Според съвременната теория на литосферните плочи, цялата литосфера от тесни и активни зони - дълбоки разломи - е разделена на отделни блокове, които се движат в пластмасовия слой на горната мантия един спрямо друг със скорост 2-3 см годишно. Тези блокове се наричат литосферни плочи.
За първи път хипотезата за хоризонталното движение на основни блокове е направена от Алфред Вегенер през 1920 г. в рамките на хипотезата за „континентален дрейф“, но тази хипотеза не получава подкрепа по това време.
Едва през 60-те години изследванията на океанското дъно предоставят категорични доказателства за хоризонталните движения на плочите и процесите на разширяване на океана поради образуването (разпространението) на океанската кора. Възраждането на идеите за преобладаващата роля на хоризонталните движения се състоя в рамките на „мобилистичната“посока, чието развитие доведе до развитието на съвременната теория на тектониката на плочите. Основните принципи на тектониката на плочите са формулирани през 1967-68 г. от група американски геофизици - W. J. Morgan, K. Le Pichon, J. Oliver, J. Isaacs, L. Sykes при разработването на по-ранни (1961-62) идеи на американските учени G. Hess и Р. Дигз за разширяването (разпространението) на океанското дъно.
Твърди се, че учените не са напълно сигурни какво причинява тези много размествания и как са били обозначени границите на тектонските плочи. Има безброй различни теории, но никоя от тях не обяснява напълно всички аспекти на тектоничната активност.
Нека поне да разберем как си го представят сега.
Вегенер пише: „През 1910 г. идеята за преместване на континенти за пръв път ми хрумна … когато бях поразена от приликата на бреговите линии от двете страни на Атлантическия океан“. Той предположи, че в ранния палеозой на Земята има два големи континента - Лавразия и Гондвана.
Лоразия беше северният континент, който включваше териториите на съвременна Европа, Азия без Индия и Северна Америка. Южна континентална част - Гондвана обедини съвременните територии на Южна Америка, Африка, Антарктида, Австралия и Индустан.
Промоционално видео:
Между Гондвана и Лоразия се намирала първата морска храна - Тетис, като огромен залив. Останалата част от Земята е била заета от океана Панталаса.
Преди около 200 милиона години Гондвана и Лавразия бяха обединени в един единствен континент - Пангея (Pan - универсален, Ge - земя).
Преди около 180 милиона години континентът Пангея отново започна да се разделя на съставните си части, които бяха смесени на повърхността на нашата планета. Разделението се проведе по следния начин: първо Лоразия и Гондвана отново се появяват, след това Лоразия се разделят, а след това Гондвана се разделят. Поради разцепването и разминаването на части от Пангея се образуват океани. Атлантическият и Индийският океани могат да се считат за млади; стар - Тихо. Северният ледовит океан се е изолирал с увеличаването на земната маса в Северното полукълбо.
А. Вегенер намери много потвърждения за съществуването на единен континент Земя. Съществуването в Африка и Южна Америка на останките на древни животни - Листозаврите му се струваха особено убедителни. Те бяха влечуги, подобни на малки хипопотами, които живееха само в сладководни тела. Това означава, че те не биха могли да преплуват огромни разстояния в солена морска вода. Той открил подобни доказателства в растителното царство.
Интерес към хипотезата за движението на континентите през 30-те години на XX век. леко намалява, но през 60-те отново се възражда, когато в резултат на проучвания на релефа и геологията на океанското дъно са получени данни, показващи процесите на разширяване (разпространение) на океанската кора и "гмуркане" на някои части на кора под други (поглъщане).
Структурата на континенталния разрив.
Горната скална част на планетата е разделена на две черупки, значително различни по реологични свойства: твърдата и крехка литосфера и подлежащата пластмасова и подвижна астеносфера.
Дъното на литосферата е изотерма от приблизително 1300 ° C, което съответства на температурата на топене (солидус) на материала на мантията при литостатично налягане, съществуващо на дълбочина от първите стотици километри. Скалите, лежащи на Земята над тази изотерма, са достатъчно студени и се държат като твърд материал, докато подлежащите скали със същия състав са достатъчно нагрявани и сравнително лесно се деформират.
