Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Тектонические гипотезы. Фиксизм и мобилизм.



Тектонические гипотезы, научно обоснованные предположения о причинах движений и деформаций земной коры, создающих её структуру.. Все имеющиеся гипотезы можно объединить в две группы: гипотез фиксизма, в основе которых лежит предположение о неизменности взаимного расположения отдельных глыб земной коры на протяжении геологической истории и ведущей роли вертикальных тектонических движений, и гипотез мобилизма, допускающих крупные перемещения материковых глыб коры в горизонтальном направлении и отводящих этим горизонтальным движениям основную роль.

Первая попытка научно объяснить деформацию пластов горных пород была сделана в 18 в. А. Г. Вернером в гипотезе нептунизма, Тогда же была выдвинута гипотеза плутонизма Дж. Геттона. Однако такое объяснение оказалось недостаточным, и во 2-й половине 19 — начале 20 вв. почти всеобщее признание получила контракционная гипотеза. Контракционная гипотеза исходила из представления о первоначально расплавленной и постепенно охлаждающейся Земле (космогоническая гипотеза Канта — Далласа). Тектонические деформации она объясняла охлаждением Земли и сокращением её радиуса; смятие слоев в складки рассматривалось как результат сжатия под действием горизонтальных сил, возникающих в земной коре при сокращении размеров планеты. Однако открытие радиоактивности горных пород поставило под сомнение исходное положение контракционной гипотезы — об изначально расплавленной и охлаждающейся Земле

Пульсационная гипотеза дополнила идею контракционной гипотезы о сжатии Земли представлением о чередовании глобальных эпох сжатия и эпох её расширения, пытаясь объяснить на этой основе явления магматизма, трансгрессии и регрессии Мирового океана и некоторые др. явления, не объяснённые контракционной гипотезой.

Гипотеза расширения Земли представляет попытку объяснить происхождение океанических впадин раздвиганием материковых глыб вследствие увеличения радиуса Земли в ходе геологического времени. Причины такого расширения остаются, однако, неясными.

Принципиально новый подход к тектоническим процессам связан с появлением гипотезы перемещения материков. Гипотезы дрейфа допускают возможность крупных (в тысячи км) горизонтальных перемещений материковых глыб по подкоровым слоям или вместе с ними (вследствие подкоровых течений в мантии Земли). Причиной таких перемещений первоначально считались силы, возникающие при вращении Земли.

Фиксизм (от лат. fixus – твёрдый, неизменный, закрепленный), одно из двух направлений в тектонике, исходящее из представлений о незыблемости (фиксированности) положения континентов на поверхности Земли и о решающей роли вертикально направленных тектонических движений в развитии земной коры. Фиксизм являлся одним из ведущих направлений в геологии вплоть до середины 60-х гг. 20 в., когда получили развитие положения мобилизма. В основе Фиксизма лежит положение об унаследованном развитии плит, платформ, антиклинориев и др. источников сноса терригенного материала, о весьма продолжительном существовании глубинных разломов, о длительном проявлении однотипного магматизма в одних и тех же районах. Сторонники Фиксизм отрицают положение мобилизма о возможности горизонтальных перемещений крупных плит литосферы; допускаются лишь незначительные (до нескольких десятков км) горизонтальные перемещения сравнительно небольших участков земной коры по надвигам (шарьяжам) и сдвигам, вызываемые воздействием вертикальных движений. Составная часть концепции Фиксизм – представление о формировании океанических впадин в результате опускания земной коры без значительного растяжения, с преобразованием материковой коры в более тонкую океаническую, а не вследствие раздвижения континентов, как утверждают мобилисты. Основные различия в тектонических условиях на поверхности Земли определяются, согласно Фиксизм, различиями в эндогенном режиме внутренних частей Земли

Мобилизм (от лат. mobilis — подвижной), гипотеза, предполагающая большие (до нескольких тыс. км) горизонтальные перемещения материковых глыб земной коры (литосферы) относительно друг друга и по отношению к полюсам в течение геологического времени. Современный вариант Мобилизм — «новая глобальная тектоника» (или тектоника плит) в значительной мере основана на результатах изучения рельефа дна и магнитных полей океанов, а также на данных палеомагнетизма. Согласно этим представлениям, происходит медленное (в среднем 1—5 см в год) перемещение монолитных плит, включающих не только материковые глыбы, но и примыкающие к ним обширные области океанической коры вместе с самой верхней частью мантии. Плиты расходятся в обе стороны от срединноокеанических хребтов к молодым складчатым поясам (Анды, Гималаи) и островным дугам. Здесь происходит погружение переднего края одной из двух встречающихся плит на значительную глубину (до 700 км) вдоль наклонных разломов, характеризуемых высокой сейсмичностью; в материковой коре другой плиты под влиянием сжатия образуются складки и надвиги. На тыльной стороне перемещающихся глыб, т. е. у оси срединных океанических хребтов, возникают структуры растяжения — рифты (см. Рифтов мировая система). На основании сходства геологического строения разобщённых частей палеозойских материков — Гондваны (охватывавшей Южную Америку, Африку, Индостан, Австралию и Антарктиду) и Лавразии (Северная Америка, Европа, северная половина Азии) и совпадения контуров их материкового склона предложены палеотектонические реконструкции..

