Курсовая Происхождение и развитие океанов. Курсовая работа Инженерная геология (название дисциплины в соответствии с учебным планом)
 Скачать 311.82 Kb.
|
Глава 2. Этапы развития океанов2.1 Стадия внутриконтинентального рифтообразования или магматизм «горячих точек»«Внутриконтинентальное рифтообразование» выделено недавно, как этап развития рифтового рельефа, начинающийся в районах, где сосредоточено максимальное число и планетарная активность, благоприятствующих зарождению и развитию рифтов. К ним следует отнести центральные области и пересечение океанических литосферных плит: Большая океаническая и Тихоокеанская тектонические плиты (с самой длинной действительной, по мнению учёных, литосферы), южная (крупнейшая) и северная континентальные плиты, в которых происходит сочетание процессов магматизма и части геосинклинальных процессов. Основу концепции составляет орогенический цикл Уилсона, охватывающий обычно промежуток времени в 200-250 млн. лет. Цикл разделяется на 5 стадий: внутриконтинентального рифтообразования, расширения океанического дна, поглощения океанической коры. Согласно ему, в начальный период (10-15 млн.лет назад) происходят крупные горообразовательные процессы в геосинклиналях: на севере Евразии активизировались процессы горообразования, которые привели к появлению гор Алтая, Саянского и других. На юге Кавказа - к возникновению Кавказских гор. Тяготение к геосинклиническому направлению горообразования фиксируется также на юго-западе Восточного Средиземноморья. Эта область получила название рифтогенез. Основываясь на этом, можно предположить, что основная причина горообразования в этот период - это соперничество двух геологических начал: геосинтеза и тектоники плит.  Рисунок 2.1 – Разрез земли Стадия внутриконтинентального рифтообразования (рисунок 2.2). В результате поднятия в однородных платформенных блоках возникают системы радиальных, а внутри орогенных поясов - линейных рифтов [12].  Рисунок 2.2 - Стадия внутриконтинентального рифтообразования или магматизм и металлогения «горячих точек» 2. Расширение (спрединг) океанического дна. В процессе прогрева и поднятия в зонах действия мантийных струй единый континент раскалывается на несколько частей. В эту стадию возникают срединно-океанические хребты (СОХ), представляющие собой глубинные расколы литосферы, по которым в придонные области поступает мантийный магматический материал - а не водяные пары как в конце «доэйнштейновского» периода. Тепло, которое в настоящее время выделяется при кипении вод океанов, идет на разогрев и плавление верхней мантии, раздвигает литосферу и поднимает океанические массы над ее основаниями. В этом случае разность между температурами на дне и в вышележащих слоях коры составляет около 0,1 С, поскольку мантия обладает высокой теплопроводностью и поэтому нагрета практически до температур кипения. Расход тепла на испарение осуществляется сравнительно небольшими порциями. В результате этого средняя температура земноводных и пресмыкающихся в океанах невелика, о чем свидетельствуют сравнительно высокая численность жителей океанов и тот факт, что по сравнению с другими периодами времени в океаническом слое много живых организмов. Это явление получило название постквадратичной реакции. Дальнейшее движение океанической коры происходит при участии др. волн – сейсмических (ПОГ). Когда глубинные слои СОХ, расплавляясь, достигают тектонического выравнивания, под континентальной корой происходит землетрясение. При этом, СОХ создает в теле платформы дополнительные напряжения, которые нарастают до завершения развала континентальной коры по Гистерезисному механизму. В самом конце этого периода происходят фазовые переходы (ФП) – из ПОГ выделяется мантийное вещество, выделяющееся в виде потоков, обусловленных, как поверхностными тектоническими разломами, так и подводными разломными зонами. Образование ПОГ связывается с весьма быстрыми тектоничесими процессами в мантии. В конечном итоге их выделяется достаточно много, и они начинают действовать как своеобразное кумулятивное давление. Кроме того, осцилляции глубинных слоев СОХ под действием ПОГ являются причиной выбросов в океан твердого вещества из подводного вулканического очага. Это «сжигание» внутреннего океана и является главным фактором процесса Голоценового Оледенения, проходившего на протяжении неолита [10].  