Что такое зона субдукции. Литосферные плиты, типы мх границ

Если постоянно возникает так много нового морского дна, а Земля не расширяется (и существует достаточно доказательств этого), тогда, чтобы компенсировать этот процесс, что‑то на глобальной коре должно разрушаться. Именно это происходит на окраинах большей части Тихого океана. Здесь литосферные плиты сближаются, и на их границах одна из сталкивающихся плит погружается под другую и уходит глубоко внутрь Земли. Такие участки столкновения плит называются зонами субдукции (погружения, подныривания одной плиты под другую); на поверхности Земли они отмечаются глубокими океаническими рвами (желобами) и активными вулканами (рис. 5.4). Грандиозные цепи вулканов, образующие так называемое огненное кольцо, протянувшееся вдоль берегов Тихого океана, – Анды, Алеутские острова, а также вулканы Камчатки, Японии и Марианских островов – все они обязаны своим существованием явлению субдукции.

Рис. 5.4. Схематический поперечный разрез зоны субдукции (верхняя часть, не в масштабе) показывает литосферную плиту, опускающуюся в глубины мантии, и активные вулканы над нею. В нижней части рисунка точками изображены положения очагов землетрясений, зафиксированных под желобом Тонга в юго‑западной части Тихого океана. В совокупности они отмечают расположение погружающейся плиты до глубины приблизительно 700 километров. Отметки на горизонтальной шкале показывают расстояние от желоба. Составлено с частичным использованием рисунка 4‑10 из книги П. Дж. Уилли «Как работает Земля». Изд‑во «Джон Уайли и Сыновья», 1976.

Никто не может точно сказать, как именно начинается субдукция, когда две плиты начинают сближаться, но ключом к их взаимодействию является, по‑видимому, плотность пород. Плотная океаническая кора может подвергнуться субдукции, исчезнув в глубине Земли почти бесследно, в то время как сравнительно легкие континенты всегда остаются на поверхности. Вот почему дно океанов всегда молодо, а континенты стары: морское дно не только непрерывно образуется в разломах океанических хребтов, но и постоянно уничтожается в зонах субдукции. Как мы уже видели, отдельные части континентов имеют возраст почти четыре миллиарда лет, в то время как самые древние части морского дна не старше 200 миллионов лет. Один из первых пропагандистов идеи континентального дрейфа сравнил континенты с пеной, накапливающейся на поверхности кастрюли с кипящим супом, – живое, хотя не сказать, чтобы очень точное сравнение.

Реальность субдукции подтверждается землетрясениями, которые ее сопровождают. Хотя сейсмичность является характерной особенностью всех типов границ между плитами, только зоны субдукции отличаются глубокими землетрясениями, которые происходят на глубине 600 километров или более. Глубокие землетрясения были известны задолго до того, как тектоника плит приобрела популярность. В 1928 году японский сейсмолог К. Вадати сообщил о землетрясениях, происшедших под Японией на глубине нескольких сот километров. Приблизительно через двадцать лет другой геофизик, Хуго Бениоф, показал, что и в других частях света существуют «большие разломы», отмечающиеся частыми землетрясениями, которые погружаются глубоко в мантию из океанских рвов, как бы продолжая их на глубину. Он описал несколько таких разломов, расположенных как вдоль западного побережья Южной Америки, так и на юго‑западе Тихого океана в желобе Тонга. Эти области в то время не были интерпретированы как зоны субдукции и лишь позднее стало ясно, что эти гигантские плоско‑наклонные зоны повышенной сейсмичности точно следуют по пути плит, погружающихся внутрь мантии (рис. 5.4). Землетрясения возникают потому, что погружающиеся в горячую мантию части океанических плит остаются сравнительно холодными, в противоположность окружающим их породам мантии, остаются даже на больших глубинах настолько хрупкими, что в них могут возникать трещины, порождающие землетрясения. Некоторые из самых глубоких землетрясений могут также возникать по той причине, что минералы в погружающихся частях плит становятся неустойчивыми в обстановке больших давлений, которым они там подвергаются, и разрушаются внезапно, образуя более плотные минералы, резко изменяя при этом свой объем.

В противоположность сравнительно спокойным прорывам базальтовой лавы вдоль осей расхождения плит, вулканизм, свойственный зонам субдукции, часто проявляется очень бурно. Хотя эта вулканическая активность Земли и создает потрясающе прекрасные вулканы, как, например, гора Фудзи в Японии, она также вносит свой вклад во множество катастроф, сопровождающих историю Земли. Примерами таких катастроф являются погребение древнего римского города Помпеи под слоем горячего вулканического пепла, выброшенного соседним вулканом Везувий, грандиозное уничтожение всего живого вокруг в результате взрыва вулкана Кракатау в Индонезии в 1883 году и совсем недавно взрыв вулкана Пинатубо на Филиппинских островах в 1991 году. Почему существует вулканизм в зонах субдукции? В главе 2 мы намекнули на возможный ответ: океанические плиты содержат воду. В мощных толщах осадков, накапливающихся на океанском дне, по мере того как оно движется от места своего образования у хребтов к месту своего уничтожения в зонах субдукции, накапливается вода. Кроме того, во время этого долгого путешествия происходит реакция некоторых минералов базальтовой коры с морской водой и образуются другие, водосодержащие минералы. Хотя во время столкновения плит часть этих осадков соскребается с опускающейся плиты и выбрасывается на сушу, другая их часть уносится в мантию на значительные глубины. Во время опускания этих осадков вдоль зоны субдукции большая часть свободной воды, содержащейся в порах между зернами, выжимается увеличившимся давлением и пробивается обратно на поверхность. Но какая‑то ее часть остается, как и вода, связанная в структуре минералов коры. В конце концов увеличивающиеся температура и давление изгоняют из пород и эту воду, и она просачивается в мантию в верхней части зоны субдукции. Именно этот процесс вызывает вулканизм. На тех глубинах, где вода изгоняется из пор и из самих минералов, окружающая мантия уже весьма горяча, а добавление воды понижает температуру плавления пород настолько, что это плавление начинается. Этот принцип должен быть знаком жителям северных городов, которые зимой рассыпают на улицах соль, чтобы понизить температуру плавления (таяния) льда.

