Тектонічні гіпотези в історії геології - раздел Геология, Геодинаміка
Уява Про Механізм Рухів І Деформацій Земної Кори Займала Думк...
Уява про механізм рухів і деформацій земної кори займала думки людей ще з античних часів, а, може, ще й раніше. Але взаємозв’язок тектонічних і магматичних процесів залишався не свідомим. Утворення континентів вважали наслідком переходу води у підземні порожнини, а порушення залягання шарів гірських порід – в їх міжпорожнини. Вулканізм пов’язували із запаленням паливних речовин, які є в земній корі – вугілля, сірчастого колчедану. Такі уявлення існували до ХІХ століття і знайшли своє відображення в уяві нептуністів – А. Вернера та його послідовників. Лише окремі вчені – плутоністи - грек Страбон, італієць А. Моро, англієць Р. Гук – в середині ХVІІІ століття пов’язували такі явища, як землетрус і підняття земної кори, з наслідком вулканічної діяльності.
Першу наукову тектонічну гіпотезу – “гіпотезу підняття” – у другій половині ХVІІІ століття висунули М. Ломоносов і шотландець Дж. Хаттон, до середини ХІХ століття вона займала домінуюче положення. М. Ломоносов вважав, що основне значення у розвитку земної поверхні мають підняття та опущення при ведучій ролі перших. Він пояснював їх дією “підземного жару”. Дж. Хаттон вважав, що цей “підземний жар” пов’язаний з підйомом розплавленої маси (яку пізніше назвали магмою) із внутрішніх надр Землі.
Наприкінці ХІХ століття виникає теорія контракції (француз Е. де Бомон), яка виходила з космогонічних уявлень Канта-Лапласа про первинно розплавлену земну кулю, надалі її охолодження і, починаючи з поверхні Мохо, покриття твердою оболонкою. Наслідком охолодження і зменшення об’єму мало би бути короблення земної поверхні, в результаті якого виникли складки та їх нагромадження – гірсько-складчасті споруди [4, 6, 10].
В 30-40 р.р. ХХ століття була спроба доповнити цю гіпотезу уявою про чергування фаз стискання і розширення (рис. 2.1), так звана “пульсаційна гіпотеза” (американець В. Бухер, далі – М. Усов, В. Обручев). Згідно з нею, при фазі розширення переважають радіальні і вертикальні рухи; в рухомих поясах відбувається розтягнення кори і утворення геосинкліналей; геосинкліналі, які у попередню фазу стискання утворили складчастість, перетворилися на гірські споруди. В стабільних ділянках кора набухла і розбилася на грабени і горсти, утворилися вулкани, які виливали лаву. Джерелом цих процесів вважали гравітаційне ущільнення (М. Усов) або радіаційний процес (В. Обручев).
Рисунок 2.1 – Орієнтація головних осей напруг в полі пружних напруг Землі. Зони стискування (1, 2, 3) і розтягу (4, 5, 6), орієнтовані горизонтально та в хрест простягання структур (за В. Жарковим)
В 1906 році австрійський геолог О. Ампфер висуває “гіпотезу підкорових течій”, згідно з якою складки і шар’яжі утворюються в геосинкліналях в процесі підсуву платформ під геосинкліналі під дією течій у пластичному підкоровому шарі.
У 1910 році американець Ф. Тейлор висунув “гіпотезу дрейфу материків”. Вона допускала значні горизонтальні переміщення материкових брил по своєму підніжжю. Надалі в геотектоніці виникла течія на основі цих уявлень, яку називають “мобілізмом” в протилежність “фіксизму”, який приймав жорсткий зв'язок між корою і мантією.
В середині ХХ століття накопичується багато винаходів в геології, які відроджують теорію “мобілізму”. Це відкриття світової системи середньоокеанічних хребтів, різниця складу океанічної і континентальної кори, різке зменшення осадового шару у осьовій їх зоні. У 1960-1962 р.р. американські петрологи Г. Херс і Р. Дитц висунули гіпотезу розростання або спредінгу лона океанів.
