Реферат Курсовая Конспект
Геодинаміка - раздел Геология, Вано-Франківській Національний Технічний ...
|
Вано-Франківській національний технічний
Університет нафти і газу
О.М. Трубенко, О.Р. Стельмах
Геодинаміка
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
Вано-Франківській національний технічний
Університет нафти і газу
Кафедра теоретичних основ геології
О.М. Трубенко, О.Р. Стельмах
Геодинаміка
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
Для студентів напряму підготовки
6.040103- “Геологія”
Рекомендовано методичною радою
Університету
Трубенко О.М., Стельмах О.Р., 2010
© ІФНТУНГ, 2010
МВ 02070855-2705-2010
Трубенко О.М., Стельмах О.Р.Геодинаміка: Конспект лекцій. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2010. – 162с.
У конспекті лекцій висвітлені основні положення геодинаміки, наведені відомості про будову Землі і земної кори, фізико-хімічні властивості геосфер, геотектонічні процеси, геотектонічні гіпотези, критерії пошуків родовищ.
Конспект лекцій складено згідно з робочою програмою дисципліни “Геодинаміка” для студентів напряму підготовки 6.040103 - “Геологія”.
Конспект лекцій призначений для успішного засвоєння та самостійної підготовки студентів очної і заочної форм навчання вищих навчальних закладів з дисципліни «Геодинаміка».
Рецензент: декан геологорозвідувального
факультету, кандидат геолого-
мінералогічних наук, професор В.Г. Омельченко
Голова навчально-методичного
об’єднання спеціальності “Геологія” Б.Й. Маєвський
Завідувач кафедри
теоретичних основ геології О.Р. Стельмах
Член експертно-рецензійної
комісії університету В.А. Старостін
Нормоконтролер Г.Я. Онуфрик
Коректор Н.Ф. Будуйкевич
Інженер 1 категорії Н.В. Мирка
Рекомендовано методичною радою університету
(протокол № _5__ від «_22__»____04____20_10_ р.)
Трубенко О.М., Стельмах О.Р., 2010
© ІФНТУНГ, 2010
ЗМІСТ
ВСТУП | |
1 ЗМІСТ ГЕОДИНАМІКИ. ФІЗИЧНІ ТА ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЗЕМЛІ………………...……….............. | |
1.1 Наукові основи геодинаміки. Внутрішня будова та властивості Землі……………………............................ | |
1.1.1 Поняття про науку “Геодинаміка”. Структура та зв’язок з іншими геологічними дисциплінами.............. | |
1.1.2 Петрофізичні властивості земних надр ..................... | |
1.1.3 Первинна речовина Землі............................................ | |
1.1.4 Характеристика геосфер.............................................. | |
1.1.5 Фізичні властивості геосфер....................................... | |
1.1.6 Хімічний склад земних надр....................................... | |
1.1.7 Диференціація речовини геосфер Землі..................... | |
1.2 Енергетика Землі........................................................... | |
1.2.1 Джерела теплового поля Землі.................................... | |
1.2.2 Характеристика глибинного теплового поля........... | |
1.2.3 Проблема походження глибинного теплового поля Землі........................................................................................ | |
1.2.4 Температура надр Землі............................................... | |
1.3 Геодинаміка ядра Землі............................................... | |
1.3.1 Хімічний склад ядра .................................................... | |
1.3.2 Формування ядра.......................................................... | |
1.3.3 Будова ядра................................................................... | |
1.3.4 Магнітне поле Землі..................................................... | |
1.4 Геодинаміка мантії........................................................ | |
1.4.1 Геодинамічна модель мантії ....................................... | |
1.4.2 Склад та властивості мантії........................................ | |
1.4.3 Верхня мантія............................................................... | |
1.4.4 Середня мантія............................................................. | |
1.4.5 Нижня мантія................................................................ | |
1.4.6 Склад мантії та її властивості...................................... | |
1.4.7 Проблеми повзучості та в’язкості............................... | |
1.4.8 Характеристика тектоносфери.................................... | |
2 ГЕОДИНАМІЧНІ ПРОЦЕСИ ЗЕМНИХ НАДР......... | |
2.1 Геодинаміка астеносфери........................................... | |