Во всех субдукционных зонах Земли активный вулканизм неизбежно возникает приблизительно на одной и той же высоте над опускающейся плитой, а именно – около 150 километров. Такова приблизительно глубина, на которой разрушаются водосодержащие минералы,

освобождая воду, которая способствует плавлению. Характерным для этой обстановки типом пород является андезит, получивший свое название, как вы можете догадаться, по названию горной цепи в Южной Америке (Анды), где эта порода весьма распространена. Лабораторные эксперименты показывают, что андезит представляет собой именно ту породу, образование которой следовало бы ожидать, если породы мантии расплавить в присутствии воды, выделившейся из погрузившейся плиты; эта вода объясняет также взрывной, бурный характер вулканизма, свойственного зонам субдукции. По мере приближения магмы к земной поверхности растворенная в ней вода и другие летучие компоненты в ответ на понижение давления быстро расширяются; это расширение часто имеет характер взрыва.

Многие из самых крупных землетрясений происходят вдоль зон субдукции. Это и не удивительно, если подумать, что происходит в этих областях: два гигантских куска земной коры, каждый толщиной около 100 километров, сталкиваются друг с другом, причем одна плита вталкивается под другую. К несчастью, некоторые районы, расположенные вблизи зон субдукции, очень плотно заселены. Мы можем предсказать со стопроцентной уверенностью, что в таких областях мощные разрушительные землетрясения будут продолжаться; вряд ли это будет большим утешением перед перспективой таких катастрофических событий, как землетрясение в Кобэ в Японии, происшедшее в начале 1995 года.

И все же Земля – это динамичная планета; даже зоны субдукции существуют не вечно, по крайней мере с точки зрения геологического времени. В конце концов они перестают действовать, и где‑нибудь образуются другие. Какие же события могут остановить процесс субдукции?

Чаще всего это столкновение между континентами после того, как океаническая кора, существовавшая между ними, оказывается израсходованной в процессе субдукции. Вспомним, что очень часто литосферные плиты состоят из континентальной и океанической коры. В то время как сама плита, может быть, и безразлична к природе своих пассажиров, этого нельзя сказать о зоне субдукции. Она просто не в состоянии заглотить континентальную кору с ее низкой плотностью. Поэтому, когда океанический бассейн в конце концов закрывается благодаря субдукции, два обломка континентальной коры просто сталкиваются и припаиваются друг к другу; субдукция прекращается. Упрощенный набросок такого процесса показан на рис. 5.5. Он не так уж прост, как можно подумать по приведенному описанию; в типичном случае столкновение между континентами сопровождается мощным вулканизмом, метаморфизмом и горообразованием и занимает очень много времени.

Пожалуй, самым выдающимся примером такого процесса, взятым из недавнего прошлого, является столкновение между Индией и Азией, более подробно описанное в главе 11, в результате которого возникли Гималаи. Когда‑то давным‑давно на том месте, где сейчас располагаются Гималаи, существовала зона субдукции, вдоль которой находящаяся южнее плита погружалась на север под Азию, а между Азией и континентом Индии, который располагался южнее, находился обширный океан. Породы Гималаев и Тибетского плато свидетельствуют, что эта ситуация продолжалась очень долгое время, в течение которого много мелких фрагментов плавучей континентальной коры, перемещенных вместе с этой океанической плитой, прибыло с юга к зоне субдукции и приклеилось к южному краю Азии. Но постепенно дно океана было поглощено зоной субдукции, в результате чего Индия притянулась к северу. Между 50 и 60 миллионами лет назад угол этого континента достиг зоны субдукции и стал прижиматься к Азии. Инерция его движения заставила северную часть Индии проскользнуть под южную часть азиатской плиты, образуя участок континентальной коры толщиной в два раза больше, чем где‑либо еще в мире. Осадки, смытые с окраин двух сближенных континентов еще до их столкновения, вулканические острова, существовавшие вдоль их краев, и породы самих континентов попали в ловушку гигантского столкновения, были смяты в систему параллельных складок, разбиты на блоки системой разломов и метаморфизованы. В результате образовалась самая высокая горная цепь и самое большое плоскогорье на Земле.

Рис. 5.5. Схематический разрез, показывающий, как процесс субдукции может закрыть океанский бассейн и привести к столкновению континенты, образуя огромные горные системы типа Гималаев.

