parnachev_v_p_osnovy_geodinamicheskogo_analiza

В.П. Мясников и В.Е. Фадеев (1980) математически обосновали возможность движения тяжелого вещества в глубь Земли, формирование ядра и тенденцию его уменьшения со временем. Вещество верхней мантии при постоянных внешних нагрузках и при всех температурах и давлениях можно рассматривать как вязкую жидкость, которая расслаивается на оболочки с определенным химическим составом. Скорости горизонтальных движений в мантии значительно выше вертикальных.

В последние годы в распоряжении учёных оказались пять важных источников информации о процессах в недрах Земли: 1) сейсмическая томография; 2) физический эксперимент при сверхвысоких давлениях; 3) компьютерное моделирование геодинамических процессов; 4) данные по региональной и исторической геологии, охватывающие всю Землю; 5) данные сравнительной планетологии.

Исходя из вышеизложенного, японские исследователи С. Маруяма и М. Кумазава (1994) пришли к выводу, что Земля представляет собой стратифицированную многооболочную планету, в которой можно выделить три главные сферы: тектоносферу (верхняя мантия, кора, астеносфера), мезосферу – нижняя мантия, и ядро. В каждой из этих сфер протекают особые, свойственные только ей процессы: в тектоносфере – тектоника плит, в мезосфере – широкомасштабная плюм-тектоника, в ядре – тектоника роста (growth tectonics). Плейт-тектоника провоцирует плюм-тектонику погружением холодных субдуцируемых плит до границы верхней и нижней мантии, а затем и до границы мантия/ядро. Это, в свою очередь, меняет характер конвекции в жидком верхнем ядре. Возбуждение достигает внутреннего ядра и порождает импульс поднятия суперплюмов на границе ядро/мантия. Разогретый материал суперплюмов растекается по обе стороны границы мезосферы и тектоносферы, вызывая конвекции в последней и, в конечном счёте, тектонику литосферных плит. Авторы намечают следующий эволюционный ряд для планет земной группы: тектоника роста – плюм-тектоника – плейттектоника – контракционная тектоника – терминальная тектоника.

Ю.М. Пущаровский (2004), рассматривая некоторые современные проблемы тектоники Земли, пришёл к выводу, что зарождение мантийных плюмов происходит на разных глубинах мантии в обстановках сильнейших стрессов и трения, что уровни, по которым происходит движение крупных континентальных глыб (не плит!) различны и варьируют от 100 до 450 км, что подтверждает различную глубину залегания зон горизонтальных срывов. К тектоносфере отнесён весь объём ман-

тии. Вводится понятие о тектонических течениях в мантии, имеющих разную направленность, скорость и интенсивность, и представляющих собой процессы пластического, твёрдопластического и разрывноглыбового перемещения масс.

Вместе с тем в научной литературе продолжаются дискуссии относительно сути новой глобальной тектоники литосферных плит (Дерябин, 2007; Яркин, 2009; Образцов, 2010 и др.). Развёрнутый и аргументированный ответ на критические замечания был дан и опубликован в «Отечественной геологии» Н.В.Короновским и М.А.Гончаровым (2007). Но совершенно ясно, что эта дискуссия будет продолжаться и, несомненно, будет способствовать совершенствованию этой прогрессивной теории.

Контрольные вопросы

1.Назвать имена исследователей ХIХ века, которые высказывали предположения о горизонтальном перемещении земной коры и материков.

2.Охарактеризовать роль А.Вегенера в обосновании премещения «материковых глыб».

3.Перечислить основные доказательства, которые использовал А.Вегенер для обоснования горизонтальных перемещений материков.

4.Назвать имена русских учёных начала ХХ века, которые доказывали необходимостиь признания горизонтального дрейфа континентов.

5.Обосновать роль глубоководного бурения в океанических структурах для доказательства движения литосферных плит.

6.Назвать основные имена зарубежных исследователей ХХ века, обосновавших теорию тектоники литосферных плит.

7.Расшифровать последовательность глобальных тектонических событий в «цикле Уилсона».

8.Перечислить проблемные вопросы, которые встают при обосновании дрейфа литосферных плит.

9.Что понимается под термином «нелинейная геодинамика»?

Рис. 3.1. Совмещение континентальных единиц, разобщенных при раскрытии Атлантического океана в позднем мезозое – кайнозое, по Э. Буларду и др. (1965)

Красноцветные толщи раньше долгое время рассматривали как доказательство существования тёплого климата с чередованием влажных и сухих сезонов. Но позднее Е.Ларсен и Т.Уокер (1975) доказали во многих случаях вторичное происхождение красноцветной окраски.

Рис. 3.2. Палеозойские горные пояса на противоположных сторонах Атлантического океана. Современное положение континентов, по А. Hallam (1973)

Пустыни и эвапориты указывают на положительный баланс испаряющейся и выпадающей в виде осадков влаги, но они могут существовать и накапливаться как в холодных климатических зонах, так и в низких широтах.

Рифовые известняки маркируют приэкваториальные зоны. Подобные породы раннедевонского возраста протягиваются меридиональной полосой вдоль восточного края Восточно-Европейской платформы. На палинспастических построениях эта полоса рифовых известняков занимает экваториальное положение и имеет широтную ориентировку, т. е. находит своё объяснение.