У 1965 році Уілсон вперше описав кінематику руху плит на плоскій поверхні Землі.
Концепція тектоніки плит була сформована в серії робіт у 1967-1968 р.р., коли у повній мірі було усвідомлено значення трьох головних положень:
-механічна модель верхньої мантії складається з жорсткого пружного зовнішнього шару – літосфери - і розм’якшеного шару астеносфери, що її підстилає. Цей поділ верхньої мантії знайшов своє завершення в роботі Туркотта та Оксбурга у 1967 році, де океанічна літосфера була визначена, як зовнішній холодний пограничний шар конвентивних комірок верхньої мантії. Ця фундаментальна ідея служить основою при фізичній інтерпретації тектоніки плит;
-для поділу літосфери на плити використовують звіти сейсмічності Землі, вперше в повному об’ємі складені Гутенбергом і Рихертом (1941, 1945 р.р.). Згідно з цими даними, більша частина механічної енергії, що виділяється у поверхневому шарі Землі, “витрачається” в кількох вузьких сейсмічних поясах, а остаточна енергія – при епейрогенічних рухах (вертикальні рухи, які створюють великі риси будови континентів та океанів);
-літосферні плити є жорсткими тілами, тому кінематика їх переміщення на сфері підпорядковується суворим геометричним правилам.
Основні етапи розвитку концепції ініціювали Вегенер у 1912 р., Хесс у 1960 р., Вайн і Метьюз у 1963 р., Уілсон у 1965 р. і Морган у 1967 р.
Тектоніка плит є поверхневим проявленням конвективних рухів в надрах мантії. Ці рухи досить складні і ще погано зрозумілі. Важливішою особливістю тектоніки Землі є лінійність її головних структур – серединно-океанічних і континентальних рифтових систем та систем глибоководних жолобів. Це обумовлено структурою розвинутої конвекції у верхній мантії, яка є такою, що утворює лінійні висхідні гарячі потоки – шари, що виходять на поверхню в рифтових зонах і які породжують зовнішній тепловий пограничний шар – океанічну літосферу. Відсуваючись у бік від серединно-океанічних хребтів, вона застигає і закінчує свій шлях, знову занурюється в мантію біля глибоководних жолобів з утворенням холодного нисхідного потоку – шару, що розігрівається і тоне в гарячій мантії (рис. 2.2).
На поверхні Землі були виявлені менш яскраві “сліди” конвенції в мантії, які тим не менш мають важливе значення
Рисунок 2.2 – Схема конвективних рухів в надрах мантії Землі
для розуміння тектоніки Землі. Це – так звані “гарячі плями” (hot spots), в російській літературі відомі, як «горячие точки». Їх виділив Уілсон у 1963 р. у місцях виходу куполоподібних структур, що складені базальтовими магмами і які не пов’язані з границями плит. Ці структури характеризуються підвищеним тепловим потоком. Таких точок нараховується не менше 122. Вони були активними протягом 10 млн. років (рис. 2.3).
Справжній інтерес це явище викликало у 1972 р. після того, як Морган висунув ідею про плюми – гарячі струмені в мантії, які підходять до основи літосфери. При цьому літосфера локально припіднімається і проплавляється. У зв’язку з чим ці “гарячі плями” стали використовувати, як репери для визначення абсолютних швидкостей руху літосферних плит відносно мантії Землі (рис. 2.4). Але оскільки мантія знаходиться в стадії конвекції, це питання є більш складним, ніж уявлялося на початку. Гіпотеза плюмів є основною ідеєю, яка пов’язувала тектоніку плит з гідродинамікою мантії.