Литосферата е разделена на плочи, които постоянно се движат по повърхността на пластмасовата астеносфера. Литосферата е разделена на 8 големи плочи, десетки средни плочи и много малки. Между големите и средни плочи има колани, съставени от мозайки от малки костилни плочи.
Границите на плочите са зони на сеизмична, тектонска и магматична активност; вътрешните участъци на плочите са слабо сеизмични и се характеризират със слаба проява на ендогенни процеси.
Повече от 90% от земната повърхност пада върху 8 големи литосферни плочи:
Някои литосферни плочи са съставени изключително от океанска кора (например Тихоокеанската плоча), други включват фрагменти както от океанската, така и от континенталната кора.
Диаграма на образуване на разриви.
Има три типа относителни движения на плочата: дивергенция (дивергенция), конвергенция (конвергенция) и срязващи движения.
Различните граници са граници, по които плочите се движат една от друга. Геодинамичната обстановка, в която протича процесът на хоризонтално разтягане на земната кора, придружена от появата на удължени линейно издължени прорези или подобни на канавки депресии, се нарича раздробяване. Тези граници са ограничени до континенталните проломи и срединните океански хребети в океанските басейни. Терминът „разрив“(от англ. Rift - разрушаване, пукнатина, пролука) се прилага за големи линейни структури с дълбок произход, образувани по време на разтягане на земната кора. По отношение на структурата те представляват структури, подобни на грабен. Разривите могат да бъдат разположени както на континенталната, така и на океанската кора, образувайки единна глобална система, ориентирана спрямо геоидната ос. В този случай еволюцията на континенталните разриви може да доведе до разкъсване на непрекъснатостта на континенталната кора и превръщането на този разрив в океански разрив (ако разширяването на разрива спре преди етапа на разрушаване на континенталната кора, той е изпълнен с утайки, превръщайки се в аулакоген).
Процесът на плъзгащи се плочи в зони на океански разриви (средноокеански хребети) е придружен от образуването на нова океанска кора, дължаща се на магматична базалтова стопилка, идваща от астеносферата. Този процес на образуване на нова океанска кора, дължащ се на притока на материал от мантията, се нарича разпръскване (от англ. Разпространение - да се разпространява, разширява).
Структурата на билото на средния океан. 1 - астеносфера, 2 - ултраосновни скали, 3 - основни скали (габроиди), 4 - комплекс от успоредни диги, 5 - базалти на океанското дъно, 6 - сегменти от океанската кора, които са се образували в различно време (IV със стареене), 7 - магнит близо до повърхността камера (с ултраосновна магма в долната част и основна в горната), 8 - утайки на океанското дъно (1-3, тъй като те се натрупват).
По време на разпръскването всеки удължаващ импулс се придружава от притока на нова част от разтопяването на мантията, които, докато се втвърдяват, изграждат краищата на плочите, отклоняващи се от оста MOR. Именно в тези зони се образува млада океанска кора
Сблъсък на континентални и океански литосферни плочи.
Субдукцията е процесът на изместване на океанска плоча под континентална или друга океанска плоча. Зоните на субдукция са ограничени до аксиалните части на дълбоководни траншеи, съединени с островни дъги (които са елементи на активни граници). Границите на субдукция представляват около 80% от дължината на всички конвергентни граници.
Когато континенталната и океанската плочи се сблъскат, естествен феномен е понижаването на океанската (по-тежка) плоча под ръба на континенталния; когато два океански се сблъскат, по-старият (тоест по-хладният и по-плътен) потъва.
Зоните на субдукция имат характерна структура: техните типични елементи са дълбоководен окоп - вулканична островна дъга - басейн с гръбна дъга. Дълбоководно корито се образува в завойната и подмоторна субдукционна плоча. Докато потъва, тази плоча започва да губи вода (която изобилства от състава на утайки и минерали), последната, както е известно, значително намалява точката на топене на скалите, което води до образуването на топилни центрове, които захранват вулканите на островните дъги. В задната част на вулканична дъга обикновено се появява някакво разтягане, което определя образуването на резервен дъговиден басейн. В зоната на басейна на задната дъга напрежението може да бъде толкова значително, че да доведе до разкъсване на кората на плочата и до отваряне на басейна с океанска кора (така нареченият процес на разпространение на задната дъга).
