęzi i bardziej obniżona w strefach zanurzenia, co determinuje grawitacyjne „ślizganie się” litosfery umieszczonej na nachylonej powierzchni tworzywa sztucznego. Ponadto działają procesy wciągania ciężkiej, zimnej oceanicznej litosfery w strefach subdukcji do gorącej, a co za tym idzie, mniej gęstej astenosfery, a także klinowania hydraulicznego przez bazalty w strefach MOR. Ponadto działają procesy wciągania ciężkiej, zimnej oceanicznej litosfery w strefach subdukcji do gorącej, a co za tym idzie, mniej gęstej astenosfery, a także klinowania hydraulicznego przez bazalty w strefach MOR. Ponadto działają procesy wciągania ciężkiej, zimnej oceanicznej litosfery w strefach subdukcji do gorącej, a co za tym idzie, mniej gęstej astenosfery, a także klinowania hydraulicznego przez bazalty w strefach MOR.
Główne siły napędowe tektoniki płyt są przykładane do podstawy wewnątrzpłytkowych części litosfery - siły oporu płaszcza (oporu) FDO pod oceanami i FDC pod kontynentami, których wielkość zależy przede wszystkim od prędkości prądu astenosferycznego, a ta ostatnia jest określona przez lepkość i grubość warstwy astenosferycznej. Ponieważ grubość astenosfery pod kontynentami jest znacznie mniejsza, a lepkość znacznie wyższa niż pod oceanami, wielkość siły FDC jest prawie o rząd wielkości niższa niż wielkość FDO. Pod kontynentami, zwłaszcza ich starożytnymi częściami (tarczami kontynentalnymi), astenosfera prawie się rozpada, więc kontynenty wydają się być „osierocone”. Ponieważ większość litosferycznych płyt współczesnej Ziemi zawiera zarówno części oceaniczne, jak i kontynentalne, należy się spodziewaćże obecność kontynentu w płycie powinna generalnie „spowolnić” ruch całej płyty. Tak to właśnie się dzieje (najszybciej poruszają się prawie czysto oceaniczne płyty Pacyfiku, Kokosu i Nazca; najwolniejsze to Eurazja, Ameryka Północna, Ameryka Południowa, Antarktyda i Afryka, których znaczną część zajmują kontynenty). Wreszcie, na zbieżnych granicach płyt, gdzie ciężkie i zimne krawędzie litosferycznych płyt (płyt) zapadają się w płaszcz, ich ujemna wyporność wytwarza siłę FNB (indeks w oznaczeniu siły - z angielskiego ujemnego wyporu). Działanie tego ostatniego prowadzi do tego, że subdukcyjna część płytki tonie w astenosferze i ciągnie wraz z nią całą płytkę, zwiększając tym samym prędkość jej ruchu. Oczywiście siła FNB działa sporadycznie i tylko w określonych ustawieniach geodynamicznych,na przykład w przypadku opisanego powyżej zawalenia się płyty na odcinku 670 km.
Zatem mechanizmy napędzające płyty litosferyczne można warunkowo przyporządkować do dwóch następujących grup: 1) związanych z siłami oporu płaszcza przyłożonymi do dowolnych punktów podstawy płyty, na rysunku - siły FDO i FDC; 2) związane z siłami przyłożonymi do krawędzi płyt (mechanizm edge-force), na rysunku - siły FRP i FNB. Rola tego lub innego mechanizmu napędowego, a także tych lub innych sił, jest oceniana indywidualnie dla każdej płyty litosferycznej.
Połączenie tych procesów odzwierciedla ogólny proces geodynamiczny obejmujący obszary od powierzchni do głębokich stref Ziemi. Obecnie w płaszczu ziemskim rozwija się dwukomórkowa konwekcja płaszcza z komórkami zamkniętymi (zgodnie z modelem konwekcji przez płaszcz) lub oddzielna konwekcja w płaszczu górnym i dolnym z nagromadzeniem płyt w strefach subdukcji (według modelu dwupoziomowego). Prawdopodobne bieguny wypiętrzenia materii płaszczowej znajdują się w północno-wschodniej Afryce (mniej więcej pod strefą styku płyt afrykańskich, somalijskich i arabskich) oraz w rejonie Wyspy Wielkanocnej (pod środkowym grzbietem Oceanu Spokojnego - wypiętrzenie Wschodniego Pacyfiku). Równik osiadania materiału płaszcza przebiega w przybliżeniu po ciągłym łańcuchu zbieżnych granic płyt wzdłuż obrzeży Pacyfiku i wschodniego Oceanu Indyjskiego. Obecny reżim konwekcji w płaszczu,Rozpad Pangei, który rozpoczął się około 200 milionów lat temu i dał początek współczesnym oceanom, zostanie w przyszłości zastąpiony reżimem jednokomórkowym (zgodnie z modelem konwekcji przez płaszcz) lub (według modelu alternatywnego) konwekcją przez płaszcz w wyniku zawalenia się płyt na odcinku 670 km. Prawdopodobnie doprowadzi to do zderzenia kontynentów i powstania nowego superkontynentu, piątego w historii Ziemi.