2.1.1 Тектонічні гіпотези в історії геології......................... | |
2.1.2 Тектонічні рухи........................................................... | |
2.1.3 Теорія пограничних шарів при тепловій конвекції... | |
2.2 Геодинаміка літосфери................................................. | |
2.2.1 Границі літосфери ....................................................... | |
2.2.2 Класифікація плит........................................................ | |
2.2.3 Гіпотеза спредінгу і субдукції..................................... | |
2.2.4 Основні положення концепції спредінгу ложа океанів.................................................................................... | |
2.2.5 Повний геодинамічний цикл розвитку літосфери.... | |
2.2.6 Геодинамічні процеси, пов’язані з океаногенезом... | |
2.3 Внутрішня динаміка Землі, типи тектонічних рухів, їх механізм, циклічність........................................ | |
2.3.1 Геодинамічні процеси, пов’язані з континенто-генезом................................................................................... | |
2.3.2 Землетруси.................................................................... | |
2.3.3 Розповсюдження землетрусів..................................... | |
2.3.4 Внутрішня структура і механізм дії вулканів............ | |
2.4 Екзогенні геодинамічні процеси................................ | |
2.4.1 Природа геодинамічних процесів та методи вивчення ................................................................................ | |
2.4.2 Гравітаційні схилові процеси...................................... | |
2.4.3 Повзучість та її динаміка............................................. | |
2.4.4 Процеси зсуву та їх різновиди................................... | |
3 ЕВОЛЮЦІЯ ЗЕМЛІ, РОЛЬ ГЕОДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ФОРМУВАННІ РОДОВИЩ КОРИСНИХ КОПАЛИН................................................... | |
3.1 Еволюція Землі.............................................................. | |
3.1.1 Гіпотези утворення Землі............................................ | |
3.1.2 Основні геотектонічні гіпотези.................................. | |
3.1.3 Глибинні процеси Землі та їх поверхневі прояви..... | |
3.1.4 Тектоніка плит.............................................................. | |
3.1.5 Тектоніка плюмів......................................................... | |
3.1.6 Роль континентів у динаміці Землі............................. | |
3.1.7 Вертикальні рухи всередині континентів.................. | |
3.2 Роль геодинамічних процесів у формуванні родовищ корисних копалин.............................................. | |
3.2.1 Особливості ендогенних геодинамічних процесів.... | |
3.2.2 Особливості екзогенних геодинамічних процесів.... | |
3.2.3 Карстові і суфозійні процеси...................................... | |
3.2.4 Особливості металогенії платформ, складчастих поясів та областей тектономагматичної активізації.......... | |
Висновки............................................................................... | |
Перелік використаних джерел.......................................... | |
Додатки.................................................................................. |
Вступ
Обличчя Землі в ході її розвитку постійно змінювалося внаслідок різноманітних геологічних процесів. Більшість з них протікає настільки повільно, що людина за все своє життя не може виявити жодної суттєвої зміни. Однак, коли ці повільні процеси діють протягом тривалих відрізків геологічного часу (мільйонів або мільярдів років), вони призводять до великих перетворень обличчя Землі. А такі процеси, як, наприклад, виверження вулканів, землетруси, відбуваються швидко, тож їх прояв та наслідки людина може спостерігати і досліджувати.
Досліджуючи геологічну будову земної кори, геологи з’ясували, що в історії її розвитку багато разів відбувалася різка зміна фізико-географічних умов, що, у свою чергу, викликало оновлення органічного світу. Таке оновлення відбулося на границі силуру та девону, палеозою та мезозою, а також наприкінці мезозою. Визначено, що такі зміни були пов’язані з потужними гірськотворчими рухами, які виявлялися в цей час в різних частинах земної кулі і супроводжувалися зминанням шарів гірських порід в складки, великими розривними порушеннями, проникненням магми з глибини та іншими геологічними процесами.