Важливим процесом, який пов’язаний динамікою мантії, є процеси руху магми. Головною з причин якої є диференціація речовини, що продовжується. Найбільш виявляється в одному з шарів верхньої мантії – астеносфері. Аналіз тисків і температур, які панують у цьому шарі, показує, що тут є умови, які спричиняють плавлення речовини Землі. Так, на глибинах близько 100 км значення температури
Рисунок 2.3 – Розподіл гарячих точок на поверхні Землі
(за В. Жарковим). • - гарячі точки на поверхні Землі
зростає до 1300-1500°С. Однак з глибиною суттєво зростає гірський тиск, що призводить до зростання температури плавлення. Наприклад, при тиску 3000 МПа (t°С плавлення базальту дорівнює 1150°С при нормальних умовах) t°С плавлення базальту зростає до 1400°С. І тільки тут, в астеносфері, має місце розвиток умов, які спричиняють плавлення. Температура мантії в цьому шарі досить висока, а тиск ще не настільки великий, щоб суттєво збільшити t°С плавлення. Ці термобарометричні умови (t°С та Р) призводять до утворення в астеносфері осередків виплавлення з речовини мантії його найбільш легкоплавких компонентів. Осередки розплаву пропускають повздовжні сейсмохвилі, що екранують поперекові. Ці осередки не утворюють в мантії єдиного суцільного шару. Він утворюється лише під “корінням гір”, де виникає додатковий підток тепла, який підвищує t°С верхньої мантії.
Все темы данного раздела:
Вано-Франківськ
МВ 0
Наукові основи геодинаміки. Внутрішня будова та властивості Землі
Землю як планету, її походження в Сонячній системі вивчає наука космогонія. Розміри і форму Землі та особливості рельєфу – геодезія. Будову, склад та стан речовини, яка складає Земл
Поняття про науку “Геодинаміка”. Структура та зв’язок з іншими геологічними дисциплінами
Останнім десятиріччям геодинаміка відокремилась в окрему галузь знань про Землю. Це – наука про глибинні сили та процеси, які виникають внаслідок еволюції Землі як планети і які обу
Петрофізичні властивості земних надр
Земна куля в межах, які доступні для спостереження, складається, як відомо, з кількох оболонок – атмосфери, гідросфери та літосфери. Остання є самою верхньою кам’яною оболонкою Земл
Первинна речовина Землі
Одним з головних геологічних методів вивчення є метод безпосереднього спостереження та всебічного дослідження речовини, яка складає земну кору. Він базується на вивченні розрізів ша
Характеристика геосфер
Земна кора. Ця геосфера складає невелику частку від загальної маси Землі. За потужністю та складом виділяють три типи земної кори:
Континентальна кора характе
Фізичні властивості геосфер
Відсутність прямих даних про щільність речовини глибинних геосфер Землі обумовлює необхідність використання непрямих, наприклад, сейсмологічних даних.
Із загальних уявлень
Хімічний склад земних надр
Щодо питання первинної речовини Землі, то, згідно з космічною теорією, планети Сонячної системи, в тому числі і Земля, утворилися з газово-пилової хмари шляхом акреції речовини цієї
Диференціація речовини геосфер Землі
Які ж основні дані, що можуть бути використані при вивченні хімічного складу Землі в цілому? Їх небагато.
По – перше, хімічний склад земної кори. Але не слід забувати, що в
Питання для самоперевірки
1 Дайте визначення науки “Геодинаміка”?
2 Яку роль відіграє “Геодинаміка” серед інших наук геологічного циклу?
3 Які методи дослідження застосовує “Геодинаміка”?
4 Яку ро
Джерела теплового поля Землі
До групи поверхневих факторів теплового поля можна, по-перше, віднести випромінювання Сонця. Земля отримує дуже малу дозу випромінювання, лише одну двомільярдну його частину, що визначається порівн
Характеристика глибинного теплового поля
Особливої уваги заслуговує вивчення глибинних джерел теплового поля Землі. Справа в тому, що глибинне тепло нашої планети пов’язане з джерелами її внутрішньої енергії. Остання прояв
Проблема походження глибинного теплового поля Землі
Ця проблема досить складна сама по собі. Вона тісно пов’язана з іншими невирішеними до кінця проблемами – походження Землі, особливостей її внутрішньої будови, хімічного складу, тощ
Температура надр Землі
Вивчення фактичного розподілення температури Землі в значній мірі ускладнюється її варіаціями в доступній для вимірювання частині земної кори і загальною слабкістю вивчення мантії т
Питання для самоперевірки
1 Назвіть основні джерела теплової енергії геосфер Землі?
