ВЗГЛЯДЫ ИЗ РЕАЛЬНОГО МИРА

'-

 

I

a

i

в

*.

•!-

IT

F

j

!

I

Рис. 3.4. Главные типы трансформных разломов (/) и тройных сочленений (//),

по Дж. Уилсону (1965) и М. Мак-Элхини (197,3):

/ — ось спрединга («хребет»); 2 — конвергентная граница («дуга», «желоб»);

3 — трансформный разлом

геометрии, а точнее теореме Эйлера, согласно которой любое пе-
ремещение двух сопряженных точек по сфере совершается вдоль
окружности, проведенной относительно оси, проходящей через
центр Земли. Выход этой воображаемой оси на земную поверх-
ность называется полюсом вращения или раскрытия. Поскольку
на поверхности Земли трансформные разломы простираются вдоль
тех же дуг окружностей, в центре которых находится полюс вра-
щения, эта воображаемая точка может быть найдена как точка
пересечения перпендикуляров, проведенных относительно транс-
формных разломов (рис. 3.5).

Это положение тектоники плит накладывает вполне опреде-
ленные ограничения на реконструкции их перемещений и позволя-

Рис. 3.5. В соответствии с теоремой Эйлера движение литосферных плит по
поверхности сферы можно представить как вращение вокруг оси, проходящей
через центр сферы. Трансформные разломы дают направление «эйлеровых ши-
рот». Линейная скорость (на рисунке — скорость спрединга) нарастает по мере
удаления от -полюса вращения (Э — «эйлеров полюс»). Справа — схема по
К. Ле Пишону и др. (1973): определение координат полюса вращения по пере-
сечению срединных перпендикуляров к линиям большого круга, проходящим
через точки А—А' и В—В'; а — угол вращения, соответствующий перемещению

точек

ет использовать ЭВМ в таких реконструкциях, что чрезвычайно
важно.

5. Пятое положение тектоники плит гласит, что объем погло-
щаемой в зонах субдукции океанской коры равен объему коры,
нарождающейся в зонах спрединга. Таким образом, субдукция
полностью компенсирует спрединг. и объем Земли и ее радиус ос-
таются постоянными вопреки тому, что допускалось гипотезами
контракции, пульсации и расширения Земли. Именно это посто-
янство радиуса Земли обеспечивает достоверность плитнотекто-
нических палеореконструкций.

6. Шестое положение тектоники плит усматривает основную
причину движения плит в мантийной конвекции. Эта конвекция в
классической модели 1968 г. является чисто тепловой и общеман-
тийной, а способ ее воздействия на литосферные плиты состоит
и том, что эти плиты, находящиеся в вязком сцеплении с астено-
сфорой, увлекаются течением последней и движутся на манер лен-
ты конвейера от осей спрединга к зонам субдукции. В целом схе-
ма мантийной конвекции, приводящей к плитнотектонической мо-
дели движений литосферы, состоит в том, что под срединно-океан-
скими хребтами располагаются восходящие ветви конвективных
ячей, под зонами субдукции — нисходящие, а в промежутке меж-

ду хребтами и желобами, под абиссальными равнинами и конти-
нентами — горизонтальные отрезки этих ячей.

В настоящее время непосредственное увлечение литосферных
плит астеносферным течением вследствие вязкого сцепления меж-
ду литосферой и астеносферой не считается единственной и даже
главной, движущей плиты, силой, поскольку вязкости литосферы
и астеносферы существенно различаются. Значительно большая
роль отводится двум другим силам — отталкиванию литосферных
плит от осей срединных .хребтов под влиянием гравитации, вслед-
ствие их значительного превышения над абиссальными равнинами
н их затягиванию в зоны субдукции вследствие того, что в резуль-
тате охлаждения океанская литосфера оказывается более тяже-
лой, чем астеносфера, и утрачивает благодаря этому свою плаву-
честь.

