Современные представления о механизме тектоногенеза

Source: http://avspir.narod.ru/geo/khain1995/hain_18_4.htm

Исходной предпосылкой тектоники плит служит представление о разделении верхней части Земли на две различные по реологическим свойствам оболочки — литосферу и астеносферу. Контраст между вязкостью литосферы и астеносферы падает от океанов к континентам, и это обусловливает меньшую подвижность континентальных плит и мощность литосферы; под последними мощность литосферы 150—200 и 400 км. Литосфера (особенно континентальная) характеризуется реологической расслоенностью и в ней наряду с жесткими и хрупкими верхней корой и литосферной мантией выделяется пластичная нижняя и (или) средняя кора.

Основополагающим постулатом тектоники плит является латеральное разделение литосферы на ограниченное число крупных и среднемасштабных плит, каждую из которых можно приблизительно считать монолитной, т.е. со слабыми внутриплитными деформациями, а главные деформации, согласно сейсмичности, сосредоточиваются на границах плит. Наряду с главными плитами и между ними в подвижных поясах Земли выделяется большое число малых, микро- и мини-плит корового, а не литосферного генезиса. В главных плитах существуют ослабленные зоны на месте древних межплитных швов — сутур, а также древних и молодых рифтовых систем, вдоль которых концентрируются внутриплитные деформации. Это дает основание выделять в пределах крупных плит субплиты, разделенные континентальными рифтовыми системами.

Согласно третьему положению тектоники плит, литосферные плиты испытывают относительные горизонтальные перемещения трех родов — дивергенцию (раздвиг, спрединг) вдоль осей срединно-океанских хребтов и межконтинентальных рифтов, конвергенцию, (субдукцию, коллизию) вдоль окраин океанов и во внутриконтинентальных орогенах и смещение по трансформным разломам. Их реальность не подвергается сомнению.

Спрединг изменяет свою скорость не только в пространстве, но и во времени, протекает не всегда симметрично относительно своих осей, а сами оси испытывают неоднократный перескок параллельно самим себе. Наблюдается разрастание осей спрединга по простиранию, а в ряде случаев они распадаются на короткие искривленные отрезки, кулисообразно заходящие друг за друга.

Субдукция протекает в существенно различающихся формах; соответственно изменяются и сопровождающие ее процессы. Значительной изменчивостью отличаются скорость субдукции, наклон ее поверхности — от почти горизонтального до почти вертикального, глубина проникновения субдуцируемой плиты в мантию. Субдукция не всегда сопровождается наращиванием, аккрецией континентальной коры в форме образования аккреционных клиньев и роста вулканических дуг. В ряде случаев вместо аккреции наблюдается тектоническая эрозия нависающей плиты, а над очень пологими участками зон субдукции — отсутствие вулканизма.

Трансформные разломы оказались не одинаковыми по своей протяженности и значению, разделяясь на несколько порядков — от трансокеанских, магистральных, до пересекающих лишь гребневые зоны срединно-океанских хребтов. Перемещения по ним сводятся не только к сдвигам, но и к раздвигам или надвигам, т.е, происходит транстенсия или транспрессия.

Четвертое положение тектоники плит гласит, что взаимные перемещения плит подчиняются теореме Эйлера и этим допускает реконструкции с помощью ЭВМ.

Подвергается сомнению постулат об автоматической компенсации спрединга субдукцией и неизменности радиуса Земли, ибо существуют периодические изменения скорости вращения Земли, что указывает на изменения объема и радиуса; с этим может быть увязана периодичность в колебаниях интенсивности сейсмичности, вулканизма, интрузивного магматизма, метаморфизма и тектонических формаций.

Компенсация спрединга осуществляется не только субдукцией, но и обдукцией, а также субдукцией какой-то части континентальной литосферы и короблением на периферии зон коллизии.

Последний постулат тектоники плит говорит, что причиной перемещения плит является мантийная тепловая конвекция, а ее воздействие на движение плит осуществляется через сцепление литосферных плит с движущимся под влиянием конвекции астеносферным конвейером, т.е. волочением литосферы. В настоящее время в механизме перемещения плит не меньшая роль отводится их расталкиванию (push) в осях спрединга и особенно их затягиванию (pull) в зоны субдукции под воздействием силы тяжести. Сама конвекция рассматривается не как просто тепловая, а как химико-плотностная, и наряду с моделью общемантийной конвекции активно обсуждается модель двухъярусной конвекции, раздельно в нижней и верхней мантии. Наиболее вероятно, что в истории Земли чередовались периоды общемантийной и двухъярусной конвекции, так же как одноячеистой и двух(или более) ячеистой. Кроме того, приходится допустить проявление относительно мелкомасштабной конвекции в астеносфере океанов и континентов, а в районах интенсивного разогрева — и в самой литосфере. Следует полагать, что конвекция является многоярусной; подчиняясь расслоению твердой Земли на оболочки (геосферы), но наряду с ее автономным проявлением в отдельных геосферах имеет место взаимодействие их конвективных систем — более глубокие системы инициируют конвекцию в менее глубоких.

Положения тектоники плит выдержали испытание применительно к последнему миллиарду лет истории Земли. В раннем протерозое господствовала «тектоника малых плит», а для архея предполагают эмбриональную плитотектонику.

