Мобилизм и зона спрединга

В конце 50-х — начале 60-х годов началось интенсивное геолого-геофизическое исследование океанов и был сделан ряд принципиально важных геофизических открытий. Было установлено существование астеносферы и тем самым слоя, по поверхности которого возможно относительное перемещение литосферы. Было подтверждено отличие мощности и состава океанской коры от континентальной. Было обнаружено существование грандиозной системы срединно-океанских хребтов и рифтов. В океане были открыты линейные знакопеременные магнитные аномалии, параллельные и симметричные относительно осей срединных хребтов. Было открыто также явление периодических инверсий магнитного поля Земли.

Горные породы оказались обладающими остаточной намагниченностью, позволяющей восстановить их положение в древнем магнитном поле. На этой основе возникло новое научное направление—палеомагнетизм, первые же результаты которого показали, что материки испытали значительные перемещения, прежде чем занять свое современное положение.

Все эти и некоторые другие новые открытия не укладывались ни в одну тектоническую гипотезу фиксистского направления и заставили вспомнить о гипотезе Вегенера, которая к тому времени насчитывала лишь очень немногочисленных сторонников. В 1961—1968 гг. усилиями американских, английских, канадских и французских геофизиков и геологов были разработаны основы новой мобилистской теории, первоначально больше известной как новая глобальная тектоника, а затем тектоника плит(точнее, тектоника литосферных плит). Зародышем ее явилась идея об образовании океанов в результате раздвижения континентов и разрастания пространства молодой океанской коры начиная от осей срединно-океанских хребтов. Этот процесс был впервые описан американскими геологом Г. Хессом и геофизиком Р. Дитцем и получил от последнего название спрединга океанского дна (спрединг буквально означает распространение, разрастание).

Были октрыты также трансформные разломы, а также нарисована общая картина смещений литосферных плит. [4, c. 11-19]

Новой концепции повезло — она вскоре начала получать фактическое подтверждение. В том же 1968 г. началось глубоководное бурение с американского судна «Гломар Челленджер», и уже первый профиль буровых скважин в Южной Атлантике обнаружил совпадение возраста океанской коры, вскрытой скважинами, с возрастом, предсказанным по магнитным аномалиям, а также закономерное увеличение этого возраста по мере удаления от оси срединного хребта.

Рассмотрим основные положения тектоники литосферных плит.

1. Первой предпосылкой тектоники плит является разделение верхней части твердой Земли на две оболочки, существенно отличающиеся по реологическим свойствам (вязкости), — жесткую и хрупкую литосферу и более пластичную и подвижную астеносферу. Как уже говорилось, выделение этих двух оболочек производится по сейсмологическим или магнитотеллурическим данным.

2. Второе положение тектоники плит, которому она и обязана своим названием, состоит в том, что литосфера естественно подразделена на ограниченное число плит—в настоящее время семь крупных и столько же малых. Основанием для их выделения и проведения границ между ними служит размещение очагов землетрясений.

3. Третье положение тектоники плит касается характера их взаимных перемещении. Различают три рода таких перемещений и соответственно границ между плитами: 1)дивергентные границы, вдоль которых происходит раздвижение плит, — спрединг; 2) конвергентные границы, на которых идет сближение плит, обычно выражающееся поддвигом одной плиты под другую; если океанская плита пододвигается под континентальную, этот процесс называется субдукцией, если океанская плита надвигается на континентальную — обдукцией; если сталкиваются две континентальные плиты, тоже обычно с поддвигом одной под другую, — коллизией; 3) трансформные границы, вдоль которых происходит горизонтальное скольжение одной плиты относительно другой по плоскости вертикального трансформного разлома.

В природе преобладают границы первых двух типов.

На дивергентных границах, в зонах спрединга, происходит непрерывное рождение новой океанской коры; поэтому эти границы называют еще конструктивными. Кора эта перемещается астеносферным течением в сторону зон субдукции, где она поглощается на глубине; это дает основание называть такие границы деструктивными.

4. Четвертое положение тектоники плит заключается в том, что при своих перемещениях плиты подчиняются законам сферической геометрии, а точнее теореме Эйлера,согласно которой любое перемещение двух сопряженных точек по сфере совершается вдоль окружности, проведенной относительно оси, проходящей через центр Земли.

5. Пятое положение тектоники плит гласит, что объем поглощаемой в зонах субдукции океанской коры равен объему коры, нарождающейся в зонах спрединга.