Мантийная конвекция не является чисто умозрительным пост-
роением. Ее неизбежность стала очевидной после того, как были
открыты явления интенсивной гидротермальной деятельности (го-
рячие источники) в зонах спрединга. не только срединно-океанс-
ких, по и окраинно-морскнх, что заставило резко увеличить оценку
теплового потока, идущего из глубин Земли. Если бы это тепло
удалялось из недр только путем кондуктивной теплопроводности..
Земля должна была бы достаточно быстро разогреться, а ее верх-
ние оболочки — расплавиться (собственно, такой разогрев, хотя
и меньшего масштаба, и предполагался в ранних тепловых моде-
лях Земли, когда не учитывался конвективный теплоперенос). Кон-
векция является гораздо более эффективным механизмом удале-
ния внутреннего 'тепла Земли. В настоящее вреш^,__как указыва-
лось _вь1ше, ее реальность подтверждена сейсмотомо£рас)зией, вы-
существование в мантии чередования областей

и охлажденТГяГ

Источники внутреннего тепла Земли в тектонике плит, основ-
ные положения которой мы только что изложили, не рассматри-
ваются. Все геофизики согласны в том, что Земля «работает» как
тепловая машина, но сильно расходятся в оценке относительной
роли отдельных из этих источников. Современные специалисты в
области планетйой космогонии сходятся к том, что Земля на
стадии своего формирования должна была сильно разогреться
вследствие соударения планетезималей, вплоть до образования
на поверхности или близ поверхности «магматического океана»,
а через какое-то время, не позднее 3,5 млрд лет, когда появилось
магнитноэ поле, — возникновения расплавленного внешнего ядра.

Сам процесс обособления ядра, по общему мнению, должен
был сопровождаться значительным тепловыделением. Дополни-
тельным источником тепла на этой стадии были мощные твердые
поиливы, связанные с гравитационным воздействием еще близко
расположенной Луны. Таким образом, на наиболее ранней стадии
развития Земля была достаточно горячей, хотя к 3,8 млрд лет тем-
пература ее поверхности и снизилась до менее 100°, о чем свиде-
тельствует появление жидкой воды. Все же в архее, т. е. до 2,5

млрд лет, тепловой поток оставался еще значительно выше совре-
менного, в 2 — 3, если не в 4 — 5 раз. По мере того как расходова-
лись запасы «первичного» тепла Земли, воз^а'с^т^т^'"п"т1?псительное
~источ н и ков— -естественной радиоактивности

вещества в про-

ц~е~ссё "магматичсской^деятёльности. Но выделение радиогенноттт
fFrfjfa" на ранней стадии тоже было выше, поскольку еще сущест-
вовали вымершие вскоре радиоактивные изотопы алюминия
(²⁶А1), иода (¹²⁷1) и некоторые другие; запасы ядерного топлива
(U, Th, К) продолжали истощаться и в дальнейшем. Должны бы-
ли ослабевать и темпы глубинной дифференциации, особенно за-
метно после 1,7 млрд лет. Все это заставляет ожидать постепенно-
го ослабления тектонической и магматической деятельности,
вплоть до превращения Земли в отдаленной перспективе в мерт-
вую планету наподобие Меркурия или Луны. Но процесс этот, как.
мы увидим ниже, нельзя считать монотонным, он носит скорее
циклический характер и периоды спада этой активности чередуют-
ся с периодами ее оживления (подробнее см. гл. 18).

Тектоника плит в своей первоначальной форме не рассматри-
вала и ряд других важных вопросов. Одним из важнейших пред-
ставляется вопрос о внутриплитной тектонике. Литосферные пли-
ты вовсе_не являются cj^o^j^^ecjM^Hjv^^ojj^^^
мируемыми. как это декларируется во втором гюложс-нгПГ изло"-
ж е 1/нои~ концепции. Об этом свидетельствуют значительные внут-
риплитные и окраинно-плитные дислокации и проявления магма-
тизма. Этот пробел тектоники плит был осознан достаточно ра»
но, еще в 60-е годы, и частично восполнен появлением дополни-
тельной гипотезы — «горячих точек» и «мантийных стр'уй (плю-
м ов^'^ТТредложенной Дж. Вилсоном и Дж. Морганом (р ис . 3. 6 ) .