Обширная горная страна Гималаев все еще считается границей плиты, потому что до сих пор существует относительное движение между Азией и Индией. Эта страна пока поднимается; там довольно часты землетрясения. Действительно, землетрясения, снимающие напряжения, возникающие в земной коре, происходят в наши дни уже вдали от зоны столкновения, особенно в Китае, как результат того факта, что части Азии были сжаты и повернуты к востоку в момент, когда обе плиты устремились друг на друга. Однако в конце концов, когда прекратится относительное движение между двумя ранее отделенными друг от друга континентами, Гималаи будут признаны неактивной шовной зоной, находящейся внутри континента. Но когда это произойдет, кое‑чему другому придется отодвинуться, чтобы дать пристанище новой области морского дна, образующейся вдоль океанического хребта, лежащего далеко к югу (рис. 5.2). Проведенные в последние годы исследования морского дна вблизи от Шри‑Ланки показывают, что южнее этого острова, возможно, образуется новая зона субдукции, которая разрешит геометрическую головоломку.

Столкновения континента с континентом, подобные тому, что произвели на свет Гималаи, видимо, происходят регулярно на протяжении геологической истории. Хотя созданные ими высокие горы давно разрушились, следы таких событий можно распознать в древних породах по тому факту, что они образуют характерные длинные полосы сильно метаморфизованных пород, имеющих приблизительно одинаковый возраст. Хорошим примером такой области является провинция Грэнвиль в восточной части Северной Америки (рис. 4.3), которая была, без сомнения, в глубокой древности очень похожа на нынешние Гималаи.

Зона субдукции

Японско-Курило-Камчатская зона субдукции, цветом обозначены глубины землетрясений. Видно как зона контакта плит заглубляется до 500-800 километров.

Зона субдукции - линейно протяжённая зона, вдоль которой происходит погружение одних блоков земной коры под другие. Чаще всего в них океаническая кора пододвигается под островную дугу или активную континентальную окраину, и погружается в мантию . В составе зоны субдукции выделяются ведущий (верхний, висячий) край плиты (leading upper edge) и погружающийся край плиты (sinking edge) . Результатом взаимодействия этих блоков земной коры являются активный вулканизм и повышенная сеймичность в этой зоне.

В качестве синонимов зоны субдукции употребляются: сейсмофокальная зона , так как в ней сосредоточено большинство глубокофокусных землетрясений, или зона Заварицкого-Вадати-Беньофа (зона Вадати-Беньофа, зона Заварицкого-Беньофа) по именам ученых, которые выделили эту особую зону. Поводом для этого стали сейсмические данные, которые показали, что фокусы землетрясений располагаются все глубже по направлению от глубоководного желоба к континенту.

Зона субдукции хорошо прослеживается на сейсмотомографических профилях, вплоть до границы верхней и нижней мантии (670 км). На большей глубине происходит расплавление и потеря механической жесткости погружающегося края плиты, в результате чего землетрясения на такой глубине уже невозможны. Скорость же субдукции измеряется в сантиметрах в год, средняя скорость составляет приблизительно от 2 до 8 см/год.

Зоны субдукции в рамках концепции глобальной тектоники плит

Согласно положениям концепции глобальной тектоники плит , зона субдукции является частной разновидностью конвергентных границ между литосферными плитами, приуроченным к осевым зонам глубоководных желобов, сопряженных с островными дугами либо активными континентальными окраинами. На этой границе происходит столкновение двух литосферных плит, чаще всего океанической и континентальной, и поддвигание более плотной и тонкой океанической плиты под континентальную.

Субдукция является одним из основных геологических режимов. При общей протяженности современных конвергентных (активных) границ плит около 57 000 километров, 45 000 из них приходится на субдукционные, остальные 12 000 - на коллизионные.

В классическом варианте субдукция реализуется в случае столкновения двух океанических, или океанической и континентальной плит. Однако, в последние десятилетия выявлено, что при коллизии континентальных литосферных плит, также имеет место поддвиг одной литосферной плиты под другую, это явление получило название континентальной субдукции. Но при этом не происходит погружения ни одной из плит в мантию из-за малой плотности континентальной коры. В результате происходит скучивание и нагромождение тектонических пластин с образованием мощных горных сооружений. Классический пример - Гималаи .

Согласно теории тектоники плит механизм субдукции (сокращения и разрушения океанической коры) компенсируется спредингом - механизмом формирования молодой океанической коры в срединно-океанических хребтах: Объем поглощаемой в зонах субдукции океанской коры равен объему коры, нарождающейся в зонах спрединга. В то же время, в зонах субдукции происходит постоянное наращивание континентальной коры за счет аккреции, т. е. сдирания и интенсивного смятия осадочного чехла с погружающейся плиты. Разогрев погружающейся коры является также причиной широкого развития вулканизма вдоль активных континентальных окраин. Наиболее известно в этом плане Тихоокеанское огненное кольцо . Масштабное поглощение океанической коры по периферии Тихого океана указывает на процесс сокращения (закрытия) этого древнейшего из ныне существующих океанических бассейнов планеты. Подобные процессы имели место и в прошлом. Так, древний океан Тетис начал сокращаться с мезозоя и к настоящему времени прекратил свое существование с образованием остаточных бассейнов, известных теперь как Средиземное, Черное, Азовское, Каспийское моря.

Наиболее известные зоны субдукции находятся в Тихом океане : Японские острова , Курильские острова , Камчатка , Алеутские острова , побережье Северной Америки , побережье Южной Америки . Также зонами субдукции являются острова Суматра и Ява в Индонезии , Антильские острова в Карибском море , Южные Сандвичевы острова , Новая Зеландия и др.

Классификации зон субдукции

Выделяется 4 типа зон субдукции по структурным признакам :

Андский
Зондский;
Марианский;
Японский;

Зона субдукции андского (андийского) типа - зона, которая формируется там, где молодая океанская литосфера с большой скоростью и под пологим углом (около 35-40º к горизонту) пододвигается под континент. Латеральный структурный ряд от океана к континенту включает в себя: краевой вал – желоб – береговой хребет (иногда подводное поднятие или террасу) – фронтальный бассейн (продольную долину) – главный хребет (вулканический) – тыловой бассейн (предгорный прогиб). Характерен для восточного побережья Тихого океана.

