Геотектоника. Тектонические движения земной коры

Геотектоника - это наука геологического цикла, изучающая развитие и строение земной коры.

Тектонические движения - движения земной коры, вызванные процессами проходящими в ее недрах. Основной причиной тектонических движений считаются конвективные течения в мантии, возбуждаемые теплом распада радиоактивных элементов и гравитационной дифференциацией ее вещества в сочетании с действием силы тяжести и стремлением литосферы к гравитационному равновесию по отношению к поверхности астепосферы.

1.Вертикальные тектонические движения.

Любой участок земной поверхности с течением времени неоднократно испытывал восходящие и нисходящие тектонические движения. Имеются данные о погружении обширных районов дна в юго-западной части Тихого океана.

Однако колебания уровня моря нельзя связывать с локальными по площади поднятиями. Существуют другие доказательства вертикальных тектонических смещений.

Изменение характера осадконакопления.

Трансгрессия (наступление) моря, начавшаяся вследствие погружения суши, приводит к накоплению морских осадков на эрозионной поверхности Земли. Регрессия (отступление) отражается в смене морского осадконакопления континентальным или же просто прекращением морского осадконакопления с последующей эрозией. В стратиграфических разрезах запечатлено множество событий такого рода. Многократно море заливало целые области, затем покидало их, а спустя некоторое время снова покрывало водой. Максимальная амплитуда вертикальных тектонических движений отражена в максимальной мощности морских отложений на погружавшихся участках земной поверхности, может достигать 20 км. и более.

Крутопадающие сбросы со смещением по падению сбрасывателя. Любые разрывы со смещением слоев по падению или восстанию по плоскости сбрасывателя свидетельствуют о вертикальных тектонических смещениях. Они относительны: вверх? вниз? и т.д.

Максимальное относительное смещение по одной плоскости может достигать 1 км.

Поднятия. Морские отложения часто можно обнаружить высоко в горах. Они накапливались первоначально ниже уровня моря, но позже были подняты на большую высоту. Амплитуда подъема в ряде случаев может достигать 10 км.

Метаморфизм. На поверхности Земли широко распространены метаморфозы породы, которые были перекристаллизированы при давлениях до 10 кбар и более. Такие давления достигаются на глубинах до 20 - 30 км, характерных для пород глацкофанлавсаней-сланцевой фации. Степень перекристаллизации этих пород, свидетельствует о том, что в процессе геологической истории эрозией была уничтожена мощная перекрывавшая их толща отложений, а амплитуда поднятия составляет 20-30 км.

Поднятия могут происходить с деформацией или без деформации слоев. Например, в области современного плато Колорадо, где в PZ и MZ происходит спокойное осадконакопление, воздымание произошло в раннем Z и не сопровождалось занятной деформацией слоев (в районе Большого Каньона залегают совершенно горизонтально). А докембрийский щит Западной Австралии был поднят вдоль разлома на западной окраине континента; этому разлому в рельефе поверхности соответствует уступ.

В некоторых случаях перемещения могут обусловливаться стремлением к изостатическому равновесию. Если, например, эрозией уничтожается часть телец создающих нагрузку в горном хребте, остаток хребта воздымается, а если на морском дне отлагаются осадки, оно может прогибаться под их тяжестью.

2.Горизонтальные тектонические движения.

Проявляются в двух видах: сжатия и растяжения.

Сжатия. Собранные в складки осадочные слои указывают на уменьшение горизонтальных расстояний между отдельными точками, происходившие перпендикулярно осям складок.

Такое уменьшение предполагает сжатие. Объяснение сжатия основывалось на наблюдающейся потере Землей тепла и возможным ее остыванием, что должно обусловливать сокращение ее объема. Другая гипотеза: складки и покровные структуры могут образовываться под воздействием вертикальных движений и последующего скольжения крупных блоков осадочных пород, начинающих сминаться в складки в ходе этого процесса. То, что определенные сжимающие усилия и уменьшение размеров коры сопровождают образование складчатых горных хребтов(Альпы), представляется очевидным.

Растяжение. Под растяжением понимают такой тип тектонических деформаций, преимущественно связанный со взбросами, который характерен для рифтовых долин (рифты - ╚рифт╩ - расхождение, зияние - протяженные в сотни и тысячи километров сложные системы грабенов, часто сочетающихся с горстами). Во всех случаях имеется компонент вертикального смещения, связанный с растяжением.