43. Источники энергии глубинных геологических процессов. Конвекция в мантии Земли.

18.1. Источники энергии глубинных геологических процессов

Тектонические движения и деформации непосредственно обус­ловлены механической, кинетической энергией, но эта энергия представляет собой продукт преобразования тепловой энергии, порождающей явления разуплотнения или уплотнения, растяжения или сжатия вещества верхних твердых оболочек Земли. Отсюда крылатое выражение: «Земля — это тепловая машина». То об­стоятельство, что тепло, приводящее в действие эту машину, поступает из глубоких недр, подтверждается возрастанием темпе­ратуры с глубиной и непрерывным выделением через поверхность твердой Земли в окружающее пространство теплового потока, оцениваемого в современную эпоху в 4,2-1013W. Возникает естест­венный вопрос: что порождает этот тепловой поток?

Таким образом, радиогенное тепло не является основной ком­понентой той тепловой энергии, которая затрачивается на поддер­жание тектонической активности Земли. Очевидно, существуют другие, более важные и более глубинные ее источники.

Одним из них служит тепло, приобретенное Землей в период ее аккреции и частично унаследованное от протопланетного диска,, который, вопреки прежним представлениям, уже успел подверг­нуться некоторому разогреву — до 1000—1200 К — в области бу­дущего образования Земли. В процессе самой аккреции, как от­мечалось в предыдущей главе, благодаря соударению планетези-малей Земля испытала существенный разогрев, вероятно, привед­ший к образованию «магматического океана» на ее поверхности или на небольшой глубине. Однако трудно рассчитать, какая доля этого аккреционного тепла сохранилась до современной эпохи и, следовательно, какова его роль в энергетическом балансе плане­ты.

Следующий, более мощный и, очевидно, важнейший источник внутреннего тепла Земли — это энергия глубинной гравитацион­ной дифференциации, т. е. выделение тепла при перераспределении вещества Земли по плотности при его химических и фазовых пре­вращениях. Главным здесь является процесс разделения вещества

Но граница мантии и ядра — не единственный возможный уровень гравитационной дифференциации. Более глубинным уровнем может являться граница внешнего и внутреннего ядра, поскольку внутреннее ядро состоит скорее всего из «чистого» же­леза (с примесью никеля), а внешнее, вероятно, содержит замет­ный процент таких элементов, как кислород, сера, кремний. Со­ответственно рост внутреннего твердого ядра, связанный с веко­вым охлаждением Земли, должен сопровождаться «выталкивани­ем» этих легких примесей во внешнее ядро.

Другой уровень дифференциации — граница нижней и верхней мантии, если между ними существует различие в химическом составе (нижняя мантия, по-видимому, сильнее обогащена желе­зом, чем верхняя).

Еще один уровень — граница астеносферы и литосферы. Здесь происходит выплавление базальтовой фракции из перидотитового мантийного вещества и наращивание за его счет земной корм. Но дифференциация продолжается и в самой коре — идет образова­ние гранитных выплавок в нижней (или средней) коре и соответ­ственный рост верхнего, гранитогнейсового, слоя коры. Все эти процессы должны вносить свой вклад в тепловой баланс Земли.

Обращаясь теперь к верхним оболочкам твердой Земли, к собственно тектоносфере, следует прежде всего указать, что поми­мо возмущений, связанных с воздействием конвективных течений, генерируемых в глубоких недрах планеты, большое значение здесь приобретают процессы, вызванные возникновением инверсии плот­ностей на границе астеносфера — литосфера и в самой литосфере. Одним из проявлений такой гравитационной неустойчивости слу­жит мантийный, точнее астеносферный, диапиризм в основании континентальных рифтов, приводящий к их расширению, погруже­нию и сопровождаемый магматической деятельностью. Другое про­явление — формирование гранитогнейоовых куполов в связи с раз­витием палингенного гранитообразования в средней части консо­лидированной коры.

Гравитационная энергия близ поверхности Земли может пере­ходить непосредственно в кинетическую, порождая гравитацион­ную складчатость и гравитационные шарьяжи. Несомненно, что и тому и другому типу дислокаций принадлежит лишь подчиненная роль в строении орогенов.

