Pladetektonik

Pladetektonik  er en moderne videnskabelig idé i geotektonikken om litosfærens struktur og bevægelse , ifølge hvilken jordskorpen består af relativt integrerede blokke - litosfæriske plader , som er i konstant bevægelse i forhold til hinanden. Samtidig dannes der i ekspansionszoner ( midt-ocean-rygge og kontinentale sprækker) som følge af spredning ( spredning af engelsk  havbund  - spredning af havbunden), en ny oceanisk skorpe , og den gamle absorberes i subduktionszoner . Teorien om pladetektonik forklarer forekomsten af ​​jordskælv , vulkansk aktivitet og bjergbygningsprocesser , for det meste begrænset til pladegrænser.

Ideen om bevægelse af jordskorpeblokke blev først fremsat i teorien om kontinentaldrift , foreslået af Alfred Wegener i 1920'erne. Denne teori blev oprindeligt forkastet. Genoplivningen af ​​ideen om bevægelser i jordens faste skal (" mobilisme ") fandt sted i 1960'erne, da der som et resultat af undersøgelser af havbundens relief og geologi blev opnået data, der indikerer processerne af ekspansion (spredning) af havskorpen og subduktion af nogle dele af skorpen under andre (subduktion). Kombinationen af ​​disse ideer med den gamle teori om kontinentaldrift gav anledning til den moderne teori om pladetektonik, som snart blev et accepteret begreb i geovidenskaberne .

I teorien om pladetektonik er nøglepositionen besat af konceptet om de geodynamiske omgivelser  - en karakteristisk geologisk struktur med et vist forhold mellem plader. I de samme geodynamiske omgivelser forekommer den samme type tektoniske, magmatiske, seismiske og geokemiske processer.

Teorihistorie

Grundlaget for teoretisk geologi i begyndelsen af ​​det 20. århundrede var kontraktionshypotesen . Jorden afkøles som et bagt æble, og der kommer rynker på den i form af bjergkæder. Disse ideer blev udviklet af teorien om geosynkliner , skabt på grundlag af studiet af foldede formationer. Denne teori blev formuleret af James Dana , som tilføjede princippet om isostasi til kontraktionshypotesen . Ifølge dette koncept er Jorden sammensat af granitter ( kontinenter ) og basalter (have). Når Jorden presses sammen i havene - lavninger , opstår der tangentielle kræfter, der lægger pres på kontinenterne. Sidstnævnte rejser sig op i bjergkæderne og kollapser derefter. Materialet, der opnås som følge af ødelæggelse, aflejres i fordybningerne.

Denne ordning blev modarbejdet af den tyske meteorolog Alfred Wegener . Den 6. januar 1912 holdt han et foredrag på et møde i det tyske geologiske selskab om kontinentaldrift . Den oprindelige præmis for skabelsen af ​​teorien var sammenfaldet af konturerne af Afrikas vestkyst og det østlige Sydamerika . Hvis disse kontinenter forskydes, falder de sammen, som om de er dannet som et resultat af opsplitning af det ene moderkontinent.

Wegener var ikke tilfreds med sammenfaldet af konturerne af kysterne (som gentagne gange blev bemærket før ham), men begyndte intensivt at søge efter beviser for teorien. For at gøre dette studerede han geologien af ​​kysterne på begge kontinenter og fandt mange lignende geologiske komplekser, der faldt sammen, når de blev kombineret, ligesom kystlinjen. Paleoklimatiske rekonstruktioner, palæontologiske og biogeografiske argumenter blev en anden retning for at bevise teorien . Mange dyr og planter har begrænset rækkevidde på begge sider af Atlanterhavet. De ligner hinanden meget, men er adskilt af mange kilometer vand, og det er svært at antage, at de krydsede havet .

Derudover begyndte Wegener at lede efter geofysiske og geodætiske beviser. Men på det tidspunkt var niveauet af disse videnskaber tydeligvis ikke tilstrækkeligt til at fikse den nuværende bevægelse af kontinenterne. I 1930 døde Wegener under en ekspedition til Grønland , men før sin død vidste han allerede, at det videnskabelige samfund ikke accepterede hans teori.

Oprindeligt blev teorien om kontinentaldrift accepteret positivt af det videnskabelige samfund, men i 1922 blev den alvorligt kritiseret af flere kendte eksperter på én gang. Hovedargumentet imod teorien var spørgsmålet om den kraft , der bevæger pladerne. Wegener mente, at kontinenterne bevæger sig langs havbundens basalter, men dette krævede en enorm indsats, og ingen kunne nævne kilden til denne kraft. Coriolis-kraften , tidevandsfænomener og nogle andre blev foreslået som en kilde til pladebevægelse , men de enkleste beregninger viste, at alle af dem absolut ikke er nok til at flytte enorme kontinentale blokke.