При растяжении возникают трещины, через которые на поверхность поступает огромное количество базальтовой магмы, образующей дайки и потоки. Примеры: изменение базальтов в бассейне Параны на юге Бразилии и в соседних странах. На обрамлении бассейна обнажаются тысячи подводящих даек. Средняя ширина их около 50 м, до 100 м и протяженность >1000 км. Исландия, расположенная на гребне Срединно-Атлантического хребта, образована мощными толщами лавовых потоков (1000 даек, протяженность до 53 км).

Подобная картина растяжения и образования сбросов, по-видимому, типична для срединно-океанических хребтов.

Подробно об этих и других участках земной коры будет прочитано на следующей лекции по теме: ╚Структурные элементы земной коры╩.

3.Тектонические нарушения (деформации).

Большинство осадочных пород и лавовых потоков формируется и первоначально залегает в виде > или < горизонтальных слоев, но при исследовании обнажений в высоких обрывах или стенках карьеров можно заметить, что горизонтальное залегание пород встречается редко; обычно они наклонены или вообще раздроблены. Эти явления называют тектоническими нарушениями.

При горизонтальном залегании может быть нормальное и перевернутое залегание пород, которые распознаются по различным текстурным образованиям, например, косой слоистости, следам дождевых капель, трещин усыхания и др.

Положение слоя в пространстве характеризуется двумя взаимно перпендикулярными направлениями: линиями простирания и падения, приходящими в плоскости напластования и называемыми элементами залегания слоя (см.рис.).

Наиболее просто определяется линия простирания (линия пересечения поверхности напластования с горизонтальной плоскостью), для установления положения которой используется два инструмента: клинометр (угломер) - для определения ее положения на поверхности напластования, и компас - для определения ее направления относительно сторон света.

Направление простирания характеризуется азимутом - углом между линией простирания и направлением магнитного меридиана, считая его от северного конца по ходу часовой стрелки. Оба этих инструмента обычно объединяются в одном инструменте - горном компасе. Перпендикулярная к линии простирания и направленная вниз - линия падения. Клинометром замеряют угол падения. Компасом замеряют азимут падения.

Различают тектонические нарушения, складчатые и разрывные.

3.1.Складчатые тектонические нарушения.

Различают два основных типа складок: антиклинальные (антиклинали), в которых изгиб слоев горных пород обращен выпуклостью вверх, и синклинальные (синклинали), в которых слои изогнуты выпуклостью вниз (см.рис.).

Формы этих структур могут быть весьма разнообразны. Они различаются по положению осевых плоскостей в пространстве, наклону крыльев и по соотношению элементов (см.рис.).

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ CКЛАДКИ

Различают складки: прямые (симметричные); с вертикальными осевыми плоскостями, косые (наклонные, асимметричные), у которых осевые плоскости наклонены.═ Кроме того складки бывают опрокинутыми (крылья наклонены в одну сторону), лежащие(крылья имеют горизонтальное залегание) и перевернутые. Складки могут быть открытыми (широко расставленными) или тесно сжатыми, оси складок могут быть наклонены к горизонту, складки ╚ныряют╩ в глубину. Наиболее крупные и резко выраженные складки встречаются только в определенных районах, чаще всего в областях складчатого горообразования (Северо-Шотланское нагорье, Альпы, Гималаи, Анды состоят из серии разнообразных крупных складок) (см.рис.).

В плане по протяженности различают складки:

Линейные,имеющие большую протяженность и длину, во много раз превосходит ширину. Они приурочены к горным складчатым областям или складчатым зонам, где все слои г.п. сильно дислоцированы.

Брахискладки (или укорочение), в которых длина больше ширины в 2-3 раза. Выпуклая брахискладка - брахиантиклиналь, вогнутая - брахисинклиналь.

Купола и мульды - длина и ширина складок одинаковы или близки по размеру. В плане образуют округлый или неправильный формы купол - выпуклая (антиклинальная) складка, мульда - вогнутая (синклинальная).

Дианировые складки (греч. ╚дианиро╩ - протыкаю). В ядре залегают сильно перемятые пластичные породы (соль, гипс, насыщенные водой глины и др.), которые называются ядром протыкания. Наиболее распространенные - соляные и глиняные дианиры.

3.2.Разрывные тектонические нарушения.

Разрывные тектонические нарушения образуются в результате раскалывания горных пород крупными трещинами на блоки, которые перемещаются вдоль трещин относительно друг друга с образованием разрывных структур. Эти нарушения могут возникнуть при интенсивном сдавливании или наоборот, при растягивании пород.

