Тектоносфера, її будова, склад та структуротворні процеси в ній. Астеносфера, літосфера та ізостазія
Тектоносфера -це частина зовнішньої оболонки Землі товщиною 100-200 км , що охоплює земну кору і верхню мантію, в якій проходять тектонічні і магматичні процеси, котрі обумовлюють вертикальну і горизонтальну неоднорідність складу і фізичних властивостей їх речовини.
Існує два основних типи тектоносфери: континентальний та океанічний. Найбільш суттєві відмінності між ними спостерігаються в будові та складі земної кори.
Континентальна земна кора.Земна кора континентального типу має середню товщину біля 40 км (20-70 км). При цьому спостерігається загальний зв’язок товщини кори з рельєфом. Кора завжди товстіша під гірськими спорудами і тонша під рівнинами і западинами. Така закономірність відповідає її ізостатичному стану.
Одночасно дана закономірність є частиною значно більшої закономірності - товщина кори від країв континенту до його центральних областей збільшується . Це стає очевидним, якщо порівняти тектонічні зони одного типу у внутрішніх частинах континенту і на його окраїнах. Так, наприклад, у внутрішніх областях Східноєвропейської платформи товщина земної кори досягає 50 км, а в прилеглих шельфових областях зменшується до 15 км. На континентальних схилах, де глибина моря досягає 3 км, континентальна земна кора повністю виклинюється і заміщується океанічною корою.
Континентальна кора ділиться на верхню і нижню. Верхня кора доступна для вивчення значної її частини геологічними методами, а нижня - тільки геофізичними та геохімічними методами.
На поверхні континентальної кори залягає осадовий шар, який переривчасто і нерівномірно розповсюджений, змінюючись від 0 до 20 км, складаючи в середньому на поверхні всіх континентів біля 3 км (рис. 1.3).
Рисунок 1.3 - Профіль глибинного сейсмічного зондування через земну кору від Атлантичного океану до центральних областей Євразії (за Н.І. Павлєнковою, 1984). Цифрами на рисунку показано швидкість розповсюдження поздовжніх хвиль в км/с
Фундаментом для осадового шару служить частина консолідованої кори, яка називається гранітним шаром. За сейсмічними даними швидкість розповсюдження в ньому поздовжніх хвиль змінюється від 5 до 6.5 км/с. Склад шару відомий переважно за виходами гірських порід на поверхню давніх кристалічних щитів. Він приблизно на 50% складений гранітами, на 40% гнейсами та іншими метаморфічними породами та на 10% основними і метаморфічними породами гранулітової і еклогітової фацій. Правильніше, як вважає В.В.Бєлоусов, цей шар слід було би назвати не гранітним, а граніто-гнейсовим або граніто-метаморфічним. При середній товщині континентальної кори 40 км товщина граніто-гнейсового шару складає 15-20 км.
Нижня кора за швидкістю розповсюдження сейсмічних хвиль (6.5-7.4 км/с) була названа базальтовим шаром. Однак, на думку В.В.Бєлоусова, базальт як порода в ньому відсутній. Судячи за сукупністю даних, нижня кора складена основними інтрузивними породами (габро), а також метаморфічними породами. Можливо, що в ній присутні включення ультраосновних порід (перидотитів і піроксенів), в значній мірі серпентинізованих, а також метаморфічні породи. Тому він запропонував називати цей шар грануліто-базитовим шаром. Товщина шару досягає до 40 км. Підошва шару відповідає поверхні Мохоровичича.
Деякі дослідники вважають за необхідне поділяти континентальну кору не на два, а на три шари з різними сейсмічними швидкостями: перший - до 6.4 км/с, другий - 6.5-6.7 км/с, третій - 6.8-7.4 км/с. Приймаючи трьохчленний поділ, можна допустити, що верхній шар має в середньому кислий склад, середній шар - середній (андезитовий), а нижній - основний.
Для речовини континентальної земної кори характерним є надзвичайно сильне збагачення лужними (K, Na, Rb, Cs); лужноземельними (Sr, Ba); радіоактивними (U, Th) і рідкоземельними з великим радіусом іонів елементами. Високий вміст цих елементів вказує на те, що вони не могли екстрагуватись із ультраосновної мантії простим селективним плавленням. Їх винесення із мантії повинно здійснюватись за допомогою газових флюїдів, серед яких перше місце належить водню. Звідси випливає, що у формуванні континентальної кори суттєву роль відігравала дегазація мантії.
Вміст води в породах континентальної кори закономірно зменшується зверху вниз. В осадових породах він досягає десятків відсотків, а в породах граніто-гнейсового шару складає декілька відсотків. Породи грануліто-базитового шару можна вважати практично сухими.