2 Дайте визначення теплового потоку?
3 Як змінюється температура за глибиною?
4 Назвіть методи дослідження тепло
Хімічний склад ядра
З чого складається ядро земної кулі? В світлі міркувань та цифр, викладених в попередніх лекціях, вирішення цього питання не було б дуже важким, але насправді є набагато складнішим ніж уявлялося.
Формування ядра
Перш за все питання про щільність. Ще у 1939 році В. Лодочніков, великий вчений Ленінградського гірничого інституту, подав цікаву думку про те, що щільність речовини, яка складає зе
Ббудова ядра
Ядро займає область від центру Землі до глибини 2900 км. Радіус границі, яка поділяє ядро і мантію 3470 км. Об’єм ядра складає 16% від об’єму Землі, маса – 31% від маси Землі. Основ
Магнітне поле Землі
В 1950 році було встановлено, що походження головного магнітного поля Землі пов’язане течією речовини у зовнішньому ядрі. Згідно з аналізом геомагнітного поля Землі можна сказати, щ
Питання для смоперевірки
1 Гіпотези утворення ядра Землі.
2 Будова ядра Землі.
3 В якому стані знаходяться речовина в ядрі Землі?
4 Який склад речовини ядра Землі?
5 Назвіть основні фізи
Таблиця 1.2 – Співставлення розрахункових і відомих значень характерних границь
Розрахунок
Відомі параметри
n
Н = А/ехр(n), км
Н, км
Характеристика
Таблиця 1.3 – Дані відомих геофізичних моделей Землі
Сфера
Шар
Інтервал глибин (км) за моделлю:
Гутенберга - Буллена
Джеффріса -Гутенберга
Склад та властивості мантії
Ключовою проблемою фізики мантії є проблема про фізичну природу шару “С” (при досить однорідному складі шарів “В” і “D”), який характеризується ненормально швидким зростанням швидко
Верхня мантія
Верхня мантія включає підкоркову частину літосфери та астеносферу (шар Гутенберга). Вона відокремлена від середньої мантії границею розподілу на глибині 410км. При переході через гр
Середня мантія
Середня мантія (шар Голицина) відокремлюється від нижньої на глибині 950-1000км. Нижче цієї границі швидкість сейсмохвиль плавно нарощується і для повздовжніх складає 9-11,4 км/с, д
Нижня мантія
Нижня мантія простежується до глибини 2900 км (границя Віхерта-Гутенберга). Тут різко зменшується швидкість повздовжніх хвиль з 12.6 до 8.1 км/с.
В основі границі нижньої м
Склад мантії та її властивості
Існує, як уже відзначалося вище, теорія “хондритової моделі” Землі. Хондрити мають ультраосновний склад. Вони вміщують в середньому 46% олівіну, 25% піроксену, 11% плагіоклазу, 12%
Проблеми повзучості та в’язкості
Важливим параметром фізичної моделі Землі є в’язкість. Питання існування течій в надрах Землі вимагає до вибору фізичних параметрів, які б визначали закони таких течій. В загальному сенсі ці параме
Характеристика тектоносфери
Літосфера та астеносфера – поняття, які відіграють велику роль у сучасній геофізиці та геології. Зовнішній жорсткий шар Землі називається літосферою, під нею розташований розм’якшен
Питання для самоперевірки
1 Будова мантії.
2 Властивості мантії.
3 Назвіть сучасні геодинамічні моделі будови мантії.
4 Який стан речовини мантії?
5 Який розподіл щільності, температур та
Тектонічні рухи
Важливішим питанням геодинаміки є вивчення проявлень і механізмів тектонічної активності Землі. Які ж причини тектонічних рухів? Які джерела енергії спричиняють тектонічні процеси?