Рисунок 2.3 – Строение срединно-океанического хребта и прилегающего дна океана. (1,2 – мантия; 3 – нижний слой океанской коры (расслоенные гипербазиты, базиты, серпентиниты); 4 – дайковый горизонт коры; 5 – базальтовый горизонт коры; 6 – стадийность образования коры; 7 – вулканический комплекс рифтовой долины; 8 – мантийный диапир; 9 – движение магмы; 10 – комплекс осадочных пород; 11 – напластование осадочных пород (от древних к молодым); 12 – направление движения блоков коры). 3. Поглощение (субдукция) океанической плиты. Предыдущая стадия расширения океанического дна приводит к пододвиганию океанической плиты под более легкую континентальную в зонах активных континентальных окраин. При этом возникает так называемая зона Беньофа-Заварицкого. В зависимости от географического положения возникающих зон выделяют два основных тектономагматических типа систем - западный и восточный. Западный тип (система двойного Балтийского сейсмического кольца и Атлантического ложа) располагается в зоне повышенного континентального давления и пододвигает океаническую плиту к берегам материков. Восточный тектоно-магматический тип (система Каспийско-Иртышского пояса и западных окраин Монгольской плиты) имеет зону повышенного давления в примыкающих месторождениях нефти и газа, граничит с жесткими континентальными упругими блоками и является главным движителем современного процессам рифтогенеза и складчатости. Наиболее перспективной для проведения комплексных исследований сейсмических и тектонических процессов океанических недр признано направление Пенинга-Барбикена. Межокеанское рифтовое нарушение В середине 80-х гг. в ряде сейсмологических центров Земли (Китай, Япония, США) было высказано предположение о том, что системы разломов и стыковки плит существуют в виде реликта, не расширяясь и не погружаясь. Такое мнение основывалось на том, что происходило взаиморастяжение и объединение таких складчатых структур, как Гималаи, Большой Хинган, Верхоянский хребет и т.д. Однако гипотеза, однако, не получила подтверждения. Более того, многие стратегии разломного движения и складчатого строительства, которые предлагаются для районов разломной активизации, небезупречны. Более поздние сейсмо-тектонические модели, разработанные РАН, Западной лабораторией сейсмологии в Нью-Брунсвике (Великобритания) и Калифорнийским университетом, показали, что в океанах, примыкавших к горизонту смещения Кондратюк [8].  Рисунок 2.4 - Западный, или Андийский (чилийский) тип Западный, или Андийский (чилийский) тип. В возникающей здесь системе можно выделить четыре основных структурно-металлогенических элемента (с запада на восток): глубоководный желоб и внешнюю дугу, вулкано-плутоническую дугу, тыловодужный магматический пояс, краевой бассейн сжатия.  Рисунок 2.5 – Чилийский тип Восточный или Японский тип тектономагматической системы возникает при подвиге океанической плиты, движущейся относительно астеносферы быстрее, чем в предыдущем случае. Известны примеры таких тектонических движений после инверсии подвижных щитов. Один из них имел место в Восточной Азии в так называемом Тихоокеанском огневом цикле. Другой современный пример — движение плиты Канарских островов и Панамского перешейка. Это объясняет, почему земная кора испытывает попеременное сжатие и растяжение. Угловой момент в тектономагнитной системе гораздо выше вследствие воздействия планет. Это обстоятельство имеет принципиальное значение для прогноза землетрясений и их сейсмической опасности. Так как существует не только тектоническая связь между океаническим ядром и континентом, но и связь между континентами и океаном, то тектонические движения, не связанные с тектоническими движениями в ядрах континентов, могут иметь весьма серьезные геофизические последствия.  Рисунок 2.7 - Японский тип В геоморфологическом плане столкновение континентов приводит к возникновению межконтинентального горного пояса, аналогичного современной горной системе Памира и Гималаев[7]. 4. Заключительная стадия. Эта стадия завершает цикл Уилсона. При этом происходит снятие напряжения в образовавшемся едином континенте (платформе), сопровождающееся возникновением локальных зон растяжения – так называемых магматических рифтов. Верхняя часть такого рифта представляет собой «столб», образованный внутриповерхностной геологической активностью и находящийся на высоте нескольких километров, где происходит его дальнейшее расширение. По мере приближения к внешним берегам океана (выше по течению) количество выделяющейся энергии уменьшается, и спускается ниже. Далее следует нижняя стадия формирования континента – разрастание верхней части будущего Аридного потока, то есть раскалывание, обрушение и погружение одной части Земли на дно океана с формированием шельфа. 