Зона субдукции зондского типа - зона, где происходит пододвигание древней океанской литосферы, уходящей на глубину под крутым углом под утоненную континентальную кору, поверхность которой находится в основном ниже уровня океана. Латеральный структурный ряд включает в себя: краевой вал – желоб – невулканическую (внешнюю) островную дугу – преддуговой бассейн (прогиб) – вулканическую (внутреннюю) дугу – задуговой бассейн (краевое (окраинное море)). Внешняя дуга – это либо аккреционная призма , либо выступ фундамента висячего крыла зоны субдукции.

Зона субдукции марианского типа - зона, формирующаяся при пододвигании двух участков океанской литосферы. Латеральный структурный ряд включает в себя: краевой вал – желоб (терригенного материала довольно мало) – береговой хребет, невулканическую дугу – преддуговой бассейн (в качестве фронтального) – энсиматическую вулканическую дугу – задуговой бассейн (или междуговой в качестве тылового на утоненной континентальной или новообразованной океанской коре).

Зона субдукции японского типа

Зона субдукции японского типа - зона пододвигания океанской литосферы под энсиалическую островную дугу. Латеральный структурный ряд включает в себя: краевой вал – желоб – береговой хребет (иногда подводное поднятие или террасу) – фронтальный бассейн (продольную долину) – главный хребет (вулканический) – задуговой бассейн (краевое, окраинное море) с новообразованной корой океанского или субокеанского типа.

Перечисленные типы зон субдукции часто по морфологическому признаку условно объединяют в 2 группы:

Восточно-Тихоокеанская - сюда входит зона андского типа. Характерно наличие активной континентальной окраины.
Западно-Тихоокеанская - сюда входят остальные типы зон субдукции. Характерно развитие в висячем краю вулканической островной дуги.

Основные структурные элементы

В поперечном сечении зон субдукции Западно-Тихоокеанского типа выделяются:

глубоководный желоб
преддуговый склон

Глубоководный желоб

Основная статья: Глубоководный желоб

Расстояние от оси желоба до вулканического фронта - 100-150 км (в зависимости от угла наклона зоны субдукции, на активных континентальных окраинах расстояние достигает 350 км). Это расстояние соответствует глубине погружения слэба в 100-150 км, где начинается магмообразование. Ширина зоны вулканизма около 50 км, при общей ширине всей зоны тектонической и магматической активности 200-250 км (на активных континентальных окраинах до 400-500 км).

Преддуговый склон

Преддуговый склон включает 2 основных элемента:

Аккреционная призма
Преддуговая терраса

Аккреционная призма - самая нижняя часть преддугового склона, имеющая чешуйчатое строение, шириной от первых км до 10, иногда и 50 км. Снизу она ограничена поверхностью главного скола, которая выходит на поверхность в зоне контакта основного склона с осадками океанической земной коры . Первоначально считалось, что она образуется за счёт «соскабливания» осадков с океанической плиты - «бульдозерного эффекта». В последнее врем выяснилось, что это имеет место, но является частным случаем. Установлено, что океаническое ложе со слоем залегающих на нем осадков уходит под преддуговый склон до 40 км, где происходит подслаивание этих осадков снизу, за счёт чего и образуется эта призма.

Область между вулканическим фронтом и аккреционной призмой, состоит из нескольких структурных террас, разделенных крутыми уступами. Пологие участки террас заняты преддуговыми бассейнами седиментации , на которых отлагаются вулканогенными и пелагическими осадками, в тропической зоне на верхней террасе могут быть развиты коралловые рифы. Могут обнажаться породы кристаллического фундамента либо породы чужеродных блоков, в разное время причленившихся в островной дуге.

Вулканическая дуга

Под вулканическими островными дугами понимаются тектонически активные пояса, пространственно совпадающие с областями наиболее сильных землетрясений, и состоящих из дугообразно выгнутых цепочек действующих стратовулканов. Для них типичен эксплозивный характер извержений, связанный с повышенным содержанием флюида в островодужных магмах.

Обычно термин островная дуга применяется к области, расположенной между окраинным морем и внешним краем желоба. Радиус кривизны их в плане изменяется в широких пределах. По морфологическим признакам выделяют: одинарные, двойные, тройные островные дуги, также активные и пассивные (например, Командорские острова). К особому типу относятся раздваивающиеся островные дуги.

Различают островные дуги, сформировавшиеся на океаническом фундаменте - энсиматические, и на материковой земной коре - энсиалические.

Окраинные бассейны

Это полузамкнутая котловина (серия котловин), сформировавшаяся между островной дугой и материком. Большинство их образовалось за счёт разрыва материка при отделении крупного блока от него (ставшего основой для энсиалической островной дуги), и в глубоких котловинах открывшихся морей начинает образовываться новая океаническая кора - процесс этот получил название задуговый спрединг. При этом в некоторых окраинных морях не обнаружено признаков активного рифтогенеза в настоящее время. Обычно это связывают с перескоком зоны субдукции.

Существуют окраинные бассейны, происхождение которых не связано с задуговым спредингом - так называемые отгороженные окраинные бассейны (Берингово море) - которые представляют по сути кусок океанической коры, отгороженный растущей зоной субдукции.