Осадочні гірські породи (які складають верхню частину земної поверхні; закономірність їх просторового розподілу та умови залягання) чітко вказують на те, що, наприклад, на місці великої Руської платформи (рівнини) або Західно-Сибірської низовини відбувалися багаточисельні наступи (трансгресії) і відступи (регресії) моря, що залишили по собі свої відклади.
Кавказ, Карпати, Альпи та інші гірські споруди на сучасному етапі підняті на кілька кілометрів. Вони виникли на місці глибоких морів. Але ж і гори не вічні. Тому там, де колись були гірські споруди, тепер простягаються рівнини, або майже рівнини.
Геологічні процеси викликаються різними джерелами енергії. Перші з них пов’язані з силами, що виникають в середині Землі, і називаються процесами внутрішньої динаміки, або ендогенними процесами. До них належать магматизм, метаморфізм гірських порід, повільні коливні вертикальні рухи земної кори, тектонічні рухи, що викликають складчасті та розривні порушення гірських порід і утворення гір, землетруси. Другі – це комплекс процесів, що виявляються на поверхні Землі або в її верхніх частинах, пов’язаний з діями різноманітних зовнішніх факторів (атмосфери, гідросфери, біосфери та ін.). Тому вони називаються процесами зовнішньої динаміки, або екзогенними процесами. До таких належать вивітрювання – руйнація (денудація) гірських порід під впливом коливання температури, води, кисню і вуглекислого газу атмосфери та органічного світу, вітру, атмосферних опадів, поверхневих і підземних вод та льодовиків, роботи морів і озер, процесів, що відбуваються у болотах. Процеси, що пов’язані з денудацією, призводять до утворення великої кількості уламкового матеріалу та розчинних речовин. Ці продукти денудації або переміщуються під впливом сили тяжіння, або захоплюються вітром, текучими водами, льодовиками і зносяться в озера, моря, океани та в інші низинні ділянки рельєфу Землі.
Процеси денудації або переміщення уламкового матеріалу найбільш інтенсивно відбуваються на підвищених ділянках суші, які називаються областями денудації. В пониженнях рельєфу у той самий час відбувається накопичення осадків. Процес накопичення осадків відповідає першій стадії утворення осадочних гірських порід і називається акумуляцією (від лат. “акумуляція” – накопичення). Області, де відбувається цей процес, є областями акумуляції. Сумісна взаємодія денудації та акумуляції призводить до вирівнювання рельєфу (ізостазії). Якби це тривало досить довгий час, вся поверхня Землі перетворилася б на рівнину. Але форми земної поверхні визначаються постійною взаємодією ендогенних та екзогенних процесів. Внутрішні сили, в першу чергу тектонічні рухи, створюють нерівності земної поверхні. Зовнішні сили знищують їх, нівелюючи рельєф. Чим інтенсивніше виявляються внутрішні сили, тим енергійніше працюють зовнішні агенти. Між ними існує закономірний причинно-спадковий зв’язок.
В молодих гірських спорудах (Альпи, Кавказ) в новітній час (неоген-антропогеновий) значно домінували тектонічні підняття, формування яких триває до тепер. В цих умовах екзогенні процеси, які глибоко розчленовували схили гір, все ж відставали від інтенсивних піднять, що знаходить своє морфологічне відображення в утворенні високих гірських хребтів. При затуханні інтенсивності тектонічних рухів поступово починають домінувати екзогенні процеси, які працюють над знищенням створених різких контрастів рельєфу гірської країни.
В природі тектонічного спокою не існує, що є суттєвим. Все перебуває у безперервному русі та змінах, лише періодично відбувається сповільнення процесів, яке потім знову змінюється їх посиленням. У випадках тривалих періодів геологічного часу сповільнення тектонічних рухів та істотного домінування екзогенних процесів відбувається вирівнювання поверхні, прикладом є Казахська гірська країна з її дрібносопковим рельєфом Землі. В ряді гірських країн неодноразово змінювалося співвідношення внутрішніх та зовнішніх сил, що призводило або до зростання гір, або до їх денудації та вирівнювання.
