Методические рекомендации. Задание 8. Тектонические гипотезы

Задание 8. Тектонические гипотезы

2. Составьте опорный план-конспект по плану:

1. Понятие тектонической гипотезы.

2. Гипотезы фиксизма и мобилизма.

3. Основные положения гипотезы: нептунизма, плутонизма, контракционной гипотезы, гипотеза расширения Земли.

4. Положения гипотезы платформ и геосинклиналей.

5. Стадии развития геосинклиналей.

6. Основные положения гипотезы литосферных плит.

2. Дайте определение терминов: аккреция, изостазия, рифт, спрединг, суюдукция, обдукция, коллизия.

Тектонические гипотезы, научно обоснованные предположения о причинах движений и деформаций земной коры, создающих её структуру. Вопрос о причинах тектонических деформаций нельзя считать окончательно решенным, поскольку основной источник их возникновения следует искать в мантии Земли, а точные данные о состоянии и движении вещества ниже подошвы земной коры отсутствуют. Недостаточно использованы также возможности количественной обработки данных региональной и исторической геологии, позволяющих восстановить ход эндогенных процессов в планетарном масштабе (развитие трансгрессий и регрессий, поднятий и опусканий, складчатости, магматизма и т. п.). Поэтому существует множество Т. г., усматривающих причины тектонического развития в весьма различных факторах. Все имеющиеся гипотезы можно объединить в две группы: гипотез фиксизма, в основе которых лежит предположение о неизменности взаимного расположения отдельных глыб земной коры на протяжении геологической истории и ведущей роли вертикальных тектонических движений, и гипотез мобилизма, допускающих крупные перемещения материковых глыб коры в горизонтальном направлении и отводящих этим горизонтальным движениям основную роль.

Первая попытка научно объяснить деформацию пластов горных пород была сделана в 18 в. А. Г.Вернером в гипотезе нептунизма, которая рассматривала нарушения горизонтального залегания слоев как результат подводных оползней или обвалов. Тогда же была выдвинута гипотеза плутонизма Дж. Геттона. в основе которой лежала идея о преобладании в развитии Земли вертикальных поднятий. Эта идея была развита в первой четверти 19 в. немецким учёными Л. Бухом. А. Гумбольдтом и Б. Штудером, которые объясняли образование складчатых горных сооружений подъёмом магмы при вулканических и интрузивно-магматических процессах (гипотеза "кратеров поднятия"). Однако такое объяснение оказалось недостаточным, и во 2-й половине 19 — начале 20 вв. почти всеобщее признание получила контракционная гипотеза, в разработке которой принимали участие Л. Эли де Бомон. А. Гейм, Э. Зюсс. Х. Джефрис, а из русских геологов — А. П. Карпинский, Ф. Н. Чернышев, И. В. Мушкетов, А. П. Павлов, К. И. Богданович. Контракционная гипотеза исходила из представления о первоначально расплавленной и постепенно охлаждающейся Земле (космогоническая гипотеза Канта — Далласа). Тектонические деформации она объясняла охлаждением Земли и сокращением её радиуса; смятие слоев в складки рассматривалось как результат сжатия под действием горизонтальных сил, возникающих в земной коре при сокращении размеров планеты. Однако открытие радиоактивности горных пород поставило под сомнение исходное положение контракционной гипотезы — об изначально расплавленной и охлаждающейся Земле. Было показано, что тепловая энергия, выделяемая при радиоактивном распаде, компенсирует (возможно даже с избытком) потерю тепла Землёй. В 1-й половине 20 в. на смену контракционной гипотезе выдвигаются гипотезы глубинной дифференциации, подкоровых течений, пульсационная, перемещения (дрейфа) материков, расширения Земли.

