2. Тектоносфера и литосфера

1. Представления о тектоносфере 2. Типы движений земной коры 3. Литосфера и литосферные плиты 4. Движения мантийного вещества 5. Цикличность образования и распада литосферных плит

Тектонисты неоднозначно определяют сферу проявления процессов деформации и структурообразования в земной коре. В.Е. Хаин считает, что она охватывает земную кору и верхнюю мантию, примерно, до глубины 700 км. Ю.М. Пущаровский полагает, что тектоносфера простирается до ядра Земли. Действительно, если существуют перемещения вещества мантии – циркуляционные (конвективные) и (или) вертикальные (адвентивные), то сферу тектонических процессов следует протягивать до внешнего ядра, включая переходный слой Д1 К. Буллена. Земля является геологически ак- тивным космическим телом, причем это справедливо для любых этапов ее развития – от ранних, архейских до современного. Активное структурообра- зование происходит и в настоящее время, что выражено перемещениями бе- реговых линий морей, ростом горных систем, вулканизмом, землетрясениями и другими геологическими явлениями.

Тектонические движения – это перемещения земной коры определен- ной территории, приводящие к деформациям геологических тел. Единооб- разно их классифицировать невозможно ввиду необходимости учета многих факторов. Так, по времени проявления они могут быть современными, моло- дыми, плейстоценовыми, кайнозойскими и весьма древними. По скорости структурообразования тектонические движения разделяют на медленные (не- сколько миллиметров за год), быстрые (провалы и вспучивания земной по- верхности за короткое время на десятки и сотни метров) и катастрофические с почти мгновенным преобразованием рельефа и появлением складок или разрывных нарушений. По направлению движений выделяют вертикальные, горизонтальные и косонаправленные. По периодичности есть обратимые (ко- лебательные) и необратимые (восходящие и нисходящие) деформации. На-

10

конец, по геологическим результатам можно выделить складко- и разрывооб- разующие движения, а также магмообразующие (инъективные). Сложными, изменяющимися во времени и пространстве тектоническими процессами формируются горно-складчатые системы (орогенез), континентальные и оке- анские рифты, зоны деформаций, магматической и гидротермальной дея- тельности (тектономагматическая активизация) и другие системы.

С позиций геодинамики, основанной на положениях тектоники лито- сферных плит, предметом рассмотрения является литосфера и ее составные части – литосферные плиты. Литосфера – это надоболочка, которая включает земную кору (любого типа) и верхнюю, относительно «холодную» мантию. Первой предпосылкой вычленения литосферы явилось установление изоста- зии. Это понятие ввел англичанин Даттон в 1892 г., подразумевая под ним «плавание», то есть уравновешивание легкой земной коры относительно бо- лее плотной, обладающей реологическими свойствами, мантии. Затем была выделена астеносфера – разогретая и относительно пластичная часть мантии, обеспечивающая изостатическую компенсацию. Астеносфера была выделена Ван-Хайзом в 1904 г. и обоснована Дж. Баррелом в 1916 г.

В семидесятые годы ХХ в. была построена концепция (теория) лито- сферных плит, базирующаяся на ряде геолого-геофизических положений, а именно: 1) разделение верхней части Земли на оболочки с различными рео- логическими свойствами; 2) наличие границ плит трех родов – дивергентных (раздвиговых), конвергентных (поддвиговых) и трансформных (сдвиговых); 3) наличие ограниченного числа крупных плит и их обломков; 4) при своем движении плиты подчиняются законам сферической геометрии (теорема Эй- лера): любое дивергентное перемещение двух сопряженных точек на сфере совершается вдоль окружности, проведенной перпендикулярно оси, прохо- дящей через центр Земли; 5) объемы рождаемой на дивергентной границе и поглощаемой – на конвергентной океанской коры равны, то есть радиус Зем- ли является постоянным; 6) основная причина движения плит – наличие кон- векции вещества мантии.

Под океанами подошва литосферы лежит на глубинах 50-60 км, под континентами – 100 км и более (под кристаллическими щитами астеносфера не обнаружена). На Земле выделены 7 плит I порядка: Евразийская, Северо- и Южноамериканские, Индо-Австралийская, Антарктическая, Африканская и Тихоокеанская. Их границы на глобусе и картах Земли установлены по поя- сам сейсмичности, океанским рифтам и крупным современным сдвигам. Большинство плит имеет более толстую континентальную и тонкую океан- скую части. Есть плита, почти сплошь состоящая из континентальной части (Евразийская) и из океанской части (Тихоокеанская). Другие плиты имеют как первую, так и вторую части в разных пропорциях.

На Земле есть плиты II порядка – Аравийская, Наска, Кокос, Карибская, Охотоморская, Филиппинская, Индокитайская и Китайская. Они оконтурены

11

такими же границами, что и крупнейшие плиты. Плиты III порядка малые, выделяемые по рифтам (в том числе континентальным), сдвигам, рассеянной сейсмичности. На территории России разными исследователями выделены Амурская, Забайкальская, Верхоянская, Омолонская и другие малые плиты. Наконец, есть осколки малых и средних плит – террейны. Это тектонические блоки экзотического состава и особого строения. По реконструкциям террей- ны первоначально располагались на большом удалении от современного ме- стонахождения.