Виходячи з вищенаведеного, Земля є дуже складним об’єктом і потребує вивчення багатьма науками.
ЗМІСТ ГЕОДИНАМІКИ. ФІЗИЧНІ ТА ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЗЕМЛІ
Енергетика Землі
Вивчення теплового поля Землі має велике значення, тому що розподілення тепла багато в чому визначає енергетичний рівень і характер геологічних процесів на поверхні планети та в її надрах.
Наша планета має складне теплове поле, що обумовлено кількома факторами. За направленням та областю застосування їх можна розділити на поверхневі та глибинні.
Геодинаміка ядра Землі
Геодинаміка мантії
Геодинамічна модель мантії
Мантія – найбільша з трьох головних оболонок Землі. Вона займає 84% об’єму та 69% її маси. Мантія зверху обмежується границею Мохоровичича і відділені від ядра на глибині близько 2900км поверхнею Віхерта-Гутенберга (табл. 1.2, 1.3).
ГеодинаміЧНІ ПРОЦЕСИ ЗЕМНИХ НАДР
Геодинаміка астеносфери
Геодинаміка літосфери
Питання для самоперевірки
1 В чому полягає процес спредінгу?
2 Що є субдукція і до чого вона призводить?
3 Що є літосферна плита? Які типи границь літосферних плит Ви знаєте?
4 Що відбувається з літосферною плитою в зонах розташування жолобів?
5 Що відбувається з літосферною плитою під острівними дугами?
6 Основні положення концепції спредінгу лона океанів.
7 Повний геодинамічний цикл розвиту літосфери.
Внутрішня динаміка землі, типи тектонічних рухів, їх механізм, циклічність
Питання для самоперевірки
1 Які геодинамічні процеси пов’язані континентогенезом?
2 Причини землетрусів.
3 Типи землетрусів.
4 Розповсюдження землетрусів.
5 Внутрішня структура і механізм дії вулканів.
Екзогенні геодинамічні процеси
Гравітаційні схилові процеси
Під гравітаційними схиловими процесами слід розуміти денудаційні процеси на природних схилах та штучних скосах, які проявляються у вигляді зміщення грунтового матеріалу (частини геологічного середовища) на більш низькі гіпсометричні рівні під дією сили тяжіння без суттєвого впливу будь-яких транспортуючих агентів. До них належать зсуви, завали, поверхнева і глибинна повзучість, осипання та деякі інші явища.
Питання для самоперевірки
1 Внутрішня структура і механізм дії вулканів.
2 Які геодинамічні процеси характерні для платформних областей?
3 Методи вивчення геодинаміки.
4 Які гравітаційні складові процеси Ви знаєте?
5 Повзучість і її динаміка.
Еволюція Землі, РОЛЬ ГЕОДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ФОРМУВАННІ РОДОВИЩ
КОРИСНИХ КОПАЛИН
Еволюція Землі
Приклади сейсмічних моделей Землі
Рисунок А.1 – Закон Снеулліса
Для ідентифікації траєкторій сейсмічного проміння застосовуються наступні позначення:
Р – повздовжня хвиля;
S – поперечна хвиля;
с – хвиля, відображена від зовнішнього ядра;
К – хвиля, що пройшла через зовнішнє ядро;
і – відображена від внутрішнього ядра;
І – повздовжня хвиля, що пройшла через внутрішнє ядро;
J – поперечна хвиля, що пройшла через внутрішнє ядро.
Наприклад, позначення хвилі РК і КР говорить про те, що дана повздовжня хвиля пройшла через зовнішнє, рідке ядро, відобразилася від внутрішнього ядра, потім знову пройшла через рідке ядро і вийшла як повздовжня хвиля. При перетині поверхні розділу або віддзеркаленні від неї тип хвилі може помінятися: з повздовжньої вона може стати поперечною і навпаки. Можливі варіанти: SS, SP, PcS і т.д.
