Тектоническое движение твердой оболочки Земли

В масштабе человеческой жизни лик Земли представляется застывшим и неподвижным. Достоверно установлено, что наружная твердая оболочка планеты находится в непрерывном движении, которое получило название тектонического. геологический литосфера тектоника сейсмический Под тектоническими движениями понимается перемещение вещества, отражающее развитие структуры земной коры и планеты в целом.

То, что земная кора находится в непрерывном движении, было известно еще мыслителям античной эпохи. На данный момент, мы имеем определение, что Тектоника плит (plate tectonics) — современная геологическая теория о движении литосферы. Согласно данной теории, в основе глобальных тектонических процессов лежит горизонтальное перемещение относительно целостных блоков литосферы — литосферных плит. Таким образом, тектоника плит рассматривает движения и взаимодействия литосферных плит.

Основные положения тектоники плит можно свети к нескольким основополагающим.

• 1. Верхняя каменная часть планеты разделена на две оболочки, существенно различающиеся по геологическим свойствам: жесткую и хрупкую литосферу и подстилающую её пластичную и подвижную астеносферу. Подошва литосферы является изотермой приблизительно равной 1300 °C, что соответствует температуре плавления мантийного материала при литостатическом давлении, существующем на глубинах первые сотни километров. Породы, которые лежат в Земле над этой изотермой, холодны и ведут себя как жесткий материал, а нижележащие породы достаточно нагреты и относительно легко деформируются
• 2. Литосфера разделена по плиты, постоянно движущиеся по поверхности пластичной астеносферы. Литосфера делится на 8 крупных плит, десятки средних плит и множество мелких. Границы плит являются областями сейсмической, тектонической и магматической активности; внутренние области плит слабо сейсмичны.

Литосферных плиты: Австралийская плита, Антарктическая плита, Африканская плита, Евразийская плита, Индостанская плита, Тихоокеанская плита, Северо-Американская плита, Южно-Американская плита.

Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (например, Тихоокеанская плита), другие включают фрагменты и океанической и континентальной коры.

3.Различают три типа относительных перемещений плит: расхождение (дивергенция), схождение (конвергенция) и сдвиговые перемещения.

Соответственно, выделяются и три типа основных границ плит.

Дивергентные границы — границы, вдоль которых происходит раздвижение плит.

Геодинамическую обстановку, при которой происходит процесс горизонтального растяжения земной коры, сопровождающийся возникновением протяженных линейно вытянутых щелевых или ровообразных впадин называют рифтогенезом. Процесс образования новой океанической коры за счёт поступления мантийного вещества называется спрединг (от англ. spread — расстилать, развёртывать).

Конвергентные границы — границы, вдоль которых происходит столкновение плит. Главных вариантов взаимодействия при столкновении может быть три: «океаническая — океаническая», «океаническая — континентальная» и «континентальная — континентальная» литосфера. Трансформные границы — границы, вдоль которых происходят сдвиговые смещения плит.

4. Объём поглощённой в зонах субдукции океанской коры равен объёму коры, возникающей в зонах спрединга. Это положении подчёркивает мнение о постоянстве объёма Земли. Но не исключено, что объём планы меняется пульсационно, или происходит уменьшение его уменьшение за счёт охлаждения.

Субдукция — процесс поддвига океанской плиты под континентальную или другую океаническую.

5. Основной причиной движения плит служит мантийная конвекция, обусловленная мантийными теплогравитационными течениями.

Источником энергии для этих течений служит разность температуры центральных областей Земли и температуры близповерхностных её частей. Нагретые в центральных зонах Земли породы расширяются, плотность их уменьшается, и они всплывают, уступая место опускающимся более холодными и потому более тяжёлым массам, уже отдавшим часть тепла в близповерхностных зонах. Этот процесс переноса тепла идёт непрерывно, в результате чего возникают упорядоченные замкнутые конвективные ячейки. Таким образом, основная причина движения литосферных плит — «волочение» конвективными течениями.

Кроме того, на плиты действуют ещё рад факторов. В частности, поверхность астеносферы оказывается несколько приподнятой над зонами восходящих ветвей и более опущенной в зонах погружения, что определяет гравитационное «соскальзывание» литосферной плиты, находящейся на наклонной пластичной поверхности. Быстрее всего движутся почти чисто океанские плиты Тихоокеанская, Кокос и Наска; медленнее всего — Евразийская, Северо-Американская, Южно-Американская, Антарктическая и Африканская, значительную часть площади которых занимают континенты).