Обемът на океанската кора, погълната в зоните на субдукция, е равен на обема на кората, възникваща в разпространяващите се зони. Тази позиция набляга на мнението за постоянството на обема на Земята. Но това мнение не е единственото и окончателно доказано. Възможно е обемът на плановете да се променя пулсиращо или да се намали намаляването му поради охлаждане.
Потапянето на поглъщащата плоча в мантията се проследява от огнища на земетресение, възникващи при контакта на плочите и вътре в поглъщащата плоча (по-студено и поради това по-крехко от околните скали на мантията). Тази сеизмична фокусна зона се наричаше зона Бениоф-Заварицки. В зоните на субдукция започва процесът на образуване на нова континентална кора. Много по-рядък процес на взаимодействие между континенталната и океанската плочи е процесът на обдукция - тяга на част от океанската литосфера върху ръба на континенталната плоча. Трябва да се подчертае, че в хода на този процес се отделя океанската плоча и напредва само горната й част - кора и няколко километра от горната мантия.
Сблъсък на континентални литосферни плочи.
Когато континенталните плочи се сблъскат, чиято кора е по-лека от материала на мантията и в резултат на това не е в състояние да се потопи в нея, протича процесът на сблъсък. По време на сблъсъка ръбовете на сблъскащите се континентални плочи се смазват, смачкват и се образуват системи с големи тяги, което води до растеж на планински структури със сложна структура на сгъване и тяга. Класически пример за такъв процес е сблъсъкът на хиндустанската плоча с Евразийската, придружен от разрастването на грандиозните планински системи на Хималаите и Тибет. Процесът на сблъсък замества процеса на субдукция, завършвайки затварянето на океанския басейн. В същото време, в началото на процеса на сблъсък, когато ръбовете на континентите вече са се приближили, сблъсъкът се комбинира с процеса на поглъщане (затихването на океанската кора продължава под ръба на континента). Мащабният регионален метаморфизъм и натрапчивият гранитоиден магматизъм са характерни за колизионните процеси. Тези процеси водят до създаването на нова континентална кора (с типичния си гранитно-гнейсов слой).
Основната причина за движението на плочата е конвекция на мантията, причинена от топлогравитационните токове на мантията.
Източникът на енергия за тези течения е температурната разлика между централните райони на Земята и температурата на близките й части. В този случай основната част от ендогенната топлина се освобождава на границата на ядрото и мантията по време на процеса на дълбоко разграничаване, което определя разпадането на първичния хондрит материал, по време на който металната част се втурва към центъра, увеличавайки сърцевината на планетата, а силикатната част се концентрира в мантията, където претърпява диференциация.
Скалите, загряти в централните зони на Земята, се разширяват, плътността им намалява и те се издигат, отстъпвайки място на потъването на по-студени и следователно по-тежки маси, които вече са отделили част от топлината в зоните на близо повърхността. Този процес на пренос на топлина продължава непрекъснато, което води до образуването на подредени затворени конвективни клетки. В този случай в горната част на клетката потокът на материята се осъществява почти в хоризонтална равнина и именно тази част от потока определя хоризонталното движение на материята на астеносферата и плочите, разположени върху нея. По принцип възходящите клони на конвективните клетки са разположени под зоните на разминаващи се граници (MOR и континентални разриви), а низходящите клони - под зоните на конвергентни граници. По този начин основната причина за движението на литосферните плочи е "влачене" от конвективни токове. Освен това,на плочите действат редица други фактори. По-специално, повърхността на астеносферата се оказва донякъде повдигната над зоните на възходящи клони и по-спусната в зоните на потапяне, което определя гравитационното „плъзгане“на литосферната плоча, разположена върху наклонена пластмасова повърхност. Освен това има процеси на издърпване на тежката студена океанска литосфера в зоните на субдукция в горещата и като следствие - по-малко плътна астеносфера, както и хидравлично клиниране от базалт в зоните на МОР. Освен това има процеси на издърпване на тежката студена океанска литосфера в зоните на субдукция в горещата и вследствие на това по-малко плътна астеносфера, както и хидравлично клиниране от базалти в зоните на МОР. Освен това има процеси на издърпване на тежката студена океанска литосфера в зоните на субдукция в горещата и вследствие на това по-малко плътна астеносфера, както и хидравлично клиниране от базалти в зоните на МОР.