Гипотеза глубинной дифференциации (голландский учёный Р. В. ван Беммелен и советский геолог В. В. Белоусов) основана на концепции первично холодной Земли. Высокая температура её недр объясняется разогревом за счёт выделения тепла при распаде радиоактивных элементов. Разогрев вызывает частичное плавление вещества мантии и его дифференциацию, которая проявляется неравномерно; в зонах максимального накопления выплавленного лёгкого силикатного материала формируется кора материков. В соответствии с законом изостазии происходит поднятие верхних слоев коры и образование возвышенностей. Т. о., первичными считаются вертикальные движения. Складчатость рассматривается частично как проявление гравитационного тектогенеза (результат смятия слоев при оползании масс на склонах возвышенностей), частично как следствие подъёма глубинных масс коры вдоль оси складчатых сооружений при региональном метаморфизме и гранитообразовании (глубинный диапиризм, Белоусов); при этом на периферии этих сооружений возникает складчатость, связанная с раздвиганием и смятием осадочных толщ. Формирование океанических впадин рассматривается как результат опускания их дна без значительного растяжения с преобразованием материковой коры в более тонкую базальтовую (так называемая океанизация, или базификация, коры — В. В. Белоусов, С. И. Субботин).

Гипотеза подкоровых течений (австрийский тектонист О. Ампферер, немецкие ученые Р. Швнннер и Э. Краус, голландский геофизик Ф. Венинг Мейнес) допускает существование в мантии круговорота конвекционных течений, увлекающих за собой земную кору и вызывающих тем самым её деформации; среди движений земной коры равное значение придаётся и вертикальным, и горизонтальным. Остаётся не вполне доказанным само существование и возможность образования в мантии постоянных или длительных конвекционных течений.

Пульсационная гипотеза (американский геолог У. Х. Бачер, советские учёные М. А. Усов и В. А. Обручев) дополнила идею контракционной гипотезы о сжатии Земли представлением о чередовании глобальных эпох сжатия и эпох её расширения, пытаясь объяснить на этой основе явления магматизма, трансгрессии и регрессии Мирового океана и некоторые др. явления, не объяснённые контракционной гипотезой.

Гипотеза расширения Земли (немецкий геолог О. Хильгенберг, венгерский геофизик Л. Эдьед, американский геолог Б. Хейзен и др.) представляет попытку объяснить происхождение океанических впадин раздвиганием материковых глыб вследствие увеличения радиуса Земли в ходе геологического времени. Причины такого расширения остаются, однако, неясными.

Принципиально новый подход к тектоническим процессам связан с появлением гипотезы перемещения материков (американский геолог Ф. Тейлор и особенно немецкий геофизик А. Вегенер). Гипотезы дрейфа допускают возможность крупных (в тысячи км) горизонтальных перемещений материковых глыб по подкоровым слоям или вместе с ними (вследствие подкоровых течений в мантии Земли). Причиной таких перемещений первоначально считались силы, возникающие при вращении Земли.

В 60—70-е гг. 20 в. идеи мобилизма были возрождены на новой фактической основе в виде "новой глобальной тектоники", или "тектоники плит" (американские учёные Х. Хесс, Р. Диц и др.). Эта гипотеза предполагает существование подкоровых конвекционных течений и опирается на данные палеомагнетизма, сейсмологии, особенности магнитных аномалий и результаты бурения дна океанов. Согласно "новой глобальной тектонике", сравнительно хрупкая литосфера, подстилаемая пластичной астеносферой, разделена на жёсткие плиты, отделённые друг от друга тектоническими разрывами (швами) по осевым линиям сейсмических поясов Земли. Плиты включают не только материки, но и "припаянные" к ним части океанического дна, образовавшиеся главным образом в течение мезозоя и кайнозоя. Плиты испытывают друг относительно друга раздвиг (с образованием рифтов и затем океанов), поддвиг (с погружением одной плиты под другую) или горизонтальное смещение типа сдвига. Расширение литосферы в области океанов и новообразование океанической коры компенсируются сокращением поверхности земной коры при поддвигании (субдукции) одних плит под другие у периферии океанов, в области островных дуг, а также у подножия молодых складчатых хребтов (Предгималайский прогиб и др.). Это подтверждается распределением напряжений в очагах землетрясений. Смятие слоев в таких зонах сжатия коры выражается вскладчатости горных пород. Геодезические данные указывают на раздвигание глыб (Северо-восточная Африка), их взаимное скольжение по разломам со скоростью 0,5—3 см в год (Калифорния) или сближение по надвигам (Таджикистан). Значения скорости горизонтальных перемещений того же порядка определяются по палеомагнитным данным, по ширине полос магнитных аномалий вдоль срединноокеанических хребтов и на основании палеогеографических реконструкций.