Внутриплитную тектонику (и магматизм тоже) можно объяснить коллизией крупных плит с «раздавливанием» ансамбля промежуточных микро- и мини-плит, но остаются линейные и изометричные вулканические и невулканические (криптовулканические) цепи и поднятия, для объяснения происхождения которых была предложена гипотеза горячих точек. В пользу плюм-гипотезы говорят две категории фактов: закономерное увеличение возраста вулканических построек линейных хребтов с удалением от современного вулканического центра, совпадающее по направлению с направлением движения соответствующей литосферной плиты и установленное сейсмической томографией совпадение области максимального сгущения горячих точек в Тихом океане с областью наибольшего возмущения граничной поверхности мантии и ядра.
Однако гипотеза «плюмов» не доказана. Главное возражение, это каким образом картина вертикального подъема струй с больших глубин сочетается с конвективными течениями в мантии, с их длинными горизонтальными ветвями. Другое серьезное возражение выдвинуто О.Г. Сорохтиным и касается глубины зарождения щелочно-базальтовых магматических расплавов, характерных для горячих точек, которая, по их расчетам, не может превышать 60—80 км; иначе говоря, эти магматические очаги должны располагаться непосредственно под литосферой океана. Локализация горячих точек может определяться глубокими разломами литосферы и особенно их пересечениями. Действительно, в океанах большая часть горячих точек тяготеет к пересечениям рифтов срединноокеанских хребтов зонами крупных трансформных разломов (Исландия, Азорские острова, о. Пасхи и др.) или к тройным сочленениям рифтов (например, о.Буве), а на континентах — к современным или древним рифтовым системам и к их пересечению разломами или сочленению.

Удревнение возраста вулканических построек в линейных цепях океанов в направлении их окраин может быть объяснено их зарождением на осях рифтов, а затем удалением от этих осей в процессе спрединга. Труднее объяснить удревнение возраста в случаях, подобных Гавайско-Императорской цепи, когда нет локализации вдоль трансформных разломов, но здесь речь может идти о древних трансформах, ориентированных иначе, чем современные и молодые; за это говорит уже сама конформность этих цепей направлению движения плит. О.Г. Сорохтин и С.А. Ушаков объясняют эту закономерность с позиций «мембранной» гипотезы Д.Теркота—Е. Оксбурга, согласно которой литосферные плиты, перемещаясь по поверхности Земли и приспосабливаясь к изменяющейся кривизне ее эллипсоида вращения испытывают деформации растяжения или сдвига, могущие способствовать раскрытию разломов и проявлению вдоль них магматизма.

Проблема подлинно глобального масштаба, обойденная вниманием в теории тектоники плит является проблема происхождение регматической сети разломов и планетарной трещиноватости. Единственным механизмом, предложенным для объяснения этого тектонического феномена, остается механизм, связывающий его с вращением Земли (ротационный механизм), который может рассматриваться в варианте изменения фигуры Земли, степени ее полярного сжатия в связи с изменением скорости вращения и как перестройка фигуры Земли в связи с изменением положения оси ее вращения и полюсов. В обоих случаях возникающая сеть разломов и трещин должна приспосабливаться к ранее образованной, и фиксированной в литосфере и, таким образом, представление о регмагенезе увязывается с тектоникой плит.

Еще одна сторона тектогенеза — периодичность в изменении интенсивности тектонических и эндогенных процессов, проявляющаяся от короткопериодических изменений сейсмической и вулканической активности до тектономагматических мегациклов длительностью в 600 Му. Эта периодичность находит отражение в процессах изменения рельефа, осадконакопления, развития органической жизни и увязывается как с изменениями частоты инверсий магнитного поля, так и с изменениями в глубоких недрах Земли, с изменениями скорости осевого вращения Земли и параметров ее орбитального вращения (эксцентриситет орбиты, наклон оси, прецессия). Последние были привлечены М. Миланковичем для объяснения периодичности четвертичных покровных оледенений и получили убедительное подтверждение и для более ранней истории Земли. Можно говорить, следовательно, о проявлении определенного резонанса между внутренними и внешними, космическими, факторами геодинамики и согласованной периодичности изменений их интенсивности.

Наконец, происходит вековое охлаждение Земли в связи с утратой тепла, запасенного в эпоху ее аккреции, со снижением темпов глубинной дифференциации, с постепенным исчерпанием запаса радиоактивных элементов, с убыванием интенсивности лунных приливов. Свидетельством уменьшения объема Земли служит повсеместное (кроме рифтовых зон), преобладание сжатия в земной коре и то обстоятельство, что замедление вращения Земли, обусловленное влиянием лунных приливов, оказывается меньшим, чем расчетное, так как накладывается ускорение от уменьшения радиуса планеты. На эту монотонную тенденцию накладывается эффект периодического возрастания тепловыделения, ведущий к пульсации Земли, с чередованием периодов уменьшения ее радиуса и временного его увеличения.

Пульсации объема Земли представляются более правдоподобными, тем более, что для ограниченных (в пределах первых процентов) изменений радиуса Земли предложен удовлетворительный механизм, связывающий их с фазовыми превращениями в мантии Земли (В.Л. Барсуков, В.С. Урусов). Было бы неправильным, однако, считать, что в истории Земли чередовались периоды абсолютного растяжения — рифтогенеза и абсолютного сжатия — орогенеза, ибо в действительности, как это наблюдается в современную эпоху, эти явления всегда сосуществовали на лике Земли. Речь может идти лишь о преобладании в одни периоды рифтинга, а в другие, вероятно более короткие, — субдукции и коллизии.

тектоногенез
Tектоническиe этапы Северной Евразии
Геосинклинальная теория и океанический сектор