Основните движещи сили на тектониката на плочите се прилагат към основата на вътрешнопластичните части на литосферата - силите на влачене (влачене) на мантията FDO под океаните и FDC под континентите, чиято величина зависи преди всичко от скоростта на астеносферния ток, а последната се определя от вискозитета и дебелината на астеносферния слой. Тъй като дебелината на астеносферата под континентите е много по-малка, а вискозитетът е много по-висок, отколкото под океаните, величината на силата FDC е почти с порядък по-ниска от тази на FDO. Под континентите, особено в древните им части (континентални щитове), астеносферата почти се изкълчва, така че континентите изглеждат „закъсали“. Тъй като повечето от литосферните плочи на съвременната Земя включват както океански, така и континентални части, трябва да се очакваче присъствието на континент в табелата обикновено „забавя” движението на цялата табела. Така се случва всъщност (най-бързо движещите се почти чисто океански плочи на Тихия океан, Кокос и Наска; най-бавните - Евразийска, Северна Америка, Южна Америка, Антарктика и Африка, значителна част от които са заети от континентите). И накрая, при конвергентните граници на плочите, където тежките и студени ръбове на литосферните плочи (плочи) потъват в мантията, тяхната отрицателна плаваемост създава сила FNB (индексът в обозначението на сила - от английската отрицателна плаваемост). Действието на последната води до факта, че поглъщащата част на плочата потъва в астеносферата и дърпа цялата плоча заедно с нея, като по този начин увеличава скоростта на нейното движение. Очевидно силата на FNB действа спорадично и само в определени геодинамични настройки,например в случаи на срутване на плоча, описано по-горе през участъка от 670 км.
По този начин механизмите, задвижващи литосферните плочи, могат условно да бъдат причислени към следните две групи: 1) свързани със силите на влачене на мантията, приложени към всяка точка на основата на плочата, на фигурата - силите FDO и FDC; 2) свързани със силите, приложени към ръбовете на плочите (ръбово-силов механизъм), на фигурата - силите на FRP и FNB. Ролята на този или онзи задвижващ механизъм, както и тези или други сили, се оценява индивидуално за всяка литосферна плоча.
Комбинацията от тези процеси отразява общия геодинамичен процес, обхващащ области от повърхността до дълбоките зони на Земята. Понастоящем в мантията на Земята се развива двуклетъчна конвекция на мантията със затворени клетки (по модела на конвекция през мантията) или отделна конвекция в горната и долната мантия с натрупване на плочи в зони на субдукция (съгласно двустепенна модел). Вероятните полюси на издигането на мантийната материя са разположени в Североизточна Африка (приблизително под зоната на кръстовище на Африканската, Сомалийската и Арабската плочи) и в района на остров Великден (под средното било на Тихия океан - Източно-Тихоокеанският уплифт). Екваторът на пропадането на материала на мантията следва приблизително непрекъсната верига от конвергентни граници на плочите по периферията на Тихия и Източния Индийски океан. Текущият режим на конвекция на мантията,Разпадането на Пангея, започнало преди около 200 милиона години и породило съвременни океани, в бъдеще ще бъде заменено от едноклетъчен режим (според модела чрез конвекция на мантията) или (според алтернативен модел) конвекция ще стане през мантията поради срутването на плочите през участъка на 670 км. Това вероятно ще доведе до сблъсък на континентите и до образуването на нов суперконтинент, пети в историята на Земята.
