Концепция тектоники литосферных плит.

Главной задачей геологической науки с середины XVIII века было объяснение причин движения земной коры, изменений ее структуры и явлений магматизма. С этой целью последовательно выдвигались различные гипотезы: поднятия, контракции, пульсационная, расширения Земли, ротационная, глубинной дифференциации и, наконец, дрейфа континентов.

Гипотеза поднятий поставила в центр внимания поднятие горных сооружений и сопряженные с ним опускания, но не могла объяснить происхождение складчатости.

Гипотеза контракции главное внимание сосредоточила на объяснении складкообразования, но оставила без объяснения поднятия, не связанные со складчатостью и магматизмом.

Пульсационная гипотеза пыталась дополнить контракционную представлением о чередовании в истории Земли эпох сжатия и расширения, но не раскрыла механизм пульсаций и не учитывала факт одновременного формирования структур растяжения и сжатия.

Гипотеза расширяющейся Земли впервые дала удовлетворительное объяснение образованию молодых океанов, но игнорировала существование древних и не могла объяснить древних складчатых и складчато-покровных поясов.

Ротационная гипотеза была пригодной лишь для объяснения происхождения планетарной системы разломов и трещин.

Гипотеза дрейфа континентов, выдвинутая в 1910 г.А. Вегенером была ближе всего к истине. Она лишь не смогла объяснить механизм этого дрейфа. Однако дрейф континентов большинству геологов и геофизиков казался чем-то парадоксальным и в 30 – 50-е годы господствующее положениезаняла

Гипотеза глубинной дифференциации, которая связывала образование поднятий и сопряженных с ними опусканий земной коры с глубинной дифференциацией мантийного вещества и подъемом к поверхности легких продуктов этой дифференциации – астенолитов. Складчатость и надвиги рассматривались как побочный результат образования поднятий. Крупные горизонтальные перемещения коровых масс отрицались. Основная роль отводилась вертикальным движениям.

Интенсивные геолого-геофизические исследования в конце 50-х, начале 60-х привели к важным геофизическим открытиям. Было установлено наличие астеносферы, по поверхности которой возможно перемещение литосферы. Было обнаружено существование глобальной системы срединно-океанических хребтов и рифтов. В океанах были открыты линейные знакопеременные магнитные аномалии, параллельные и симметричные относительно осей срединных хребтов. Горные породы оказались обладающими остаточной намагниченностью, позволяющей восстановить их положение в древнем магнитном поле. Результаты палеомагнитных исследований показали, что материки испытали значительные перемещения, прежде чем занять свое современное положение.

Эти открытия не укладывались ни в одну из гипотез фиксистского направления. Лишь гипотеза дрейфа континентов, почти забытая к этому времени, не противоречила новым открытиям.

В 1961 – 1968 гг. Усилиями американских, английских, канадских и французских геофизиков и геологов были разработаны основы новой мобилистской теории, известной как тектоника литосферных плит.

Вскоре новая концепция начала получать фактическое подтверждение. В 1968 г. началось глубоководное бурение с американского судна «Гломар Челленджер» и первый же профиль буровых скважин в Южной Атлантике обнаружил совпадение возраста океанической коры с возрастом, предсказанным по магнитным аномалиям, а также закономерное увеличение этого возраста по мере удаления от срединно-океанического хребта. Глубоководное бурение подтвердило также концепцию спрединга океанов – увеличение мощности осадочного слоя от нуля на оси океанических хребтов до многих километров на континентальных подножьях и увеличение стратиграфической амплитуды этого слоя в том же направлении за счет появления в его основании все более древних осадков.

Реальность спрединга подтвердили также наблюдения с подводных аппаратов, обнаружившие следы растяжения в осевых рифтовых зонах и наличие трансформных разломов, пересекающих эти зоны.

Данные космической геодезии подтвердили наличие горизонтального перемещения плит относительно друг друга, а также направление и скорость этих перемещений, предсказанные по полосовым магнитным аномалиям.