Kritikere af Wegeners teori satte spørgsmålet om den kraft, der bevæger kontinenterne, på spidsen, og ignorerede alle de mange fakta, der ubetinget bekræftede teorien. Faktisk fandt de det eneste problem, hvor det nye koncept var magtesløst, og uden konstruktiv kritik afviste de hovedbeviserne. Efter Alfred Wegeners død blev teorien om kontinentaldrift opgivet, givet status som en randvidenskab , og langt størstedelen af ​​forskningen fortsatte med at blive udført inden for teorien om geosynkliner . Sandt nok måtte hun også lede efter forklaringer på historien om dyrs bosættelse på kontinenterne. Til dette blev der opfundet landbroer, der forbandt kontinenterne, men styrtede ned i havets dybder. Dette var endnu en fødsel af legenden om Atlantis . Nogle videnskabsmænd anerkendte ikke verdensmyndighedernes dom og fortsatte med at søge efter beviser for kontinenternes bevægelse. Så Alexander du Toit forklarede dannelsen af ​​Himalaya-bjergene ved kollisionen mellem Hindustan og den eurasiske plade .

Den sløve kamp mellem fiksisterne, som tilhængerne af fraværet af væsentlige horisontale bevægelser blev kaldt, og mobilisterne, der hævdede, at kontinenterne flyttede sig, blussede op med fornyet kraft i 1960'erne, hvor man som følge af at studere bunden af havene, nøglerne til at forstå "maskinen" kaldet Jorden.

I begyndelsen af ​​1960'erne blev der udarbejdet et topografikort over bunden af ​​verdenshavet, som viste, at midt-ocean-rygge er placeret i midten af ​​oceanerne , som rejser sig 1,5-2 km over de afgrundsfyldte sletter dækket af sedimenter. Disse data gjorde det muligt for R. Dietz og G. Hess i 1962-1963 at fremsætte spredningshypotesen . Ifølge denne hypotese sker konvektion i kappen med en hastighed på omkring 1 cm/år. Stigende grene af konvektionsceller udfører kappemateriale under midthavets højdedrag, som fornyer havbunden i den aksiale del af højderyggen hvert 300-400 år. Kontinenter flyder ikke på havskorpen, men bevæger sig langs kappen og bliver passivt "loddet" ind i de litosfæriske plader. Ifølge begrebet spredning er havbassiner ustabile strukturer, mens kontinenter er stabile.

I 1963 fik spredningshypotesen stærk støtte i forbindelse med opdagelsen af ​​båndmagnetiske anomalier på havbunden. De er blevet fortolket som en registrering af vendinger af Jordens magnetfelt , registreret i magnetiseringen af ​​havbundens basalter. Derefter begyndte pladetektonikken sin triumfmarch i jordvidenskaberne. Flere og flere videnskabsmænd forstod, at i stedet for at spilde tid på at forsvare begrebet fiksisme, var det bedre at se på planeten fra en ny teoris synspunkt og endelig begynde at give rigtige forklaringer på de mest komplekse jordiske processer.

Pladetektonik er nu blevet bekræftet ved direkte målinger af pladehastigheder ved hjælp af strålingsinterferometri fra fjerne kvasarer og målinger ved hjælp af GPS -satellitnavigationssystemer . [1] Resultaterne af mange års forskning har fuldt ud bekræftet de vigtigste bestemmelser i teorien om pladetektonik.

Nuværende tilstand af pladetektonik

I løbet af de sidste årtier har pladetektonikken ændret dets grundlæggende principper betydeligt. Nu kan de formuleres som følger:

  1. divergens (divergens), udtrykt ved riftning og spredning;
  2. konvergens (konvergens), udtrykt ved subduktion og kollision;
  3. skridende bevægelser langs transformere geologiske forkastninger.

Der er to grundlæggende forskellige typer af jordskorpen - den kontinentale skorpe (mere gammel) og den oceaniske skorpe (ikke ældre end 200 millioner år). Nogle litosfæriske plader består udelukkende af oceanisk skorpe (et eksempel er den største stillehavsplade), andre består af en blok af kontinental skorpe loddet ind i oceanisk skorpe.

Mere end 90% af jordens overflade i den moderne æra er dækket af 8 største litosfæriske plader:

Mellemstore plader omfatter den arabiske plade , såvel som Cocos -pladen og Juan de Fuca-pladen , rester af den enorme Faralon-plade , som udgjorde en væsentlig del af Stillehavets bund, men nu er forsvundet i subduktionszonen under Amerika.