В Северном полушарии Земли расположены две крупные литосферные плиты – Северо-Американская и Евразийская. Из них первая на западе имеет спрединговую границу, проходящую по хребту Гаккеля в Северном Ледови- том океане и затем к юго-востоку через Чукотку, север Магаданской области и примерно посередине Камчатки. По Алеутской островной дуге она следует до побережья Северной Америки и далее на юго-восток до Мексики. Южная граница этой плиты проходит через Атлантический океан до Срединно- Атлантического хребта, ограничивающего плиту на востоке. В состав данной плиты входят острова Канадского архипелага и Гренландия.

Евразийская плита на западе следует по спрединговой зоне Срединно- Атлантического хребта до широты Средиземного моря, далее через это море до Аравийского полуострова и затем через Персидский залив и вдоль побе- режья Индийского океана до Индостана. В обход последнего коллизионная граница плиты следует долиной Инда и через хребет Каракорум в долину Га- рима. Затем через пустыню Гоби и поперек Большого Хингана она трассиру- ется до Охотского моря. В юго-восточной части с Евразийской плитой грани- чат Китайская и Охотоморская плиты II порядка. Частично в Северном по- лушарии находится Тихоокеанская плита, которая по площади является крупнейшей на Земле. На севере, северо-западе плиту ограничивают субдук- ционные (островодужные системы), а на юге и юго-востоке – спрединговые системы. Восточнее Восточно-Тихоокеанского поднятия (спредингового хребта) находятся плиты II порядка Кокос (у Панамского перешейка) и На- ска.

Африканская плита принадлежит обоим полушариям. На севере она ог- раничена субдукционными и коллизионными границами Средиземноморско- го бассейна и его островов и затем в обход Аравийского полуострова по зоне спрединга Красного моря следует к Индийскому океану и далее вдоль Сре- динно-Индийского подводного хребта к зоне тройного сочленения спредин- говых систем (о.Буве). На западе эта плита ограничена Срединно- Атлантическим хребтом.

Индо-Австралийская плита частично принадлежит Северному полуша- рию и более чем на половину является океанской. Континентальными соору- жениями в еѐ составе являются Индостан и Австралия. На северо-востоке и

12

востоке границы плиты субдукционные (от Бенгальского залива до Новой Зеландии), а на западе и юге – спрединговые.

Южно-Американская плита протягивается от Панамского перешейка и Карибского моря на севере до мыса Горн и Южно-Антильского подводного хребта на юге. На западе граница плиты проходит по Перуанскому желобу, являясь субдукционной, а на востоке - по Срединно-Индийскому подводному хребту. С севера к этой плите примыкают плиты II порядка Кокос и Кариб- ская.

Антарктическая плита со всех сторон окружена водами Тихого, Атлан- тического и Индийского океанов (спрединговые границы). Примерно, поло- вину площади этой плиты занимает ледниковый щит с абсолютными отмет- ками в районе Южного географического полюса до 3500 м.

Причины возникновения и перемещения литосферных плит – наличие конвективных ячей в мантии. Плиты I порядка перемещаются в пределах ячей Релея-Бернара со стороной порядка 5000 км. Ячея имеет гексагональ- ную конфигурацию, вследствие чего возникают тройные сочленения рифтов. Средние и малые плиты являются порождениями двухэтажной конвекции. Если она неупорядоченная, ячеи могут иметь разные размеры.

Периодичность геодинамических явлений можно объяснить перестрой- ками системы конвекции. Пока существует одноэтажная конвективная сис- тема Релея-Бернара, проявляется геодинамический цикл, выделенный канад- ским геофизиком Дж. Уилсоном (рис.1):

Коллизия VI —— I Рифтогенез Б II Красновоморская

Аккреция V А система III Мегаокеан

Островодужная IV система

А – дивергентная часть цикла, Б – конвергентная часть.

Рис. 1. Цикл Дж. Уилсона (Вильсона)

Продолжительность цикла Уилсона около 600 млн. лет (по другим оценкам 1,2 млрд. лет). В конце цикла возникают суперконтиненты (Пангеи). Кроме конвекции, в мантии существуют адвективные движения вещества. Крупные колонны горячего разуплотненного вещества поднимаются от гра-

13

ницы внешнего ядра (апвеллинг). По данным сейсмической томографии, в мантии установлены Тихоокеанский и Индо-Африканский апвеллинги. Ги- гантские колонны охлажденного более тяжелого вещества опускаются до границ ядра (даунвеллинг). Установлены Западно- и Восточно- Тихоокеанский даунвеллинги.

С позиций геодинамики, развитие Земли и земной коры обусловливают процессы в мантии – как конвективные, так и адвективные, создающие мно- гообразие тектонических структур и режимов.