Secondo la moderna teoria delle placche litosferiche, l'intera litosfera per zone strette e attive - faglie profonde - è divisa in blocchi separati che si muovono nello strato di plastica del mantello superiore l'uno rispetto all'altro ad una velocità di 2-3 cm all'anno. Questi blocchi sono chiamati placche litosferiche.
Per la prima volta, l'ipotesi del movimento orizzontale dei blocchi crostali è stata avanzata da Alfred Wegener negli anni '20 nell'ambito dell'ipotesi di "deriva dei continenti", ma questa ipotesi non ha ricevuto sostegno in quel momento.
Fu solo negli anni '60 che gli studi sul fondo oceanico fornirono prove conclusive dei movimenti delle placche orizzontali e dei processi di espansione oceanica dovuti alla formazione (diffusione) della crosta oceanica. La rinascita delle idee sul ruolo predominante dei movimenti orizzontali ha avuto luogo nel quadro della direzione "mobilistica", il cui sviluppo ha portato allo sviluppo della moderna teoria della tettonica a placche. I principi fondamentali della tettonica a placche furono formulati nel 1967-68 da un gruppo di geofisici americani - W. J. Morgan, K. Le Pichon, J. Oliver, J. Isaacs, L. Sykes nello sviluppo di idee precedenti (1961-62) degli scienziati americani G. Hess e R. Digz sull'espansione (diffusione) del fondo oceanico.
Si sostiene che gli scienziati non siano del tutto sicuri di cosa stia causando questi cambiamenti e di come siano stati designati i confini delle placche tettoniche. Esistono innumerevoli teorie diverse, ma nessuna di esse spiega completamente tutti gli aspetti dell'attività tettonica.
Almeno scopriamo come lo immaginano ora.
Wegener scrisse: "Nel 1910, l'idea di spostare i continenti mi venne in mente per la prima volta … quando fui colpito dalla somiglianza delle coste su entrambi i lati dell'Oceano Atlantico". Ha suggerito che all'inizio del Paleozoico c'erano due grandi continenti sulla Terra: Laurasia e Gondwana.
Laurasia era il continente settentrionale, che comprendeva i territori dell'Europa moderna, l'Asia senza l'India e il Nord America. Terraferma meridionale - Il Gondwana univa i territori moderni del Sud America, Africa, Antartide, Australia e Hindustan.
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Tra Gondwana e Laurasia è stato il primo pesce - Tetide, come un'enorme baia. Il resto della Terra era occupato dall'Oceano Panthalassa.
Circa 200 milioni di anni fa, Gondwana e Laurasia erano unite in un unico continente: Pangea (Pan - universale, Ge - terra).
Circa 180 milioni di anni fa, il continente di Pangea ha ricominciato a separarsi nelle sue parti componenti, che si sono mescolate sulla superficie del nostro pianeta. La divisione è avvenuta come segue: prima, Laurasia e Gondwana sono riapparsi, poi Laurasia si è divisa, e poi Gondwana si è divisa. A causa della divisione e della divergenza di parti della Pangea, si formarono gli oceani. Gli oceani Atlantico e Indiano possono essere considerati giovani; vecchio - Tranquillo. L'Oceano Artico è diventato isolato con l'aumento della massa terrestre nell'emisfero settentrionale.
A. Wegener ha trovato molte conferme dell'esistenza di un unico continente della Terra. L'esistenza in Africa e Sud America dei resti di animali antichi - i listosauri, gli sembrava particolarmente convincente. Erano rettili, simili a piccoli ippopotami, che vivevano solo in corpi d'acqua dolce. Ciò significa che non potevano nuotare per enormi distanze in acqua di mare salata. Ha trovato prove simili nel regno vegetale.
Interesse per l'ipotesi del movimento dei continenti negli anni '30 del XX secolo. leggermente diminuito, ma negli anni '60 si è ripreso, quando, a seguito di studi sui rilievi e sulla geologia dei fondali oceanici, sono stati ottenuti dati indicanti i processi di espansione (diffusione) della crosta oceanica e il "tuffo" di alcune parti della crosta sotto altre (subduzione).
La struttura della spaccatura continentale.
La parte rocciosa superiore del pianeta è divisa in due gusci, significativamente differenti nelle proprietà reologiche: la litosfera rigida e fragile e la sottostante astenosfera plastica e mobile.
Il fondo della litosfera è un'isoterma di circa 1300 ° C, che corrisponde alla temperatura di fusione (solidus) del materiale del mantello alla pressione litostatica esistente alle profondità delle prime centinaia di chilometri. Le rocce che si trovano sopra questa isoterma nella Terra sono abbastanza fredde e si comportano come un materiale duro, mentre le rocce sottostanti della stessa composizione sono sufficientemente riscaldate e si deformano relativamente facilmente.