Kraften, der flytter plader

Den vandrette bevægelse af plader opstår på grund af kappens varme-tyngdekraftstrømme - konvektion . Energikilden til disse strømme er temperaturforskellen mellem de centrale områder af Jorden, som har en meget høj temperatur (ifølge skøn er kernens temperatur omkring 5000 ° C) og temperaturen på dens overflade. De klipper, der opvarmes i Jordens centrale zoner, udvider sig (se termisk ekspansion ), deres tæthed falder, og de flyder og giver plads til nedadgående koldere og derfor tættere masser, der allerede har afgivet en del af varmen til jordskorpen. Denne varmeoverførselsproces (en konsekvens af svævning af lette varme masser og nedsænkning af tunge kolde masser) fortsætter kontinuerligt, hvilket resulterer i konvektive strømme. Disse strømme lukker sig om sig selv og danner stabile konvektionsceller, der er konsistente i strømningsretninger med naboceller. Samtidig sker der i den øverste del af cellen stofstrømmen i et næsten vandret plan, og det er denne del af flowet, der trækker pladerne i samme vandrette retning med stor kraft på grund af den enorme viskositet af kappe sagen. Hvis kappen var fuldstændig flydende - viskositeten af ​​plastkappen under skorpen ville være lille (for eksempel som vand), så kunne tværgående seismiske bølger ikke passere gennem et lag af et sådant stof med lav viskositet . Og jordskorpen ville blive båret væk af strømmen af ​​et sådant stof med en relativt lille kraft. Men på grund af højt tryk, ved relativt lave temperaturer, der hersker på overfladen af ​​Mohorovichich og derunder, er viskositeten af ​​kappestoffet her meget høj (så på en skala af år er stoffet i Jordens kappe flydende (væske), og på en skala af sekunder er den solid).

Drivkraften for strømmen af ​​tyktflydende kappestof direkte under skorpen er forskellen i højderne af den frie overflade af kappen mellem området for stigning og fald af konvektionsstrømmen. Denne højdeforskel, kan man sige, størrelsen af ​​afvigelsen fra isostasi, dannes på grund af forskellen i tæthed af lidt varmere (i den stigende del) og lidt koldere stof, da vægten af ​​mere og mindre varme søjler i ligevægt er det samme (ved forskellige tætheder). Faktisk kan positionen af ​​den frie overflade ikke måles, den kan kun beregnes (højden af ​​Mohorovichic-overfladen + højden af ​​søjlen af ​​kappestof, som i vægt svarer til et lag af lettere skorpe over Mohorovichic-overfladen ). [2]

Den samme drivkraft (højdeforskel) bestemmer graden af ​​elastisk vandret kompression af skorpen ved kraften af ​​viskøs friktion af strømmen mod jordskorpen. Størrelsen af ​​denne kompression er lille i området for kappestrømmen, der stiger og stiger, når den nærmer sig det sted, hvor strømningen falder (på grund af overførslen af ​​kompressionsspænding gennem den faste faste skorpe i retningen fra stigningsstedet til stedet for flow-nedstigning). Over den faldende strømning er kompressionskraften i skorpen så stor, at skorpen fra tid til anden overskrides (i området med den laveste styrke og højeste spænding), og en uelastisk (plastisk, skør) deformation af skorpe opstår - et jordskælv. Samtidig bliver hele bjergkæder, for eksempel Himalaya, presset ud af stedet for deformation af skorpen (i flere faser). [2]

Under plastisk (skør) deformation falder spændingen i skorpen meget hurtigt (med hastigheden af ​​forskydning af skorpen under et jordskælv), dvs. kompressionskraften i jordskælvskilden og dens omgivelser. Men umiddelbart efter afslutningen af ​​uelastisk deformation fortsætter en meget langsom stigning i stress (elastisk deformation) afbrudt af jordskælvet på grund af den meget langsomme bevægelse af den tyktflydende kappestrøm, der starter forberedelsescyklussen til det næste jordskælv.

Pladernes bevægelse er således en konsekvens af overførslen af ​​varme fra Jordens centrale zoner med meget tyktflydende magma. I dette tilfælde omdannes en del af den termiske energi til mekanisk arbejde for at overvinde friktionskræfter, og en del, der har passeret gennem jordskorpen, udstråles i det omgivende rum. Så vores planet er på en måde en varmemotor .

Der er flere hypoteser om årsagen til den høje temperatur i Jordens indre. I begyndelsen af ​​det 20. århundrede var hypotesen om denne energis radioaktive natur populær. Det så ud til at blive bekræftet af skøn over sammensætningen af ​​den øvre skorpe, som viste meget betydelige koncentrationer af uran , kalium og andre radioaktive grundstoffer , men det viste sig senere, at indholdet af radioaktive grundstoffer i klipperne i jordskorpen er fuldstændig utilstrækkeligt. for at sikre den observerede strøm af dyb varme. Og indholdet af radioaktive grundstoffer i det underjordiske stof (i sammensætning tæt på havbundens basalter) kan siges at være ubetydeligt. Dette udelukker dog ikke et tilstrækkeligt højt indhold af tunge radioaktive grundstoffer, der genererer varme i planetens centrale zoner.