Зоны субдукции Восточно-Тихоокеанского типа отличаются тем, что в их структуре вулканические дуги и окраинные бассейны отсутствуют, а вместо преддугового склона находится материковый склон.

Условия, определяющие структурное развитие региона

Различные тектонические структуры развиваются в разных типичных для них режимах тектогенеза. Сам характер режима определяется тектоническими условиями, существующими на данной территории в данный отрезок геологического времени.

Основными показателями тектонических условий являются:

1) величина эндогенной энергии, проявившейся в данном регионе;

2) величина гравитационной неуравновешенности вещества в литосфере.

Белоусов определил основные условия, определяющие структурное развитие региона, к которым относятся:

1) проницаемость литосферы для жидких и газообразных флюидов;

2) формой магматизма, составом лав, объемом лавы;

3) процессами деформации, метаморфизма и гранитизации;

4) контрастностью и степенью интенсивности тектонических движений;

5) соотношения между суммарной амлитудой положительных и отрицательных вертикальных движений;

6) соотношение между вертикальными и горизонтальными движениями.

На границах между океаническим и материковым полушарием расположен самый крупный в мире Тихоокеанский подвижный пояс, его длина составляет приблизительно 56000км. Он делится на западный и восточный Тихоокеанский подвижный пояс.

Материковое полушарие обладает более мозаичным и сложным строением, чем океаническое. Оно состоит из 6 отдельных континентальных массивов, разделяемых 4 океаническими впадинами.

Континентальные массивы образуют 2 группы: западную – Новый свет и восточную – Старый свет.

Новый свет – Северная Америка, Южная Америка, Антарктида - они образуют пояс, протягивающийся в меридианальном направлении.

Старый свет – Евразия, Африка, Австралия.

Восточная граница отделена от западной границы впадиной Атлантического океана. Восточная граница имеет тенденцию к делению на 2 подгруппы: Евроафриканская, Австралоазиатская.

Материки делятся и в широтном направлении: северное и южное полушарие разделены средиземноморским геосинклинальным поясом.

Взаимодействие литосферных плит при встречном движении, т.е. на конвергентных границах, порождает тектонические процессы, которые проникают глубоко в мантию. Эти процессы сложны и многообразны. На тектонических картах эти процессы выражаются зонами тектоно-магматической активности, такими как островные дуги, континентальные окраины андского типа и складчатые горные сооружения.

Различают два главных вида конвергентного взаимодействия литосферных плит: субдукцию и коллизию.

Субдукция развивается там, где на конвергентной границе сходятся континентальная и океаническая кора или океаническая с океанической, и при их встречном движении более тяжелая литосферная плита уходит под другую и затем погружается в мантию.

Коллизия – столкновение литосферных плит, развивается там, где континентальная кора сходится с континентальной их их встречное движение затруднено и компенсируется деформацией литосферы, ее утолщением и образованием горных складчатых систем.

Обдукция – движение на край континентальной коры фрагментов океанической коры. Происходит чрезвычайно редко.

7. Удивительные явления - спрединг и субдукция

Эти явления иллюстрирует рисунок на с. 74. Начнем со спрединга. Он происходит вдоль срединно-океанических хребтов - границ раздела раздвигающихся плит (эти границы всегда проходят по океаническому дну). На нашем рисунке срединно-океанический хребет разделяет литосферные плиты А и В. Это могут быть, например, Тихоокеанская плита и плита Наска соответственно. Линии со стрелками на рисунке показывают направления движения магматических масс астеносферы. Легко видеть, что астеносфера стремится увлечь плиту А влево, а плиту В вправо и тем самым раздвигает эти плиты. Раздвиганию плит способствует также поток магмы астеносферы, направленный снизу вверх прямо к границе раздела плит; он действует подобно своеобразному клину. Итак, плиты А и В слегка раздвигаются, между ними образуется расщелина (рифт). Давление пород в этом месте падает и там возникает очаг расплавленной магмы. Происходит подводное извержение вулкана, расплавленный базальт изливается через расщелину и застывает, образуя базальтовую лаву. Вот таким образом и наращиваются края раздвигающихся плит А и В. Итак, наращивание происходит за счет магматической массы, поднявшейся из астеносферы и разлившейся по склонам срединно-океанического хребта. Отсюда и английский термин «спрединг», что означает «расширение», «растекание».

Следует иметь в виду, что спрединг происходит непрерывно. Плиты АиВ все время наращиваются. Именно так и осуществляется движение данных плит в разные стороны. Подчеркнем: движение литосферных плит -это не есть перемещение какого-то объекта в пространстве (с одного места на другое); оно не имеет ничего общего с движением, скажем, льдины на поверхности воды. Движение литосферной плиты происходит за счет того, что в каком-то месте (там, где находится срединно-океанический хребет) все время наращиваются новые и новые части плиты, в результате чего ранее образовавшиеся части плиты все время отодвигаются от упомянутого места. Так что данное движение следует воспринимать не как перемещение, а как разрастание (можно сказать: расширение).

Ну а при разрастании, естественно, возникает вопрос: куда девать «лишние» части плиты? Вот плита В разрослась настолько, что достигла плиты С. Если в нашем случае плита В - это плита Наска, то плитой С может служить Южноамериканская плита.