Основные положения тектоники плит сводятся к следующему.

1. Первой предпосылкой тектоники плит является разделение верхней части твердой Земли на две оболочки, отличающиеся по реологическим свойствам (вязкости), - жесткую и хрупкую литосферу и более пластичную и подвижную астеносферу.

2. Второе положение тектоники плит состоит в том, что литосфера естественно подразделена на ограниченное число плит, В настоящее время выделяется семь крупных и столько же малых плит. Основанием для их выделения и проведения между ними границ служит размещение очагов землетрясений. В большинстве случаев эти границы достаточно четкие, но в Евразии (частично на Аляске и в южной части Северо-Американских Кордильер) существует широкий пояс рассеянной сейсмичности.

3. Третье положение тектоники плит касается характера взаимных перемещений и соответствующих границ между плитами: 1) дивергентные границы, вдоль которых происходит раздвижение плит, - спрединг; 2) конвергентные границы, на которых идет сближение плит, обычно выражающееся поддвигом одной плиты под другую; если океанская плита пододвигается под континентальную, процесс называется субдукцией, если океанская плита надвигается на континентальную – обдукцией: если сталкиваются две континентальные плиты (тоже обычно с поддвигом одна под другую), процесс называется коллизией; 3) трансформные границы, вдоль которых происходит горизонтальное скольжение одной плиты относительно другой по плоскости вертикального трансформного разлома.

Особый интерес представляют тройные сочленения, где сходятся три границы, которые могут быть различного рода – зоны спрединга, зоны субдукции, трансформные разломы. Наиболее распространено сочленение трех осей спрединга.

4. Четвертое положение тектоники плит заключается в том, что при своих перемещениях плиты подчиняются законам сферической геометрии, а точнее – теореме Эйлера, согласно которой любое перемещение двух сопряженных точек по сфере совершается вдоль окружности, проведенной относительно оси, проходящей через центр Земли. Выход этой воображаемой оси на земную поверхность называется полюсом вращения или раскрытия. Эта точка может быть найдена как точка пересечения перпендикуляров, проведенных относительно трансформных разломов.

5. Пятое положение тектоники плит гласит, что объем поглощаемой в зонах субдукции океанической коры равен объему коры, формирующейся в зонах спрединга. Таким образом, субдукция полностью компенсирует спрединг. Объем Земли и ее радиус остаются постоянными.

6. Шестое положение тектоники плит: основной причиной движения плит является мантийная конвекция. Она состоит в том, что под срединно-океаническими хребтами располагаются восходящие ветви мантийных ячей, а под хонами субдукции – нисходящие. В промежутке между хребтами и желобами расположены горизонтальные отрезки этих ветвей. Значительная роль отводится силам отталкивания литосферных плит от осей срединных хребтов под влиянием гравитации и их затягиванию в зоны субдукции на контакте с континентами, где они имею значительно большую мощность и удельный вес по сравнению с астеносферой, в результате чего теряют плавучесть.

Наличие в ряде пунктов земной поверхности внутриплитных и окраинно-плитных дислокаций и проявления магматизма явилось причиной появления гипотезы «горячих точек» и «мантийных струй (плюмов)», дополняющей теорию тектоники литосферных плит. Согласно этой гипотезе астеносфера и литосфера пробиваются горячими мантийными струями, занимающими стационарное положение. Литосферная плита, проходя в своем движении над этой точкой, прошивается горячей струей, в результате чего образуются все новые и новые вулканы, располагающиеся цепочкой. При этом наиболее удаленные от горячей точки потухшие вулканы являются наиболее древними. Примером может служить горячая точка с действующими вулканами о. Гавайи в Тихом океане. Возраст вулканических построек, протягивающихся от этого острова в виде цепочки (Гавайский хребет и Императорские горы) с удалением последовательно возрастает от современного до позднемелового (78 млн лет).