En anden model forklarer opvarmningen ved kemisk differentiering af Jorden. I begyndelsen var planeten en blanding af silikat og metalliske stoffer. Men samtidig med dannelsen af ​​planeten begyndte dens differentiering i separate skaller. Den tættere metaldel skyndte sig til midten af ​​planeten, og silikaterne blev koncentreret i de øverste skaller. I dette tilfælde faldt systemets potentielle energi og blev til termisk energi.

Andre forskere mener, at opvarmningen af ​​planeten skete som et resultat af tilvækst under nedslag af meteoritter på overfladen af ​​et spirende himmellegeme. Denne forklaring er tvivlsom - under tilvækst blev varme frigivet næsten på overfladen, hvorfra den let slap ud i rummet og ikke ind i de centrale områder af Jorden.

Mindre kræfter

Kraften af ​​tyktflydende friktion, der opstår ved termisk konvektion, spiller en afgørende rolle for pladernes bevægelser, men udover det virker andre, mindre, men også vigtige kræfter på pladerne. Disse er kræfterne fra Archimedes , som sikrer, at en lettere skorpe svæver på overfladen af ​​en tungere kappe. Tidevandskræfter på grund af Månens og Solens gravitationspåvirkning (forskellen i deres gravitationspåvirkning på punkter på Jorden i forskellige afstande fra dem). Nu er tidevandets "pukkel" på Jorden, forårsaget af Månens tiltrækning, i gennemsnit omkring 36 cm. Tidligere var Månen tættere på, og dette var i større skala, deformationen af ​​kappen fører til dens opvarmning. For eksempel skyldes vulkanismen, der er observeret på Io (en måne af Jupiter) netop disse kræfter - tidevandet på Io er omkring 120 m. Samt de kræfter, der opstår ved ændringer i atmosfærisk tryk på forskellige dele af jordens overflade - atmosfæriske trykkræfter ændrer sig ret ofte med 3 %, hvilket svarer til et kontinuerligt lag vand på 0,3 m tykt (eller granit mindst 10 cm tykt). Desuden kan denne ændring forekomme i en zone, der er hundredvis af kilometer bred, mens ændringen i tidevandskræfter sker mere jævnt - i afstande på tusinder af kilometer.

Divergente eller pladeadskillelsesgrænser

Disse er grænserne mellem plader, der bevæger sig i modsatte retninger. I jordens relief er disse grænser udtrykt af rifter, trækdeformationer hersker i dem, tykkelsen af ​​skorpen reduceres, varmestrømmen er maksimal, og aktiv vulkanisme opstår. Hvis en sådan grænse dannes på kontinentet, så dannes der en kontinental sprække, som senere kan blive til et oceanisk bassin med en oceanisk sprække i midten. I oceaniske sprækker resulterer spredning i dannelsen af ​​ny oceanisk skorpe.

Ocean Rifts

På den oceaniske skorpe er sprækker begrænset til de centrale dele af de midt-oceanske højdedrag. De danner en ny oceanisk skorpe. Deres samlede længde er mere end 60 tusinde kilometer. Mange hydrotermiske kilder er begrænset til dem , som fører en betydelig del af den dybe varme og opløste elementer ud i havet. Højtemperaturkilder kaldes sorte rygere , betydelige reserver af ikke-jernholdige metaller er forbundet med dem .

Kontinentale sprækker

Opdelingen af ​​kontinentet i dele begynder med dannelsen af ​​en sprække . Skorpen fortynder og bevæger sig fra hinanden, magmatisme begynder . Der dannes en udvidet lineær fordybning med en dybde på omkring hundreder af meter, som er begrænset af en række normale fejl . Derefter er to scenarier mulige: enten stopper udvidelsen af ​​spalten, og den fyldes med sedimentære bjergarter , bliver til aulacogen , eller kontinenterne fortsætter med at bevæge sig fra hinanden og mellem dem, allerede i typiske oceaniske sprækker, begynder oceanskorpen at dannes .

Konvergerende grænser

Konvergente grænser er grænser, hvor plader støder sammen. Tre muligheder er mulige ( konvergent pladegrænse ):

  1. Kontinentalplade med oceanisk. Oceanisk skorpe er tættere end kontinental skorpe og subducts under kontinentet i en subduktionszone .
  2. Oceanisk plade med oceanisk. I dette tilfælde kryber en af ​​pladerne under den anden, og der dannes også en subduktionszone, over hvilken der dannes en ø-bue .
  3. Kontinentalplade med kontinental. En kollision opstår , et kraftigt foldet område vises. Det klassiske eksempel er Himalaya .