2.2 Расширение (спрединг) океанического дна и поглощение (субдукция) океанической плиты Расширение (спрединг) океанического дна и поглощение (субдукция) океанической плиты, сопровождающееся поднятием океанической коры, может быть достигнуто с помощью подъёма подходящей магнитной плиты в районе Канарского излома. Если плита поднимаемая вследствие этого давления, поднимается выше обозначенного контура, то из-за поверхностного нагрева и тепловых излучений возникает эндогенный выброс магмы. В дальнейшем эта магма поднимается выше вдоль контура Земной Линии - линии пересечения тектонических плит и, в конце концов, всплывает на поверхность в районе Азорских островов. На выходе из земной линии плита, приподнимаемая давлением, движется в направлении Юго-Восточной Азии, опережая на юг литосферную платформу. По мере удаления от Гибралтарской ось выравнивается в направлении Ближнего Востока и Северной Африки. Это приводит к открытию центрально-западно-северо-западных полос литосферы и к образованию граничных субдукционных зон, простирающихся вдоль литосфере. Обнаружение и исследования литосфера на границах полноценной литосферы и процесс развития теории литосферных плит была проведена в 1892 году английским геологом Ф. Г. Пилкингтоном, который использовал свою металлическую модель литосферического слоя и, тем самым, положил начало формированию теории геосфер и геосинклиналей. Он подразделил верхнюю линию платформ на три зоны, каждая со своей отделкой: 1.Нижняя - наиболее базовая, включает отложения протерозоя и ордовикского времени. 2.Промежуточная - разделена на так называемый центральный фронт (центральный щит) и платформа Карру. 3.Верхняя - включает отложения плейстоцена. Стадия Расширения океанического дна и поглощения океанической плиты характеризуется нарастающей сейсмической активностью, взрывными извержениями базальтов и андезитовых лав, изменениями подповерхностных пород, теряющих пластичность под влиянием разуплотнения. Сейсмическое давление на континенты (превышающее давление на литосферу), их погружение, изменение направления дрейфа, возникновение океанических хребтов указывают на то, что последняя стадия расширения, которая началась около 2 млн. лет назад, близка к завершению. Дрейф континентов, приобретающий катастрофический характер, начнется в следующем столетии, а завершившийся в настоящее время геологический период остается в далеком прошлом, около 2 млрд. лет. Академик А. Е. Ферсман, труды которого полностью подтверждают высказанные идеи, в 1934 г. высказал гипотезу о том, что процесс расширения океанических пленок должен сопровождаться литосферными подвижками и землетрясениями. Этот же ученый отметил, что катастрофы не только приводят к изменению пород, но и приводят к смещению их границ, что ведет к расширению границ материков. Тезисы Г. В. Новикова также подтверждают эту гипотезу. Он, в частности, раскрывает механизм смещения границ материков: в течение последнего геологического периода сдвиговые процессы большей частью протекали в океане, но в результате сплошных океанический хребтов граница между ними стала смещаться в сторону берегов Земли. Стадия Расширения океанического дна и поглощения океанической плиты характеризуется нарастающей сейсмической активностью, взрывными извержениями базальтов и андезитовых лав, изменениями подповерхностных пород, теряющих пластичность и существенно подвижных. Циклическая стадии расширения проявляется либо в попытках литосферных плит столкнуться, либо в выравнивании указанных столкновений, изменение вулканической активности, изменении физических свойств литосферных слоёв, а также в цикличности происходящих деформаций земной коры. Теперь стало достаточно ясно, что континенты и «океаны» - это планетарные геологические структуры, разного состава и строения, развивающиеся автономно с начала геологической истории планеты. Все наработки геосинклинально-платформенной теории развития континентов реальны, основаны на огромном эмпирическом опыте многих поколений геологов и геофизиков всего мира и составляют золотой фонд геологической науки. Фактические данные концепции тектоники плит по геологии дна океанов - крупнейшей геологической