Довольно полное и простое объяснение разнообразных геологических, геофизических и геохимических фактов с позиций "новой глобальной тектоники" явилось причиной быстрого и широкого успеха этой концепции. Однако в гипотезе имеется и много неясных положений, например представление о движущей силе, перемещающей плиты, характер геологических процессов в рифтовых зонах срединных хребтов, механизм поддвигания и засасывания океанической коры в зонах островных дуг, причины тектонических процессов внутри плит литосферы, и, в частности, континентальных платформ и др. Предпринимаются попытки преодолеть эти недостатки, объяснить с позиций "новой глобальной тектоники" образование месторождений полезных ископаемых. Вероятно, выбор между конкурирующими моделями и создание общей теории развития земной коры станет возможным после накопления геодезических данных о взаимном перемещении материков и более достоверных сведений о составе и строении литосферы (особенно под океаном) и более глубоких оболочек Земли.

Лит.: Белоусов В. В., Основы геотектоники, М., 1975; Кропоткин П. Н., Эволюция Земли, М., 1964; Хаин В. Е., Общая геотектоника, 2 изд., М., 1973; Проблемы глобальной тектоники. Сб. ст., М., 1973; Новая глобальная тектоника. Сб. ст., пер. с англ., М., 1974.

Тектонические гипотезы по-разному объясняют развитие самой верхней твердой оболочки Земли. Гипотезы отличаются, прежде всего, объектами исследований и приоритетом направления тектонических движений.

Гипотеза фиксизма (платформ и геосинклиналей) объясняет развитие земной коры, и главное значение отводит вертикальным движениям ее блоков. Свои истоки фиксизм берет в гипотезе контракции земной коры. Согласно последней, остывающая планета уменьшается в объеме, что ведет к складчатым деформациям ее верхней твердой части. Согласно фиксизму, главнейшими структурами земной коры являются платформы (материковые и океанические) и геосинклинальныепояса. Под платформой понимается жесткий устойчивый блок земной коры, не претерпевающий активных тектонических движений (вулканизм и землетрясения редки). Платформы или их участки могут подвергаться лишь медленному воздыманию или погружению. Геосинклиналью называется подвижный участок земной коры, испытывающий быстрые вертикальные перемещения. В пределах геосинклинали земная кора сильно расчленена разломами и отличается повышенной проницаемостью. Геосинклиналям характерны следующие черты.

1. Вертикальная направленность тектонических движений, резкая смена прогибания поднятием.

2. Большие мощности осадочных пород (до 10 – 15 км).

3. Широкое развитие интрузивного и эффузивного магматизма, высокая сейсмичность.

4. Активный метаморфизм горных пород.

5. Интенсивная складчатость всей территории и обилие разломных структур.

Геосинклинали возникают благодаря расколу земной коры и провалу ее блоков в мантию с их последующей переплавкой. На месте провалившегося блока формируется тонкий, а значит подвижный базальтовый слой, то есть образуется земная кора океанического типа. Возникший таким образом морской геосинклинальный бассейн в своем развитии проходит через несколько стадий.

1. Собственно геосинклинальная стадия – идет погружение тонкой и тяжелой океанической коры. Благодаря углублению моря, на дне его накапливаются все более мощные толщи осадочных пород. Базальтовый слой не выдерживает растяжения и разрывается, что ведет к формированию подводных лавовых покровов.

2. Островная стадия – усложняются тектонические движения: на фоне преобладающего погружения отдельные массивы дна испытывают подъем. Активизируются процессы вулканизма и интрузивного магматизма. Вершины вулканических гор поднимаются над водой, формируя островные дуги.

3. Орогенная стадия – дно геосинклинального бассейна, разбитое трещинами на блоки, испытывает активные вертикальные и горизонтальные подвижки, что приводит к общему смятию в складки накопленных осадочных толщ. По линиям разломов происходит активный магматизм и формирование огромных интрузивных тел. Под влиянием давления при складкообразовании, а также под воздействием тепла, газов и растворов интрузий слои осадочных пород подвергаются сильной метаморфизации. Господствует режим тектонического воздымания территории, в результате которого на месте моря возникает горно-складчатая суша.