Середня густина континентальної кори 2.8 г/см3, хоча в ряді випадків вона може бути дещо більшою.
В континентальній земній корі температура з глибиною збільшується. В її підошві в місцях проявлення спокійного платформового режиму вона не перевищує 600 0С, а в зонах молодого горотворення і вулканізму - 1200 0С (рис. 1.4).
1 - Богемський масив; 2 - Карпати (за В. Чермак, 1975); 3 - область тектоно-магматичної активізації Центральної Азії; 4 - Байкальський рифт. Точками показано параметри (РТ) рівноваги вивчених гірських порід
Рисунок 1.4 - Глибинний розподіл температури тектонічних структур Землі (за А.Я. Салтиковським і Ю.С. Геншафтом, 1986)
З глибиною росте всесторонній тиск. Якщо прийняти густину континентальної кори в середньому 2.8 г/см3, то при товщині кори 40 км в її основі тиск досягне приблизно 1ГПа.
Континентальна кора містить велику різноманітність структурних форм, утворених тектонічними, магматичними і метаморфічними процесами.
Океанічна кора. Кора океанічного типу різко відрізняється від континентальної як за товщиною, так і за складом.
Тверда океанічна кора має переважно товщину 6-7 км і не всюди однакова. Вона зростає до 20 км під океанічними островами, підводними хребтами і платоподібними підняттями. Під глибоководними жолобами вона на декілька кілометрів стає тоншою.
Верхній шар океанічної кори - осадовий чохол, який дуже тонкий і у відкритому океані його товщина складає декілька сот метрів. Осади, які складаються із намулу, досить розсипчасті і залягають переважно спокійно.
Під осадами знаходиться одноманітний шар базальтів з шаруватою окремістю. Деякі глибоководні свердловини розкрили в базальтах тонкі прошарки вапнякових намулів. Товщина базальтового шару 1.5-2.5 км. Швидкість поздовжніх сейсмічних хвиль - 5.0-5.5 км/с.
Нижче знаходиться третій шар, який називається також “океанічним”. Його склад відомий лише по невеликих виходах в стінках глибоких розломів на дні океану, де піднято гірські породи, які представлені габро, амфіболітами, серпентинітами та ультраосновними породами. Сейсмічні швидкості в ньому складають 6.5-7.0 км/с. Переважно його товщина складає біля 5 км.
Другий і третій шари утворюють так званий фундамент океанічної кори. Він складений основними та ультраосновними гірськими породами, вулканічними вверху та інтрузивними внизу. Граніто-гнейсовий шар в океанічній корі відсутній. В складі океанічної кори немає тої різноманітності метаморфічних порід, яка спостерігається в корі континентального типу.
На відміну від континентальної кори вона надзвичайно бідна на лужні, лужноземельні, радіоактивні та інші елементи. Верхні її шари складені толеїтовими базальтами, бідними на вищенаведені елементи.
Континентальний і океанічний типи земної кори є крайніми. Існують ще проміжні типи. Виділяється субокеанічний і субконтинентальний типи земної кори.
Субокеанічна кора розвинута у внутрішніх і крайових морях там, де їх глибина не перевищує 2 км. Її фундамент подібний з базальтовим фундаментом океанічної кори. Відмінностями є велика товщина розсипчастих осадів. Переважно вона коливається в межах 3-6 км, однак в Чорному морі вона збільшується до 15 км, а в південній западині Каспійського моря - до 20 км.
Субконтинентальна кора характерна для окраїн материків та острівних дуг. Це тонка периферійна кора. Її товщина складає 15-20 км там, де з океанами межує континентальна платформа, але збільшується до 35 км під розташованими на окраїні континенту гірськими хребтами та острівними дугами. Перехід в ній від граніто-гнейсового шару до грануліто-базальтового поступовий.
Верхня частина верхньої мантії, як правило, тверда. Складена вона переважно перидотитами. Найбільш глибинна різновидність - гранітові перидотити - речовина верхньої мантії з глибини біля 60 км. Складаються вони на 40-50% із олівіну, на 30-40% із ортопіроксену, на 10% із кінопіроксену і на 10-15% із гранату. Крім перидотитів у верхній мантії присутні піроксеніти і дуніти.
З глибиною сейсмічні швидкості у верхній мантії зростають і в підошві досягають 9.0 км/с і більше. Однак вже давно висловлено припущення, що у верхній мантії є шар, в якому спостерігається деяке пониження швидкості розповсюдження сейсмічних хвиль і який характеризується підвищеною рухомістю. Геологом Дж. Баррелем цей шар названо астеносферою, тобто шаром без твердості. Так виникло припущення про розділ тектоносфери на тверду літосферу і підстеляючу її астеносферу (рис. 1.5). Вважається, що в астеносфері проходить вирівнювання мас вищележачих глиб літосфери.