La litosfera è suddivisa in placche che si muovono costantemente lungo la superficie dell'astenosfera plastica. La litosfera è divisa in 8 lastre grandi, dozzine di lastre medie e molte piccole. Tra le lastre grandi e medie sono presenti cinture composte da mosaici di piccole lastre crostali.
I confini delle placche sono aree di attività sismica, tettonica e magmatica; le regioni interne delle placche sono debolmente sismiche e sono caratterizzate da una debole manifestazione di processi endogeni.
Più del 90% della superficie terrestre cade su 8 grandi placche litosferiche:
Alcune placche litosferiche sono composte esclusivamente da crosta oceanica (ad esempio, la placca del Pacifico), altre includono frammenti di crosta sia oceanica che continentale.
Schema di formazione della spaccatura.
Esistono tre tipi di movimenti relativi delle placche: divergenza (divergenza), convergenza (convergenza) e movimenti di taglio.
I confini divergenti sono confini lungo i quali le placche si allontanano. Il contesto geodinamico in cui si verifica il processo di allungamento orizzontale della crosta terrestre, accompagnato dall'emergere di depressioni estese a fessura allungate linearmente o simili a fossati, è chiamato rifting. Questi confini sono limitati alle spaccature continentali e alle dorsali medio oceaniche nei bacini oceanici. Il termine "rift" (dall'inglese rift - rupture, crack, gap) viene applicato a grandi strutture lineari di origine profonda, formatesi durante lo stiramento della crosta terrestre. In termini di struttura, sono strutture simili a graben. Le fenditure possono essere poste sia sulla crosta continentale che su quella oceanica, formando un unico sistema globale orientato rispetto all'asse del geoide. In questo caso, l'evoluzione dei rift continentali può portare alla rottura della continuità della crosta continentale e alla trasformazione di questa spaccatura in spaccatura oceanica (se l'espansione della spaccatura si ferma prima dello stadio di rottura della crosta continentale, si riempie di sedimenti, trasformandosi in un aulacogeno).
Il processo di scorrimento delle placche nelle zone di rift oceaniche (dorsali medio oceaniche) è accompagnato dalla formazione di una nuova crosta oceanica dovuta alla fusione basaltica magmatica proveniente dall'astenosfera. Questo processo di formazione di una nuova crosta oceanica a causa dell'afflusso di materiale del mantello è chiamato diffusione (dalla diffusione inglese - per diffondere, espandere).
La struttura della dorsale medio-oceanica. 1 - astenosfera, 2 - rocce ultrabasiche, 3 - rocce basiche (gabbroidi), 4 - un complesso di dighe parallele, 5 - basalti del fondo oceanico, 6 - segmenti della crosta oceanica che si sono formati in tempi diversi (IV con l'invecchiamento), 7 - magmatico vicino alla superficie camera (con magma ultrabasico nella parte inferiore e principale in quella superiore), 8 - sedimenti del fondo oceanico (1-3 man mano che si accumulano).
Durante la diffusione, ogni impulso di estensione è accompagnato dall'afflusso di una nuova porzione di mantello che si scioglie, che solidificandosi, forma i bordi delle placche divergenti dall'asse MOR. È in queste zone che si forma la giovane crosta oceanica
Collisione di placche litosferiche continentali e oceaniche.
La subduzione è il processo di spostamento di una placca oceanica sotto una placca continentale o altra placca oceanica. Le zone di subduzione sono limitate alle parti assiali delle trincee di acque profonde, coniugate con archi di isole (che sono elementi di margini attivi). I confini di subduzione rappresentano circa l'80% della lunghezza di tutti i confini convergenti.
Quando la placca continentale e quella oceanica si scontrano, un fenomeno naturale è il sottosuolo della placca oceanica (più pesante) sotto il bordo del continentale; quando due oceaniche si scontrano, quella più vecchia (cioè più fresca e più densa) affonda.
Le zone di subduzione hanno una struttura caratteristica: i loro elementi tipici sono una trincea di acque profonde - un arco di isola vulcanica - un bacino di retroarco. Nella curva e nella piastra di subduzione sub-motoria si forma un canale di acque profonde. Man mano che affonda, questa placca inizia a perdere acqua (che è abbondante nella composizione di sedimenti e minerali), quest'ultima, come è noto, riduce notevolmente il punto di fusione delle rocce, il che porta alla formazione di centri di fusione che alimentano i vulcani degli archi isolani. Nella parte posteriore di un arco vulcanico, di solito si verifica uno stiramento, che determina la formazione di un bacino di retroarco. Nella zona del bacino di retroarco, la tensione può essere così significativa da portare alla rottura della crosta placca e all'apertura del bacino con crosta oceanica (il cosiddetto processo di diffusione del retroarco).