4. Постгеосинклинальная (платформенная) стадия – на территории горно-складчатой суши постепенно затухают быстрые тектонические движения, главенствующее значение приобретают процессы эрозии и денудации. Сохранившиеся от разрушения «корни» гор причленяются к платформе, наращивая ее площадь. Такой процесс роста континентальной земной коры получил название аккреции.

Гипотеза тектоники литосферных плит зародилась в конце девятнадцатого века как гипотеза дрейфа материков (мобилизма). Гипотеза тектоники литосферных плит объясняет развитие литосферы, и главное значение отводит горизонтальным движениям ее блоков. Согласно этой гипотезе, главными структурами литосферы являются литосферные плиты и разделяющие их рифты. Литосферные плиты, включающие в свой состав участки земной коры как океанического, так и континентального типов, находятся в постоянном горизонтальном движении относительно друг друга. Различие в абсолютной высоте между материковыми и океаническими участками плит объясняется изостазией – явлением уравновешивания мощных, но легких блоков (континентального типа), блоками тонкими, но тяжелыми (океанического типа) Рифты – рассекающие всю литосферу глубинные разломы, в которых происходит раздвиг (растяжение, спрединг) литосферных плит и наблюдается высочайшая сейсмическая активность, а мощность земной коры минимальна (до 0 м).

Основные положения концепции сводятся к тому, что магма, поднимающаяся по рифтовым разломам, изливается на поверхность и застывает, образуя напластования базальтов, представленные в рельефе срединно-океаническими хребтами. Образующиеся при застывании магмы кристаллы ферромагнитных минералов ориентируются в соответствии с направлением линий напряженности магнитного поля Земли. Затем новообразованная океаническая кора разламывается и раздвигается со скоростью до нескольких сантиметров в год в обе стороны от рифта, тем самым увеличивая площадь океана. Этот процесс получил название спрединга. В соответствии с инверсиями магнитного поля Земли, в разрастающейся океанической коре возникают поддающиеся возрастной датировке парные полосы магнитных аномалий, симметрично обрамляющие срединно-океанический хребет. По линиям трансформных разломов происходит сдвиг как срединных хребтов и рифтов, так и полосовых магнитных аномалий. В зоне конвергенции литосферных плит, одна из которых содержит кору материкового типа, а другая – океанического, происходит процесс субдукции. Субдукция заключается в том, что тонкая, но тяжелая плита с океанической корой полого погружается в мантию под гораздо более мощную, но легкую плиту с материковой корой. В том месте, где происходит перегиб океанической плиты, возникает глубоководный желоб. В зоне взаимодействия плит, но ближе к материку, формируется островная дуга, созданная смятыми в складки, метаморфизированными и пронизанными интрузиями слоями морских отложений и, частично, вулканическими породами. Таким образом, благодаря конвергенции происходит, с одной стороны, поглощение океанических участков литосферы, а с другой стороны, приращение континентальных участков. Факты, свидетельствующие в пользу концепции спрединга, можно разделить на три группы.

1. Особенности строения срединно-океанических хребтов:

– сложены базальтоидами с примесью ультраосновных пород;

– они молоды, поскольку почти лишены осадков;

– положительные аномалии силы тяжести, свидетельствующие о близком залегании тяжелых масс;

– высокие значения теплового потока, свидетельствующие о близости раскаленных масс;

– наблюдаются многочисленные мелкофокусные землетрясения, свидетельствующие о малой мощности литосферы.

2. Особенности строения океанического дна:

– наличие полосовых магнитных аномалий, попарно разного знака полярности;

– отсутствие осадочных пород, древнее юрских;

– вулканические конусы и подводные горы вытянуты в линии, в целом параллельные срединно-океаническому хребту;

– увеличение возраста вулканических конусов от срединно-океанического хребта к материкам;

– увеличение возраста и мощности осадочных пород в этом же направлении;

– рост глубины океана с удалением от срединно-океанического хребта;

– снижение величины теплового потока в этом же направлении;

3. Особенности строения зон субдукции:

– вулканизм островных дуг;

– промежуточные и глубокофокусные землетрясения, сосредоточенные в наклонных зонах;

– отрицательные аномалии силы тяжести;

– пониженный тепловой поток.