1, 2 - області, де розвинута частково розплавлена астеносфера; 3, 4 - області, де астеносфера відсутня; 1, 3 - достовірні дані; 2, 4 - недостовірні дані
Рисунок 1.5 - Схема розповсюдження астеносфери у верхній мантії за даними сейсмічних і магнітотелуричних досліджень ( за В.З. Рябим, 1985)
В наступному сейсмологічними методами доказано, що шар Гутенберга ототожнювався з астеносферою Баррела. Шар цей розташований під океаном на глибині біля 50 км, а під континентами - на глибині біля 100 км і має товщину до 250 км.
Причиною утворення такого шару послужило часткове розплавлення речовини верхньої мантії. Розрахунки показують, що достатньо розплавити перидотит на декілька відсотків, щоб пройшло пониження сейсмічних швидкостей. Використання інших геофізичних методів, крім сейсмічних, підтвердило, що розподіл астеносфери надзвичайно неоднорідний. Вона часто розділяється на окремі шари і лінзи.
Найбільш виразно астеносферний шар виділяється в гірсько-складчастих областях і в районах острівних дуг. На платформах і особливо під кристалічними щитами він виділяється слабо.
З існуванням астеносфери пов’язують явища ізостазії, яке проявляється в намаганні літосфери до врівноваженого стану. Саме астеносфера є тим пластичним шаром, який вирівнює тиск різновисотних і різногустинних блоків літосфери. Приблизно на глибині 100 км тиск літосфери виявляється однаковим незалежно від рельєфу місцевості.
Таким чином, астеносфера, з однієї сторони служить генератором тектонічної активності літосфери, оскільки в ній проходить рух магматичних мас, а з другої сторони - це область затухання рухів літосфери, своєрідний амортизатор, який пом’якшує проявлення в літосфері активності глибинних надр Землі.
Будова тектоносфери та зміни її будови визначаються рухами речовини, її фазовими переходами, магматизмом і метаморфізмом. З позиції сучасних даних ці процеси можна розглядати в масштабі всієї тектоносфери, тобто не тільки в земній корі, але й у верхній мантії.
Традиційно головну увагу звертають на ті процеси, які пов’язані з механічними рухами речовини земної кори, тобто на тектонічні рухи. Зараз можна виділити два кардинальних підходи на структуротворні процеси, які відбуваються в тектоносфері. Це класифікації В.Є.Хаїна і В.В.Бєлоусова.
В.Є.Хаїн у своїй класифікації пов’язав окремі структуротворні процеси з різними глибинами земної кори. Він виділив процеси: екзотектонічні, які проходять на самій поверхні Землі і викликані екзогенними причинами; поверхневі, джерело яких знаходиться в осадовому шарі земної кори; корові, виникнення яких пов’язане з явищами, що проходять в земній корі; глибинні, які проходять у верхній мантії; надглибинні, які викликані явищами, що проходять в нижній мантії і в ядрі Землі.
В.В.Бєлоусов запропонував всі структуротворні процеси поділяти на: внутрішньокорові, які проходять в обмеженому об’ємі земної кори; загальнокорові, в процесі яких бере участь вся товща кори від поверхні до розділу Мохоровичича; внутрішньомантійні, викликані фазовими змінами і диференціацією речовини; наскрізні коромантійні, які викликані вклиненням в кору магми, що піднімається із верхньої мантії, або перемішуванням матеріалу кори і мантії на їх границі.
Запитання для самоперевірки
1 Дайте визначення “Геотектоніка”.
2 Що таке “загальна” і “регіональна” геотектоніка?
3 Основні етапи розвитку геотектоніки.
4 Методи дослідження геотектоніки.
5 Методи вивчення глибинної будови Землі.
6 Зв’язок геотектоніки з іншими геологічними науками.
7 Характеристика внутрішньої будови Землі.
8 Земна кора та її характеристика.
9 Літосфера та її характеристика.
10 Астеносфера та її характеристика.
11 Основні причини концентрично-сферичної диференціації Землі.
12 Мантія Землі та її будова.
13 Ядро Землі та його будова.
14 Основні методи вивчення глибинної будови Землі.
15 Яка область Землі є ареною тектонічних процесів і чому?
16 Земна кора та її характеристика.
17 Літосфера та її характеристика.
18 Астеносфера та її властивості.
19 Тектоносфера та її характеристика.
20 Структуротворні процеси в надрах Землі.
Дата добавления: 2015-10-19; просмотров: 2011;