Общие представления о тектоносфере

Литосфера включает земную кору и верхнюю, наиболее упругую часть верхней мантии. Главные источники тектонических движений и деформаций лежат не в самой литосфере, а в более глубоких недрах Земли, прежде всего в нижнем (до глубины 410 км) пластичном и подвижном слое верхней мантии – астеносфере. Поэтому литосферу и астеносферу объединяют в одно понятие – тектоносфера как главная область проявления тектонических процессов.

Земная кора является самой верхней оболочкой. Ее мощность изменяется от 0 км на некоторых участках срединно-океанических хребтов до 70 – 75 км под высокими горными сооружениями Гималаев, Тибета и Анд. Состав и строение земной коры весьма различны под континентами и под океанами. На основании этого выделяются два ее типа.

Океаническая земная кора занимает 56% земной поверхности и имеет значительно меньшую мощность. В ее строении выделяется три слоя.

Первый (верхний), осадочный, практически отсутствует в осевых зонах срединно-океанских хребтов, не более 1 км в центральной части океанов и до 10 – 15 км на периферии, близ континентальных подножий. В состав верхнего слоя входят глинистые, кремнистые и карбонатные (до определенной глубины) глубоководные пелагические осадки. Ближе к континенту появляются терригенные осадки.

Второй слой океанской коры сложен базальтами, нередко обладающими характерной подушечной отдельностью, с редкими и тонкими прослоями пелагических осадков. В нижней части второго слоя развиты дайки долеритов. Общая мощность слоя 1, 5 – 2 км.

Третий слой океанской коры состоит из полнокристаллических магматических пород основного и в самых низах ультраосновного состава. Мощность третьего слоя около 5 км.

Континентальная земная кора распространена не только в пределах собственно континентов, но и в пределах шельфовых зон континентальных окраин, а также отдельных участков внутри океанических бассейнов – микроконтинентов. Общая площадь развития континентальной коры составляет 44 % земной поверхности. Ее средняя мощность 35 – 40 км, Она уменьшается к окраинам континентов и возрастает под горными сооружениями.

Сверху вниз в разрезе континентальной коры выделяются следующие слои:

1. Осадочный слой (или осадочный чехол). Его мощность изменяется от нуля на щитах и в осевых зонах складчатых сооружений до 10 – 20 км во впадинах платформ, в передовых и межгорных прогибах. В состав осадочного чехла входят различные осадочные породы и реже – покровы основных магматических пород. Возраст пород осадочного чехла – от современных отложений до 1, 7 млрд лет, т.е на порядок выше, чем возраст осадочного слоя современных океанов.

2. Гранитный слой (Верхний слой консолидированной коры - по В.Е.Хаину) выступает на дневную поверхность на щитах и в осевых зонах складчатых сооружений. Этот слой вскрыт золотодобывающими шахтами в Южной Индии (до 3, 2 км), в Южной Африке (до 3, 8 км), а также несколькими глубокими скважинами, в том числе Кольской скважиной, вскрывшей этот слой на глубину более 12 км. Главная роль в этом слое принадлежит различным кристаллическим сланцам гнейсам, амфиболитам и гранитам. В фундаменте молодых платформ этот слой представлен менее метаморфизованными породами. Его мощность на платформах 15 – 20 км, а в горных сооружениях 25 – 30 км. Подошвы этого слоя Кольская скважина не достигла.

3. Базальтовый слой (Нижний слой консолидированной коры – по В.Е.Хаину). Глубокие скважины не подтвердили наличия четкой границы (границы Конрада) между вторым и третьим слоями, а на поверхности третий слой обнажается лишь фрагментарно. Поэтому состав пород недостаточно известен. На основании имеющихся геологических и геофизических данных наиболее вероятно, что в нижней коре преобладают породы более высоких степеней метаморфизма, а также породы более основного состава, чем во втором слое. Мощность базальтового слоя 10 – 12 км.