Теорія пограничних шарів при тепловій конвекції
Конвективні рухи в конденсованому середовищі, газі та плазмі широко розповсюджені в природі, техніці та побуті. Конвекція є складним гідродинамічним явищем. Зародження науки про кон
Питання для самоперевірки
1 Які геотектонічні гіпотези Ви знаєте?
2 Сучасна геотектонічна модель Землі.
3 Що стало головними положеннями при створенні теорії тектоніки плит?
4 Дайт
Границі літосфери
Земна кора разом з твердою частиною шару Гутенберга утворює єдиний жорсткий шар, який лежить на астеносфері, який називають літосферою. По суті, літосфера є своєрідною
Класифікація плит
Згідно з концепцією тектоніки плит, жорсткий поверхневий шар літосфери зазнає сильних деформацій і тільки вздовж відносно вузьких лінійних рухомих поясів. Ці рухомі пояси, які склад
Гіпотеза спредінгу і субдукції
Важливою ідеєю на шляху до тектоніки плит була гіпотеза спредінга – розсування океанічного дна вбоки від серединно-океанічних хребтів, які охоплюють усю земну кулю (Хесс, 1960 р.; Д
Основні положення концепції спредінгу ложа океанів
Основні положення цієї концепції зводяться до такого:
1. Земна кора і сама верхня частина мантії – це є пружна і відносно крихка верхня оболонка Землі – літосфера, яка підс
Повний геодинамічний цикл розвитку літосфери
Повний геодинамічний цикл розвитку літосфери того чи іншого регіону земної кулі складається з двох етапів: океаногенезу і континентогенезу (рис. 2.19 а, б).
Перший етап под
Геодинамічні процеси, пов’язані з океаногенезом
Океаногенез характеризується дробленням і деструкцією раніше існуючої кори, переважно континентального типу, за рахунок процесів рифтогенезу і формування нової кори океанічного типу
Геодинамічні процеси, пов’язані з континентогенезом
Континентогенез характеризується зміщенням і нарощуванням товщини континентальної кори.
Епіокеанічна стадія відзначається формуванням і зростом гірськоскладчастих споруд (орогенна ф
Землетруси
В зонах підвищеної тектонічної активності напружений стан земної кори розвантажується у формі землетрусів. Під землетрусом прийнято розуміти коливання земної кори, які викликані рух
Розповсюдження землетрусів
Землетруси на земній кулі розповсюджені нерівномірно, основна їх маса концентрується в особливих зонах, які називаються сейсмічними поясами. Найбільш крупний з них Тихоокеанський се
Внутрішня структура і механізм дії вулканів
Сукупність всіх геологічних процесів, силою яких є магма, як відомо, називається магматизмом.
Магма (гр. – месиво, бруд) являє собою природний, найчастіше силікатний, вогня
Природа геодинамічних процесів та методи вивчення
Для платформних областей характерними є (порівняно з геосинклінальними областями) менші швидкості вертикальних і горизонтальних рухів, відсутність або слабка активність сучасних зем
Повзучість та її динаміка
Процес повзучості – це є поступове зміщення грунтів на схилах без розриву суцільності деформуючого геологічного тіла, яке відбувається під дією сили тяжіння і супутніх зовнішніх факторів: пе
Процеси зсуву та їх різновиди
Зсув, або зсувний процес – це є процес зміщення частини гірських порід (грунтів) під впливом перш за все сили тяжіння на більш низький гіпсометричний рівень при збереж
Гіпотези утворення Землі
Перерахуємо кілька сучасних успіхів геофізики. Палеомагнітні дослідження створили тверду основу для теорії континентального дрейфу, хоча ще зовсім недавно ця теорія була предметом п
Основні геотектонічні гіпотези
Геологічні та геофізичні дані свідчать про наявність суттєвих, принципових відмінностей в особливостях будови і розвитку земної кори (і літосфери в цілому) різних ділянок нашої план
Глибинні процеси землі та їх поверхневі прояви
Наприкінці 60-х років в основному склався теоретичний фундамент для розуміння явищ і процесів, пов’язаних з континентальним дрейфом. Останньою і найважливішою гіпотезою, яку висунул
Тектоніка плит
Згідно з теорією тектоніки плит, зовнішня оболонка Землі розділена на ряд жорстких плит, які рухаються одна відносно до іншої. Швидкості їх відносного руху за порядком величини скла
Тектоніка плюмів
Протягом двох десятиліть в геофізиці широко обговорюється питання: чи охоплює конвекція всю мантію, чи мантійний матеріал циркулює у верхньому і нижньому її шарах окремо, ніколи не
Роль континентів у динаміці Землі
Довгий час поширеною була думка, що рух плит визначається головним чином тепловою конвекцією в мантії. При цьому вважалося, що континенти пасивно дрейфують під дією в’язких течій і
Вертикальні рухи всередині континентів
Висхідні потоки речовини мантії сильно розтягують континентальну літосферу, але часом не в змозі розірвати її. В даному випадку над висхідним мантійним плюмом утворюються впадини, я
Питання для самоперевірки
1 Назвіть основні теорії та гіпотези утворення і еволюції Землі.
