Теории образования важнейших структур земной коры и литосферы ГЕОТЕКТОНИКА – наука о внутреннем строении Земли, истории формирования геологических структур земной коры, источниках энергии и типах тектонических движений ГЕОДИНАМИКА – раздел геотектоники, рассматривающий структурообразование в земной коре в соответствии с теорией образования и движения литосферных плит 1. ЭТАПЫ СТАНОВЛЕНИЯ ГЕОТЕКТОНИКИ • С самого начала становления научной геологии, с середины XVIII в., ее главной задачей было объяснение причин движений земной коры, изменений ее структуры и явлений магматизма. • С этой целью последовательно выдвигались различные гипотезы: поднятия, контракции, пульсационная, ротационная, расширения Земли, глубинной дифференциации и, наконец, дрейфа материков. Каждая из этих гипотез опиралась на какую-то реально наблюдаемую сторону тектонических процессов и, в конечном счете, терпела неудачу, так как не учитывала их действительного многообразия и (или) не могла предложить удовлетворительного их механизма. ЭТАПЫ СТАНОВЛЕНИЯ ГЕОТЕКТОНИКИ • Накопление общегеологических знаний, начало ХVII-конец XVIII в.в. А. Вернер, Дж. Геттон, М.В. Ломоносов, А. Гумбольт. • Ранненаучный, XIXв. Ч. Лайель, Э. де Бомон, Дж. Дэна, А.П. Карпинский, М. Бертран, Э. Зюсс, Э. Ог. - Ог закладывает основы учения о платформах и геосинклиналях. • Классический, первая половина XX - Г. Штилле, А. Вегенер, М.М. Тетяев, А.Д. Архангельский, Н.С. Шатский - развили учение о геосинклиналях – теория фиксизма – преобладание вертикальных движений земной коры (В.В. Белоусов, А.Л. Яншин). • Революционные изменения во второй половине XXв. – теория мобилизма – призание ведущей роли горизонтальных движений литосферных плит (Р. Дитц, Г. Хесс, Б. Изакс, Л. Сайкс, К. Ле Пишон, Дж. Вильсон, В.Е.Хаин, ). ВЫДАЮЩИЕСЯ РУССКИЕ УЧЕНЫЕ КОНЦА XIX – ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЫ XX в.в. А.П. Карпинский Н.С. Шатский В начале XX в. крупнейший французский геолог Э. Ог (1861–1927) в многотомном труде описал деятельность современных геологических процессов и расшифровал геологическую историю Земли. Будучи сторонником теории геосинклиналей, а представление о геосинклиналях было разработано в Северной Америке в 1859 г. трудами Дж. Холла, Ог закладывает основы учения о платформах и геосинклиналях. Он был первым ученым, который четко противопоставлял геосинклинали и платформы. В России понятие о геосинклиналях было введено в начале XX в. Ф.Ю. Левинсон- Лессингом (1861–1939), А.А. Борисяк (1872–1944) и Н.М. Страхов (1900–1978) раскрыли сущность этого понятия. А.Д. Архангельский (1879–1940) и Н.С. Шатский (1895–1960) развили учение о геосинклиналях. В 20-е годы Д.В. Наливкин (1889–1975) развивает основы учения о фациях, а несколько позднее в трудах Р.Ф. Геккера, Б.П. Марковского и других ученых начинает оформляться палеоэкологическое направление в изучении геологического прошлого. Согласно геосинклинальной гипотезы, в развитии Земли главная роль принадлежит вертикальным движениям ЗК В первой четверти XX в. немецкий геофизик А. Вегенер (1880– 1930) формулирует гипотезу дрейфа материков. Несмотря на всю привлекательность, эта гипотеза просуществовала недолго и вскоре после гибели ее автора была оставлена. Однако планомерные исследования океанского дна, начатые в 50-е годы, принесли большое количество нового фактического материала, подтверждающего эту гипотезу, и на новой базе гипотеза Вегенера была возрождена и ныне превратилась в господствующее учение – теорию тектоники литосферных плит. Она признает главную роль горизонтальных движений Л. Формирование горно-складчатых областей ( или геосинклиналей) с позиций фиксизма и мобилизма В.В. Белоусов преобладающая роль вертикальных движений Е.В.Хаин, преобладающая роль горизонтальных движений 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). 2. Открытия и доказательства тектоники литосферных плит • В конце 40-х — начале 60-х годов началось интенсивное геолого-геофизическое исследование Земли и океанов и был сделан ряд принципиально важных геофизических открытий. • 1- Было установлено существование астеносферы и тем самым слоя, по поверхности которого возможно относительное перемещение литосферы. • 2- Было подтверждено отличие мощности и состава океанской коры от континентальной. • 3 - Было обнаружено существование грандиозной системы срединно-океанских хребтов и рифтов. • 4 – на континентах, расположенных по разные стороны океанов, в частности Атлантического, были открыты остатки наземных организмов, которые не могли бы переплыть через океаны, кроме как того, что континенты были когда-то едиными Общие сведения о предмете геотектоники ГЛУБИННЫЕ ГЕОСФЕРЫ ЗЕМЛИ, по Ю.