Ядро Землі вперше сейсмологи знайшли в 1906 році, а Гутенбергу в 1914 році вдалося визначити глибину його залягання (2885 км). Межа розділу зовнішнього ядра характерна тим, що на ній різко падає швидкість повздовжньої хвилі від 13,6 км/с до 8,1 км/с. Поперечна хвиля взагалі через зовнішнє ядро не проходить, що говорить про те, що воно рідке. Тверде, внутрішнє ядро знайшла Леман (Данія) в 1936 році. Вона показала, що воно розташовано на глибині приблизно рівною 5000 км (рис.А2).
Рисунок А.2 – Схема будови ядра
Нарешті, в 1909 році югославський вчений Мохоровичич знайшов різке зростання швидкостей сейсмічних хвиль на глибині близько 35 км. Цю межу стали вважати межею земної кори або межею Мохо. В океані вона розташована ближче до поверхні землі на глибині 10 – 15 км і навіть ближче, в гірських районах, навпаки, йде углиб до 50 – 80 км.
В сучасному уявленні Земля – це складний багатошаровий об’єкт. Кожний з шарів має також достатньо складну структуру, яка вивчається різними геофізичними методами (сейсмічними, магнітними, гравітаційними і ін.). Зупинимося на одній, найпоширенішої моделі Землі. Це - модель Буллена (таблиця 1).
Таблиця А.1 – Будова Землі (за Булленом)
Зона | Найменування шару | Глибина (км) | Густина (кг/м3) |
А | Кора | ||
В | Силікати | ||
С | Фазові переходи | ||
D | Нижня мантія | ||
D` | Перехідна зона | ||
Е | Зовнішнє ядро | 1000 – 1100 | |
F | Перехідна зона | ||
G | Внутрішнє ядро |
Зони В і С утворюють так звану верхню мантію, а зона D – нижню мантію. Мантія Землі складається з силікатних порід. У міру збільшення тиску і температури в речовині відбуваються фазові переходи: певні види порід з твердої фази переходять в рідку. Такі фазові переходи відзначені в зоні С і в зоні D'. Причому в останньому випадку весь метал виплавляється і зовнішнє ядро (зона Е) цілком складається з розплавленого металу. Через цю зону поперечні хвилі не проходять, оскільки модуль зсуву рівний нулю. В перехідній зоні F рідка фаза металу перехід в тверду фазу і внутрішнє ядро складається з твердого металу з густиною 1200. Проте вважають, якщо змінити фізичні умови і помістити цей метал в умови “нормальної температури” і тиску, то його густина виявиться рівною 700.
Склад і будова глибинних оболонок Землі в останні десятиріччя продовжують залишатися однією з самих інтригуючих проблем сучасної геології. Число прямих даних про речовину глибинних зон дуже обмежено. В цьому плані особливе місце займає мінеральний агрегат з кімберлітової трубки Лесото (Південна Африка), який розглядається як представник мантійних порід, залягаючих на глибині ~250 км. Керн, піднятий з найглибшої в світі свердловини, пробуреної на Кольському півострові і відмітка, що досягла, 12 262 м, істотно розширив наукові уявлення про глибинні горизонти земної кори - тонкій приповерхневій плівці земної кулі. Разом з тим новітні дані геофізики і експериментів, пов’язаних з дослідженням структурних перетворень мінералів, вже зараз дозволяють змоделювати багато особливостей будови, складу і процесів, що відбуваються в глибинах Землі, знання яких сприяє рішенню таких ключових проблем сучасного природознавства, як формування і еволюція планети, динаміка земної кори і мантії, джерела мінеральних ресурсів, оцінка ризику поховання небезпечних відходів на великих глибинах, енергетичні ресурси Землі і інщі (таблиця 2).
Рисунок А.3 – Схема глибинної будови Землі
Верхня межа шару D`` невизначена; її рівень від поверхні ядра може варіювати від 200 до 500 км і більш. Таким чином, можна уявити, що даний шар відображає нерівномірне і різноінтенсивне надходження енергії ядра в область мантії.