6. Шестое положение тектоники плит усматривает основную причину движения плит в мантийной конвекции. Эта конвекция в классической модели 1968 г. является чисто тепловой и общемантийной, а способ ее воздействия на литосферные плиты состоит в том, что эти плиты, находящиеся в вязком сцеплении с астеносферой, увлекаются течением последней и движутся на манер ленты конвейера от осей спрединга к зонам субдукции. В целом схема мантийной конвекции, приводящей к плитнотектонической модели движений литосферы, состоит в том, что под срединно-океанскими хребтами располагаются восходящие ветви конвективных ячей, под зонами субдукции—нисходящие, а в промежутке между хребтами и желобами, под абиссальными равнинами и континентами — горизонтальные отрезки этих ячей. [15, c.72-90]

1.3. Гипотеза современного мобилизма

Мобилизм (от лат. «Подвижный») - научное направление, или система взглядов, в основу которых положено представление о значительные перемещения в горизонтальном направлении больших участков земной коры. Такие идеи появлялись в течение нескольких последних столетий, но достаточно обоснованные положения предложил лишь А. Вегенер (1912), который предполагал перемещения материков базальтовым слоем Земли.

Полной поддержки эти представления в то время не получили, но и не были забыты. В 60-х гг. появились первые положения о перемещении литосферных плит астеносферой (неомобилизм), которые сейчас стали господствующими, на них основываются принципы новой глобальной тектоники (НГТ).

Значительные горизонтальные перемещения больших участков земной коры доведены геологическими, геофизическими и геодезическими методами и не могут оспариваться, несмотря на отдельные недостатки схем их движения и гипотез.

Современный вариант мобилизма получил название новой глобальной тектоники литосферных плит.

Близ срединно-океанических хребтов литосферные плиты наращиваются за счет вещества, поднимающегося из недр, и расходятся в стороны (спрединг); в глубоководных желобах одна плита поддвигается под другую и поглощается (субдукция) мантией. Там, где плиты сталкиваются между собой, возникают складчатые сооружения. «Новая глобальная тектоника» - современный вариант гипотезы мобилизма.

Возрождение этой концепции, основывающейся на результатах изучения рельефа дна, магнитных полей океанов и на данных палеомагматизма, связано с именем американского геолога Г. Хесса.

Её основные положения в настоящее время разделяются подавляющим большинством учёных и специалистов в области наук о Земле.

Однако, причины и механизм передвижения блоков земной коры не находили объяснения. В развитие этой концепции, по мере накопления новой научной информации, было сформулировано представление о новообразовании океанов в процессе их расширения (спрединга), начиная от осей срединных хребтов, и заполнения базальтовой магмой, изливающейся в рифтовых щелях.

Позднее представление о спрединге, рождающем новую океанскую кору, было дополнено представлением о её субдукции поглощении в глубоководных желобах, окаймляющих вулканические островные дуги, происходящем вдоль наклонных сейсмоактивных зон, уходящих глубоко в мантию. Согласно новой глобальной тектонике, литосфера, включая верхнюю мантию, разломана на литосферные плиты глыбы материковой коры с припаянными к ним оширными участками океанической коры, крупнейшими из которых являются: Евроазиатская, Североамериканская, Южноамериканская, Африканская, Индо-Австралийская, Антарктическая, Тихоокеанская. Эти плиты, кроме Тихоокеанской, несут на себе континенты. Кроме того, существуют плиты меньшей размерности: Наска, Кокос, Карибская, Аравийская, Филиппинская и др. Причина перемещения литосферных плит заключена в обмене веществом между верхней и нижней мантией в результате конвекционных (от лат. convectio принесение, доставка) течений, образующих замкнутые ячейки, имеющие горизонтальные размеры в несколько тысяч километров. Плиты расходятся от срединно-океанических хребтов к молодым складчатым поясам Альпийско-Гималайскому и Циркумтихоокеанскому. Причина этого расхождения заключена в том, что именно под срединно-океаническими хребтами происходит подъём разогретого вещества мантии, который раздвигает по обе стороны от оси хребта ранее вынесенную породу, образуя щель рифт. Аналогичные рифты образуются и под материками, стремясь расколоть его на отдельные глыбы, например в восточной Африке. [19, c. 32-53]

Теория новой глобальной тектоники вызвала прогресс в развитии геотектоники и связанных с ней наук о Земле. Она по-новому подходит к решению ряда геологических проблем, включая проблему выяснения условий формирования и региональных закономерностей размещения месторождений полезных ископаемых. 

Мобилистская концепция новой глобальной тектоники, или тектоники литосферных плит, являющаяся в настоящее время единой и цельной основополагающей геотектонической концепцией о строении, развитии и эволюции оболочек Земли, обусловила, как считают многие исследователи, коренной переворот в науках о Земле. Многие её положения имеют важное значение для развития учения о полезных ископаемых.