Przemieszczenia płyt podlegają prawom geometrii sferycznej i można je opisać na podstawie twierdzenia Eulera. Twierdzenie Eulera o rotacji stwierdza, że każdy obrót w przestrzeni trójwymiarowej ma oś. Zatem obrót można opisać trzema parametrami: współrzędnymi osi obrotu (na przykład jej szerokością i długością geograficzną) oraz kątem obrotu. Na podstawie tej pozycji można odtworzyć położenie kontynentów w minionych epokach geologicznych. Analiza ruchów kontynentów doprowadziła do wniosku, że co 400-600 milionów lat łączą się one w jeden superkontynent, który ulega dalszej dezintegracji. W wyniku rozłamu takiego superkontynentu Pangaea, który miał miejsce 200-150 milionów lat temu, powstały współczesne kontynenty.
Tektonika płyt jest pierwszą ogólną koncepcją geologiczną, którą można przetestować. Ta kontrola została przeprowadzona. W latach 70. zorganizowano program wierceń głębinowych. W ramach tego programu statek wiertniczy "Glomar Challenger" wykonał kilkaset odwiertów, które wykazały dobrą zbieżność wieków oszacowaną na podstawie anomalii magnetycznych z wiekami wyznaczonymi na podstawie bazaltów lub poziomów osadowych. Schemat rozmieszczenia obszarów skorupy oceanicznej w różnym wieku pokazano na ryc.:
Wiek skorupy oceanicznej na podstawie anomalii magnetycznych (Kenneth, 1987): 1 - obszary, na których brakuje danych i gruntów; 2-8 - wiek: 2 - Holocen, plejstocen, pliocen (0–5 mln lat); 3 - miocen (5–23 mln lat temu); 4 - Oligocen (23–38 mln lat temu); 5 & ndash; Eocen (38-53 mA); 6 - Paleocen (53-65 Ma) 7 - kreda (65-135 Ma) 8 - Jurajski (135-190 Ma).
Pod koniec lat 80-tych. zakończono kolejny eksperyment, aby przetestować ruch płyt litosferycznych. Polegał on na pomiarze linii bazowych w stosunku do odległych kwazarów. Na dwóch płytach wybrano punkty, w których za pomocą nowoczesnych radioteleskopów określono odległość do kwazarów i kąt ich deklinacji, a następnie obliczono odległości między punktami na obu płytach, czyli wyznaczono linię bazową. Dokładność oznaczenia sięgała pierwszych centymetrów. Kilka lat później pomiary powtórzono. Uzyskano bardzo dobrą zgodność między wynikami obliczonymi na podstawie anomalii magnetycznych a danymi wyznaczonymi z linii bazowych.
Schemat ilustrujący wyniki pomiarów wzajemnego przemieszczania się płyt litosferycznych uzyskanych metodą interferometrii z ultradługą linią bazową - ISDB (Carter i Robertson, 1987). Ruch płyt zmienia długość linii podstawowej między radioteleskopami umieszczonymi na różnych płytach. Mapa półkuli północnej pokazuje linie bazowe, które zostały zmierzone metodą ISDB, z wystarczającą ilością danych, aby dokonać wiarygodnego oszacowania tempa zmian ich długości (w centymetrach na rok). Liczby w nawiasach wskazują wielkość przemieszczenia płyty obliczoną z modelu teoretycznego. W prawie wszystkich przypadkach obliczone i zmierzone wartości są bardzo zbliżone.
Tak więc tektonika płyt przez lata była testowana wieloma niezależnymi metodami. Jest uznawany przez światowe środowisko naukowe za współczesny paradygmat geologii.
Znając położenie biegunów i prędkość współczesnego ruchu płyt litosferycznych, prędkość rozszerzania się i wchłaniania dna oceanu, można wytyczyć ścieżkę ruchu kontynentów w przyszłości i wyobrazić sobie ich położenie na pewien okres czasu.
Prognoza ta została sporządzona przez amerykańskich geologów R. Dietza i J. Holdena. Za 50 milionów lat, zgodnie z ich założeniami, oceany atlantyckie i indyjskie rozszerzą się kosztem Pacyfiku, Afryka przesunie się na północ, dzięki czemu Morze Śródziemne będzie stopniowo eliminowane. Zniknie Cieśnina Gibraltarska, a „odwrócona” Hiszpania zamknie Zatokę Biskajską. Afrykę podzielą wielkie afrykańskie szczeliny, a jej wschodnia część zostanie przesunięta na północny wschód. Morze Czerwone rozszerzy się tak bardzo, że oddzieli Półwysep Synaj od Afryki, Arabia przesunie się na północny wschód i zamknie Zatokę Perską. Indie będą coraz bardziej przesuwać się w kierunku Azji, co oznacza, że Himalaje będą rosły. Kalifornia wzdłuż uskoku San Andreas oddzieli się od Ameryki Północnej i w tym miejscu zacznie się formować nowy basen oceaniczny. Istotne zmiany nastąpią na półkuli południowej. Australia przekroczy równik i wejdzie w kontakt z Eurazją. Ta prognoza wymaga znacznego dopracowania. Wiele tutaj jest nadal dyskusyjnych i niejasnych.