Межею нижньої і верхньої мантії в даній схемі служить сейсмічний розділ, що лежить на глибині 670 км. Він має глобальне розповсюдження і обґрунтовується стрибком сейсмічних швидкостей у бік їх збільшення, а також зростанням густини речовини нижньої мантії. Цей розділ є також і межею змін мінерального складу порід в мантії.
Таким чином, нижня мантія, укладена між глибинами 670 і 2900 км, тягнеться по радіусу Землі на 2230 км. Верхня мантія має добре фіксований внутрішній сейсмічний розділ, що проходить на глибині 410 км. Під час переходу цієї межі зверху вниз сейсмічні швидкості різко зростають. Тут, як і на нижній межі верхньої мантії, відбуваються істотні мінеральні перетворення.
Верхню частину верхньої мантії і земну кору злито виділяють як літосферу, є верхньою твердою оболонкою Землі, в протилежність гідросфері і атмосфері. Дякуючи теорій тектоніки літосферних плит термін “літосфера” отримав широке розповсюдження. Теорія припускає рух плит по астеносфері – розм’якшеному, частково, можливо, рідкому глибинному шарі зниженої в’язкості. Проте сейсмологія не показує витриманої в просторі астеносфери. Для багатьох областей виявлено декілька астеносферних шарів, розташованих по вертикалі, а також уривчастість їх по горизонталі. Особливо безумовно їх чергування фіксується в. межах континентів, де глибина залягання астеносферних шарів (лінз) змінюється від 100 км до багатьох сотень. Під океанськими абіссальними западинами астеносферний шар лежить на глибинах 70-80 км і менш. Відповідно нижня межа літосфери фактично є невизначеною, а це створює великі труднощі для теорії кінематики літосферних плит, що і наголошується багатьма дослідниками.
Такі основи уявлень про будову Землі, що склалися до теперішнього часу. Далі звернемося до новітніх даних відносно глибинних сейсмічних границь найважливішу інформацію про внутрішню будову планети.
В рамках поданих моделей можливо зробити наступні висновки:
Згідно теорії тектоніки літосферних плит головним планетарним процесом, який керує всією еволюцією Землі є гравітаційна диференціація земної речовини, яка зумовлює виділення в центрі Землі щільного окисно-залізного ядра і виникнення в її силікатній оболонці хімічної конвекції. Під впливом мантійних конвективних течій верхня жорстка оболонка Землі - її літосфера - стає розбитою на ряд плит, які переміщуються по поверхні астеносфери. В тих місцях, де плити розходяться, утворюється нова літосфера з океанічною корою на поверхні, і виникають серединно-океанічні хребти з рифовими зонами на їх гребенях.
В місцях, де плити сходяться і насуваються одна на одну відбувається “спряження” структури глибоководних жолобів з острівними дугами і активними окраїнами континентів. В цих зонах насуву формується континентальна кора, а при стику острівних дуг і активних континентальних окраїн з пасивними окраїнами утворюються складчасті пояси. Аналіз відносного розподілу по площі висот суші і глибин моря дозволив Вагенеру висунути гіпотезу про те, що склад порід, які складають океани та континенти відрізняються. Материки складені більш легкими, переважно граніто-гнейсовими породами, в складі яких переважають кремній та алюміній, дно океану складено більш важкими речовинами, в яких переважає кремній та магній.
Завдяки палеомагнітним даним тепер відомо, що розкол Пангеї стався приблизно 160-170 млн.р тому, коли Африка відкололася від Північної Америки, а 60-65 млн.р.тому розпалася Лавразія і Гондвана.
Як показують розрахунки, переміщення літосферних плит буде продовжуватися ще близько 1 млрд.років. Таким чином, всі процеси еволюції літосфери на границях плит взаємопов’язані в єдину систему, фізичну основу якої складають крупно масштабна мантійна конвекція, жорсткість і міцність літосфери.