М. Пущаровскому ОДНА ИЗ СОВРЕМЕННЫХ РЕАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ МАНТИИ ЗЕМЛИ 2 типа земной коры, литосфера и астеносфера Открытия и доказательства тектоники литосферных плит • 5 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. Другие доказательства тектоники плит • Зародышем теории 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 нарисована общая картина смещений литосферных плит. • В 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. Причины движения литосферных плит Мантийная конвекция Тектоника плит – самый молодой океан Рельеф дна океанов по данным океанографических и геофизических исследований Гипсографическая кривая I -суша (+840 м); I I-средний уровень физической поверхности Земли (+245 м); IV - средняя глубина моря (-3800 м). Сейсмический разрез через экваториальную Атлантику, по Р. Лейдену, Р. Шеридану,М. Эвингу 1-3 –слои океанической коры (1 –осадочный, 2 – базальтовый, 3 –габбро-серпентинитовый); 4 –мантия; 5 –скорости сейсмических волн, км/с Схематическая карта рельефа дна Атлантического океана, по О.К. Леонтьеву 1 -материковая отмель; 2 -материковый склон; 3 -подводные хребты; 4 -равнины океанических котловин; 5 -глубоководные желоба Строение океанского дна и происхождение океанов ОКЕАНЫ ЗЕМЛИ В настоящее время на Земле имеется 4 океана: • Тихий, площадью 180,5 млн. км2 • Атлантический площадью 90,2 млн. км2 • Индийский площадью 75,8 млн. км2 • Северный Ледовитый площадью 14,4 млн. км2 По геологическому возрасту самым древним является Тихий океан. Свидетельства его существования есть с позднего рифея (1,1 млрд. лет). Атлантический и Индийский океаны заложились в среднем мезозое, около 180-160 млн. лет назад, а Северный Ледовитый – около 100 млн. лет назад Литосферные плиты Границы литосферных плит Тектоносфера и литосфера Блок-диаграмма Б. Айзекса, Дж. Оливера и Л. Сайкса (1968), иллюстрирующая относительное движение жестких литосферных плит, формирующихся в зонах спрединга и поглощаемых в зонах субдукции Размещение эпицентров землетрясений на поверхности земли, по М. Баразанги, Дж. Дорману (1969), Е.В.Хаин (1973) Островные дуги и краевые моря в западном и северном обрамлении Тихого океана. по Л. Жоливе и др. (1989) Краевые моря и их бассейны: Бе -Берингово, Ох -Охотское,Я -Японское, Ок -Окинава, Ф -Филиппинское, А -Андаман, Ба -Банда, Бм -Бисмарка, СФ -СевероФиджийский, ЮФ -Южно-Фиджийский, КЖ -Южно-Китайское, К -Коралловое, Т -Тасманово, а -зоны субдукции и связанные с ними островные Дуги (1 -Алеутская, 2 -КурилоКамчатская, 3 -Японская, 4 -ИдзуБонинская, 5 -Марианская, 6 -Яп, 7 -Рюкю, Тектоника плит – столкновение - субдукция Столкновение литосферных плит и метаморфизм Столкновение литосферных плит и метаморфизм Столкновение литосферных плит и метаморфизм ЛИТОСФЕРНЫЕ ПЛИТЫ ЗЕМЛИ Малые плиты и микроплиты: Х –Хуан-де-Фука; Ко –Кокос; К –Карибская; А –Аравийская; Кт –Китайская; И –Индокитайская; О –Охотская; Ф –Филиппинская. 1 –дивергентные границы (оси спрединга); 2 –конвергентные границы (зоны субдукции, реже зоны коллизии); 3 –трансформные разломы; 4 – векторы движений литосферных плит, по Дж. Минстеру, т, Джордану (1978) Строение океанского дна и происхождение океанов Океаны геологического прошлого: Слои океанской земной коры: Панталассы – трижды с конца архея по середину мезозоя Япетус - 0,8-0,4 млрд. лет назад Палеоазиатский - 0,6-0,2 млрд. лет Тетис - 0,8-0,2 млрд. лет Палеоарктический - 0,8-0,4 млрд. лет • Осадочный, 0-16 км • Базальтовый, 0,5-2,2 км • Габбро-ультраосновной, 5-6 км 3. Основные положения теории тектоники литосферных плит 1 предпосылка - разделение верхней части твердой Земли на две оболочки, существенно отличающиеся по реологическим свойствам (вязкости), — жесткую и хрупкую литосферу и более пластичную и подвижную астеносферу. 