ТЕКТОНОСФЕРА, ЇЇ БУДОВА, СКЛАД ТА СТРУКТУРОТВОРНІ ПРОЦЕСИ В НІЙ. АСТЕНОСФЕРА, ЛІТОСФЕРА ТА ІЗОСТАЗІЯ

Введення в геотектоніку півстоліття тому поняття “тектоносфера” віддзеркалювало розуміння того, що тектонічні рухи і деформації верхньої твердої оболонки Землі зумовлені процесами, які відбуваються в більш глибинних геосферах.

Тектоносфера – це частина зовнішньої оболонки Землі товщиною 100-200 км, що охоплює земну кору і верхню мантію, в якій проходять тектонічні і магматичні процеси, що зумовлюють вертикальну і горизонтальну неоднорідність складу і фізичних властивостей їх речовини. Існує два основних типи тектоносфери: континентальний і океанічний. Найбільш суттєві відмінності між ними спостерігаються в будові та складі земної кори.

Земна кора континентального типу має середню товщину близько 40 км. При цьому спостерігається 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 та на його окраїнах. 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. Значну частину верхньої кори можна вивчати геологічними методами, а нижню – тільки геофізичними та геохімічними. На поверхні континентальної кори залягає осадовий шар, розповсюджений нерівномірно від 0 до 20 км. Фундаментом осадового шару є частина консолідованої кори, яка називається гранітним шаром. 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 за Бєлоусовим цей шар слід було б називати не гранітним, а граніто-гнейсовим або граніто-метаморфічним. При середній товщині континентальної кори 40 км, товщина граніто-гнейсового шару складає 15-20 км. За сейсмічними даними швидкість розповсюдження в ньому поздовжніх хвиль змінюється від 5 до 6,5 км/с.

Нижня кора за швидкістю розповсюдження сейсмічних хвиль (6,5 – 7,4 км/с) була названа базальтовим шаром. Однак, на думку Бєлоусова базальт як порода в ньому відсутній. За сукупністю даних, нижня кора складена інтрузивними (габро), а також метаморфічними породами. В ній можливі включення ультраосновних порід (перидотитів і піроксенів), в значній мірі серпентинізованих. Тому була запропонована назва “грануліто-базитовий шар” товщиною до 40 км. Підошва шару відповідає поверхні Мохоровичича.

Для речовини континентальної земної кори характерним є надзвичайно сильне збагачення лужними, лужноземельними, радіоактивними елементами. Вміст води в породах континентальної кори закономірно зменшується зверху вниз. В осадових породах він досягає 10%, а в породах граніто-гнейсового шару складає декілька відсотків. Породи грануліто-базитового шару можна вважати практично сухими.

В континентальній земній корі температура з глибиною збільшується. В її підошві в місцях проявлення спокійного платформового режиму вона не перевищує 600⁰ C, а в зонах молодого горотворення і вулканізму – 1200⁰ C.

З глибиною росте всесторонній тиск.

Кора океанічного типу різко відрізняється від континентальної як за товщиною так і за складом. Тверда океанічна кора має переважно товщину 6-7 км, вона збільшується 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 – дуже тонкий і у відкритому океані його товщина складає декілька сотень метрів.

Під осадами знаходиться одноманітний шар базальтів з шаруватою окремістю товщиною 1,5 – 2,5 км. Нижче знаходиться третій шар, який також називається “океанічним”. Його склад відомий лише по невеликих виходах в стінках глибоких розломів на дні океану, де гірські породи, представлені габро, амфіболітами, серпентинітами та ультраосновними породами. Другий і третій шари утворюють так званий фундамент океанічної кори, який складається основними та ультраосновними породами: вулканічними вверху та інтрузивними внизу. Граніто-гнейсовий шар в океанічній корі відсутній. В її складі немає метаморфічних порід, які спостерігаються в корі континентального типу. На відміну від континентальної в океанічній корі мало лужних, лужноземельних, радіоактивних та інших елементів.

Виділяють проміжні типи земної кори: субокеанічний та субконтинентальний. Субконтинентальна кора характерна для окраїн материків і острівних дуг – це тонка периферійна кора, товщиною 15-20 км на межі океанів і континентальної платформи та до 35 км під гірськими хребтами та острівними дугами. Субокеанічна кора розвинута у внутрішніх і крайових морях, де глибина не перевищує 2 км. ЇЇ фундамент подібний з базальтовим фундаментом океанічної кори, має велику товщину розсипчастих осадів. 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.