Il volume della crosta oceanica assorbito nelle zone di subduzione è pari al volume della crosta che si genera nelle zone di diffusione. Questa posizione sottolinea l'opinione sulla costanza del volume della Terra. Ma questa opinione non è l'unica e definitivamente provata. È possibile che il volume dei piani cambi in modo pulsante o che vi sia una diminuzione della sua diminuzione a causa del raffreddamento.
L'immersione della placca in subduzione nel mantello è tracciata dai focolai sismici che si verificano al contatto delle placche e all'interno della placca in subduzione (più fredda e quindi più fragile delle rocce del mantello circostante). Questa zona focale sismica è stata chiamata zona Benioff-Zavaritsky. Nelle zone di subduzione inizia il processo di formazione di una nuova crosta continentale. Un processo di interazione molto più raro tra la placca continentale e quella oceanica è il processo di obduzione - la spinta di una parte della litosfera oceanica sul bordo della placca continentale. Va sottolineato che nel corso di questo processo si verifica la separazione della placca oceanica e solo la sua parte superiore - la crosta e diversi chilometri del mantello superiore - sta avanzando.
Collisione di placche litosferiche continentali.
Quando le placche continentali entrano in collisione, la cui crosta è più leggera del materiale del mantello e, di conseguenza, non è in grado di immergersi in essa, ha luogo il processo di collisione. Durante la collisione, i bordi delle placche continentali in collisione vengono schiacciati, accartocciati e si formano sistemi di grandi spinte, che portano alla crescita di strutture montuose con una complessa struttura di spinta-piega. Un classico esempio di tale processo è la collisione della placca Hindustan con quella eurasiatica, accompagnata dalla crescita dei grandiosi sistemi montuosi dell'Himalaya e del Tibet. Il processo di collisione sostituisce il processo di subduzione, completando la chiusura del bacino oceanico. Allo stesso tempo, all'inizio del processo di collisione, quando i bordi dei continenti si sono già avvicinati, la collisione si combina con il processo di subduzione (il cedimento della crosta oceanica continua sotto il bordo del continente). Il metamorfismo regionale su larga scala e il magmatismo granitoide intrusivo sono tipici dei processi collisionali. Questi processi portano alla creazione di una nuova crosta continentale (con il suo tipico strato di granito-gneiss).
La ragione principale del movimento delle placche è la convezione del mantello causata dalle correnti di gravità del mantello.
La fonte di energia per queste correnti è la differenza di temperatura tra le regioni centrali della Terra e la temperatura delle sue parti vicine alla superficie. In questo caso, la parte principale del calore endogeno viene rilasciata al confine tra nucleo e mantello durante il processo di differenziazione profonda, che determina il decadimento del materiale condrite primario, durante il quale la parte metallica si precipita al centro, aumentando il nucleo del pianeta, e la parte silicato si concentra nel mantello, dove subisce ulteriore differenziazione.
Le rocce riscaldate nelle zone centrali della Terra si espandono, la loro densità diminuisce e si sollevano, lasciando il posto a masse più fredde e quindi più pesanti che hanno già ceduto parte del calore nelle zone vicine alla superficie. Questo processo di trasferimento di calore continua in modo continuo, determinando la formazione di celle convettive chiuse ordinate. In questo caso, nella parte superiore della cellula, il flusso di materia avviene quasi su un piano orizzontale, ed è questa parte del flusso che determina il movimento orizzontale della materia dell'astenosfera e delle placche che si trovano su di essa. In generale, i rami ascendenti delle celle convettive si trovano sotto le zone di confini divergenti (MOR e spaccature continentali), i rami discendenti - sotto le zone di confini convergenti. Pertanto, la ragione principale del movimento delle placche litosferiche è il "trascinamento" da correnti convettive. Oltretutto,una serie di altri fattori agiscono sulle piastre. In particolare, la superficie dell'astenosfera risulta essere alquanto rialzata rispetto alle zone dei rami ascendenti e più abbassata nelle zone di immersione, il che determina lo "scorrimento" gravitazionale della placca litosferica posta su una superficie plastica inclinata. Inoltre, operano i processi di trascinamento della litosfera oceanica fredda pesante nelle zone di subduzione nell'astenosfera calda e, di conseguenza, meno densa, nonché l'incuneamento idraulico dei basalti nelle zone MOR. Inoltre, operano i processi di trascinamento della litosfera oceanica fredda pesante nelle zone di subduzione nell'astenosfera calda e, di conseguenza, meno densa, nonché l'incuneamento idraulico dei basalti nelle zone MOR. Inoltre, operano i processi di trascinamento della litosfera oceanica fredda pesante nelle zone di subduzione nell'astenosfera calda e, di conseguenza, meno densa, nonché l'incuneamento idraulico dei basalti nelle zone MOR.