Исходным при мр Г2£ш_/1ля__лян^н ой _ги тютезы_ поел у ж и л и Г а в я и -
скшТ^'Имггераторский хребты в Тихом океане. Гавайский хребет
пре!1ёт1ШГяёт^гсобой цепь островов с потухшими вулканами, закан-
чивающуюся на юго-востоке о. Гавайи с крупными действующи-
ми вулканами; это широко известные Килауэа, Мауна-Лоа и Ма-

Рис. 3.6. Современное размещение главных горячих точек,
по Дж. Внлсону (1973)

уна-Кеа. Возраст потухших вулканов закономерно возрастает до
эоценового (42 млн лет) на северо-западной оконечности цепк.
Здесь она сочленяется с цепью подводных вулканических возвы-
шенностей, известных как Императорский.~:хребет. Простирание
этого хребта не ЗСЗ — ВЮВ как Гавайского, а СЗ — ЮВ; возраст
вулканических построек возрастает от эоценового до позднемело-
вого (78 млн лет). Таким образом, перед нами картина закономер-
ной миграции во времени и в пространстве вулканических центров
(рис. 3.7). Эту картину Вилсон и Морган объясняют тем, что под
о. Гавайи в настоящее время действует горячая мантийная струя,
:которая пробивает литосферу й"~астён'осф'ёру" й~занимаёт~стацио-
ТГар ное ~поло'ж сние^ Тихоокеанская плита двигалась над этой го-
рячей точкой сначала в северо-западном (Императорский хребет),
а затем, с 42_млн_лет^в запад-северо-западном направлении, в то
струя рр <<про_-цлив_ал_а»_д_срздавала все новые

"

^ - ____
вулканы. Добавим, что Гавайско-Императорскии" хребет нё~едйн-
•ственный пример подобного рода, назовем, в частности, Восточно-
Индийский подводный хребет в Индийском океане, хребет Луис-
вилл в Тихом океане, есть и другие.

__Со_вссми_или почти всеми горячими точками связаны проявле-
ния__ву_лканическрй деятельности. Магма этих вулканов как в оке-
анах, так и на континентах неизменно относится к щелочно-ба-
^а'льтоврй""фо"р1^а'цййУ7т/1ёГйроисх(эдит~и_з" нёДёплетироБантшй'тяан-
тии._Это доказывает глубинное поло"жён"йё~«корней» горячих Ttr~

чек. Ряд исследователей считают_в_настоящее время^ что мантий-
'ныё~"струи; создающие гор ячие точ'к'й^ ~под ни м аютс я от границы
"ядра, так как шГблюдается определенная их "корреляция с высту -
пами поверхности последнего. Вместе с тем локализация горячих
точек на земной поверхности обнаруживает определенную зависи-
мость от особенностей структуры коры и литосферы ( к этому во-
просу мы еще вернемся в гл. 18). Возникает еще один вопрос —
каким образом вертикально поднимающиеся мантийные струи
преодолевают горизонтальные конвсктивные течения в астеносфе-
ре? Очевидно, это возможно при условии, e^c^

^_

чем скорость астеносферного течения, некоторое его отклоня-
ющее влияние ве,ро_яша_

