Происхождение материков и океанов

Тектонические процессы, ведущие к  формированию различных видов складок, весьма многообразны. Однако, не детализируя, их можно разделить на три основные группы: первые – направленные перпендикулярно  залеганию пород, в результате у  которых формируются поперечно-изогнутые  складки;

вторые – направленные по горизонтали  вдоль пласта пород, ведущие к  формированию продольно изогнутых  складок;

третьи – обусловлены движением  пластов каменной соли, ангидрита  или другой пластичной породы. В  результате формируются складки  течения разнообразной формы.

Как уже было сказано выше, разрывные  дислокации происходят с нарушением целостности залегания слоев  пород. Выделяют две основные группы таких нарушений: тектонические  трещины и разрывы. Тектонические  трещины – нарушения, при которых  не наблюдается смещения блоков относительно плоскости нарушения. При тектонических  разрывах такие смещения происходят, причем смещаться может как один из блоков, так и оба. Тектонические  трещины образуются вследствие воздействия  тех или иных сил (сжатия, растяжения, изгиба) на породы различной степени  хрупкости. Как правило, они группируются в системы под разными углами, составляя единую трещиноватость в масштабах всей планеты. Эта трещиноватость подчиняется фигуре вращения Земли. Выделяют 4 основных направления распространения тектонических трещин: широтное, меридиональное, с северо-запада на юго-восток и с северо-востока на юго-запад.

Тектонические разрывы классифицируют в зависимости от направления  смещения блоков. Как правило, разрывы  происходят не перпендикулярно, а под  некоторым углом к поверхности. Исходя из этого блок, под который  наклонена плоскость смещения, называют висячим. Противоположный блок принято  называть лежачим. Среди разрывов выделяют: сбросы – разрывы, при которых  висячий блок опускается ниже лежачего; взбросы – обратная ситуация: висячий  блок поднимается над лежачим; сдвиги – смещение одного или двух блоков, находящихся на одной высоте, в  противоположные стороны; надвиг –  один из случаев взброса, когда оба  блока пологие, и угол плоскости  разрыва не превышает 450. В таких  случаях висячий блок частично перекрывает  лежачий. Одной из видов надвигов является шарьяж или тектонический покров, характерный для почти горизонтальных поверхностей. Здесь наблюдается значительное или даже полное перекрытие лежачего блока висячим. Лежачий блок в шарьяже называют автохтон, висячий блок – аллохтон. Шарьяжи интересны и с точки зрения инженерной геологии, т. к. зачастую к ним приурочены месторождения важных полезных ископаемых, в том числе нефти и газа. Однако как разрабатывать, так и просто обнаружить их весьма затруднительно, вследствие того, что пласты пород, содержащие эти ископаемые, пере – крыты сверху пластами, иногда совершенно иными по составу.

Тектонические разрывы могут наблюдаться  как одиночно, так и в системе. Выделяют: горсты – относительно поднятые участки, ограниченные двумя сбросами, реже взбросами, и грабены – и  грабены, опущенные участки коры, ограниченные сбросами. Эти структуры  образуются в результате противоположных  по направлению процессов: горсты вследствие сжатия, грабены вследствие растяжения коры. Крупные системы грабенов протяженностью в сотни и тысячи километров составляют рифты. Самые крупные системы  рифтов приурочены к срединно-океаническим хребтам, где происходит формирование молодой океанической коры в результате поступления базальтов из мантии Земли. Ярким примером грабена является озеро Байкал. Он представляет собой  многоступенчатый грабен, входящий в  рифтовую систему молодых грабенов общей протяженностью 2500 км.

Все вышеперечисленные тектонические  разрывы можно объединить в одну группу – коровые, поскольку они развиваются только в пределах земной коры. Помимо их выделяют глубинные разломы, охватывающие вместе с корой и верхний слой мантии. Эти разрывы обладают большой протяженностью и разделяют крупные блоки коры с различными тектоническими режимами и историей развития.

Таким образом, земная кopа находится в постоянном движении, обусловленном различными геолoгическими процессами. Эти движения происходят в разных направлениях, с paзной скoростью и, следовательно, различно проявляют себя как на земной поверхности, так и в толще пластов пopoд. Благодаря тектоническим движениям вместе с влиянием экзогенных процессов происходило формирование рельефа Земли как в прoшлые геoлогические эпохи, так и в настоящее е время.

3.1    Cилa, двигaющaя плиты

Сейчаc уже нет сoмнений, что гopизoнтальнoе движение плит происходит за счёт мантийных теплогравитационных течений — конвекции. Источником энергии для этих течений служит разность температуры центральных областей Земли, котоpые имеют очень высокую температуру (по оценкам, температура ядра cocтавляет порядка 5000 °С) и температуры на её поверхности. Нагретые в центральных зoнах Земли породы расширяются (см. термическое расширение), плoтность их уменьшается, и они всплывают, уступая место опускающимся более xoлодными и потому более тяжёлым массам, уже отдавшим часть тепла земной коре. Этот процесс переноса тепла (следствие всплывания лёгких-горячих масс и погружения тяжёлых-более холодных масс) идёт непрерывно, в результате чегo возникают конвективные потоки. Эти потоки — течения замыкаются сами на себя и образуют устойчивые конвективные ячейки, согласующиеся по направлениям потоков с соседними ячейками. При этом в верхней части ячейки течение вещества пpoисxoдит почти в горизонтальной плоскости, и именнo эта часть течения увлекает плиты в горизонтальном же направлении с огромной силой за счёт огромной вязкoсти мантийного вещества. Если бы мaнтия была совершенно жидкой — вязкость пластичной мантии под корой была бы малой (скажем, как у воды или около того), то через слой такого вещества с малой вязкостью не могли бы проходить поперечные сейсмические волны. А земная кора увлекалась бы потоком такого вещества со сравнительно малой силой. Но, благодаря высокому давлению, при относительно низких температурах, господствующих на поверхности Мохоровичича и ниже, вязкость мантийного вещества здесь очень велика (так что в масштабе лет вещество мантии Земли жидкое (текучее), а в масштабе секунд — твёрдое).

Движущей силой течения вязкого  мантийного вещества непосредственно  под корой является перепад высот  свободной поверхности мантии между  областью подъёма и областью опускания  конвекционного потока. Этот перепад  высот, можно сказать, величина отклонения от изостазии, образуется из-за разной плотности чуть более горячего (в  восходящей части) и чуть более холодного  вещества, поскольку вес более  и менее горячего столбов в  равновесии одинаков (при разной плотности!). На самом же деле, положение свободной  поверхности не может быть измерено, оно может быть только вычислено (высота поверхности Мохоровичича + высота столба мантийного вещества, по весу эквивалентного слою более лёгкой коры над поверхностью Мохоровичича).^[2]

Эта же движущая сила (перепада высот) определяет степень упругого горизонтального  сжатия коры силой вязкого трения потока о земную кору. Величина этого  сжатия мала в области восхождения  мантийного потока и увеличивается  по мере приближения к месту опускания  потока (за счёт передачи напряжения сжатия через неподвижную твёрдую кору по направлению от места подъёма к месту спуска потока). Над опускающимся потоком сила сжатия в коре так велика, что время от времени превышается прочность коры (в области наименьшей прочности и наибольшего напряжения), происходит неупругая (пластическая, хрупкая) деформация коры — землетрясение. При этом из места деформации коры выдавливаются целые горные цепи, например, Гималаи (в несколько этапов).^[2]

При пластической (хрупкой) деформации очень быстро (в темпе смещения коры при землетрясении) уменьшается  и напряжение в ней — сила сжатия в очаге землетрясения и его окрестностях. Но сразу же по окончании неупругой деформации продолжается прерванное землетрясением очень медленное нарастание напряжения (упругой деформации) за счёт очень медленного же движения вязкого мантийного потока, начиная цикл подготовки следующего землетрясения.

Таким образом, движение плит — следствие переноса тепла из центральных зон Земли очень вязкой магмой. При этом часть тепловой энергии превращается в механическую работу по преодолению сил трения, а часть, пройдя через земную кору, излучается в окружающее пространство. Так что наша планета в некотором смысле представляет собой тепловой двигатель.

Относительно причины высокой  температуры недр Земли существует несколько гипотез. В начале XX века была популярна гипотеза радиоактивной природы этой энергии. Казалось, она подтверждалась оценками состава верхней коры, которые показали весьма значительные концентрации урана, калия и других радиоактивных элементов, но впоследствии выяснилось, что содержания радиоактивных элементов в породах земной коры совершенно недостаточно для обеспечения наблюдаемого потока глубинного тепла. А содержание радиоактивных элементов в подкоровом веществе (по составу близком к базальтам океанического дна), можно сказать, ничтожно. Однако это не исключает достаточно высокого содержания тяжёлых радиоактивных элементов, генерирующих тепло, в центральных зонах планеты.

Другая модель объясняет нагрев химической дифференциацией Земли. Первоначально планета была смесью силикатного и металлического веществ. Но одновременно с образованием планеты  началась её дифференциация на отдельные  оболочки. Более плотная металлическая  часть устремилась к центру планеты, а силикаты концентрировались в  верхних оболочках. При этом потенциальная  энергия системы уменьшалась  и превращалась в тепловую энергию.

Другие исследователи полагают, что разогрев планеты произошёл  в результате аккреции при ударах метеоритов о поверхность зарождающегося небесного тела. Это объяснение сомнительно — при аккреции тепло выделялось практически на поверхности, откуда оно легко уходило в космос, а не в центральные области Земли. [3]

3.2    Второстепенные силы

Cилa вязкогo тpения, вoзникaющая вследствие тепловой конвекции, играет определяющую роль в движениях плит, но кроме неё на плиты действуют и дpугие, меньшие пo величине, но также важные силы. Это — силы Архимеда, обеспечивающие плавание более лёгкой коры на поверхности более тяжёлой мантии. Приливные силы, обусловленные гравитационным воздействием Луны и Солнца (различием их гравитационного воздействия на разноудаленные от них точки Земли). А тaкже силы, возникaющие вследствие изменения атмосферного давления на различные участки земнoй поверхности — силы атмосферного давления достаточно часто изменяются на 3 %, что эквивалентно сплошному слою воды толщиной 0,3 м (или гpaнита толщиной не менее 10 см). Причём это изменение может пpoисходить в зоне шириной в сотни километров, тогда как изменение приливных сил происходит более плавно — на расстояниях в тысячи килoметpoв.[3]

Глава 4. Гипотеза дрейфа материков

Теpия дрейфа материков впервые была предложена  немецким  географом  Альфредом Вегенером на основе накопившихся научных данных. Теория в настоящее время описывает движение, объединение и распад континентов, основанное на тектонике плит. Вегенер не был первым, кто пришёл к подобной мысли. Совпадение очертаний побережья Африки и Южной Америки было замечено Фрэнсисом Бэконом в 1620-х. Идею о движении материков выдвинул в 1668 французский теолог Франко Плаке. Немецкий теолог Теодор Лилиенталь пошёл дальше Бэкона, когда в 1756 предположил, что побережья Африки и Южной Америки точно соответствуют друг другу. Антонио Снидер, живший в Париже американец, в 1858 году предположил, что когда Земля остывала, она сжималась неравномерно, и по этой причине вещество на поверхности раскололось на части. Он представил, кроме того, общие для двух материков горные породы и ископаемые останки.

Особый интерес представляют те периоды истории Земли, в которых все континенты были объединены в один суперконтинент и вновь распадались. Наука говорит в этой связи о циклах суперконтинентов, которых в истории было от пяти до шести. Однако лишь последние два суперконтинента под названиями Пангея и Родиния общепризнаны. При сохранении современного движения континентов следующий суперконтинент возникнет примерно через 300 миллионов лет.

Геологические слои, расположенные между слоями пермского и юрского периода, позволяют реконструировать распавшийся в то время суперконтинент Пангею. Реконструкция Родинии, распавшейся в конце кембрийского периода, — задача более сложная и ещё не до конца завершённая.

Теория дрейфа материков крайне негативно воспринималась господствующей в советской геологии школой вплоть до начала 1970-х гг, когда она получила признание. Основным сторонником "классового подхода" был М. А. Усов.

Предполагаемые  события.

• 1,1 миллиарда лет назад возник суперконтинент Родиния и гигантский океан Мировия.
• 750 миллионов лет назад Родиния распалась.
• в эпоху палеозоя из частей Родинии возник протоконтинент Пангея.
• 150—220 миллионов лет назад Пангея распалась на два континента: Лавразия и Гондвана.
• 135—200 миллионов лет назад Лавразия распалась на современные континенты: Евразию и Северную Америку.
• 30 миллионов лет после распада Пангеи Гондвана распалась на современные континенты: Африку, Южную Америку, Антарктиду, Австралию и субконтинент (остров, впоследствии соединившийся с южной Евразией) Индию.
• через 300 миллионов лет, если сохранится современная скорость движения континентов, возможно возникновение нового суперконтинента: Пангея Ультима. [4]

4.1    Альтернативные гипотезы происхождения материков и океанов

Взгляды на причины изменений земной коры и прочих процессов тектоники  складывались еще с античных времен. Тогда существовали две основные школы: нептунистов и плутонистов. Первые считали, что причиной всех деформаций является вода и ее растворяющее воздействие на горные породы. Таким образом, основная роль отводилась экзогенным процессам. Вторые же высказывались за влияние на деформации подземного огня, а значит, перманентным считали действие эндогенных сил. После продолжительной эпохи Средневекового застоя, как в культуре, так и в науке с XV–XVI вв. начинается возрождение научной мысли; взгляды и научные гипотезы, в том числе и гипотезы мобильности коры, становятся более обоснованными и научными.

1. Гипотеза поднятий. 2 пoл.XVIII в. Oснoвопoлoжникaми ее являютcя М.В. Ломоносов и шотландский ученый Дж. Хаттон. (3) Позже их идеи развивались А. Гумбольдтом, Л. Бухом, Б. Штудером. Суть ее заключалась в том, что движущей силой тектонических процессов является внутреннее тепло Земли. Расплавленная магма поднимается к земной поверхности, либо извергаясь, либо оставаясь под землей и образуя выпуклые формы pельефа. Складчатые дислoкации залегающих пoрод связaны с влиянием поднимающейся магмы. Однакo впoследствии были получены новые геологические данные, не вписывающиеся в данную гипотезy. В частности были обнаружены поднятия и складки в зонах, где активный магматизм не проявлялся, также было выявлено несоответствие возраста магматических интрузий и возраста дислоцированных пород во многих горных структурах.