1

2

3

Рис. 3.3. Cхема, иллюстрирующая совпадение границ геологических провинций Южной Америки и Африки, по P.M. Hurley (1968): 1 – области, остававшиеся стабильными в течение последних 1200 млн лет; 2 – области, подвергшиеся деформации в период между 1150 и 450 млн лет назад; 3 – области, подвергшиеся деформации в течение последних 450 млн лет

Для девонских отложений Сибирской платформы характерно распространение карбонатных фаций и рифовых известняков на севере, красноцветных обломочных толщ ближе к южной окраине, а мощных обломочных толщ конусов выноса в Даурской зоне, Забайкалье и Хантыйской зоне Монголии. Подобная смена фаций отражает палеоклиматическую зональность: переход от субтропической зоны осадконакопления на севере к аридной зоне по направлению к югу и гумидной зоне на юге. Такая картина полностью противоречит современному положению и ориентировке Сибирской платформы и, в то же время, совпадает с палеомагнитными данными о перевёрнутом положении Сибирской платформы.

Гляциальные отложения (тиллиты) сформировались в высоких широтах, но существуют проблемы в диагностике древних ледниковых отложений.

Большинство пород в той или иной степени магнитны. Эта намагниченность вызывается линейным упорядочением магнитных минералов породы (магнетит, гематит, ильменит, маггемит, пирротин и др.) в соответствии с существующим на момент образования породы магнитным полем Земли. Таким образом, измеряя направление (склонение) и наклонение магнитного поля породы, можно определить положение магнитных (палеомагнитных) полюсов Земли во время приобретения породой намагниченности.

Встречающаяся в природе намагниченность пород называется естественной остаточной намагниченностью. Она может быть вызвана различными причинами и подразделяется на термоостаточную, химическую остаточную, седиментационную (ориентационную) остаточную намагниченность.

Термоостаточная намагниченность приобретается изверженной породой, когда та остывает ниже точки Кюри для входящих в её состав магнитных минералов. Точка Кюри определяет температуру, выше которой вещество становится немагнитным. Для магнетита эта температура составляет 578 °С, для пирротина – 300 °С, для гематита – 675 °С.

Химическая остаточная намагниченность приобретается при низких температурах во время образования железосодержащих минералов. В аркозовых красноцветных песчаниках гематит образуется при выветривании биотита и роговой обманки. Вектор намагниченности таких отложений ориентирван в соответствии с магнитным полем Земли, существовавшем во время образования гематита.

Седиментационная (ориентационная) остаточная намагниченность приобретается за счёт линейного упорядочения магнитных частиц в процессе их осаждения. Она является результатом механической ориентации магнитных частиц при их опускании на дно в соответствии с существующим магнитным полем.

Существует также вязкая остаточная намагниченность, которая приобретается уже после первоначального остывания или литификации породы. Она может быть результатом выветривания железосодержащих минералов или ударов молнии. Кроме того, вектор намагниченности может изменить свою ориентировку в результате воздействия современного магнитного поля. Вязкое остаточное магнитное поле относительно слабое и может быть устранено в процессе частичного размагничивания.

Были определены десятки тысяч положений палеомагнитного полюса для различных времён и континентов. Положения палеомагнитных полюсов для разных времён для какого-то континента были нанесены на карту, где они образуют систему точек. Если соединить эти точки линией, то образуется траектория кажущейся миграции полюса (КМП). При сравнении траекторий КМП для различных континентов выясняется, что они не совпадают. Европейская кривая КМП находится восточнее КМП Северной Америки. Также расположена КМП Африки, Индии, Южной Америки и Австралии. Очевидно, что эти континенты перемещались на восток относительно Северной Америки. При объединении континентов вместе с соответствующими полюсами в Пангею оказывается, что пересчитанные полюсы карбона, перми и триаса хорошо совпадают друг с другом (рис. 3.4). Этот результат служит доказательством единого массива суши – Пангеи – в каменноугольное, пермское и триасовое время.

Структурные данные также могут служить для подтверждения разделения и столкновения континентов.

Разделение континентов обусловлено напряжениями растяжения, которые приводят к образованию авлакогенов, сбросов, параллельных континентальным окраинам, и развитию вдоль окраин геоклиналей. Результатом разделения являются также срезанные складчатые пояса, срезанные геоклинали и срезанные границы между структурными провинциями.

Авлакогены определяются как «отмершая» третья ветвь рифтовой зоны. Обычно авлакогены представляют собой грабены, которые формируются в начальный период разделения континентов, когда восходящие конвективные течения приводят к образованию сводовых поднятий. Под действием растягивающих напряжений в кровле свода развиваются, как правило, три системы грабенов (рис. 3.5 и 3.6)

Два из этих грабенов могут эволюционировать в зону спрединга, а третий – превратится в авлакоген, например Бенуа, Восточно-Африкан- скую рифтовую систему и др. (рис. 3.6 и 3.7). Иногда авлакогены являются единственным сохранившимся в геологической летописи свидетельством разделения континентов в докембрии. Часто они вмещают тысячеметровые толщи осадочных и вулканогенных пород, сформировавшихся в наземно-континентальных или мелководных обстановках эпиконтинентального морского бассейна.