6. Перемещения плит подчиняются законам сферической геометрии и могут быть описаны на основе теоремы Эйлера. Теорема вращения Эйлера утверждает, что любое вращение трёхмерного пространства имеет ось. Таким образом, вращение может быть описано тремя параметрами: координаты оси вращения (например, её широта и долгота) и угол поворота. На основании этого положения может быть реконструировано положение континентов в прошлые геологические эпохи.

ЗОНЫ СЕЙСМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ РОССИИ

Россия в целом характеризуется умеренной сейсмичностью. Составляют исключение регионы Северного Кавказа, юга Сибири и Дальнего Востока. Там интенсивность сейсмических сотрясений достигает 8−9 и 9−10 баллов по 12-балльной макросейсмической шкале MSK-64. Определенную угрозу представляют и 6−7-балльные зоны в густозаселенной европейской части страны.

В сейсмическом отношении территория России принадлежит Северной Евразии, сейсмичность которой обусловлена интенсивным геодинамическим взаимодействием таких крупных литосферных плит как — Евроазиатской, Африканской, Аравийской, Индо-Австралийской, Китайской, Тихоокеанской, Северо-Американской и Охотоморской.

В европейской части России высокой сейсмичностью характеризуется Северный Кавказ, в Сибири — Алтай, Саяны, Байкал и Забайкалье, на Дальнем Востоке — Курило-Камчатский регион и остров Сахалин. Менее активны в сейсмическом отношении Верхояно-Колымский регион, районы Приамурья, Приморья, Корякии и Чукотки, но и здесь бывают достаточно сильные землетрясения. Относительно невысокая сейсмичность наблюдается на равнинах Восточно-Европейской, Скифской, Западно-Сибирской и Восточно-Сибирской платформ.

РИА Новости http://ria.ru/eco/20 110 822/421554789.html#ixzz2Og8cgIlF.

Рассмотрим Курило-Камчатскую зону, часть тихоокеанского огненного кольца.

Тихоокеанское огненное кольцо — самая большая цепь действующих вулканов на планете. В этой области в древности столкнулись 2 литосферные плиты — океаническая и континентальная, так образовались самые высокие горы на планете — вулканы Камчатки. На сходящихся границах этих двух плит происходит субдукция. По мере субдукции океаническая литосфера попадает в область все более высоких температур и давлений, где из нее выделяются перегретые минеральные флюиды. От наклонной зоны субдукции эти флюиды и тепловой поток направляются вверх, возбуждая плавление горных пород и образование магмы. В свою очередь, магма пораждает вулканические извержения, прорываясь на земную поверхность.

На Камчатской зоне субдукции Тихоокеанская плита сначала полого пододвигается под камчатскую континентальную окраину, затем перегибается и уходит на глубину под углом около 55о. Это старая, меловая, мощностью около 70 км, остывшая и упругая океаническая литосфера, которая хорошо различима ниже, где погружается в разогретый и размягченный материал астеносферы. С помощью сейсмической томографии удалось проследить субдуцирующую плиту очень глубоко. В отличие от многих других зон субдукции, здесь литосфера пересекает границу верхней и нижней мантии Земли (в 670 км от поверхности), достигая глубин более 1000 км. При этом, погружаясь наклонно, Тихоокеанский слэб проходит под всей Камчаткой, а далее под Охотское море.

Субдукция под Камчатку сопровождается образованием очагов землетрясений. Они появляются уже на первом перегибе литосферы у глубоководного желоба (очаги растяжения на своде и сжатия внутри изгибающейся плиты).

Затем следуют многочисленные и сильные очаги скалывающих напряжений на контакте двух сходящихся литосферных плит — там, где одна из них отжимается вниз и начинает пододвигаться. Наконец, еще ниже, где океаническая плита пересекает вязкую астеносферу, очаги зарождаются внутри нее до тех пор, пока плита не разогреется и не утратит способность к хрупким деформациям. Это очаги растяжения и сжатия, порожденные температурными и иными изменениями объема пород. Как видно на разрезе, такие очаги землетрясений сначала (до некоторой глубины) размещаются в два ряда, это обусловлено большой толщиной субдуцирующей литосферы. В целом вырисовывается наклонная сейсмическая зона, берущая начало от Камчатского желоба и доходящая до глубин 500−550 км. Подобные наклонные системы очагов характерны для всех современных зон субдукции по зоне Беньофа, кое-где они достигают глубин около 700 км.