Разместванията на плочите се подчиняват на законите на сферичната геометрия и могат да бъдат описани въз основа на теоремата на Ойлер. Теоремата за въртене на Ойлер заявява, че всяко въртене на триизмерното пространство има ос. По този начин въртенето може да бъде описано чрез три параметъра: координатите на оста на въртене (например нейната ширина и дължина) и ъгъла на въртене. Въз основа на това положение позицията на континентите в миналите геоложки епохи може да бъде реконструирана. Анализът на движението на континентите доведе до извода, че на всеки 400-600 милиона години те се обединяват в един единствен суперконтинент, който претърпява допълнително разпадане. В резултат на разцеплението на такъв суперконтинент Пангея, възникнало преди 200-150 милиона години, са се образували съвременните континенти.
Тектониката на плочите е първата обща геоложка концепция, която може да бъде тествана. Тази проверка беше извършена. През 70-те години. беше организирана програма за сондаж на дълбоки води. В рамките на тази програма сондажният съд "Glomar Challenger" проби няколко стотин кладенци, което показа добро сближаване на възрасти, изчислени от магнитни аномалии с възрасти, определени от базалти или утаени хоризонти. Схемата на разпределение на различните възрастови зони на океанската кора е показана на фиг.
Възраст на океанската кора на базата на магнитни аномалии (Kenneth, 1987): 1 - области с липса на данни и земя; 2-8 - възраст: 2 - Холоцен, Плейстоцен, Плиоцен (0-5 Ma); 3 - миоцена (5–23 ма); 4 - Олигоцен (23–38 ма); 5 & mdash; Еоцен (38-53 Ма); 6 - Палеоцен (53-65 ма) 7 - креда (65-135 Ma) 8 - Юра (135-190 ма).
В края на 80-те. приключи поредният експеримент за тестване на движението на литосферните плочи. Той се основаваше на измерване на базови линии във връзка с далечни квазари. На две плочи бяха избрани точки, на които с помощта на съвременни радио телескопи се определи разстоянието до квазарите и ъгълът на тяхното отклонение и съответно бяха изчислени разстоянията между точките на двете плочи, т.е. основната линия беше определена. Точността на определянето беше първите сантиметри. Няколко години по-късно измерванията се повтарят. Получено е много добро съгласие между резултатите, изчислени от магнитните аномалии, и данните, определени от изходните стойности.
Диаграма, илюстрираща резултатите от измерванията на взаимното изместване на литосферните плочи, получени по метода на интерферометрия с ултра дълга базова линия - ISDB (Carter and Robertson, 1987). Движението на плочите променя дължината на основната линия между радио телескопите, разположени на различни табели. Картата на Северното полукълбо показва изходните стойности, които са измерени по метода ISDB с достатъчно данни, за да се направи надеждна оценка на скоростта на промяна в дължината им (в сантиметри на година). Цифрите в скоби показват количеството изместване на плочата, изчислено от теоретичния модел. Почти във всички случаи изчислените и измерените стойности са много близки.
По този начин тектониката на плочите през годините е тествана по редица независими методи. Тя е призната от световната научна общност като парадигма на геологията в днешно време.
Познавайки положението на полюсите и скоростта на съвременното движение на литосферните плочи, скоростта на разширяване и усвояване на океанското дъно, е възможно да се очертае пътя на движението на континентите в бъдеще и да се представи тяхното положение за определен период от време.
Тази прогноза е направена от американските геолози Р. Диц и Дж. Холдън. След 50 милиона години според техните предположения Атлантическият и Индийският океан ще се разширят за сметка на Тихия океан, Африка ще се измести на север и благодарение на това Средиземноморието постепенно ще бъде елиминирано. Гибралтарският проток ще изчезне, а "обърнатата" Испания ще затвори Бискайския залив. Африка ще бъде разделена от големи африкански разриви, а източната й част ще бъде изместена на североизток. Червеното море ще се разшири толкова много, че ще отдели Синайския полуостров от Африка, Арабия ще се премести на североизток и ще затвори Персийския залив. Индия все повече ще се придвижва към Азия, което означава, че хималайските планини ще растат. Калифорния по разлома на Сан Андреас ще се отдели от Северна Америка и на това място ще започне да се оформя нов океански басейн. Значителни промени ще настъпят в южното полукълбо. Австралия ще пресече екватора и ще влезе в контакт с Евразия. Тази прогноза изисква значително прецизиране. Много тук все още е спорно и неясно.