2 положение тектоники плит - литосфера естественно подразделена на ограниченное число плит— 7 крупных и столько же малых. Основанием для их выделения и проведения границ между ними служит размещение очагов землетрясений. 3 положение тектоники плит касается характера их взаимных перемещении. Различают три рода таких перемещений и соответственно 3 типа 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. Основные положения теории тектоники литосферных плит 4 положение тектоники плит - 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 положение тектоники плит гласит, что объем поглощаемой в зонах субдукции океанской коры равен объему коры, нарождающейся в зонах спрединга. 6 положение - 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. Строение океанского дна и происхождение океанов ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ЗОНЫ ОКЕАНОВ - Шельф - Материнский склон - Материковое подножие (седиментационный прогиб) - Глубоководные котловины (плиты) - Срединно-океанский хребет (поднятие) с грабеном, иногда с горстом - Глубоководный желоб - Островодужная система - Подводные поднятия, острова, подводные вулканы - Разломы трансформные и другие Тектоника России Схема новейших колебательных движений (-неотектоника) на территории СССР (по Н.И. Николаеву и С.С. Шульцу) • Области: 1 –очень слабых проявлений новейших движений, 2 –слабых опусканий, 3 –слабых поднятий, 4 –сильных дифференцированных колебательных движений с высокими градиентами, с общим преобладанием поднятий, 5 –сильных дифференцированных колебательных движений с высокими градиентами, с общим преобладанием опусканий 4. Развитие представлений о геосинклиналях • ГЕОСИНКЛИНАЛЬ – линейная зона высокой подвижности и контрастности тектонических движений, которая на ранних этапах развития испытывала прогибание с накоплением мощных толщ отложений, а на поздних – поднятие, сопровождавшееся складчатостью, магматизмом, местами метаморфизмом • Геосинклинально-складчатые пояса образовались после распада Пангеи-1 и на протяжении среднего-верхнего рифея, венда и фанерозоя циклически проходили геосинклинальное развитие, за которым следовала инверсия режима и формировалось горно-складчатое сооружение Структурные зоны геосинклинальной системы: • миогеосинклиналь • миогеоантиклиналь • эвгеосинклиналь • эвгеоантиклиналь • средний массив ГЛАВНЫЕ СКЛАДЧАТЫЕ ПОЯСА ФАНЕРОЗОЯ 1-складчатые пояса: Т -Тихоокеанский, УО -Урало-Охотский, С -Средиземноморский, СА -Северо-Атлантический, А -Арктический; 2 -древние платформы (кратоны) и их фрагменты Геосинклинали являются вместилищами интрузивных, вулканогенных и осадочных формаций, разнообразного минерального сырья СХЕМА ЭВОЛЮЦИИ ИНТРУЗИВНЫХ ФОРМАЦИЙ: 1- Инициальный магматизм (габбро, габбро-ультраосновная) 2- Последующий магматизм (габбро-диоритовая, плагиогранитная) 3- Финальный магматизм (гранитная, граносиенитовая) 4- Наложенный магматизм(сиенитовая фоидолитовая) Схема эволюции вулканогенных и вулканогенноосадочных формаций эвгеосинклиналей 1- Спилит-диабазовая, спилит-кератофировая, базальтовоизвестняковая – основной вулканизм + осадочные ГП 2- Вулканогенно-терригенная, граувакковая, андезитовая 3- Андезит-риолитовая, риодацитовая, трахириолитовая (- средне-кислый вулканизм), вулканогенная моласса Месторождений рудного и нерудного минерального сырья геосинклинально-складчатых систем Ранняя стадия развития эвгеосинклинали – руды титана, хрома, железа, платиноидов, золота, асбеста, талька - Средняя стадия – руды меди, свинца, цинка, золота, железа, молибдена - Поздняя стадия – медь, полиметаллы, золото, сурьма, мышьяк, ртуть, серебро Орогенез и тектоно-магматическая активизация Орогенез–процесс формирования горных сооружений. Это линейные тектонические структуры с высокой контрастностью рельефа • В горных сооружениях различают хребты и межгорные впадины Основные типы орогенеза: • Островодужный • Инверсионный (эпигеосинклинальный) • Эпиплатформенный, преимущественно коллизионный • Комплексный Режимы тектоно-магматической активизации Тектономагматическая активизация (ТМА) –это импульсы тектонической активности, прерывающие спокойное платформенное развитие регионов По механизмам формирования различают активизации: • глыбовую • метаморфическую • платобазальтовую • центральных интрузий • трубок взрыва 5 Тектоника плит и циклы образования горных пород Циклы образования горных пород