структуры Земли, являются важным и существенным дополнением геологической науки. Сближение континентов приводит к закрытию расположенного между ними океана, исчезновению остаточного бассейна великой океанской реки. Так, например, поверхность Австралийского континента полностью распадается на межконтинентальную и субконтинентальную южную части, обе составляющие которых заполнены океаном. Размеры континентальной части континента соответствуют размерам полушарий, ибо субконтиненты находятся между континентами. Последняя фаза сближения материков характеризуется изменением вокруг субконтинетальной части атмосферы, изменением климата и, наконец, изменением всей гидрографической картины. В результате изменения климата одновременно происходят уменьшение площади материков и увеличение их площади на море, а также изменение роли морских льдов, количество которых за последние десятилетия значительно расширилось. Но влияние океанических течений на очертания материков уравнивается с влиянием океанических впадин, главным образом Атлантического океана. В связи с повышенными температурами на площади материков заметно усиливается процесс их испарения, а на поверхности океана увеличивается прослойка континентов, состоящая из отдельных островов и подразделяющих их вод. Эти зоны, а также разломы материковой коры начинают постепенно сокращаться. На севере и на востоке они уже сжимаются, а в центре материка и на западе — расширяются. В связи с этим количество материковых островов уменьшается и наступает морское расчленение материка. 2.2 Столкновение в системах "континент-континент" и "континент- дуга" (коллизия) Не существует ни одной модели, ни одной парадигмы, однозначно определяющей столкновение дуги с континентом. Естественные примеры и моделирование столкновения дуги с континентом показывают, что существует большая степень сложности и вариации сложности, которые зависят от ряда ключевых параметров первого порядка и характера основных игроков; континентальная окраина и дугово-траншейный комплекс (дугово-траншейный комплекс включает дугу и зону субдукции). Хотя методы моделирования могут использоваться для понимания этих явлений, они не могут и не нацелены на воспроизведение беспорядка природы. В естественных примерах определение характера основных участников, таких как возраст, физические свойства и ранее существовавшая структура поля и дуги, — это только начало. Как только это будет сделано, такие параметры, как время, скорость конвергенции и вектор, должны быть приняты во внимание при определении тектонических процессов, которые действовали в любом столкновении дуги с континентом. В активных примерах, таких как в юго-западной части Тихого океана, некоторые из этих параметров первого порядка можно легко определить, а характер основных игроков легко оценить. Однако столкновения ископаемой дуги с континентом обычно претерпевают деформацию, эрозию и, возможно, частичное рассеивание после столкновения, оставляя выход на поверхность посреди леса, при этом многие ключевые ингредиенты отсутствуют или скрыты. Это заставляет геолога прибегать к сравнению с другими природными примерами и моделями, которые механически ограничены и упрощенно воспроизводят процесс, чтобы реконструировать и объяснить, что могло быть там и, что важно, какие процессы могли действовать и когда. Столкновение дуги с континентом было одним из важных тектонических процессов в формировании горных поясов на протяжении всего геологического времени, и это продолжается и сегодня вдоль тектонически активных границ плит, например, на юго-западе Тихого океана или Карибского бассейна. Считается, что столкновение дуги с континентом было одним из наиболее важных процессов, связанных с ростом континентальной коры в течение геологического времени, а также может играть важную роль в ее рециркуляции обратно в мантию посредством субдукции. Поэтому понимание геологических процессов, происходящих во время столкновения дуги с континентом, важно для нашего понимания того, как развиваются коллизионные орогены и как растет или разрушается континентальная кора. Кроме того, зоны столкновения дуги с континентом являются производителями большей части мирового экономического богатства в виде полезных ископаемых, поэтому понимание процессов, происходящих во время этих тектонических событий, имеет важное значение для моделирования того, как эти полезные ископаемые формируются и сохраняются. |