Додаток Б
Теорія плюмів
Прояви глибинних процесів та основні сучасні моделі глибинних процесів Землі. Гіпотеза висхідних мантійних струменів (плюмів), що виступають до поверхні в "гарячих точках", висунута в 1963 р. Дж. Вілсоном і обґрунтована в 1972 р. В. Морганом. Вона пояснює внутрішньоплитний магматизм і утворення лінійних вулканічних ланцюгів, у яких вік закономірно збільшується в міру віддалення від сучасних активних вулканів. Вона є якщо не альтернативою, то рівноправним партнером тектоніки літосферних плит. Роль плюмів є значною у розвитку літосфери і магматизму – як внутрішньоплитного, так і на дивергентних границях. Разом з тим виникає низка проблем, що не знайшли переконливого вирішення. До них належать:
• глибина зародження плюмів; їхня локалізація щодо границь літосферних плит;
• стаціонарність – абсолютна чи відносна; тривалість прояву.
І головна проблема – співвідношення конвекції, що керує кінематикою літосферних плит, з адвекцією, яка викликає підйом плюмів, які є взаємозалежними процесами. У теорії тектоніки літосферних плит як рушійний механізм задіяно мантійну конвекцію. Однак прямих доказів її реального прояву не було доти, поки сейсмічна томографія не знайшла в мантії чергування розігрітих і охолоджених ділянок, стійке збереження яких без конвекції неможливе. Але сама природа конвекції розумілася й усе ще розуміється неоднаково: одні вважають її чисто тепловою, інші відстоюють термохімічну природу. Теплова складова безсумнівно є провідною, і це підтверджує успішне комп’ютерне моделювання кінематики плит.
Однак дані сейсмотомографії вказують на такі розходження у фізичних властивостях мантійної речовини, які тільки температурними умовами пояснити не можна. Ще більші розбіжності існують у питанні про саму мантійну конвекцію – загальна вона, чи є роздільною у верхній і нижній мантії (на межі ~660 км). Цей розділ подібний до напівпроникного бар’єру для конвективних плинів. Таким чином, можливі і загальномантійна, й двоярусна конвекція, що підтверджено успішним моделюванням тієї й іншої, зокрема, двоярусної. Виявлено, що ймовірність форми конвекції залежить в основному від в’язкості мантії, а остання – від температури
Для глобальної тектоніки, як наслідку мантійної конвекції, характерним є: участь океанічної літосфери у конвективному кругообігу мантії, наявність плюмів, регульований вихід тепла з мантії, часткова ізольованість верхньої й нижньої мантії і, нарешті, наявність рухомих континентів. Теплова енергія перетворюється в механічну роботу деформації і руйнувань літосфери, внаслідок чого сформовано вигляд сучасної Землі. Для опису теплової конвекції у мантії з континентами, що плавають у ній, маємо чотири класичних закони: збереження: енергії, маси, імпульсу і моменту. Вони дозволяють розраховувати еволюцію температури у в’язкій мантії, швидкості мантійних плинів, а також дрейф континентів.
На відміну від океанічної літосфери, товщина якої не перевищує 80 км, літосферні корені континентів досягають глибини у сотні кілометрів. Але це не заважає дрейфу континентальних плит, тому що вся мантія веде себе як в’язка рідина. Варто відмітити, що підкорова літосфера континентів і океанічна літосфера є областю мантії, що відрізняється від решти мантії лише реологічними властивостями й може перемішуватися конвективними мантійними плинами.
Континенти покривають більше чверті поверхні Землі та регулюють вихід тепла з мантії, а тому повинні істотно впливати на глобальну структуру мантійної конвекції. Необхідно виділити такі риси сучасної глобальної тектоніки Землі: тектоніка плит, нестаціонарна плюмова тектоніка і тектоніка рухомих континентів. У результаті сильного перегріву речовини мантії конвекція має квазітурбулентний характер, завдяки якому на тлі, загальної циркуляції виникають окремі плюми, що виходять до поверхні гарячих осередків.