На відміну від земної кори і мантії, які виділені за сейсмічними та геологічними даними виділення понять літосфера і астеносфера пов’язане з необхідністю обгрунтування гравітаційної врівноваженості гірських споруд (ізостазії). Для того, щоб під додатковим навантаженням земна кора прогиналась, а при його знятті піднімалась, необхідна здатність підкорової речовини до перетікань з областей з підвищеним тиском в області пониженого тиску. Саме для такого гіпотетичного шару Дж. Барелл в 1916 р. запропонував назву астеносфера, що означає ослаблений шар. Значно пізніше Б.Гутенберг вперше довів існування на певній глибині зон понижених швидкостей сейсмічних хвиль. З розширенням сейсмічних досліджень сформувалось уявлення про “шар Гутенберга”, який ототожнювався з астеносферою Барелля.

Вище астеносфери розташовується тверда і відносно жорстка літосфера. Припускалося, що виникнення астеносфери пов’язане з частковим плавленням речовини верхньої мантії. Згодом астеносфера почала розглядатись як базовий рівень магматичних процесів. Існування астеносфери сприймається як обов’язкова умова переміщень літосферних плит; підняття астеносфери приводить до підняття і розриву літосфери на окремі фрагменти, а опускання – до їх розсування.

Сейсмологи вважають астеносферою шар з пониженими швидкостями пружних хвиль; гравіметристи – рівень ізостатичної компенсації; геоелектрики виділяють астеносферу за підвищеною провідністю. Залучення різних методів значно допомогою поглибити розуміння астеносфери. Зокрема, розширено амплітуду коливань глибини покрівлі і підошви астеносфери. Під осьовими зонами серединно-океанічних хребтів покрівля астеносфери виявляється на глибині 3-4 км, тобто літосфера обмежується тут лише верхньою частиною земної кори. Натомість під щитами древніх континентальних платформ потужність літосфери сягає 300-400 км, тобто до складу літосфери входить не лише кора, а майже вся верхня мантія.

Товщина літосфери під океанами стабілізується тільки на відстані близько 1000 км від осей океанічних рифтів і становить 70-80 км. Континентальна літосфера в зонах давніх платформ значно товстіша від літосфери складчастих областей. Тривалий час серед найбільших структурних елементів літосфери фігурували континенти і океани. Вони і тепер залишаються першопорядковими елементами літосфери. Виявилось, що на кожному конкретному етапі розвитку Землі її літосфера розчленувалася на великі літосферні плити, здатні до переміщень. Літосферні плити в загальному випадку складені фрагментами з континентальним та океанічним типами кори. Взаємодіючи між собою, плити змінюють свої розміри та геометрію. Таким чином, літосферні плити, до складу яких входять материки і частини океанів, відображають поділ літосфери на певному етапі її розвитку і належить до найбільших геоструктурних елементів. Сучасна літосфера має сім великих елементів: Євразійська, Північно-Американська, Південно-Американська, Африканська, Тихоокеанська, Індоавстралійська та Антарктична.

Виділяючи континенти і океани як головні елементи літосфери, слід пам’ятати, що до континентів відносяться також континентальні шельфи, крайові плато і мікроконтиненти, тобто всі фрагменти літосфери з корою континентального типу. З іншого боку океанічний тип кори характерний для глибоководних котловин окраїнних та деяких внутрішніх морів.

З існуванням астеносфери пов’язують явище 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. Отже, астеносфера з одного боку є генератором тектонічної активності літосфери, оскільки в ній проходить рух магматичних мас, а з другого боку – це область затухання рухів літосфери.

Будова тектоносфери та зміни її будови визначаються рухами земної речовини, її фазовими переходами, магматизмом і метаморфізмом. Традиційно головну увагу звертають на процеси, пов’язані з механічними рухами речовини земної кори, тобто на тектонічні рухи.

Традиційно головну увагу звертають на процеси, 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 та В.В.Бєлоусова.

В.Є.Хаїн пов’язав окремі структуротворні процеси з різними глибинами земної кори. Він виділив процеси: екзотектонічні, що проходять на поверхні Землі, 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 відбуваються у верхній мантії; надглибинні, викликані явищами, що відбуваються в нижній мантії і в ядрі Землі.

В.В.Бєлоусов запропонував таку класифікацію: внутрішньокорові, що відбуваються в обмеженому об’ємі земної кори; загальнокорові, в формуванні яких приймає участь вся товща кори від поверхні до границі Мохоровичича; внутрішньомантійні, викликані фазовими змінами і диференціацією речовини; наскрізні коромантійні, викликані вклиненням в кору магми, що піднімається із верхньої мантії, або перемішуванням матеріалу кори і мантії на їх границі.

ЛЕКЦІЯ 4