Le principali forze motrici della tettonica a placche sono applicate al fondo delle parti intraplacche della litosfera: le forze del mantello trascinano FDO sotto gli oceani e FDC sotto i continenti, la cui entità dipende principalmente dalla velocità della corrente astenosferica, e quest'ultima è determinata dalla viscosità e dallo spessore dello strato astenosferico. Poiché lo spessore dell'astenosfera sotto i continenti è molto inferiore e la viscosità è molto più alta che sotto gli oceani, l'ampiezza della forza FDC è quasi un ordine di grandezza inferiore alla grandezza dell'FDO. Sotto i continenti, in particolare le loro parti antiche (scudi continentali), l'astenosfera quasi si incunea, quindi i continenti sembrano essere "arenati". Poiché la maggior parte delle placche litosferiche della Terra moderna include parti sia oceaniche che continentali, ci si dovrebbe aspettareche la presenza di un continente nella placca dovrebbe generalmente “rallentare” il movimento dell'intera placca. È così che effettivamente accade (le placche oceaniche quasi puramente oceaniche del Pacifico, Cocos e Nazca in movimento più veloce; le più lente - eurasiatica, nordamericana, sudamericana, antartica e africana, una parte significativa delle quali è occupata dai continenti). Infine, ai confini delle placche convergenti, dove i bordi pesanti e freddi delle placche litosferiche (lastre) affondano nel mantello, la loro galleggiabilità negativa crea una forza FNB (l'indice nella designazione della forza - dall'inglese negative buoyance). L'azione di quest'ultimo porta al fatto che la parte in subduzione della placca affonda nell'astenosfera e trascina con sé l'intera placca, aumentando così la velocità del suo movimento. Ovviamente, la forza FNB agisce sporadicamente e solo in alcune impostazioni geodinamiche,ad esempio, nei casi di collasso del solaio sopra descritto per il tratto di 670 km.
Pertanto, i meccanismi che guidano le placche litosferiche possono essere condizionatamente assegnati ai seguenti due gruppi: 1) associati alle forze di resistenza del mantello, applicate a qualsiasi punto della base della piastra, nella figura - le forze FDO e FDC; 2) associato alle forze applicate ai bordi delle piastre (meccanismo di forza del bordo), nella figura - le forze di FRP e FNB. Il ruolo di questo o quel meccanismo di guida, così come quelle o altre forze, viene valutato individualmente per ciascuna placca litosferica.
La combinazione di questi processi riflette il processo geodinamico generale, coprendo aree dalla superficie alle zone profonde della Terra. Attualmente, nel mantello terrestre si sta sviluppando una convezione del mantello a due celle con celle chiuse (secondo il modello della convezione attraverso il mantello) o una convezione separata nel mantello superiore e inferiore con accumulo di lastre sotto zone di subduzione (secondo un modello a due livelli). I probabili poli del sollevamento della materia del mantello si trovano nell'Africa nord-orientale (approssimativamente sotto la zona di giunzione delle placche africana, somala e araba) e nell'area dell'Isola di Pasqua (sotto la dorsale centrale dell'Oceano Pacifico - il sollevamento del Pacifico orientale). L'equatore del cedimento del materiale del mantello segue una catena approssimativamente continua di confini delle placche convergenti lungo la periferia del Pacifico e dell'Oceano Indiano orientale. L'attuale regime di convezione del mantello,La disintegrazione di Pangea, iniziata circa 200 milioni di anni fa e che ha dato origine agli oceani moderni, sarà in futuro sostituita da un regime monocellulare (secondo il modello della convezione attraverso il mantello) o (secondo un modello alternativo) la convezione diventerà attraverso il mantello a causa del collasso delle lastre attraverso la sezione di 670 km. Questo, forse, porterà alla collisione dei continenti e alla formazione di un nuovo supercontinente, il quinto nella storia della Terra.