Заметим, что на плите С находится материк; это более массивная плита по сравнению с океанической плитой В. Итак, плита В достигла плиты С. Что же дальше? Ответ известен: плита В прогнется книзу, поднырнет (подвинется) под плиту С и будет продолжать разрастаться в глубинах астеносферы под плитой С, постепенно превращаясь в вещество астеносферы. Это явление называют субдукцией. Данный термин происходит от слов «суб» и «дукция». По-латыни они означают «под» и «веду» соответственно. Так что «субдукция» - это подведение подо что-то. В нашем случае плита В оказалась подведенной под плиту С.

На рисунке хорошо видно, что вследствие прогиба плиты В глубина океана вблизи края континентальной плиты С возрастает - здесь образуется глубоководный желоб. Рядом с желобами обычно возникают цепочки действующих вулканов. Они образуются над тем местом, где «поднырнувшая» литосферная плита, наклонно уходящая в глубину, начинает частично плавиться. Плавление происходит вследствие того, что температура с глубиной заметно повысилась (до 1000-1200 °С), а давление пород возросло пока еще не очень сильно.

Теперь ты представляешь сущность концепции глобальной тектоники литосферных плит. Литосфера Земли - это совокупность плит, которые плавают на поверхности вязкой астеносферы. Под воздействием астеносферы океанические литосферные плиты движутся в направлении от срединно-океанических хребтов, кратеры которых обеспечивают постоянное нарастание океанической литосферы (это есть явление сцрединга). Океанические плиты движутся к глубоководным желобам; там они уходят в глубину и в конечном счете поглощаются астеносферой (это явление субдукции). В зонах спрединга земная кора «подпитывается» веществом астеносферы, а в зонах субдукции она возвращает «излишки» вещества в астеносферу. Эти процессы происходят за счет тепловой энергии земных недр. Зоны спрединга и зоны субдукции наиболее активны в тектоническом отношении. На них приходится основная масса (более 90%) очагов землетрясений и вулканов на земном шаре.

Описанную картину дополним двумя замечаниями. Во-первых, существуют границы между плитами, перемещающимися примерно параллельно друг другу. На таких границах одна плита (или часть плиты) смещается относительно другой по вертикали. Это так называемые трансформные разломы. Примером могут служить большие тихоокеанские разломы, идущие параллельно друг другу. Второе замечание состоит в том, что субдукция может сопровождаться процессами сминания и образования горных складок на краю континентальной коры. Именно так образовались Анды в Южной Америке. Особого разговора заслуживает образование Тибетского нагорья и Гималаев. Об этом мы поговорим в следующем параграфе.

Земная кора самый верхний слой Земли, то и изучена лучше всех. В её недрах залегают очень ценные для человека горные породы и минералы, который он научился использовать в хозяйстве. Рисунок 1. Строение Земли Верхний слой земной коры состоит из достаточно мягких горных пород. Они образованы в результате разрушения твёрдых пород (например, песок), отложения остатков животных (мел) или...

Выделяются два тектонических режима: платформенный и орогенный, которым соответствуют мегаструктуры II порядка – платформы и орогены. На платформах развивается рельеф разновысотных равнин различного генезиса, в областях горообразования – горные страны. Платформенные равнины Платформенные равнины развиваются на разновозрастных платформах и являются основной мегаформой рельефа континентов...

А иногда могут образовываться даже провалы. Эти формы широко распространены в среднеазиатских районах. Карст и карстовые формы рельефа. Известняки, гипс и другие родственные им породы почти всегда имеют большое количество трещин. Дождевые и снеговые воды по этим трещинам уходят вглубь земли. При этом они постепенно растворяют известняки и расширяют трещины. В результате вся толща известняковых...

Высокая точка всей Украины гора Говерла (2 061 м) в Украинских Карпатах. Низменности, возвышенности и горы Украины приурочены к различным тектоническим структурам, которые влияли на развитие современного рельефа, на поверхность отдельных частей территории. Низменности. На севере Украины находится Полесская низменность, имеющая наклон к рекам Припять и Днепр. Высоты ее не превышают 200 м, только...

В коллизионных областях гималайского типа главным процессом поглощения литосферы, обеспечивающим горизонтальное сокращение этих областей, является континентальная субдукция. Это понятие было введено в 1975 году швейцарским исследователем Альбертом Балли, который в крайне запутанной статье предположил возможность пологого погружения (субдукции) холодной континентальной коры под также континентальную, но горячую и, стало быть, более плавучую литосферу. Сейчас эта идея поддержана детальными геофизическими исследованиями.

Рис. 26. Глобальная система современных континентальных и океанских рифтов, главные зоны субдукции и коллизии, пассивные (внутриплитные) континентальные окраины. а – океанские рифты (зоны спрединга) и трансформные разломы; б – континентальные рифты; в – зоны субдукции: островодужные и окраинно-материковые (двойная линия); г – зоны коллизии; д – пассивные континентальные окраины; е – трансформные континентальные окраины (в том числе пассивные); ж – векторы относительных движений литосферных плит, по Дж. Минстеру, Т. Джордану (1978) и К. Чейзу (1978), с дополнениями; в зонах спрединга – до 15-18 см/год в каждую сторону, в зонах субдукции – до 12 см/год.

Рифтовые зоны : СА - Срединно-Атлантическая; Ам-А – Американо-Антарктическая; Аф-А - Африкано-Антарктическая; ЮЗИ – Юго-Западная Индоокеанская; А-И – Аравийско-Индийская; ВА – Восточно-Африканская; Кр – Красноморская; ЮВИ – Юго-Восточнач Индоокеанская; Ав-А – Австрало-Антарктическая; ЮТ – Южно-Тихоокеанская; ВТ – Восточно-Тихоокеанская; ЗЧ – Западно-Чилийская; Г – Галапагосская; Кл – Калифорнийская; БХ – Рио-Гранде – Бассейнов и Хребтов; ХФ – Горда – Хуан-де-Фука; НГ – Нансена-Гаккеля; М – Момская; Б – Байкальская; Р – Рейнская.