I sjældne tilfælde skubbes havskorpen ind på den kontinentale skorpe - obduktion . Gennem denne proces er ophioliterne på Cypern , Ny Kaledonien , Oman og andre blevet til.

I subduktionszoner absorberes oceanisk skorpe, og derved kompenseres dens forekomst i midocean-rygge . Usædvanligt komplekse processer af interaktion mellem skorpen og kappen finder sted i dem. Således kan oceanisk skorpe trække blokke af kontinental skorpe ind i kappen, som på grund af deres lave tæthed graves tilbage i skorpen. Sådan opstår metamorfe komplekser af ultrahøje tryk, et af de mest populære objekter for moderne geologisk forskning.

De fleste moderne subduktionszoner er placeret langs periferien af ​​Stillehavet og danner Stillehavets ildring. De processer, der finder sted i pladekonvergenszonen, anses for at være blandt de mest komplekse inden for geologi. Den blander blokke af forskellig oprindelse og danner en ny kontinental skorpe.

Aktive kontinentale marginer

En aktiv kontinentalmargin opstår, hvor oceanisk skorpe synker under et kontinent. Standarden for denne geodynamiske indstilling er den vestlige kyst af Sydamerika , den kaldes ofte den andinske type kontinentalmargin. Den aktive kontinentale margin er karakteriseret ved talrige vulkaner og kraftig magmatisme generelt. Smelterne har tre komponenter: den oceaniske skorpe, kappen over den og de nedre dele af den kontinentale skorpe.

Under den aktive kontinentalmargin er der en aktiv mekanisk vekselvirkning mellem de oceaniske og kontinentale plader. Afhængigt af hastigheden, alderen og tykkelsen af ​​havskorpen er flere ligevægtsscenarier mulige. Hvis pladen bevæger sig langsomt og har en relativt lav tykkelse, så skraber kontinentet det sedimentære dæksel af det. Sedimentære bjergarter knuses til intense folder, omdannes og bliver en del af den kontinentale skorpe. Den resulterende struktur kaldes en accretion wedge . Hvis subduktionspladens hastighed er høj, og det sedimentære dæksel er tyndt, så sletter havskorpen bunden af ​​kontinentet og trækker det ind i kappen.

Ø-buer

Øbuer er kæder af vulkanske øer over en subduktionszone, der forekommer, hvor en oceanisk plade subducerer sig under en anden oceanisk plade. Aleuterne , Kurilerne , Marianerne og mange andre øgrupper kan nævnes som typiske moderne ø-buer . De japanske øer omtales også ofte som en ø-bue, men deres fundament er meget gammelt og faktisk er de dannet af flere ø-buekomplekser fra forskellige tider, så de japanske øer er et mikrokontinent .

Ø-buer dannes, når to oceaniske plader støder sammen. I dette tilfælde er en af ​​pladerne i bunden og absorberes i kappen. Ø-buevulkaner dannes på den øverste plade. Den buede side af ø-buen er rettet mod den absorberede plade. På denne side er en dybvandsrende og et forbuetrug.

Bag ø-buen er der et bag-buebassin (typiske eksempler: Okhotskhavet , Det Sydkinesiske Hav osv.), hvori spredning også kan forekomme.

Kollision af kontinenter

Kollisionen af ​​kontinentalplader fører til sammenbrud af skorpen og dannelsen af ​​bjergkæder. Et eksempel på en kollision er Alpine-Himalaya-bjergbæltet , dannet af lukningen af ​​Tethys -havet og en kollision med den eurasiske plade i Hindustan og Afrika . Som følge heraf øges tykkelsen af ​​skorpen betydeligt, under Himalaya er den 70 km. Dette er en ustabil struktur, den ødelægges intensivt af overflade- og tektonisk erosion . Granitter smeltes fra metamorfoserede sedimentære og magmatiske bjergarter i skorpen med en kraftigt øget tykkelse . Sådan blev de største batholitter dannet , for eksempel Angara-Vitimsky og Zerenda .

Transformer grænser

Hvor plader bevæger sig i et parallelt forløb, men med forskellige hastigheder, opstår transformationsfejl - grandiose forskydningsfejl, der er udbredt i havene og sjældne på kontinenterne.

Transform Rifts

I havene løber transformationsforkastninger vinkelret på mid-ocean ridges (MOR'er) og opdeler dem i segmenter, der i gennemsnit er 400 km brede. Mellem kammens segmenter er der en aktiv del af transformationsfejlen. Jordskælv og bjergbygning forekommer konstant i dette område, talrige fjerstrukturer dannes omkring forkastningen - fremstød, folder og grabens. Som følge heraf er kappesten ofte blotlagt i forkastningszonen.

På begge sider af MOR-segmenterne er inaktive dele af transformationsfejl. Aktive bevægelser forekommer ikke i dem, men de kommer tydeligt til udtryk i havbundens topografi som lineære løft med en central fordybning.

Transformeringsfejl danner et regulært gitter og opstår naturligvis ikke tilfældigt, men på grund af objektive fysiske årsager. Kombinationen af ​​numeriske modelleringsdata, termofysiske eksperimenter og geofysiske observationer gjorde det muligt at finde ud af, at kappekonvektion har en tredimensionel struktur. Udover hovedstrømmen fra MOR'en opstår der langsgående strømninger i konvektionscellen på grund af afkølingen af ​​den øvre del af flowet. Dette afkølede stof styrter ned langs hovedretningen af ​​kappestrømmen. Det er i zonerne af denne sekundære faldende strøm, at transformationsfejlene er lokaliseret. Denne model er i god overensstemmelse med dataene om varmestrømmen: der observeres et fald i forhold til transformationsfejlene.

Skifter på tværs af kontinenter

Forskydningspladegrænser på kontinenter er relativt sjældne. Måske er det eneste aktive eksempel på denne type grænse San Andreas-forkastningen , som adskiller den nordamerikanske plade fra Stillehavet . San Andreas-forkastningen på 800 mil er en af ​​de mest seismisk aktive områder på planeten: pladerne skifter i forhold til hinanden med 0,6 cm om året, jordskælv med en størrelsesorden på mere end 6 enheder forekommer i gennemsnit en gang hvert 22. år. Byen San Francisco og meget af San Francisco Bay Area er bygget i umiddelbar nærhed af denne fejl.

Intraplade processer

De første formuleringer af pladetektonikken hævdede, at vulkanisme og seismiske fænomener var koncentreret langs pladernes grænser, men det blev hurtigt klart, at specifikke tektoniske og magmatiske processer fandt sted inde i pladerne, som også blev fortolket inden for rammerne af denne teori. Blandt intrapladeprocesser var et særligt sted besat af fænomenerne med langsigtet basaltisk magmatisme i nogle områder, de såkaldte hot spots.

Hotspots

Talrige vulkanske øer er placeret på bunden af ​​havene. Nogle af dem er placeret i kæder med successivt skiftende alder. Et klassisk eksempel på sådan en undersøisk højderyg er den hawaiianske ubådsryg . Det hæver sig over havets overflade i form af Hawaii-øerne , hvorfra en kæde af havbjerge med konstant stigende alder strækker sig mod nordvest, hvoraf nogle, for eksempel Midway Atoll , kommer til overfladen. I en afstand af omkring 3000 km fra Hawaii drejer kæden lidt mod nord og kaldes allerede Imperial Range . Den afbrydes i et dybvandstrug foran den aleutiske øbue .

For at forklare denne fantastiske struktur blev det foreslået, at der under Hawaii-øerne er et hot spot - et sted, hvor en varm kappestrøm stiger til overfladen, som smelter den oceaniske skorpe, der bevæger sig over den. Der er mange sådanne punkter på Jorden nu. Kappestrømmen, der forårsager dem, er blevet kaldt en fane . I nogle tilfælde antages en usædvanlig dyb oprindelse af plumestof op til kerne-kappegrænsen.

Hot spot-hypotesen rejser også indvendinger. Så i deres monografi anser Sorokhtin og Ushakov det for uforeneligt med modellen for generel konvektion i kappen og påpeger også, at de udbrudte magmaer i Hawaii-vulkaner er relativt kolde og ikke indikerer en øget temperatur i asthenosfæren under fejlen . "I denne henseende er hypotesen fra D. Tarkot og E. Oksburg (1978) frugtbar, ifølge hvilken litosfæriske plader, der bevæger sig langs overfladen af ​​den varme kappe, er tvunget til at tilpasse sig den variable krumning af jordens rotationsellipsoide. Og selvom krumningsradierne af de litosfæriske plader ændrer sig ubetydeligt (kun med brøkdele af en procent), forårsager deres deformation udseendet af overskydende træk- eller forskydningsspændinger i størrelsesordenen hundredvis af stænger i kroppen af ​​store plader.

Fælder og oceaniske plateauer

Ud over langsigtede hotspots forekommer nogle gange grandiose udgydelser af smeltninger inde i pladerne, som danner fælder på kontinenterne, og oceaniske plateauer i havene . Det særlige ved denne type magmatisme er, at den forekommer på geologisk kort tid  - i størrelsesordenen adskillige millioner år, men dækker store områder (ti tusinder af km²); på samme tid hældes et kolossalt volumen af ​​basalter ud, sammenligneligt med deres antal, der krystalliserer i midt-ocean-ryggene.

Sibiriske fælder er kendt på den østsibiriske platform , fælder fra Deccan-plateauet på det hindustantiske kontinent og mange andre. Fælder menes også at være forårsaget af varme kappestrømme, men i modsætning til hotspots er de kortvarige, og forskellen mellem dem er ikke helt klar.

Hot spots og fælder gav grundlag for skabelsen af ​​den såkaldte plume geotektonik , som siger, at ikke kun regelmæssig konvektion, men også faner spiller en væsentlig rolle i geodynamiske processer. Plumetektonikken modsiger ikke pladetektonikken, men komplementerer den.

Pladetektonik som et system af videnskaber

Tektonik kan ikke længere ses som et rent geologisk begreb. Det spiller en nøglerolle i alle geovidenskaber; flere metodiske tilgange med forskellige grundlæggende koncepter og principper er blevet identificeret i den.

Fra den kinematiske tilgangs synspunkt kan pladernes bevægelse beskrives ved de geometriske love for bevægelse af figurer på kuglen . Jorden ses som en mosaik af plader af forskellig størrelse, der bevæger sig i forhold til hinanden og planeten selv. Paleomagnetiske data gør det muligt at rekonstruere positionen af ​​den magnetiske pol i forhold til hver plade på forskellige tidspunkter. Generalisering af data på forskellige plader førte til rekonstruktionen af ​​hele sekvensen af ​​relative forskydninger af plader. Kombinationen af ​​disse data med information fra statiske hotspots gjorde det muligt at bestemme de absolutte bevægelser af pladerne og historien om bevægelsen af ​​Jordens magnetiske poler.

Den termofysiske tilgang betragter Jorden som en varmemotor , hvor termisk energi delvist omdannes til mekanisk energi. Inden for rammerne af denne tilgang er bevægelsen af ​​stof i de indre lag af Jorden modelleret som en strøm af en viskøs væske, beskrevet af Navier-Stokes-ligningerne . Mantelkonvektion er ledsaget af faseovergange og kemiske reaktioner, som spiller en afgørende rolle i strukturen af ​​kappestrømme. Baseret på geofysiske sonderingsdata, resultaterne af termofysiske eksperimenter og analytiske og numeriske beregninger forsøger videnskabsmænd at detaljere strukturen af ​​kappekonvektion, finde strømningshastigheder og andre vigtige egenskaber ved dybe processer. Disse data er især vigtige for at forstå strukturen af ​​de dybeste dele af Jorden - den nedre kappe og kerne, som er utilgængelige for direkte undersøgelse, men uden tvivl har en enorm indflydelse på de processer, der finder sted på planetens overflade.

Geokemisk tilgang . For geokemi er pladetektonikken vigtig som en mekanisme for den kontinuerlige udveksling af stof og energi mellem Jordens forskellige skaller. Hver geodynamisk indstilling er karakteriseret ved specifikke associationer af klipper. Til gengæld kan disse karakteristiske træk bruges til at bestemme de geodynamiske omgivelser, hvor klippen blev dannet.

Historisk tilgang . I betydningen af ​​planeten Jordens historie er pladetektonik historien om at forbinde og spalte kontinenter, fødslen og udryddelsen af ​​vulkanske kæder, fremkomsten og lukningen af ​​oceaner og have. Nu, for store blokke af skorpen, er historien om bevægelser blevet etableret med stor detaljering og over en betydelig periode, men for små plader er de metodiske vanskeligheder meget større. De mest komplekse geodynamiske processer forekommer i pladekollisionszoner, hvor bjergkæder dannes, sammensat af mange små heterogene blokke - terræn . Når man studerede Rocky Mountains, blev en særlig retning for geologisk forskning født - terrænanalyse , som inkorporerede et sæt metoder til at identificere terræn og rekonstruere deres historie.

Pladetektonik på andre planeter

Der er i øjeblikket ingen beviser for moderne pladetektonik på andre planeter i solsystemet . Undersøgelser af det magnetiske felt på Mars , udført i 1999 af Mars Global Surveyor rumstation , indikerer muligheden for pladetektonik på Mars i fortiden.

Nogle processer af istektonik på Europa ligner dem, der forekommer på Jorden.

Hvornår begyndte pladetektonikken på Jorden

De første blokke af kontinental skorpe, kratoner , opstod på Jorden i det arkæiske område , på samme tid begyndte deres vandrette bevægelser, men det fulde sæt af tegn på mekanismen af ​​moderne pladetektonik findes kun i den sene proterozoikum . Før dette kan kappen have haft en anden struktur for masseoverførsel, hvor en stor rolle ikke blev spillet af konstante konvektivstrømme, men af ​​turbulent konvektion og faner .

I fortiden[ hvornår? ] varmestrømmen fra planetens indvolde var større så barken var tyndere trykket under den meget tyndere skorpe var også meget lavere. Og ved et betydeligt lavere tryk og lidt højere temperatur var viskositeten af ​​kappekonvektionsstrømme direkte under skorpen meget lavere end den nuværende. Derfor opstod der i skorpen, der flyder på overfladen af ​​kappestrømmen, som er mindre tyktflydende end i dag, kun relativt små elastiske deformationer. Og de mekaniske spændinger genereret i skorpen af ​​mindre tyktflydende end i dag konvektionsstrømme var ikke tilstrækkelige til at overstige den ultimative styrke af jordskorpen. Derfor var der måske ikke en sådan tektonisk aktivitet som på et senere tidspunkt. .

Tidligere pladebevægelser

Rekonstruktion af tidligere pladebevægelser er et af hovedemnerne i geologisk forskning. Med varierende detaljeringsgrad er kontinenternes positioner og blokkene, hvorfra de er dannet, blevet rekonstrueret op til det arkæiske område.

Fra analysen af ​​kontinenternes bevægelser blev der foretaget en empirisk observation, at kontinenterne hvert 400-600 millioner år samles til et enormt kontinent, der indeholder næsten hele den kontinentale skorpe - et superkontinent . Moderne kontinenter blev dannet for 200-150 millioner år siden, som et resultat af spaltningen af ​​superkontinentet Pangea . Nu er kontinenterne på stadiet med næsten maksimal adskillelse. Atlanterhavet udvider sig, og Stillehavet lukker. Hindustan bevæger sig mod nord og knuser den eurasiske plade, men tilsyneladende er ressourcen til denne bevægelse allerede næsten opbrugt, og i den nærmeste fremtid vil en ny subduktionszone dukke op i Det Indiske Ocean , hvor den oceaniske skorpe i Det Indiske Ocean vil blive absorberet under det indiske kontinent.

Effekt af pladebevægelser på klimaet

Placeringen af ​​store kontinentale masser i polarområderne bidrager til et generelt fald i planetens temperatur, da iskapper kan dannes på kontinenterne . Jo mere udviklet istid, jo større er planetens albedo og jo lavere er den gennemsnitlige årlige temperatur.

Derudover bestemmer den relative position af kontinenterne oceanisk og atmosfærisk cirkulation.

Men et simpelt og logisk skema: kontinenter i polarområderne - istid, kontinenter i ækvatorialområderne - temperaturstigning, viser sig at være forkert sammenlignet med geologiske data om Jordens fortid. Den kvartære glaciation skete virkelig, da Antarktis dukkede op i området omkring Sydpolen , og på den nordlige halvkugle nærmede Eurasien og Nordamerika sig Nordpolen. På den anden side indtraf den stærkeste proterozoiske istid , hvor Jorden næsten var fuldstændig dækket af is, når de fleste kontinentale masser var i ækvatorialområdet.

Derudover sker der væsentlige ændringer i kontinenternes position over en periode på omkring ti millioner af år, mens den samlede varighed af glaciale epoker er omkring flere millioner år, og i løbet af en glacial epoke sker der cykliske ændringer af glaciationer og mellemistider. . Alle disse klimatiske ændringer sker hurtigt i forhold til de hastigheder, som kontinenterne bevæger sig med, og derfor kan pladebevægelse ikke være årsagen.

Det følger af ovenstående, at pladebevægelser ikke spiller en afgørende rolle i klimaforandringerne, men kan være en vigtig yderligere faktor, der "skubber" dem.

Betydningen af ​​pladetektonik

Pladetektonik har spillet en rolle i jordvidenskaben, der kan sammenlignes med det heliocentriske koncept i astronomi , eller opdagelsen af ​​DNA i genetik . Før vedtagelsen af ​​teorien om pladetektonik var jordvidenskaben beskrivende. De opnåede et højt niveau af perfektion i at beskrive naturlige genstande, men var sjældent i stand til at forklare årsagerne til processer. Modsatte begreber kunne dominere i forskellige grene af geologien. Pladetektonikken forbandt jordens forskellige videnskaber, gav dem forudsigelseskraft.

Se også

Noter

  1. ↑ Astronet > Sfærisk astronomi . Hentet 27. februar 2006. Arkiveret fra originalen 5. januar 2007.
  2. ↑ 1 2 Shumilov V. N. De vigtigste drivkræfter for jordskælv, kontinentaldrift og bjergbygning. Jordskælvsforudsigelse og udløsningskræfter Arkiveret 1. oktober 2007 på Wayback Machine

Litteratur

Links

På engelsk

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger
 Geologi
teoretisk
Dynamisk
historisk
Anvendt
Andet
Kategori Geologi
 jorden
Jordens historie Jorden
Jordens fysiske egenskaber
Jordens skaller
Geografi
og geologi
Miljø
se også
  • Kategori " Natur "
  • Portal "Science"