От места к месту меняется угол наклона зоны субдукции, но остаются постоянными глубины (около100−200 км), на которых уходящая вниз литосфера дает начало магматическим очагам, поэтому вулканический пояс при больших углах наклона приближен к глубоководному желобу, а при малых углах — удален.

Эти простые геометрические соотношения соблюдаются по всему Тихоокеанскому кольцу, потому что Тихий океан с его непосредственным обрамлением работает как единая геологическая система в масштабе планеты, в которой кольцо активных вулканов занимает вполне определенное место. Вещества, которые поднимаются под зонами спрединга, и расходящиеся потоки астеносферного вещества поддерживают разрастание океанической литосферы и ее перемещение к зонам субдукции на периферии океана. Там весь избыток новообразованной литосферы пододвигается под континентальное обрамление и поглощается на глубине. Литосфера, перемещаясь на глубину, достигает критических значений температуры и давления. Подъем горячих флюидов формирует вулканический пояс и магматические очаги. Пока вся эта система действует, развивается и вулканическое кольцо Тихого океана.

Наиболее характерные зоны субдукции расположены в так называемом Тихоокеанском огненном кольце (Рис.4), начиная от Новой Зеландии, Индонезии, Филиппин, Японии, Курильских о-вов, Камчатки и далее вдоль западных берегов Америки до Огненной земли. Всего в этой зоне — 328 действующих наземных вулканов из 540 известных на Земле. Здесь же происходит около 80% всех землетрясений на Земле.

Различный возраст плит а, значит, и толщина, и температурные условия пододвигающейся океанической литосферы и скорости субдукции. Под Марианской и Идзу-Бонинской вулканическими дугами, земная кора над слэбом в фундаменте вулкана очень тонкая, сложенная железисто-магнезиальными породами. Под Андами кора толстая, богата кремнием и алюминием. Все это сказывается на характере вулканических извержений и составе изливающихся лав. Но геологические причины вулканизма по всему Тихоокеанскому кольцу сходны, они определяются субдукцией, направленной от океана под его обрамление. Зоны субдукции имеют характерное строение: их типичными элементами служат глубоководный желоб — вулканическая островная дуга — задуговый бассейн. Глубоководный желоб образуется в зоне изгиба и поддвига субдуцирующей плиты. По мере погружения эта плита начинает терять воду (находящуюся в изобилии в составе осадков и минералов), последняя, как известно, значительно снижает температуру плавления пород, что приводит к образованию очагов плавления, питающих вулканы островных дуг. В тылу вулканической дуги обычно происходит некоторое растяжение, определяющее образование задугового бассейна. В зоне задугового бассейна растяжение может быть столь значительным, что приводит к разрыву коры плиты и раскрытию бассейна с океанической корой (так называемый процесс задугового спрединга). Погружение субдуцирующей плиты в мантию трассируется очагами землетрясений, возникающих на контакте плит и внутри субдуцирующей плиты (более холодной и вследствие этого более хрупкой, чем окружающие мантийные породы) (от попова).

ФЛЮИД (от лат. fluidus — текучий * а. fluid; н. Fluid; ф. fluide; и. fluido) — любое вещество, поведение которого при деформацииможет быть описано законами механики жидкостей. Термин «флюид» был введён в науку в 17 веке для обозначения гипотетических жидкостей, с помощью которых объясняли некоторые физические явления и образование горных пород. Примеры таких флюидов: теплород Р. Бойля (1673), флогистон Г. Э. Шталя (1697), первичный раствор Т. У. Бергмана (1769) и др. С развитием науки содержание понятия флюида изменилось. Реологическими и геологическими исследованиями доказано, что все реальные тела, какими бы твёрдыми они не казались, под действием длительных тангенциальных нагрузок ведут себя как жидкости. Если время t действия внешней силы, вызывающей в теле касательные напряжения, значительно меньше времени релаксации (tr), то тело ведёт себя упруго. При t>tr тело ведёт себя как жидкость, т. е. течёт. В геологических процессах, длительность которых нередко измеряется миллионами лет, в качестве флюида могут выступать не только газы, водные растворы, нефть, илы, магма, но и глины, соли, гипсы, ангидриды, известняки и другие «твёрдые» вещества.