Зоны субдукции : 1 – Тонга-Кермадек, 2 – Новогебридская, 3 – Соломон, 4 – Новобританская, 5 – Зондская, 6 – Манильская, 7 – Филиппинская, 8 – Рюкю, 9 – Марианская, 10 – Идзу-Бонинская, 11 – Японская, 12 – Курило-Камчатская, 13 – Алеутская, 14 – Каскадных гор, 15 – Центральноамериканская, 16 – Малых Антил, 17 – Андская, 18 – Южных Антил (Скотия), 19 – Эоловая (Калабрийская), 20 – Эгейская (Критская), 21 – Мекран.

Сейсмичность областей континентальной субдукции

Субдуцирование холодной литосферы сопровождается глубинной сейсмичностью, которая оконтуривает зону поддвига. В гималайском регионе глубинная сейсмичность наблюдается главным образом в Бадахшано-Памирской зоне, где известны очаги с глубиной до 280 - 300 км. Очаги сосредоточены в круто-наклоненной зоне, довольно резко оборванной по краям, пересекаюшей Гиндукуш, Бадахшан и Центральный Памир. В целом, сейсофокальная зона погружается на северо-запад. Вниз по падению сейсмическая зона становится вертикальной и более всего это напоминает тонушие в континентальной литосфере и астеносфере вертикально поставленные плиты тяжелой океанской коры.

Аналогичная картина (правда, меньшего масштаба) наблюдается перед фронтам Аравийской плиты, в Загросе, в Альпах и некоторых других местах. Ранние объяснения этого явления были следующими. Подошедшие с юга к Евразии континентальные массы (Индостан, Аравия, Африка) были сегментами океанических плит, и между ними и Евразией, по крайней мере до эоцена, существовал океанический бассейн, известный под названием Океан Тетис. Захлопывание этого бассейна сопровождалось нормальной субдукцией океанической литосферы под Евразию, и только начиная с олигоцена началось собственно коллизионное взаимодействие. Cубдуцированная океанская кора оторвалась от континентальной, разорвалась на несколько пластин и стала тонуть практически вертикально. Вопрос, стало быть, в том, что происходило дальше.

В рамках идеи континентальной субдукции вслед за океанским сегментом плиты начинает погружаться и континентальная литосфера. Возможность субдуцирования определяется тем обстоятельством, что в зоне контакта взаимодействующие континентальные литосферы имеют разную плавучесть: верхняя разогрета предшествующей океан-континентальной субдукцией, а нижняя, подъехавшая "на хвосте" океанской, холодная. В результате образуется многоэтажная конструкция, в которой отдельные составляющие первоначально находились неопределенно далеко друг от друга. На рис. показана структура нескольких коллизионных горно-складчатых сооружений, образовавшихся за счет континентальной субдукции.

Рис. 27. Континентальная субдукция, Гималаи

Типы горно-складчатых поясов, развитых на континентальных субдукционных границах

Изучение горно-складчатых поясов, развитых на континентальных субдукционных границах показывает, что они включают две разные группы, различающиеся по структурному стилю, метаморфизму, степени постколлизионных деформаций, топографии, геоморфологии, а также по геометрии и вещественному составу предгорных прогибов. По мнению Л. Ройден, геологические особенности каждой из групп горно-складчатых поясов вероятно связаны с соотношением скоростей субдукции и общей конвергенции, и соответственно, с величиной горизонтального напряжения сжатия, передаваемого поперек субдукционной границы. На первый взгляд не очень понятно, как могут различаться скорость схождения плит и скорость субдукции - кажется, что это один и тот же процесс и скорости должны быть равны. Дело, однако, в том, что субдукция - это только один из механизмов компенсации или поглощения материала в коллизионнах зонах, другие механизмы связаны с образованием различных структур сжатия; по этой и другим причинам скорость движения субдуцирующей плиты может меняться с глубиной. Если скорость с глубиной увеличивается, общая скорость субдукции меньше скорости схождения (конвергенции); если уменьшается - больше скорость конвергенции.

(1) На субдукционных границах, где скорость всей плитной конвергенции меньше, чем скорость субдукции, наведенные горизонтальные напряжения сжатия невелики, и региональные деформации перекрывающей плиты происходят при горизонтальном растяжении. Тектоническим выражением таких отступающих субдукционных границ являются:

- топографически низкие горы,

- небольшая эрозия или денудация,

- низкотемпературный метаморфизм или отсутствие такового

- минимальное вовлечение пород кристаллического фундамента в коллизионные структуры

- малая - до нулевой - скорость постколлизионного схождения

- аномально глубокие передовые прогибы с длительной историей морского осадконакопления в них

Анализ сейсмических и гравитационных данных поперек отступающих субдукционных границ (Апеннины, Карпаты, система Гелленид) показывает, что субдукция контролируется гравитационными силами, возникающими в связи с малой плотностью субдукционных пластин на глубинах между примерно 40 и 80 км в Карпатах, 50 и 150 км в Апеннинах, 50 и 250 км в Гелленидах.