Итак, энергетический баланс Земли слагается, в порядке убы­вающего значения, из тепла гравитационной дифференциации, ос­таточного тепла аккреции Земли, радиогенного тепла, приливного тепла, механической энергии гравитации, включая проявления гравитационной неустойчивости в мантии и коре. По существу, роль лишь одного из этих факторов — радиогенного тепла — под­дается относительно строгой количественной оценке, для осталь­ных основные параметры весьма неопределенны.

18.3. Конвекция в мантии Земли

Важнейшим процессом, обусловливающим динамику мантии и в конечном счете и земной коры, является конвекция, прежде всего тепловая. Если бы внутреннее тепло, накапливающееся в Земле в результате действия описанных факторов, поступало к поверхности лишь путем обычной теплопроводности, т. е. кондук-тивного теплопереноса, Земля неминуемо довольно быстро разо­грелась бы до полного плавления.

По другому признаку конвекция подразделяется на вынужденную и свободную. При вынужденной тепловой конвекции движение теплоносителя обусловлено внешней причиной, например при нагнетании горячей воды в жилое поме­щение посредством насоса. При свободной тепловой конвекции ее причиной является тепловое расширение частиц теплоносителя, со­провождаемое уменьшением их плотности, и их перемещение под действием силового поля в направлении уменьшения потенциала последнего. В качестве силового поля обычно выступает поле си­лы тяжести, поэтому такая конвекция называется тепловой грави­тационной, или, соответственно, химической гравитационной. Она может продолжаться сколько угодно долго, пока существует гра­диент температуры или концентрации. Но при вещественной (плотностной) конвекции, т. е. при всплывании легкого вещества вверх и погружении тяжелого вниз, процесс продолжается лишь до окон­чания их перераспределения. Это и есть собственно адвекция, на­блюдаемая, в частности, при образовании соляных куполов. Вооб­ще деформации, связанные с инверсией плотностей в коре и ман­тии и упоминавшиеся выше, служат проявлением свободной кон­векции.

в областях развития метаморфических толщ довольно обычны гнейсовые купола и совсем не характерны мульды. По-видимому, это связано с тем, что вязкость горных пород убывает с возрас­танием температуры и степени метаморфизма, т. е. в метаморфи­ческой толще имеет место положительный вертикальный градиент вязкости.

К категории вынужденной конвекции относится процесс, Про­исходящий при субдукции литосферных плит. В этом случае со стороны субдуцируемой плиты к основанию вышележащей геосферы приложено сдвиговое усилие, возбуждающее в этой геосфере гори­зонтальное течение в направлении субдукции (в нижней части гео­сферы) и компенсационный горизонтальный противоток (в верх­ней части геосферы). Нижний поток вызывает образование,зоны горизонтального сжатия—скучивания на фронте субдукции, что мы и видим в аккреционном клине ее висячего крыла, а в тылу — зоны горизонтального растяжения, что и наблюдается на внешнем, обращенном к океану склоне глубоководного желоба. В тылу верх­него потока в обстановке горизонтального растяжения формируют­ся впадины окраинных морей. Фронтальной части этого потока со­ответствует зона надвигообразования на внутреннем склоне жело­ба (верхняя часть аккреционного клина).

Особый интерес представляют ситуации, когда имеются две геосферы, из которых нижняя более плотная и вязкая, чем верх­няя, а конвекция происходит в нижней геосфере, кровля которой остается горизонтальной. В этом случае нижняя геосфера «задает» на своей.верхней поверхности, являющейся одновременно подош­вой верхней геосферы, горизонтальные перемещения, характерные

для конвекции. В результате в верхней геосфере возникает вы­нужденная конвекция в виде как бы зеркального отражения кон­векции в нижней геосфере, с восходящим потоком над зоной нис­ходящего потока в нижней геосфере и с нисходящим над зоной восходящего потока. Соответственно в этой системе, состоящей из; двух геосфер, возникает двухъярусная конвекция с таким располо­жением ячей, что вращение в них соответствует вращению шесте­ренок, сцепленных как по вертикали, так и по горизонтали. При этом в нижней геосфере конвекция осуществляется свободно (квадратная ячейка в вертикальном разрезе), а в верхней — го­ризонтальный размер ячеек навязывается конвекцией в нижней геосфере, вертикальный размер определяется мощностью верхней геосферы.

Описанная ситуация мо­жет иметь место в мантии Земли, где роль нижней геосферы мо­жет играть нижняя мантия, а верхней геосферы — верхняя мантии.

 

 


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2019-04-10; Просмотров: 769; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.024 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь