Lemeztektonika

A lemeztektonika  egy modern tudományos elképzelés a geotektonikában a litoszféra szerkezetéről és mozgásáról , amely szerint a földkéreg viszonylag egybefüggő blokkokból - litoszféra lemezekből áll , amelyek egymáshoz képest állandó mozgásban vannak. Ugyanakkor a tágulási zónákban ( óceánközépi gerincek és kontinentális hasadékok) a terjedés következtében ( angol  tengerfenék terjedése  - a tengerfenék szétterülése) új óceáni kéreg képződik , a régi pedig a szubdukciós zónákban szívódik fel. . A lemeztektonika elmélete megmagyarázza a földrengések előfordulását ,vulkáni tevékenység és hegyépítési folyamatok , többnyire a lemezek határaira korlátozódnak.

A kéregtömbök mozgásának ötlete először a kontinentális sodródás elméletében merült fel, amelyet Alfred Wegener javasolt az 1920-as években. Ezt az elméletet kezdetben elvetették. A Föld szilárd héjában történő mozgások gondolatának újjáéledése („ mobilizmus ”) az 1960-as években következett be, amikor az óceánfenék domborzatának és geológiájának tanulmányozása eredményeként olyan adatok gyűjtöttek, amelyek jelzik a Föld szilárd héjában történő mozgások folyamatait. az óceáni kéreg tágulása (terjedése) és a kéreg egyes részeinek alávonása mások alá (subdukció). Ezeknek az elképzeléseknek a kontinens-sodródás régi elméletével való ötvözésével született meg a lemeztektonika modern elmélete, amely hamarosan elfogadott fogalommá vált a geotudományokban .

A lemeztektonika elméletében a kulcspozíciót a geodinamikai beállítás fogalma foglalja el  - egy jellegzetes geológiai szerkezet bizonyos lemezarányokkal. Ugyanabban a geodinamikai környezetben azonos típusú tektonikai, magmás, szeizmikus és geokémiai folyamatok mennek végbe.

Elmélettörténet

Az elméleti geológia alapja a 20. század elején a kontrakciós hipotézis volt . A föld lehűl, mint a sült alma, és hegyvonulatok formájában ráncok jelennek meg rajta. Ezeket az elképzeléseket a geoszinklinok elmélete fejlesztette ki , amelyet a hajtogatott képződmények tanulmányozása alapján hoztak létre. Ezt az elméletet James Dana fogalmazta meg , aki hozzáadta az izosztázia elvét a kontrakciós hipotézishez . E felfogás szerint a Föld gránitokból ( kontinensek ) és bazaltokból (óceánokból) áll. Amikor a Föld összenyomódik az óceánokban - mélyedések , érintőleges erők keletkeznek, amelyek nyomást gyakorolnak a kontinensekre. Ez utóbbiak felemelkednek a hegyláncokba, majd összeomlanak. A megsemmisítés eredményeként nyert anyag a mélyedésekben rakódik le.

Ezt a rendszert Alfred Wegener német meteorológus ellenezte . 1912. január 6-án a Német Földtani Társaság ülésén tartott előadást a kontinensek sodródásáról . Az elmélet megalkotásának kezdeti előfeltétele Afrika nyugati partvidékének és Dél-Amerika keleti részének körvonalainak egybeesése volt . Ha ezek a kontinensek eltolódnak, akkor egybeesnek, mintha az egyik szülő kontinens kettéválása következtében jöttek volna létre.

Wegener nem elégedett meg a partvonalak körvonalainak egybeesésével (amelyet többször is észrevettek előtte), hanem intenzíven kutatni kezdett az elmélet bizonyítékai után. Ennek érdekében mindkét kontinens partjainak geológiáját tanulmányozta , és sok hasonló geológiai komplexumot talált, amelyek kombinálva egybeestek, akárcsak a partvonal. A paleoklimatikus rekonstrukciók, őslénytani és biogeográfiai érvek az elmélet bizonyításának további irányaivá váltak . Sok állat és növény korlátozott elterjedési területtel rendelkezik az Atlanti-óceán mindkét oldalán. Nagyon hasonlóak, de sok kilométernyi víz választja el őket, és nehéz feltételezni, hogy átkeltek az óceánon .

Ezenkívül Wegener elkezdett geofizikai és geodéziai bizonyítékokat keresni. E tudományok szintje azonban akkoriban nyilvánvalóan nem volt elegendő a kontinensek jelenlegi mozgásának rögzítéséhez. 1930-ban Wegener egy grönlandi expedíció során halt meg , de már halála előtt tudta, hogy a tudományos közösség nem fogadta el elméletét.

A kontinens-sodródás elméletét kezdetben kedvezően fogadta a tudományos közösség, 1922-ben azonban több neves szakértő is hevesen bírálta. A fő érv az elmélet ellen a lemezeket mozgató erő kérdése volt. Wegener úgy vélte, hogy a kontinensek az óceánfenék bazaltjai mentén mozognak, de ez hatalmas erőfeszítést igényelt, és senki sem tudta megnevezni ennek az erőnek a forrását. A Coriolis-erőt , az árapály -jelenségeket és néhány mást javasoltak a lemezmozgás forrásaként , azonban a legegyszerűbb számítások azt mutatták, hogy mindez egyáltalán nem elegendő a hatalmas kontinentális blokkok mozgatásához.

Wegener elméletének kritikusai a kontinenseket mozgató erő kérdését helyezték előtérbe, és figyelmen kívül hagyták mindazt a sok tényt, amelyek feltétel nélkül megerősítették az elméletet. Valójában az egyetlen olyan problémát találták, amelyben az új koncepció tehetetlen, és építő kritika nélkül elutasították a fő bizonyítékot. Alfred Wegener halála után a kontinensek elsodródásának elméletét felhagyták a peremtudomány státuszával , és a kutatások túlnyomó többsége továbbra is a geoszinklinok elméletén belül folyt . Igaz, magyarázatot kellett keresnie az állatok kontinenseken való megtelepedésének történetére is. Erre találták ki a szárazföldi hidakat, amelyek összekötik a kontinenseket, de a tenger mélyébe merültek. Ez volt Atlantisz legendájának egy újabb születése . Egyes tudósok nem ismerték fel a világhatóságok ítéletét, és tovább keresték a kontinensek mozgásának bizonyítékait. Tehát Alexander du Toit a Himalája-hegység kialakulását Hindusztán és az eurázsiai lemez ütközésével magyarázta .

A fixisták – ahogy a jelentős vízszintes mozgások hiányának híveit nevezték – és a kontinensek mozgását érvelő mobilisták között újult erővel tört fel az 1960-as években, amikor a fenék tanulmányozása következtében. az óceánok, a Föld nevű „gép” megértésének kulcsai.

Az 1960-as évek elejére elkészült a Világóceán fenekének topográfiai térképe, amely kimutatta, hogy az óceánok közepén óceánközépi gerincek találhatók , amelyek 1,5–2 km-rel az üledékekkel borított mélységi síkságok fölé emelkednek. Ezek az adatok lehetővé tették R. Dietznek és G. Hessnek 1962-1963-ban a terjedési hipotézis előterjesztését . E hipotézis szerint a konvekció körülbelül 1 cm/év sebességgel megy végbe a köpenyben . A konvekciós sejtek felszálló ágai az óceánközépi gerincek alatt köpenyanyagot szállítanak, amely a gerinc tengelyirányú részén 300-400 évente megújítja az óceánfenéket. A kontinensek nem lebegnek az óceáni kérgen, hanem a köpeny mentén mozognak, passzívan "forrasztva" a litoszféra lemezeibe. A terjedés fogalma szerint az óceáni medencék instabil struktúrák, míg a kontinensek stabilak.

1963-ban a terjedő hipotézis erős támogatást kapott az óceán fenekén lévő mágneses szalag anomáliák felfedezésével kapcsolatban. Úgy értelmezték őket, mint a Föld mágneses mezejének megfordulásának rekordját , amelyet az óceánfenék bazaltjainak mágnesezésében rögzítettek. Ezt követően a lemeztektonika megkezdte diadalmenetét a földtudományokban. Egyre több tudós értette meg, hogy ahelyett, hogy időt vesztegetnénk a fixizmus fogalmának védelmére, jobb, ha egy új elmélet szemszögéből nézzük a bolygót, és végül valódi magyarázatot adunk a legbonyolultabb földi folyamatokra.

A lemeztektonikát mostanra a lemezsebességek közvetlen mérésével, távoli kvazárok sugárzási interferometriájával és GPS műholdas navigációs rendszerekkel végzett mérésekkel igazolták . [1] A sokéves kutatás eredményei teljes mértékben megerősítették a lemeztektonika elméletének főbb rendelkezéseit.

A lemeztektonika jelenlegi állapota

Az elmúlt évtizedekben a lemeztektonika jelentősen megváltoztatta alapjait. Most a következőképpen fogalmazhatók meg:

  1. divergencia (divergencia), szakadással és terjedéssel kifejezve;
  2. konvergencia (konvergencia), szubdukcióval és ütközéssel kifejezve;
  3. a csapásos mozgások a geológiai törésvonalakat alakítják át.

A földkéregnek két alapvetően különböző típusa van: a kontinentális kéreg (ősibb) és az óceáni kéreg (200 millió évnél nem régebbi). Egyes litoszférikus lemezek kizárólag óceáni kéregből állnak (példa erre a legnagyobb csendes-óceáni lemez), mások pedig az óceáni kéregbe forrasztott kontinentális kéregtömbből állnak.

A modern korban a Föld felszínének több mint 90%-át 8 legnagyobb litoszféra lemez borítja:

A közepes méretű lemezek közé tartozik az Arab-lemez , valamint a Kókusz -lemez és a Juan de Fuca-lemez , a hatalmas Faralon-lemez maradványai , amelyek a Csendes-óceán fenekének jelentős részét képezték, de mára a szubdukciós zónában eltűntek a Csendes-óceán feneke alatt. Amerika.

A lemezeket mozgató erő

A lemezek vízszintes mozgása a köpeny hő-gravitációs áramai miatt következik be - konvekció . Ezeknek az áramlatoknak az energiaforrása a Föld nagyon magas hőmérsékletű középső régiói (becslések szerint a mag hőmérséklete körülbelül 5000 ° C) és a felszíni hőmérséklet közötti hőmérséklet-különbség. A Föld középső zónáiban felhevült kőzetek kitágulnak (lásd hőtágulás ), sűrűségük csökken, lebegnek, átadják helyét a leszálló hidegebb és ezért sűrűbb tömegeknek, amelyek a hő egy részét már átadták a földkéregnek. Ez a hőátadási folyamat (a könnyű forró tömegek lebegésének és a nehéz hideg tömegek süllyedésének következménye) folyamatosan megy végbe, ami konvektív áramlásokat eredményez. Ezek az áramlások összezáródnak, és stabil konvektív cellákat képeznek, amelyek áramlási irányaiban konzisztensek a szomszédos cellákkal. Ugyanakkor a cella felső részében az anyagáramlás szinte vízszintes síkban történik, és az áramlásnak ez a része az, amely a lemezeket a hatalmas viszkozitás miatt nagy erővel ugyanabba a vízszintes irányba húzza. a köpenyügy. Ha a köpeny teljesen folyékony lenne - a kéreg alatti műanyag köpeny viszkozitása kicsi lenne (például, mint a vízé), akkor a keresztirányú szeizmikus hullámok nem tudnak áthaladni egy ilyen alacsony viszkozitású anyag rétegén . A földkérget pedig egy ilyen anyag áramlása viszonylag kis erővel elvinné. De a nagy nyomás miatt a Mohorovichich felszínén és alatta uralkodó viszonylag alacsony hőmérsékleten a köpenyanyag viszkozitása itt nagyon magas (úgy, hogy az évek skáláján a Föld köpenyének anyaga folyékony (folyékony), másodpercskálán pedig szilárd).

A viszkózus köpenyanyag áramlásának hajtóereje közvetlenül a kéreg alatt a köpeny szabad felületének magasságának különbsége a konvekciós áramlás emelkedése és süllyedése között. Ez a magasságkülönbség, mondhatni az izosztázistól való eltérés nagysága, a kissé melegebb (felszálló részben) és valamivel hidegebb anyag sűrűségkülönbsége miatt alakul ki, mivel az egyensúlyban lévő több és kevésbé forró oszlop tömege ugyanaz (különböző sűrűségeknél). Valójában a szabad felület helyzete nem mérhető, csak kiszámítható (a Mohorovich-felszín magassága + a köpenyanyag oszlopának magassága, ami súlyában egyenértékű a Mohorovich-felszín feletti könnyebb kéregréteggel ). [2]

Ugyanaz a hajtóerő (magasságkülönbség) határozza meg a kéreg rugalmas vízszintes összenyomódásának mértékét a földkéreggel szembeni áramlás viszkózus súrlódási erejével. Ennek a kompressziónak a nagysága kicsi a köpenyáram felfelé ívelő tartományában, és növekszik, ahogy közeledik az áramlás csökkenő helyéhez (a nyomófeszültség átvitele miatt a mozdulatlan szilárd kérgen keresztül az emelkedés helyétől a lefelé irányuló áramlás helye felé. áramlási süllyedés). A leszálló áramlás felett a kéregben olyan nagy a nyomóerő, hogy időről időre túllépik a kéreg szilárdságát (a legkisebb szilárdság és a legnagyobb igénybevétel tartományában), és a kéreg rugalmatlan (képlékeny, rideg) deformációja következik be. kéreg jelentkezik - földrengés. Ugyanakkor teljes hegyláncok, például a Himalája, kiszorulnak a kéreg deformációjának helyéről (több szakaszban). [2]

A plasztikus (törékeny) deformáció során a kéregben nagyon gyorsan (a kéreg földrengés közbeni elmozdulásának sebességével) csökken a feszültség, azaz a nyomóerő a földrengés forrásában és környékén. Ám közvetlenül a rugalmatlan deformáció vége után a feszültség (rugalmas deformáció) nagyon lassú növekedése, amelyet a földrengés megszakított, folytatódik a viszkózus köpenyáramlás nagyon lassú mozgása miatt, elindítva a következő földrengésre való felkészülési ciklust.

Így a lemezek mozgása a Föld központi zónáiból nagyon viszkózus magma általi hőátadás következménye. Ebben az esetben a hőenergia egy része mechanikai munkává alakul át a súrlódási erők leküzdésére, egy része pedig a földkérgen áthaladva a környező térbe sugárzik. Tehát bolygónk bizonyos értelemben egy hőmotor .

Számos hipotézis létezik a Föld belsejében fellépő magas hőmérséklet okával kapcsolatban. A 20. század elején népszerű volt az energia radioaktív természetére vonatkozó hipotézis. Megerősíteni látszott a felső kéreg összetételére vonatkozó becslések, amelyek igen jelentős urán- , kálium- és egyéb radioaktív elemek koncentrációt mutattak , de később kiderült, hogy a földkéreg kőzeteiben a radioaktív elemek tartalma teljesen elégtelen. hogy biztosítsa a megfigyelt mélyhő áramlást. A kéreg alatti anyag radioaktív elemtartalma pedig (az óceánfenék bazaltjaihoz közeli összetételben) elhanyagolhatónak mondható. Ez azonban nem zárja ki a nehéz radioaktív elemek kellően magas tartalmát, amelyek hőt termelnek a bolygó központi zónáiban.

Egy másik modell a melegedést a Föld kémiai differenciálódásával magyarázza. Kezdetben a bolygó szilikát és fémes anyagok keveréke volt. De a bolygó kialakulásával egyidejűleg elkezdődött a különálló héjakká való differenciálódása. A sűrűbb fémrész a bolygó közepére rohant, a szilikátok pedig a felső héjakban koncentrálódtak. Ebben az esetben a rendszer potenciális energiája csökkent és hőenergiává alakult.

Más kutatók úgy vélik, hogy a bolygó felmelegedése a meteoritoknak egy születőben lévő égitest felszínére történő becsapódása során bekövetkezett akkréció eredményeként következett be. Ez a magyarázat kétséges - az akkréció során a hő szinte a felszínen szabadult fel, ahonnan könnyen kijutott az űrbe, és nem a Föld központi területeibe.

Kisebb erők

A lemezek mozgásában meghatározó szerepe van a termikus konvekcióból eredő viszkózus súrlódási erőnek, de ezen kívül más, kisebb, de fontos erők is hatnak a lemezekre. Ezek Arkhimédész erői , amelyek biztosítják a könnyebb kéreg lebegését egy nehezebb köpeny felületén. Árapály-erők , a Hold és a Nap gravitációs befolyása miatt (a gravitációs hatás különbsége a Föld tőlük különböző távolságra lévő pontjaira). Jelenleg a Földön a Hold vonzása által okozott árapály „púp” átlagosan 36 cm. Korábban a Hold volt közelebb, és ez nagyobb léptékben volt, a köpeny deformációja a felmelegedéséhez vezet. Például az Io -n (a Jupiter holdja) megfigyelt vulkanizmust pontosan ezek az erők okozzák - az Io-n az árapály körülbelül 120 m. Valamint a légköri nyomás változásából adódó erők a Föld felszínének különböző részein - légköri a nyomáserők gyakran 3%-kal változnak, ami egy 0,3 m vastag (vagy legalább 10 cm vastag gránit) összefüggő vízrétegnek felel meg. Sőt, ez a változás egy több száz kilométer széles zónában is bekövetkezhet, miközben az árapály-erők változása simábban - több ezer kilométeres távolságban - megy végbe.

Divergens vagy lemezelválasztási határok

Ezek a határok az ellenkező irányba mozgó lemezek között. A Föld domborművében ezeket a határokat hasadékok fejezik ki, húzási alakváltozások érvényesülnek bennük, csökken a kéreg vastagsága, maximális a hőáramlás, aktív vulkanizmus lép fel. Ha kialakul egy ilyen határ a kontinensen, akkor egy kontinentális hasadék alakul ki, amely később óceáni medencévé alakulhat át, amelynek középpontjában óceáni hasadék található. Az óceáni hasadékokban a terjedés új óceáni kéreg kialakulását eredményezi.

Ocean Rifts

Az óceáni kérgen a hasadékok az óceánközépi gerincek központi részeire korlátozódnak. Új óceáni kérget alkotnak. Teljes hosszuk több mint 60 ezer kilométer. Sok hidrotermális forrás korlátozódik rájuk , amelyek a mély hő és az oldott elemek jelentős részét az óceánba szállítják. A magas hőmérsékletű forrásokat fekete dohányzóknak nevezik , jelentős színesfém- tartalékok kapcsolódnak hozzájuk .

Kontinentális szakadások

A kontinens részekre szakadása egy hasadék kialakulásával kezdődik . A kéreg elvékonyodik és szétválik, magmatizmus kezdődik . Körülbelül több száz méter mélységű kiterjesztett lineáris mélyedés képződik, amelyet normál hibák sorozata korlátoz . Ezt követően két forgatókönyv lehetséges: vagy leáll a hasadék tágulása és megtelnek üledékes kőzetek , aulakogénné alakulva , vagy a kontinensek tovább távolodnak egymástól, és közöttük, már tipikusan óceáni hasadékokban, elkezd kialakulni az óceáni kéreg. .

Konvergens határok

A konvergens határok olyan határok, ahol a lemezek ütköznek. Három lehetőség lehetséges ( konvergens lemezhatár ):

  1. Kontinentális lemez óceáni. Az óceáni kéreg sűrűbb, mint a kontinentális kéreg, és egy szubdukciós zónában alászáll a kontinens alá .
  2. Oceanic lemez óceáni. Ebben az esetben az egyik lemez a másik alá kúszik, és egy szubdukciós zóna is kialakul, amely felett egy szigetív képződik .
  3. Kontinentális lemez kontinentális. Ütközés következik be , megjelenik egy erősen összehajtott terület. A klasszikus példa a Himalája .

Ritka esetekben az óceáni kéreg rászorul a kontinentális kéregre - obdukció . Ezzel a folyamattal jöttek létre Ciprus , Új-Kaledónia , Omán és mások ofiolitjai .

A szubdukciós zónákban az óceáni kéreg felszívódik, és ezáltal kompenzálódik annak megjelenése az óceánközépi gerincekben . Kivételesen összetett kölcsönhatási folyamatok zajlanak bennük a kéreg és a köpeny között. Így az óceáni kéreg kontinentális kéregtömböket húzhat a köpenybe, amelyek alacsony sűrűségük miatt visszakerülnek a kéregbe. Így keletkeznek az ultramagas nyomású metamorf komplexumok, a modern geológiai kutatások egyik legnépszerűbb tárgya.

A legtöbb modern szubdukciós zóna a Csendes-óceán perifériáján található , és a csendes-óceáni tűzgyűrűt alkotja. A lemezkonvergencia zónában lezajló folyamatok a geológiában a legösszetettebbek közé tartoznak. Különböző eredetű tömböket kever össze, új kontinentális kérget képezve.

Aktív kontinentális margók

Aktív kontinentális perem ott van, ahol az óceáni kéreg egy kontinens alá süllyed. Ennek a geodinamikai beállításnak a mércéje Dél-Amerika nyugati partvidéke , gyakran nevezik Andok típusú kontinentális peremnek. Az aktív kontinentális peremet számos vulkán és általában erős magmatizmus jellemzi. Az olvadéknak három összetevője van: az óceáni kéreg, a felette lévő köpeny és a kontinentális kéreg alsó részei.

Az aktív kontinentális perem alatt aktív mechanikai kölcsönhatás zajlik az óceáni és a kontinentális lemezek között. Az óceáni kéreg sebességétől, korától és vastagságától függően többféle egyensúlyi forgatókönyv lehetséges. Ha a lemez lassan mozog és viszonylag kis vastagságú, akkor a kontinens lekaparja róla az üledéktakarót. Az üledékes kőzetek intenzív gyűrődésekké zúzódnak, átalakulnak, és a kontinentális kéreg részévé válnak. Az így kapott szerkezetet akkréciós éknek nevezzük . Ha nagy a szubdukciós lemez sebessége és vékony az üledéktakaró, akkor az óceáni kéreg kitörli a kontinens fenekét és behúzza a köpenybe.

Szigetívek

A szigetívek vulkáni szigetekből álló láncok egy szubdukciós zóna felett, ahol egy óceáni lemez egy másik óceáni lemez alá süllyed. Az Aleut- , Kuril- , Mariana-szigetek és sok más szigetcsoport tipikus modern szigetívnek nevezhető . A japán szigeteket gyakran szigetívként is emlegetik, de alapjuk nagyon ősi, és valójában több, különböző korú szigetív komplexum alkotja őket, így a japán szigetek egy mikrokontinenst alkotnak .

A szigetívek két óceáni lemez ütközésekor keletkeznek. Ebben az esetben az egyik lemez alul van, és felszívódik a köpenybe. A felső lemezen szigetíves vulkánok alakulnak ki. A szigetív ívelt oldala az elnyelt födém felé irányul. Ezen az oldalon egy mélyvízi árok és egy előíves vályú található.

A szigetív mögött egy hátsó ívű medence található (tipikus példák: Okhotszki - tenger, Dél-kínai-tenger stb.), amelyben terjedés is előfordulhat.

Kontinensek ütközése

A kontinentális lemezek ütközése a kéreg összeomlásához és hegyláncok kialakulásához vezet. Az ütközésre példa az alpesi-himalájai hegyi öv , amely a Tethys -óceán elzáródása, valamint a Hindusztán és Afrika eurázsiai lemezével való ütközés következtében alakult ki . Ennek eredményeként a kéreg vastagsága jelentősen megnő, a Himalája alatt 70 km. Ez egy instabil szerkezet, intenzíven tönkreteszi a felszíni és tektonikus erózió . A kéregben lévő metamorf üledékes és magmás kőzetekből meredeken megnövekedett vastagságban olvasztják ki a gránitokat . Így keletkeztek a legnagyobb batolitok , például az Angara-Vitimsky és a Zerenda .

Szegélyek átalakítása

Ahol a lemezek párhuzamos pályán, de eltérő sebességgel mozognak, transzformációs hibák lépnek fel – grandiózus nyírási hibák, amelyek elterjedtek az óceánokban, és ritkák a kontinenseken.

Transform Rifts

Az óceánokban a transzformációs vetők a közép-óceáni gerincekre (MOR) merőlegesen futnak, és átlagosan 400 km széles szegmensekre bontják őket. A gerinc szegmensei között van a transzformációs hiba aktív része. Ezen a területen folyamatosan előfordulnak földrengések és hegyépítés, a törés körül számos tollazat képződik - lökések, ráncok és grabens. Ennek eredményeként a köpenykőzetek gyakran feltárulnak a törészónában.

A MOR szegmensek mindkét oldalán transzformációs hibák inaktív részei találhatók. Aktív mozgások nem fordulnak elő bennük, de az óceánfenék topográfiájában világosan kifejeződnek lineáris kiemelkedésként, központi mélyedéssel.

A transzformációs hibák szabályos rácsot alkotnak, és nyilvánvalóan nem véletlenül, hanem objektív fizikai okokból keletkeznek. A numerikus modellezési adatok, termofizikai kísérletek és geofizikai megfigyelések kombinációja lehetővé tette annak kiderítését, hogy a köpenykonvekció háromdimenziós szerkezetű. A konvektív cellában a MOR főáramán kívül az áramlás felső részének lehűlése miatt hosszirányú áramlások keletkeznek. Ez a lehűlt anyag a köpeny áramlásának fő iránya mentén rohan lefelé. Ennek a másodlagos leszálló áramlásnak a zónáiban találhatók a transzformációs hibák. Ez a modell jól illeszkedik a hőáramra vonatkozó adatokhoz: a transzformációs hibákon csökkenés figyelhető meg.

Változások a kontinensek között

A nyírólemez határok a kontinenseken viszonylag ritkák. Talán az egyetlen jelenleg aktív példa az ilyen típusú határokra a San Andreas -törés , amely elválasztja az észak-amerikai lemezt a Csendes -óceántól . A 800 mérföldes San Andreas-törés a bolygó szeizmikusan legaktívabb régióinak egyike: a lemezek egymáshoz képest évente 0,6 cm-rel tolódnak el, a 6 egységnél nagyobb erősségű földrengések átlagosan 22 évente egyszer fordulnak elő. San Francisco városa és a San Francisco-öböl térségének nagy része ennek a hibának a közvetlen közelében épült.

Intraplate folyamatok

A lemeztektonika első megfogalmazásai azt állították, hogy a vulkanizmus és a szeizmikus jelenségek a lemezek határai mentén koncentrálódnak, de hamar kiderült, hogy a lemezek belsejében sajátos tektonikai és magmás folyamatok zajlanak, amelyeket szintén ezen elmélet keretei között értelmeztek. A lemezen belüli folyamatok között kiemelt helyet foglaltak el egyes területeken a hosszan tartó bazaltos magmatizmus jelenségei, az úgynevezett hot spotok.

Hotspotok

Számos vulkáni eredetű sziget található az óceánok fenekén. Némelyikük egymás után változó korú láncokban helyezkedik el. Egy ilyen víz alatti gerinc klasszikus példája a Hawaii tengeralattjáró gerince . Az óceán felszíne fölé emelkedik a Hawaii-szigetek formájában , ahonnan folyamatosan növekvő korú tengerhegyek láncolata húzódik északnyugatra, amelyek közül néhány, például a Midway Atoll , a felszínre kerül. Körülbelül 3000 km-re Hawaiitól a lánc kissé észak felé fordul, és már Birodalmi tartománynak hívják . Egy mélyvízi vályúban szakad meg az Aleut-sziget íve előtt .

Ennek a csodálatos szerkezetnek a magyarázatára azt javasolták, hogy a Hawaii-szigetek alatt van egy forró pont - egy olyan hely, ahol forró köpenyáramlás emelkedik a felszínre, amely megolvasztja a felette mozgó óceáni kérget. Jelenleg sok ilyen pont van a Földön. Az ezeket okozó köpenyáramlást csónaknak nevezték . Egyes esetekben a csóvaanyag kivételesen mély eredetét feltételezik, egészen a mag-köpeny határáig.

A hot spot hipotézis is kifogásokat vet fel. Tehát monográfiájában Sorokhtin és Ushakov összeegyeztethetetlennek tartja a köpeny általános konvekciójának modelljével, és rámutat arra is, hogy a hawaii vulkánokban kitörő magmák viszonylag hidegek, és nem jelzik a hiba következtében megnövekedett hőmérsékletet az asztenoszférában. . „E tekintetben gyümölcsöző D. Tarkot és E. Oksburg (1978) hipotézise, ​​amely szerint a litoszféra lemezei a forró köpeny felületén mozogva kénytelenek alkalmazkodni a Föld forgási ellipszoidjának változó görbületéhez. És bár a litoszféra lemezek görbületi sugarai jelentéktelen mértékben változnak (csak egy százalék töredékével), deformációjuk több száz rúd nagyságrendű túlzott húzó- vagy nyírófeszültségek megjelenését okozza a nagy lemezek testében.

Csapdák és óceáni fennsíkok

A hosszú távú hotspotok mellett a lemezek belsejében olykor grandiózus olvadékkitörések is előfordulnak, amelyek a kontinenseken csapdákat , az óceánokban pedig óceáni fennsíkokat képeznek . Az ilyen típusú magmatizmus sajátossága, hogy geológiailag rövid idő alatt  - több millió éves nagyságrendben -, de hatalmas területeket (több tízezer km²-t) fed le; ugyanakkor a számukhoz mérhető kolosszális mennyiségű bazalt ömlik ki, kristályosodva az óceán közepén.

A szibériai csapdák ismertek a Kelet-Szibériai Platformon , a Deccan-fennsík csapdái a hindusztáni kontinensen és még sokan mások. Feltételezik, hogy a csapdákat a forró köpenyáramlások is okozzák, de a forró pontokkal ellentétben ezek rövid életűek, és nem teljesen egyértelmű a különbség köztük.

A forró pontok és csapdák alapot adtak az úgynevezett csóvageotektonika létrejöttéhez , amely szerint nemcsak a szabályos konvekció, hanem a csóvák is jelentős szerepet játszanak a geodinamikai folyamatokban. A tollatektonika nem mond ellent a lemeztektonikának, hanem kiegészíti azt.

A lemeztektonika mint a tudományok rendszere

A tektonika többé nem tekinthető pusztán geológiai fogalomnak. Valamennyi geotudományban kulcsszerepet játszik, többféle módszertani megközelítést azonosítottak benne, eltérő alapkoncepciókkal és elvekkel.

A kinematikai megközelítés szempontjából a lemezek mozgása a gömbön lévő alakzatok mozgásának geometriai törvényeivel írható le . A Földet különböző méretű lemezek mozaikjának tekintik, amelyek egymáshoz és a bolygóhoz képest mozognak. A paleomágneses adatok lehetővé teszik a mágneses pólus helyzetének rekonstruálását az egyes lemezekhez képest különböző időpontokban. A különböző lemezekre vonatkozó adatok általánosítása a lemezek relatív elmozdulásának teljes sorozatának rekonstruálásához vezetett. Ezen adatok statikus hotspotokból származó információkkal való kombinálása lehetővé tette a lemezek abszolút mozgásának és a Föld mágneses pólusainak mozgástörténetének meghatározását.

A termofizikai megközelítés a Földet hőmotornak tekinti , amelyben a hőenergia részben mechanikai energiává alakul. Ennek a megközelítésnek a keretein belül az anyag mozgását a Föld belső rétegeiben egy viszkózus folyadék áramlásaként modellezzük, amelyet a Navier-Stokes egyenletek írnak le . A köpenykonvekciót fázisátalakulások és kémiai reakciók kísérik, amelyek meghatározó szerepet játszanak a köpenyáramlások szerkezetében. A geofizikai szondázási adatok, a termofizikai kísérletek eredményei, valamint az analitikai és numerikus számítások alapján a tudósok igyekeznek részletezni a köpenykonvekció szerkezetét, megtalálni az áramlási sebességeket és a mélységi folyamatok egyéb fontos jellemzőit. Ezek az adatok különösen fontosak a Föld legmélyebb részei - az alsó köpeny és a mag - szerkezetének megértéséhez, amelyek közvetlen tanulmányozásra nem hozzáférhetők, de kétségtelenül óriási hatással vannak a bolygó felszínén zajló folyamatokra.

Geokémiai megközelítés . A geokémiában a lemeztektonika fontos, mint a Föld különböző héjai közötti folyamatos anyag- és energiacsere mechanizmusa. Minden geodinamikai beállítást sajátos kőzettársulások jellemeznek. Ezek a jellemző tulajdonságok pedig felhasználhatók annak a geodinamikai beállításnak a meghatározására, amelyben a kőzet keletkezett.

Történelmi megközelítés . A Föld bolygó történetének értelmében a lemeztektonika a kontinensek összekapcsolódásának és kettéválásának, a vulkáni láncok születésének és kihalásának, az óceánok és tengerek megjelenésének és bezárásának története. Mára a nagy kéregtömböknél a mozgástörténetet nagy részletességgel és hosszú időn keresztül feltárták, de a kislemezeknél sokkal nagyobb a módszertani nehézség. A legbonyolultabb geodinamikai folyamatok a lemezütközési zónákban zajlanak, ahol hegyláncok alakulnak ki, amelyek sok kis heterogén tömbből - terránokból állnak . A Sziklás-hegység tanulmányozása során megszületett a geológiai kutatás egy speciális iránya - a terránelemzés , amely egy sor módszert tartalmazott a terránok azonosítására és történetének rekonstruálására.

Lemeztektonika más bolygókon

Jelenleg nincs bizonyíték a modern lemeztektonikára a Naprendszer más bolygóin . A Mars mágneses terének 1999 -ben a Mars Global Surveyor űrállomás által végzett tanulmányai azt mutatják, hogy a múltban lemeztektonika létezett a Marson.

Az Európán zajló jégtektonikai folyamatok egy része hasonló a Földön zajlóhoz .

Mikor kezdődött a lemeztektonika a Földön

A kontinentális kéreg első tömbjei, a kratonok az archeusban keletkeztek a Földön , ezzel egy időben megkezdődött a vízszintes mozgásuk is, de a modern típusú lemeztektonika mechanizmusának teljes jelkészlete csak a késő proterozoikumban található meg . Ezt megelőzően a köpeny másfajta tömegtranszfer szerkezettel rendelkezhetett, amelyben nem az egyenletes konvektív áramlásoknak, hanem a turbulens konvekciónak és a csóváknak volt nagy szerepe .

A múltban[ mikor? ] nagyobb volt a bolygó beléből kiáramló hőáram így a kéreg vékonyabb volt a sokkal vékonyabb kéreg alatti nyomás is sokkal alacsonyabb volt. És lényegesen alacsonyabb nyomáson és valamivel magasabb hőmérsékleten a köpenykonvekciós áramlások viszkozitása közvetlenül a kéreg alatt sokkal alacsonyabb volt, mint a jelenlegi. Ezért a köpenyáramlás felszínén lebegő, a mainál kevésbé viszkózus kéregben csak viszonylag kis rugalmas alakváltozások keletkeztek. A jelenleginél kevésbé viszkózus konvekciós áramok által a kéregben keltett mechanikai feszültségek pedig nem voltak elegendőek ahhoz, hogy meghaladják a kéregkőzetek végső szilárdságát. Ezért talán nem volt olyan tektonikus tevékenység, mint később. .

Múltbeli lemezmozgások

A múltbeli lemezmozgások rekonstrukciója a földtani kutatások egyik fő tárgya. Változó részletességgel rekonstruálták a kontinensek elhelyezkedését és a tömböket, amelyekből kialakultak az archeanig.

A kontinensek mozgásának elemzéséből empirikus megfigyelés született, hogy 400-600 millió évenként a kontinensek egy hatalmas kontinenssé gyűlnek össze, amely szinte a teljes kontinenskérget tartalmazza - egy szuperkontinenssé . A modern kontinensek 200-150 millió évvel ezelőtt alakultak ki, a Pangea szuperkontinens kettéválása következtében . Most a kontinensek a szinte maximális elkülönülés szakaszában vannak. Az Atlanti-óceán tágul, a Csendes -óceán pedig bezárul. Hindusztán északra költözik, és összezúzza az eurázsiai lemezt, de úgy tűnik, ennek a mozgásnak az erőforrásai már majdnem kimerültek, és a közeljövőben egy új szubdukciós zóna jelenik meg az Indiai-óceánon , amelyben az Indiai-óceán óceáni kérge felszívódik az indiai kontinens alatt.

A lemezmozgások hatása az éghajlatra

A nagy kontinentális tömegek sarkvidéki elhelyezkedése hozzájárul a bolygó hőmérsékletének általános csökkenéséhez, mivel jégtakarók képződhetnek a kontinenseken . Minél fejlettebb az eljegesedés, annál nagyobb a bolygó albedója és annál alacsonyabb az éves átlagos hőmérséklet.

Ezenkívül a kontinensek egymáshoz viszonyított helyzete meghatározza az óceáni és a légköri keringést.

Egy egyszerű és logikus séma azonban: kontinensek a sarki régiókban - eljegesedés, kontinensek az egyenlítői régiókban - hőmérséklet-emelkedés, tévesnek bizonyul, ha összehasonlítjuk a Föld múltjával kapcsolatos geológiai adatokkal. A negyedidőszaki eljegesedés valóban akkor következett be, amikor az Antarktisz megjelent a Déli-sark térségében , és az északi féltekén Eurázsia és Észak-Amerika megközelítette az Északi-sarkot. Másrészt a legerősebb proterozoikum eljegesedés , amely során a Földet szinte teljesen jég borította, akkor következett be, amikor a kontinentális tömegek többsége az egyenlítői régióban volt.

Emellett a kontinensek helyzetében jelentős változások következnek be mintegy tízmillió éves periódusban, miközben a jégkorszakok teljes időtartama több millió évre tehető, és egy-egy glaciális korszak alatt az eljegesedések és interglaciális időszakok ciklikus változásai következnek be. . Mindezek az éghajlati változások gyorsan bekövetkeznek a kontinensek mozgási sebességéhez képest, ezért a lemezmozgás nem lehet az oka.

A fentiekből következik, hogy a tányérmozgások nem játszanak döntő szerepet a klímaváltozásban, de fontos további „nyomó” tényezőt jelenthetnek.

A lemeztektonika jelentősége

A lemeztektonika olyan szerepet játszott a földtudományokban, mint a heliocentrikus elmélet a csillagászatban , vagy a DNS felfedezése a genetikában . A lemeztektonika elméletének elfogadása előtt a földtudományok leíró jellegűek voltak. A természeti objektumok leírásában magas szintű tökéletességet értek el, de ritkán tudták megmagyarázni a folyamatok okait. A geológia különböző ágaiban ellentétes fogalmak dominálhattak. A lemeztektonika összekapcsolta a Föld különböző tudományait, előrejelző erőt adott nekik.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Asztronet > Szférikus csillagászat . Letöltve: 2006. február 27. Az eredetiből archiválva : 2007. január 5..
  2. ↑ 1 2 Shumilov V. N. A földrengések fő mozgatórugói, a kontinensek sodródása és a hegyek felépítése. Földrengés-előrejelzés és kiváltó erők archiválva 2007. október 1-én a Wayback Machine -nél

Irodalom

Linkek

Angolul

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban
 Geológia
elméleti
Dinamikus
történelmi
Alkalmazott
Egyéb
Kategória Geológia
 föld
A Föld története Föld bolygó
A Föld fizikai tulajdonságai
A Föld héjai
Földrajz
és geológia
Környezet
Lásd még
  • " Természet " kategória
  • "Tudomány" portál