(2). На субдукционных границах, где скорость общей плитной конвергенции больше, чем скорость субдукции, передача горизонтального сжимающего напряжения поперек плитной границы является существенной, и региональные деформации перекрывающей плиты происходят в условиях горизонтальном сжатии. Тектоническим выражением таких продвигающихся субдукционных границ являются:

- топографически высокие горы;

- складчато-надвиговые пояса;

- большая величина эрозии и денудации;

- выходы на дневную поверхность высоко-метаморфизованных пород;

- интенсивные деформации кристаллического основания вплоть до среднекоровых глубин;

- затяжная история молассовой аккумуляции в сопряженных передовых прогибах.

5.2.1 Неотектоника Гималайской области

Анализ гравитационных и сейсмических данных поперек двух продвигающихся субдукционных границ, развитых в континентальной литосфере Западных Альп и Гималаев (рис. 27) показывают, что надвиговые пакеты транслировались на большие расстояния над литосферой форланда (относительно границы субдукции); вероятно, что движения поперек субдукционных границ контролируются дальнодействующими напряжениями, связанными с глобальнымыи движениями плит.

В Гималайской коллизионной области холодная и оттого более тяжелая континентальная литосфера, двигающаяся на хвосте океанской, погружается под более разогретую, и оттого более легкую и пластичную литосферу южной окраины Евразии, а разогрета последняя именно из-за того, что ранее под нее субдуцировала океанская кора; при этом скорость сближения (конвергенции) Индии и Евразии превосходит скорость субдукции (рис. 27). При такой континентальной субдукции в нормальном случае образуется следующий латеральный ряд структур:

Предгорный прогиб (аналог глубоководного желоба при океан-континентальной субдукции) - интенсивно прогибающаяся структура, мигрирующая на пододвигающуюся (холодную) плиту, обычно заполненная молассами большой мощности, которые вблизи шва деформированы в моновергентные складчато-надвиговые пакеты низких предгорий;

Далее, за мощным региональным надвигом расположены высокие предгорья, сложенные доколлизионными породами, также интенсивно деформированными - они представляют собой континентальный аналог аккреционной призмы;

За ними еще одна надвиговая зона, отделяющая так называемую кристаллическую зону - высокогорную область, сложенную комплексами высоко метаморфизованных пород, включающих породы фундамента древних платформ (структурный аналог островной дуги);

В тылу гор расположены высокогорные плато, сложенные, как правило доколлизионными осадками и молассами межгорных впадин, деформированными в меньшей степени, чем в горном сооружении; очень часто в эти плато встроены небольшие рифтовые впадины, перпендикулярные горному поясу и соответственно параллельные векторам сближения и напряжениям сжатия;

А ними расположена тыловая межгорная впадина; взаимодействие блоков плато и межгорной впадины может приводить к образованию граничных тыловых гор и структур сдвигового происхождения, например присдвиговых бассейнов.

Интенсивные поднятия коллизионных горных сооружений этого типа связаны с двумя главными факторами: разогревом коры в зоне сначала океанской, а затем континентальной субдукции и ее термальным деформированием, а во-вторых - скучиванием в зоне коллизии легкой континентальной литосферы, резким увеличением из-за этого мощности легкой коры и ее изостатическим поднятием.

Максимальные абсолютные высоты здесь наблюдаются в кристаллической зоне и достигают, как вам известно, более чем 8 км. При этом, из-за большой скорости денудации, эта величина составляет примерно половину от общей амплитуды поднятия. Определенные Фостером и другими скорость откапывания склонов пика К2 или Чогори в Каракаруме - второй по высоте вершины Мира - по трекам распада в апатитах и цирконах дало среднюю скорость денудации 3-6 мм/год и величину денудационного среза в 7000 м при средней высоте поднятой поверхности около 6000 м. Если учесть, что в сопряженном Сиваликском передовом прогибе подошва моласс залегает на глубине 6-8 км, общие дифференцированные вертикальные движения в этой коллизионной зоне достигают 22-24 км за новейший этап.

5.2.2 Неотектоника Кавказа

Рис. 28. Скорости горизонтальных перемещений в северной Турции и на Большом и Малом Кавказе по данным McClusky S. etal, 2000). Показано положение основных активных разломов.

Рис. 30. Геологическая карта Кавказа

Рис. 31. Разрез через западную часть Кавказа

Другой коллизионой структурой гималайского типа является всем известный Кавказ. На представленных картах показано геологическое строение и новейшая структура Кавказа. Самое грубое неотектоническое районирование Кавказа может быть следующим. Выделяется два крупнейших продольных поднятия - Большого Кавказа, сложенного допалеозойскими, палеозойскими и мезозойскими комплексами, и Малого Кавказа, сложенного в целом более молодыми - мезозойско-кайнозойскими породами, в том числе офиолитами и молодыми вулканитами. Эти поднятия разделяются системой продольных впадин - Рионской и Куринской, вы-полненных в разной степени деформированными и погруженными молассовыми толщами. Все эти неоструктурные элементы продольно сегментированы и отдельные сегменты довольно сильно различаются по строению и стилю деформаций.

Максимальные высоты Кавказы около 5,5 км приурочены к молодым вулканическим массивам на Большом Кавказе - Эльбрусу и Казбеку, минимальный уровень - это уровень Каспийского моря, т.е. ниже уровня мирового океана. Считается, что к концу раннего миоцена - к сарматскому веку - на месте Кавказа существовал сильно выравненный рельеф, остатки которого сохранились на Малом Кавказе (частично под миоплиоценовыми эффузивами, частично откопанными из-под них и на отдельных участках Большого Кавказа. Поднятие горной страны, точнее, ее новейшее, позднеальпийское деформирование началось с конца сармата и охватывало три основных фазы.