Эта сейсмофокальная зона получила название зона Беньофа-Заварицкого.

В зонах субдукции начинается процесс формирования новой континентальной коры.

Значительно более редким процессом взаимодействия континентальной и океанской плит служит процесс обдукции — надвигания части океанической литосферы на край континентальной плиты. Следует подчеркнуть, что в ходе этого процесса происходит расслоение океанской плиты, и надвигается лишь её верхняя часть — кора и несколько километров верхней мантии.

При столкновении континентальных плит, кора которых более лёгкая, чем вещество мантии, и вследствие этого не способна в неё погрузиться, протекает процесс коллизии. В ходе коллизии края сталкивающихся континентальных плит дробятся, сминаются, формируются системы крупных надвигов, что приводит к росту горных сооружений со сложным складчато-надвиговым строением. Классическим примером такого процесса служит столкновение Индостанской плиты с Евразийской, сопровождающееся ростом грандиозных горных систем Гималаев и Тибета.

Процесс коллизии сменяет процесс субдукции, завершая закрытие океанического бассейна. При этом в начале коллизионного процесса, когда края континентов уже сблизились, коллизия сочетается с процессом субдукции (продолжается погружение под край континента остатков океанической коры). Для коллизионных процессов типичны масштабный региональный метаморфизм и интрузивный гранитоидный магматизм. Эти процессы приводят к созданию новой континентальной коры (с её типичным гранито-гнейсовым слоем).

Рассмотрим землетрясения Камчатки.

Землетрясение — это резкие импульсные сотрясения участков земной поверхности. Эти сотрясения могут быть вызваны разными причинами, что позволяет по происхождению землетрясения разделять на следующие главные группы:

• · тектонические, обусловленные высвобождением энергии, возникающей вследствие деформаций толщ горных пород;
• · вулканические, связанные с движением магмы, взрывом и обрушением вулканических аппаратов;
• · денудационные, связанные с поверхностными процессами (крупными обвалами, обрушением сводов карстовых полостей);
• · техногенные, связанные с деятельностью человека (добыча нефти и газа, ядерные взрывы и пр.).

Наиболее частыми и мощными являются землетрясения тектонического происхождения. Напряжения, вызванные тектоническими силами, накапливаются в течение некоторого времени. Затем, когда превышается предел прочности, происходит разрыв горных пород, сопровождающийся выделением энергии и деформацией в виде упругих колебаний (сейсмических волн). Область внутри Земли, где происходит образование разломов и возникновение сейсмических волн, называют очагом землетрясения; очаг является областью зарождения землетрясения. Как правило, главному сейсмическому удару предшествуют предварительные более слабые точки — форшоки (англ. «fore» — впереди + «shock» — удар, толчок), связанные с началом образовании разломов. Затем происходит главный сейсмический удар и следующие за ним афтершоки. Афтершоки — это подземные толчки, следующие за главным толчком из одной с ним очаговой области. Число афтершоков и продолжительность их возникновения возрастает с ростом энергии землетрясения, уменьшением глубины его очага и может достигать нескольких тысяч. Их образование связано с возникновением новых разломов в очаге. Таким образом, землетрясение обычно проявляется в виде группы сейсмических толчков, состоящей из форшоков, главного толчок (сильнейшего землетрясение в группе) и афтерошоков. Сила землетрясения определяется объёмом его очага: чем больше объём очага, тем сильнее землетрясение.

Условный центр очага землетрясения называют гипоцентром, или фокусом землетрясения. Его объём можно очертить по расположению гипоцентров афтершоков. Проекция гипоцентра на поверхность называется эпицентром землетрясения. Вблизи эпицентра колебания земной поверхности и связанные с ними разрушения проявляются с наибольшей силой. Территория, где землетрясение проявилось с максимальной силой, называется плейстосейстовой областью. По мере удаления от эпицентра интенсивность землетрясения и степень связанных с ним разрушений уменьшается. Условные линии, соединяющие территории с одинаковой интенсивностью землетрясения называются изосейстами. От очага землетрясения изосейсты вследствие разной плотности и типа грунтов расходятся в виде эллипсов или изогнутых линий.

По глубине гипоцентров землетрясения делятся на мелкофокусные (0−70 км от поверхности), среднефокуные (70−300 км) и глубокофокусные (300−700 км). Основанная часть землетрясений зарождается в очагах на глубине 10−30 км, т. е. относится к мелкофокусным.