Мантия. Между земной корой и мантией существует достаточно четкая граница – поверхность Мохоровичича, выраженная скачком продольных волн от 7, 5-7, 6 до 7, 9-8, 2 км/сек. В океанах эта граница отвечает переходу от полосчатого третьего слоя коры габброидного состава к серпентинизированным перидотитам, выступающим местами на поверхности дна и в скалах Красного моря над поверхностью океана. Реликты океанической мантии (офиолиты) можно наблюдать и в пределах складчатых поясов на континентах. О наличии верхней мантии аналогичного состава под континентами свидетельствует изучение включений в кимберлитах.

На глубине около 400 км начинается быстрое возрастание скорости сейсмических волн. Отсюда до 670 км простирается слой Голицына, который является переходной зоной между верхней и нижней мантией.

Ниже слоя Голицына вплоть до границы ядра (2900 км) выделяют нижнюю мантию. По вертикали она неоднородна и разделяется на несколько слоев. Самая верхняя часть до глубины около1000 км иногда объединяется с переходной зоной как средняя мантия.

Самый нижний слой нижней мантии (слой D) толщиной 200 – 300 км прослеживается над поверхностью ядра. В самом основании слоя установлено присутствие тонкого прослоя, состоящего из частично расплавленного вещества. Слой D является базальным уровнем, до которого погружаются относительно холодные пластины океанической литосферы и от которого поднимаются струи разогретого мантийного вещества – «плюмы». Здесь же происходит и обмен веществом между мантией и внешним ядром

Само внешнее ядро Земли находится, судя по затуханию в нем поперечных сейсмических волн, в расплавленном состоянии. Его вещество испытывает интенсивное конвективное перемешивание, что в сочетании с вращением Земли создает ее главное магнитное поле. Состоит внешнее ядро из никеля и железа с примесью более легких элементов – Si, O, S, K и H.

Внутреннее ядро (от 5150 км и ниже) в отличие от внешнего является твердым и полностью состоит из железа и никеля. Предполагается, что оно обособилось позднее ядра в целом и в связи с охлаждением Земли и продолжает расти за счет вытеснения элементов-примесей. Внутреннее ядро вращается со скоростью, несколько отличной от скорости внешнего ядра и остальных внутренних геосфер планеты.

Литосфера и астеносфера – понятия чисто физические (реологические). Литосфера фиксируется как зона понижения скорости сейсмических волн и понижения электрического сопротивления. Она является ослабленной, частично расплавленной пластической оболочкой, подстилающей более жесткую и хрупкую литосферу. Она способна к перетеканию из областей повышенного геостатического давления в области пониженного давления. Астеносфера выполняет следующие важные функции в динамике развития литосферы:

1) Наличие астеносферы объясняет причину изостатического равновесия земной коры, нижняя поверхность которой обладает рельефом, обратным земной поверхности и подтверждает справедливость гипотезы английского астронома Дж. Эри (рис.).

2) Она является главным источником магматической деятельности на Земле, а магматические очаги, возникающие в коре и литосферной мантии, являются вторичными по отношению к астеносферным и играют подчиненную роль.

3) Астеносфере также принадлежит ведущая роль в движениях литосферы. Течение астеносферного вещества увлекает за собой литосферные плиты и вызывает их горизонтальные перемещения. Подъем поверхности астеносферы приводит к подъему литосферы, разрыву ее сплошности, образованию раздвига и опусканию.

Таким образом из двух оболочек, составляющих тектоносферу, астеносфера является активным, а литосфера – относительно пассивным элементом. Их взаимодействием определяется тектоническая и магматическая «жизнь» земной коры.

В осевых зонах срединно-океанических хребтов кровля астеносферы находится на глубине всего 3 – 4 км, т.е. литосфера ограничивается лишь самой верхней частью земной коры. По мере движения к периферии океанов толщина литосферы увеличивается за счет низов коры и верхней мантии и может достигать 80 – 100 км. В центральных частях континентов, особенно под щитами древних платформ, таких как Восточно-Европейская или Сибирская, мощность литосферы составляет 150 – 200 км и более (в Южной Африке 350 км).