РАЗДЕЛ II. Зоны спрединга и их роль в развитии Земли

2.1. Рифтогенез и определение зон спрединга

Рифтогенезом называют процесс горизонтального растяжения земной коры, приводящий к возникновению в ней или её верхней части весьма протяжённых, удлинённых, морфологически чётко выраженных впадин, ограниченных (по крайней мере с одной стороны)и осложнённых глубокими продольными разломами. Английский геолог Грегори, описавший подобные структуры в конце прошлого века в Восточной Африке, назвал их рифтами (от англ. rift — разрыв, трещина, щель), а цепочки из нескольких рифтов обычно именуют рифтовыми зонами.

Хотя линейно вытянутые молодые впадины, ныне относимые к категории рифтов, были обнаружены на разных континентах ещё в конце XVIII века (Байкальский рифт) и XIX веке (Верхнерейнский рифт, рифты Мёртвого и Красного морей, Восточной Африки), они долгое время не привлекали к себе должного внимания геологов и считались второстепенными структурными формами, несравнимыми по своей распространённости и значимости в тектоническом развитии земной коры со структурами, образовавшимися в процессе её горизонтального сжатия: складками, надвигами, тектоническими покровами, которые слагают складчатые пояса континентов и присутствуют в древнем фундаменте их относительно стабильных платформенных областей. [23, c. 388-390]

В прошлом веке резкое преобладание в тектоническом строении Земли структур сжатия складчатых зон и поясов, по отношению к структурам растяжения (рифтовым зонам) находило естественное объяснение, ибо считалось, что наша планета почти полностью утратила внутренние источники энергии, постепенно охлаждается, уменьшает свой объём и в результате общего сжатия, неравномерно проявляющегося на её поверхности и во времени, её кора подвергается короблению, смятию и в ней периодически возникают складчатые структуры и образуются крупные неровности рельефа. Подобные идеи высказывали и обосновывали, в частности, знаменитый английский физик лорд Кельвин, авторитет которого среди естествоиспытателей второй половины XIX века был исключительно высок, и его современник — великий австрийский геолог Э. Зюсс. Последний считал даже, что ограниченные разломами впадины (грабены) Восточной Африки, послужившие для Грегори образцом (тектонотипом) рифтовых структур, образовались не в ходе растяжения земной коры, а при общем сжатии Земли. Однако открытие на рубеже веков явления радиоактивного распада элементов показало, что в недрах Земли заключены мощные источники термической энергии, и господствовавшая до этого концепция о постепенном сжатии Земли в ходе её развития — так называемая контракционная гипотеза была большинством геологов поставлена под сомнение или вовсе отвергнута.

Развернувшееся с середины XX века систематическое геолого-геофизическое изучение ложа океанов, занимающих около 2/3 поверхности Земли, привело к открытию на их дне грандиозных, линейно вытянутых зон поднятий, рассечённых множеством продольных и поперечных разломов —срединно-океанических или, точнее, внутриокеанических хребтов общей протяжённостью более 80 тыс. км (Приложение В).

Обнаружилось, что они пространственно связаны с некоторыми рифтовыми зонами на континентах, обладают сходными с ними или близкими чертами рельефа, структуры, магматизма и геофизических особенностей и, несомненно, представляют собой родственные им, хотя и гораздо более крупные тектонические образования.

В пределах внутриокеанических хребтов устанавливаются явные признаки поперечного или близкого к поперечному их простиранию горизонтального расширения земной коры, при этом во много раз превосходящего по своей скорости и общему масштабу её расширение в рифтовых зонах континентов.

В отличие от последних оно проявляется не только в раздроблении, растяжении и утоньшении ранее существовавшей коры, но и в полном её разрыве, расхождении обособившихся блоков в разные стороны и последовательном заполнении образовавшихся между ними зияний поднимающимся из мантии Земли горячим глубинным магматическим материалом. Проявления сжатия коры в пределах ложа океанов в отличие от континентов оказались незначительными или локальными.

Открытие грандиозного явления раздвижения ложа океанов, получившего название «спрединг» и приведшего на протяжении последних 150–170 млн лет к возникновению и расширению до современных размеров огромных впадин Атлантического, Индийского и Арктического океанов и обновлению более древней впадины Тихого океана, радикально изменило представления о тектоническом строении Земли и геодинамических процессах, происходящих в её верхних оболочках, и, в частности, показало, что процессы горизонтального растяжения и расширения в её коре в масштабе всей планеты играют не меньшую роль, чем процессы её сокращения и сжатия, а по мнению некоторых исследователей даже превосходят их по своему глобальному эффекту.

В последние десятилетия резко возрос интерес геологов к изучению рифтогенеза (включая его наиболее крупномасштабную форму — спрединг) как одного из важнейших тектонических процессов, которые оказывают огромное влияние на многие другие процессы, происходящие в земной коре и на её поверхности: формирование рельефа, осадконакопление, магматизм, образование месторождений рудных, нерудных и горючих полезных ископаемых, а также развитие жизни на нашей планете. [25, c.353-370]