,_Годячд£_точкц,_если их источник действительно стационарен
относительно фигуры Земли, дают B^3jyioj*^cj£>.j)npj^^jaT_b_jie_pT-
нpcитeльньIe^_Ja^к_ЭJ^OJб_JЬIчнo делается по__1юлюсам^ вращенияТ* а
ЗШсолютйыё движения плит. Существует и другои"~спбсоб~ о'преде-
"лёнйТГ последних, используя~так называемую безмоментную сис-
тему отсчета. Она основана на том, что каждая из существующих
в данное время плит сообщает мезосфере вращательный момент,
который можно вычислить, зная границы плит и их угловую ско-
рость. Затем надо найти такую систему, в которой суммарный мо-
мент, сообщаемый мезосфере всеми плитами, равен нулю. Этот
«способ используется в большинстве работ для вычисления абсо-
.'лютных движений плит. Сравнение полученных результатов с дан-
42

160°

150°

160°

"V. «ЗЯ, 20
^в^^-

*h

К'.

<
<

о.

°-"25Г

ш
а |

5 -

3 ЗДа 800 1ZOO 2АОО 2ЯОО

расстояние от килауза.км

10 30 50 70

возраст , млн лет

Рис. 3.7. Увеличение возраста вулканических построек Гавайско-Императорской
цепи по мере удаления от вулканически активных Гавайских островов и его

интерпретация согласно гипотезе горячих точек:

/ — общая схема, по Д. Клэки с соавторами (1975); // — зависимость возраста
пулканов Гавайского хребта от расстояния до Килауэа, наклон линии соответ-
ствует 1-корости кажущейся миграции вулканизма 9,41+0,27 см/год, по И. Мак-
Доуталу, Р. Дункану (1980); /// — сравнение величин перемещения Тихоокеан-
ской плиты и северном направлении, подученных разными методами; по возрасту
вулканитов Ганайско-Императорской цепи, т. е. относительно Гавайской горя-
чей точки (кружки); по палеомагнитным данным (крестики); по осадочным
фациям экваториальной зоны (прямоугольники). По Р. Гор ;опу и Ч Кэйиу

(1981)

ными пэ горячим точкам показывает довольно хорошее, но все же.
неполное соответствие. Последнее указывает на то, что горячие
точки испытывают относительно друг друга некоторые перемеще-
ния, но они незначительны по сравнению с движениями самих ли-
тосферных плит.

Гипотеза горячих точек дает объяснение лишь части достаточ-
но многообразных проявлений внутриплитной тектономагматиче-
ской активности (подробнее см. гл. 7). Для объяснения другой их
части, касающейся тектонических деформаций, полезно привле-
чение концепции, предложенной Л. И. Лобковским и названной
им двухъярусной тектоникой плит. Она основана на отмеченном
уже ф'акте реологической расслоенности литосферы, при которой
верхняя кора и литосферная мантия ведут себя как жесткие тела,
а нижняя кора (в океане верхи мантии) — как пластичные. В этих
условиях может происходить отслаивание фр. decolltment, англ,
detachment) коры от мантии и ее самостоятельное • перемещение.
Например, литосферная 'мантия может испытывать поддвиг под
смежную плиту, а верхняя кора — на нее надвигаться и т. п. Ни-
же мы увидим примеры применения данной концепции к конкрет-
ным объектам.

Итак, мы ознакомились, с некоторыми дополнениями, с осно-
вами тектоники плит. В следующей, второй, части книги будет по-
казано, как она «работает» в современную эпоху, а в третьей час-
ти — как она помогает интерпретировать события и явления рео-
логического прошлого.

ЧАСТЬ II

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ГЛАВА 4

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ДВИЖЕНИЯ, МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИХ ИЗУЧЕНИЯ

Систематическое изучение современных движений началось в конце XIX в.; таким образом, инструментальные наблюдения этих движений ведутся уже в… 4.1. Методы изучения вертикальных движений Старейшим из методов изучения вертикальных движений яв-

Изучение современного напряженного состояния земной коры и литосферы

Для определения фокальных механизмов землетрясений необ- ходимо иметь данные регистрации соответствующего землетрясе- нии на нескольких… |* 51 з:

Развернуть

Открыть в широком формате