Gli spostamenti delle piastre obbediscono alle leggi della geometria sferica e possono essere descritti sulla base del teorema di Eulero. Il teorema di rotazione di Eulero afferma che qualsiasi rotazione nello spazio tridimensionale ha un asse. Pertanto, la rotazione può essere descritta da tre parametri: le coordinate dell'asse di rotazione (ad esempio, la sua latitudine e longitudine) e l'angolo di rotazione. Sulla base di questa posizione è possibile ricostruire la posizione dei continenti nelle epoche geologiche passate. L'analisi dei movimenti dei continenti ha portato alla conclusione che ogni 400-600 milioni di anni si uniscono in un unico supercontinente, che subisce un'ulteriore disintegrazione. Come risultato della scissione di un tale supercontinente Pangea, avvenuta 200-150 milioni di anni fa, si sono formati i continenti moderni.
La tettonica delle placche è il primo concetto geologico generale che potrebbe essere testato. Questo controllo è stato eseguito. Negli anni '70. è stato organizzato un programma di perforazione in acque profonde. Nell'ambito di questo programma, la nave di perforazione "Glomar Challenger" ha perforato diverse centinaia di pozzi, che hanno mostrato una buona convergenza di età stimate da anomalie magnetiche con età determinate da basalti o orizzonti sedimentari. Lo schema di distribuzione delle aree di età diversa della crosta oceanica è mostrato in Fig.:
Età della crosta oceanica basata su anomalie magnetiche (Kenneth, 1987): 1 - aree carenti di dati e territorio; 2-8 - età: 2 - Olocene, Pleistocene, Pliocene (0-5 Ma); 3 - il Miocene (5–23 Ma); 4 - Oligocene (23-38 mA); 5 & mdash; Eocene (38-53 mA); 6 - Paleocene (53-65 mA) 7 - gesso (65-135 mA) 8 - Giurassico (135-190 Ma).
Alla fine degli anni '80. è stato completato un altro esperimento per testare il movimento delle placche litosferiche. Si basava sulla misurazione delle linee di base in relazione a quasar distanti. Su due piastre sono stati selezionati i punti in cui, utilizzando i moderni radiotelescopi, sono stati determinati la distanza dai quasar e l'angolo della loro declinazione e, di conseguenza, sono state calcolate le distanze tra i punti sulle due piastre, ovvero è stata determinata la linea di base. La precisione della determinazione è stata dei primi centimetri. Diversi anni dopo, le misurazioni furono ripetute. È stato ottenuto un ottimo accordo tra i risultati calcolati dalle anomalie magnetiche ei dati determinati dalle linee di base.
Diagramma che illustra i risultati delle misurazioni dello spostamento reciproco delle placche litosferiche ottenute con il metodo dell'interferometria con una linea di base ultra lunga - ISDB (Carter e Robertson, 1987). Il movimento delle piastre cambia la lunghezza della linea di base tra radiotelescopi situati su piastre diverse. La mappa dell'emisfero settentrionale mostra le linee di base che sono state misurate con il metodo ISDB con dati sufficienti per fare una stima affidabile del tasso di variazione della loro lunghezza (in centimetri all'anno). I numeri tra parentesi indicano la quantità di spostamento della piastra calcolata dal modello teorico. In quasi tutti i casi, i valori calcolati e misurati sono molto vicini.
Pertanto, la tettonica delle placche nel corso degli anni è stata testata con una serie di metodi indipendenti. Attualmente è riconosciuto dalla comunità scientifica mondiale come il paradigma della geologia.
Conoscendo la posizione dei poli e la velocità del movimento moderno delle placche litosferiche, la velocità di espansione e assorbimento del fondo oceanico, è possibile delineare il percorso di movimento dei continenti in futuro e immaginarne la posizione per un certo periodo di tempo.
Questa previsione è stata fatta dai geologi americani R. Dietz e J. Holden. Tra 50 milioni di anni, secondo le loro ipotesi, gli oceani Atlantico e Indiano si espanderanno a scapito del Pacifico, l'Africa si sposterà a nord e grazie a ciò il Mar Mediterraneo verrà progressivamente liquidato. Lo Stretto di Gibilterra scomparirà e la Spagna "trasformata" chiuderà il Golfo di Biscaglia. L'Africa sarà divisa dalle grandi spaccature africane e la sua parte orientale sarà spostata a nord-est. Il Mar Rosso si espanderà così tanto da separare la penisola del Sinai dall'Africa, l'Arabia si sposterà a nord-est e chiuderà il Golfo Persico. L'India si sposterà sempre più verso l'Asia, il che significa che le montagne himalayane cresceranno. La California lungo la faglia di San Andreas si separerà dal Nord America e in questo luogo inizierà a formarsi un nuovo bacino oceanico. Cambiamenti significativi si verificheranno nell'emisfero australe. L'Australia attraverserà l'equatore ed entrerà in contatto con l'Eurasia. Questa previsione richiede un affinamento significativo. Molto qui è ancora discutibile e poco chiaro.