Сучасну концепцію тектоніки плит можна розглядати як спробу об’єднання внутрішніх (гіпотеза підняття) і зовнішніх (гіпотеза контракції) факторів. У певній мірі тектоніка плит перегукується з пульсаційною гіпотезою. У ній лише формально відбивалася наявність на Землі структур стиску і розтягу. Логічно припустити, що розвиток Землі йде в пульсуючому режимі, коли періоди її розширення змінюються періодами стиску. Разом з тим залишається ще багато питань, що вимагають свого вирішення. Одне із них: як часто виникали мантійні плюми в історії Землі, і чи існує періодичність у їхньому часовому розвитку і закономірність у розташуванні на поверхні Землі. Зв’язок інверсій магнітного поля із мантійними плюмами є дуже ймовірним (пряма намагніченість відповідає високій магматичній активності і звідси зв’язок мантійних плюмів із шаром D"). Однак часовий інтервал невеликий для того, щоб робити висновки для всієї історії Землі.
Інше запитання стосується шару D", у якому, як думають, і відбувається зародження плюмів: що визначає число плюмів на поверхні Землі, і чи всі плюми, що зародилися в шарі D", досягають поверхні Землі? Однак розвиток низки плюмів показує, що такі моделі в природі реалізуються далеко не завжди. Можна припустити, що кількість вулканічних ареалів у межах плюму буде визначатися числом осередків, на яке розгалужується єдине тіло мантійного діапіру під час впровадження в літосферу на початковій стадії процесу. Лише чисельне моделювання розвитку мантійних плюмів на основі реальних, наближених до геологічного середовища параметрів, може дати позитивний результат. Ймовірно, подальший розвиток сейсмічної томографії допоможе знайти відповіді на ці питання.
У класичній мобілістичній гіпотезі А.Вегенера рушійною силою дрейфу материків є осьове обертання Землі, а дефіцит цієї сили був однією із причин відторгнення даної гіпотези геофізиками. У класичній тектоніці плит фактор обертання Землі взагалі не беруть до уваги. Надалі на його можливу роль, нехай і другорядну, стали звертати увагу, а в останні роки з’явився ряд серйозних робіт, що розглядають його вплив на кінематику плит. Прихильники впливу ротаційного фактора (сил Коріоліса) пояснюють це тим, що плин в астеносфері із заходу на схід, викликаний обертанням Землі, у першому випадку орієнтовано назустріч субдукції, а в другому – у тому же напрямку.
Тектоніка плит, зберігаючи своє значення основного інструменту аналізу історії тектонічних рухів, деформацій і магматизму, є лише частковим елементом більш загальної теорії Землі, глобальної геодинамічної моделі. Відповідно до моделі перехід від плюм-тектоніки до тектоніки плит (плейт-тектоніки) можна зобразити наступним чином. У Землі за характером переважаючих геодинамічних процесів виділяють три головні області: тектоносфера, що охоплює кору і верхню мантію з перехідною зоною, нижня мантія і ядро. У тектоносфері визначальним механізмом є тектоніка плит, у нижній мантії – плюм-тектоніка мантійних струменів і в ядрі – “тектоніка росту”, що відображає розростання внутрішнього ядра за рахунок зовнішнього. Першопричиною геодинамічних процесів, напевне, є занурення в зонах субдукції плит охолодженої океанської літосфери. Досягши границі на глибині 670 км, ці плити тут затримуються, поки матеріалу не нагромадиться стільки, що він почне ”провалюватися” у нижню мантію, досягаючи в кінцевому рахунку поверхні ядра. Занурення цього матеріалу в ядро порушує режим конвекції і викликає підйом мантійних струменів – плюмів від межі ядра. Після рівня 670 км виникає розщеплення плюмів, які, проникаючи далі у верхню мантію породжують висхідні плини, що відповідають осям спредінгу серединно-океанських хребтів або можуть утворювати відгалуження від плюмів.
Додаток В
Фізико-геологічні основи теорії терморозвідки
Теплове поле Землі і його параметри
Теорія терморозвідки побудована на основі математичного і фізичного моделювання, натурних спостережень і встановлення зв’язків з іншими полями Землі. Завдяки цьому вдається отримати гіпотетичну зміну температур надр Землі.
Загальна характеристика
Регіональний тепловий потік
– Конец работы –
Используемые теги: Геодинаміка0.026
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Геодинаміка
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов