4. Концепция тектоники литосферных плит и мантийных плюмов.

1. Первое положение тектоники плит касается особенностей строения верхней части Земли, которое определяется развитием двух отличных по реологическим свойствам оболочек – литосферы и астеносферы (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Оболочечное строение Земли.

Выделение литосферы и астеносферы производится по сейсмическим (характер изменения скоростей сейсмических волн) или магнитотеллурическим (степень сопротивления естественным электрическим токам) данным.

2. Второе положение отражает латеральную неоднородность литосферы, в которой выделяется ограниченное число тектонически обособленных блоков, именуемых литосферными плитами . Основанием для выделения плит послужило размещение очагов землетрясений, которое характеризуется резко выраженной неравномерностью (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Размещение эпицентров землетрясений на поверхности Земли, по М. Баразанги и Дж. Дорману (1969).

Рис. 4.3. . Литосферные плиты Земли.

В современной Земле выделяются 7 крупных (мега-) и разное количество средних (мезо-) и малых (мини-, микро-) плит. Неопределенность в выделении средних и малых плит связана с наличием поясов рассеянной сейсмичности в Евразии, Северной Америке, Африке (см. рис. 4.2 и рис. 4.4), а также крайне слабым проявлением или отсутствием сейсмичности на отдельных участках, которые считаются границами даже крупных плит (например, граница между Евразийской и Северо-Американской плитами в пределах северо-востока России или граница между Американскими плитами в Центральной Атлантике).

Рис. 4.4. Сейсмичность Внутренней Азии и западной части Альпийско-Гималайского складчатого пояса.

Крупными плитами являются (их границы и наименования, за редким исключением, не претерпели изменений с момента выделения в 1960-х гг.):

Из средних и малых плит большая часть ученых выделяет следующие плиты (указаны в алфавитном порядке):

Положение некоторых из них отражено на Рис. 4.5.

Рис. 4.5. Карта литосферных плит Земли.

В поясах рассеянной сейсмичности в Северной Америке и Азии возможно выделение более десятка микроплит, которые, вероятно, являются не блоками литосферы (собственно литосферными плитами), а блоками земной коры (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Плиты и микроплиты Внутренней Азии и части Альпийско-Гималайского пояса.

Отмеченная неопределенность в выделении некоторых средних и малых плит ни в коей мере не умаляет значение второго положения тектоники плит, т.к. границы крупных и указанных первыми средних и малых плит в большинстве случаев однозначно определяются по расположению очагов землетрясений (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Расположение эпицентров землетрясений за 1990-2005 гг. (без контуров материков).

Литосферные плиты находятся в постоянном относительном движении по поверхности астеносферы, при этом основная тектоническая, сейсмическая и магматическая активность сосредоточена на их границах (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Современные сейсмичность, вулканизм и границы плит.

3. Третье положение тектоники плит касается характера их взаимных перемещений. Различают три основных типа перемещения – раздвижение, сближение и сдвиг (горизонтальное скольжение) плит (рис. 4.9).

Рис. 4.9. . Основные типы перемещения литосферных плит.

Рис. 4.10. Дивергентные границы.

Рис. 4.11. Конвергентные (субдукционные) границы.

Рис. 4.12. Надвигание океанской плиты на континентальную и проявление обдуцированных пластин в виде офиолитов.

Рис. 4.13. Конвергентные границы (столкновение и взаимодействие континентальных плит).

Рис. 4.14. Трансформные границы.

Дивергентные границы приурочены к осевым частям срединно-океанских хребтов и межконтинентальным рифтам (рис. 4.15).

Рис. 4.15. Расположение осевых частей срединно-океанских хребтов.

Рис. 4.16. Новообразование океанской коры и литосферы в осевых зонах срединно-океанских хребтов.

Конвергентные границы выражены глубоководными желобами (субдукционные границы) и молодыми горно-складчатыми сооружениями (коллизионные границы); т.к. на этих границах происходит погружение в мантию океанских плит и их поглощение, то они иногда называются деструктивными (рис. 4.17).

Рис. 4.17. Расположение конвергентных границ.

Трансформные границы в сравнении с дивергентными и конвергентными границами играют подчинённую роль.

Все перечисленные границы плит сочленяются друг с другом (рис. 4.18).

Рис. 4.18. Границы плит, направления и скорости перемещения плит, центры современной сейсмической и вулканической активности.

Наиболее интересны в геодинамическом отношении так называемые тройные сочленения, где сходятся три границы, при этом они могут быть разного рода – оси спрединга, оси глубоководных желобов, трансформные разломы. Основные типы тройных сочленений показаны на рисунке 4.19.

Рис. 4.19. Главные типы трансформных разломов (I) и тройных сочленений (II).

4. Четвертое положение касается вопросов соотношения спрединга и субдукции, и изменения объема Земли. По этому положению, в первоначальной версии тектоники плит, площадь формирующейся в зонах спрединга океанской коры равна площади коры, поглощаемой в зонах субдукции, т.е. спрединг компенсируется субдукцией, следовательно, объём Земли остается постоянным. Это положение используется при проведении глобальных плитнотектонических расчетов и реконструкций (примеры которых приводятся в подглаве 4.3), в которых площадь поверхности Земли принимается постоянной.

В современной трактовке тектоники плит допускается, что спрединг и компенсирующие его процессы субдукции, коллизии, обдукции могут быть не равнозначными, т.е. возможно изменение объема Земли. При этом пульсации Земли допускаются в ограниченных размерах (до 5 % её объема), а некоторыми исследователями весьма вероятным считается вековое уменьшение радиуса и объема планеты в связи с её общим охлаждением [37].
<

5. Пятое положение тектоники плит рассматривает особенности горизонтального движения плит. Это движение аппроксимируется законами сферической геометрии (т.к. плиты перемещаются по сфере) – теоремой Эйлера, по которой любое перемещение двух сопряженных точек по сфере совершается вдоль окружности, проведенной относительно оси, проходящей через центр сферы (это воображаемые оси, и они обычно не совпадают с осью вращения Земли). Выход такой оси на земную поверхность называется полюсом вращения или раскрытия (иногда этот выход называется и “эйлеровым полюсом”) [37]. Линейная скорость движения увеличивается в направлении от “эйлерова полюса” (где скорость равна нулю) к “эйлерову экватору” (где она максимальна).

В природных условиях движение плит начинается в осевых зонах срединно-океанских хребтов, откуда плиты “разъезжаются” в разные стороны ортогонально хребтам. Учитывая, что трансформные разломы характеризуются такой же ориентировкой (перпендикулярны срединно-океанским хребтам), то они могут рассматриваться в качестве “эйлеровых широт”.

Одним из способов определения местоположения полюса вращения (“эйлерова полюса”) является восстановление перпендикуляров к трансформным разломам, точка пересечения которых и будет отражать этот полюс (рис. 4.20 ).

Рис. 4.20. . Визуализация теоремы Эйлера и определение полюса вращения.

Рис. 4.21. Глобальная кинематическая модель современного относительного движения литосферных плит.

Перемещение плит именно вдоль дуг окружностей и изменение скорости этого перемещения в зависимости от положения относительно полюса раскрытия накладывает некоторые ограничения при оценке движений геологического прошлого и очень широко используется при палеотектонических реконструкциях.

6. Шестое положение раскрывает причину движения плит. В первоначальной (классической) версии тектоники плит 1968 г. это была тепловая общемантийная конвекция. Над её восходящими ветвями располагаются осевые (рифтовые) зоны срединно-океанских хребтов (зоны спрединга или дивергентные границы), а нисходящие ветви контролируют положение зон субдукции; океанская литосфера движется от срединно-океанских хребтов к зонам субдукции, увлекаемая горизонтальными отрезками мантийных течений, подобно конвейеру (рис. 4.22).

Рис. 4.22. Кинематика литосферных плит.

Впоследствии модели мантийной конвекции были усложнены, наряду с тепловой конвекцией была признана высоковероятной химико-плотностная конвекция, также стали рассматриваться варианты мантийных течений на различных глубинных уровнях (см. пункт 2.2.3. Неоднородность и динамика мантии). Кроме этого, дополнительной движущей плиты силой была признана гравитация, которая может способствовать соскальзыванию литосферных плит по склонам срединно-океанских хребтов ввиду их значительного превышения над абиссальными равнинами , а также затягиванию плит в зоны субдукции на участках, где плотность плит начинает превышать плотность астеносферы (рис. 4.23).

Рис. 4.23. Вариации плотности вещества тектоносферы.

Таковы основные положения классической тектоники плит, немного дополненные данными более поздних исследований. В заключение можно отметить, что в современных плитнотектонических моделях формирования основных структурных элементов литосферы она рассматривается не как единая монолитная жесткая пластина (оболочка), а учитывается и её вертикальная тектоническая (реологическая) расслоенность. Так в разрезах коры (особенно континентальной) возможно выделение 1-2 ослабленных уровней, приуроченных к её средней части и основанию (см. подглаву 2.1. Земная кора), поэтому при интенсивных тектонических деформациях возможно отслоение коры от мантии, верхней коры от нижней и их самостоятельные перемещения. На учете этого явления базируется так называемая двухъярусная тектоника плит [26].

4. Концепция тектоники литосферных плит и мантийных плюмов.

4.1. Основные положения тектоники плит.