2 Які гіпотези та відкриття вчених стали основою для створення теорії тектоніки плит?
3 Які геолог
Механізм дії зсувів
Геодинаміка зсувного процесу перш за все визначається структурно-тектонічними умовами і літолого-петрографічними характеристиками геологічних тіл, які деформуються. Тому існує різниця між зсувами у
Механізм дії завалів та осипів
Завали, або завальний процес – це обрушення частини гірських порід масиву з короткочасним їх відривом при падінні від нерухомої основи. Вони часто відбуваються разом із зсувами.
Карстові і суфозійні процеси
Карстові і суфозійні процеси пов’язані з діяльністю підземних вод. Вони проявляються у розчинності грунтів або у вигляді цементаціних зв’язків між їх частками, в механічному переміщ
Питання для самоперевірки
1 Які особливості ендогенних геодинамічних процесів?
2 Що розуміють під терміном процес повзучості?
3 Як поділяються зсувні процеси по місцю прояву?
4 Поясніть механізм д
Перелік Використаних джерел
1 Куровець М.І., Гунька Н.Н. Основи геології/ Підручник для вузів. - Львів, 1997.– 694с.
2 Гунька Н.Н., Куровець М.І. Загальна геологія/ Підручник для вузів. - Івано-Франкі
Сейсмологічна модель Землі
Сильний землетрус породжує об'ємні хвилі, які пронизують тіло планети, як би освітлюючи його зсередини. Подібно променю світла сейсмічний промінь підкоряється законам оптичної оптик
Таблиця А.2 - Хімічний склад Землі
Хімічний
елемент
Вміст у вагових відсотках
Хімічний
елемент
Вміст у вагових відсотках
За
Сейсмічна модель будови Землі
Широко відома модель внутрішньої будови Землі (розподіл її на ядро, мантію і земну кору) розроблена сейсмологами Г. Джеффрисом і Б. Гутенбергом ще в першій половині XX століття. Вир
Методи геодинамічних досліджень
Геотермічна розвідка (терморозвідка) об’єднує фізичні методи дослідження природного теплового поля Землі з метою вивчення ландшафтів, термічного режиму земної кори і верхньої мантії
Теплового поля Землі
Джерелами теплового поля Землі є процеси, що протікають в її надрах, і теплова енергія Сонця. До внутрішніх джерел тепло відносить радіогенне тепло, яке створюється завдяки розпаду
В земній корі
Нижче за нейтральний шар температура порід підвищується в середньому на 30 0С при зануренні на кожні 100 м. Це пояснюється наявністю регіонального теплового потоку від дж
Локальний тепловий потік
Джерела локальних теплових потоків, що викликають аномалії температур, різноманітні: наявність багаторічно мерзлих порід, тобто могутніх (до сотень метрів) товщ з негативними темпер
Регіональні термічні дослідження
Сутність регіональних термічних досліджень зводиться до високоточного (погрішність не більше 0,01 0С) неодноразовому вимірюванню температур або їх приростів в глибоких св
Новости и инфо для студентов