При растяжении с разрывом пород один блок взгромождается на другой и возникают взбросы (обратные сбросы) или надвиги (угол падения плоскости разрыва <45 °). При этом в месте разрыва происходит некоторое сокращение земной коры. Во всех случаях происходит некоторое сокращение земной коры. Во всех случаях происходит вертикальное перемещение блоков пород.

Горизонтальное перемещение блоков пород преобладает в разрывных структурах, называемых сдвигами.

Вдоль плоскостей разрыва часто прослеживаются зоны дробления (шириной от нескольких сантиметров до нескольких метров) заполненные тектонической брекчией массой угловатых обломков пород и тонким глинистым материалом, которые образуются за счет трения блоков. При отсутствии тектонических брекчий породы в плоскости разрыва могут быть сильно притерты и отполированы или изборождены царапинами и называются зеркалами скольжения (шоссе Севастополь-Ялта, над ущельем Бати лиман Зеркало скольжения; штрихи показывают направление смещения; плоскость разрыва вертикальная; определяется как сбросо-подвиг) в большинстве случаев крупные разрывные структуры, тянущиеся на сотни километров, представляет собой целую зону нескольких почти параллельных разрывов, которые проявляются на поверхности в виде четко выраженных обнажений - уступов, обрывов (положительных форм рельефа).

Они являются ослабленными зонами, в которых пород легче поддаются разрушению и могут быть местами развития оврагов, руслами рек и заполнены выветренным обломочным материалом.

Нормальные сбросы часто группируются в две параллельные системы разрывов с плоскостями, наклоненными навстречу друг другу, между которыми ступенчато опущены крупные блоки пород, такие разрывные структуры называют грабенами или рифтовыми доменами, представляющими собой узкие вытянутые понижения рельефа, в которых обычно развиваются крупные озерно-речные системы.

Разрывные структуры, образованные в результате воздымания пород между параллельными системами разрывов называются горстами или блоковыми горами. Пример: горы Гари в Восточной Германии.

Надвиги могут возникать на подвернутых крыльях лежачих складок. Системы очень полых надвинутых пластин пород называются надвиговыми покровами или марьяжами и бывают надвинуты как на пластичные молодые, так и на жесткие породы древнего складчатого основания (Северо-Шотландское нагорье), где была установлена часть пород и была перемещена с места первичного залегания примерно на 16 км.

Нарушение сплошности в породах без перемещения блоков называется трещинами.

Возникновение их обусловлено различного рода напряжениями, возникающими при движении земной коры. В местах их распространения в породах возникают ослабленные зоны, легко поддающиеся воздействию выветривания, поэтому они играют важную роль в формировании рельефа и гидрографической сети.

Различают такие типы трещин:

Трещины сокращения (усадки) и уплотнения образовавшихся в процессе диагенеза, когда возникшие из осадка породы полностью обезвоживаются и становятся более плотными под влиянием веса вышележащих слоев.

Трещины остывания - вертикальные, характерны для магматических лав.

Трещины параллельные контактам интрузии с вмещающими породами. Считают, что возникновение их было вызвано расширением пород, когда первоначальные силы сжатия были устранены в результате разрушения и сноса вмещающих пород. Интрузии рассекаются также системными взаимно перпендикулярными трещинами, возникающими при остывании и затвердении магматических разрывов. Часто определяют характер гидрографической сети.

Есть другие трещины.

4.Землетрясения.

Землетрясения - это сотрясение земной коры, вызванное мгновенной разрядкой напряжений, накапливающихся в разных участках земной коры. Регистрируются землетрясения сейсмографами установленными на сейсмических станциях (в мире их свыше 700). Ежегодно они регистрируют несколько миллионов землетрясений. Среди них около ста разрушительных, одно-два опустошительных.

Место в земной коре или в верхней мантии, где произошло смещение масс, вызвавшее упругие волны в теле Земли, называется гипоцентром (очаг или фокус) землетрясения.

Волны от гипоцентра расширяются, постепенно затухая, во все стороны. Скорее всего волны достигают поверхности Земли в области, лежащей над гипоцентром, т.к. они направлены к поверхности Земли. Область поверхности Земли, где наблюдаются вертикальные удары, называется эпицентром. При увеличении расстояния от эпицентра в два раза энергия очага убывает в 10-12 раз и т.д.

Во время Ашхабадского землетрясения 1948 г. при глубине очага 15-20 км. эпицентральная область достигает 100 км., а ширина 10 км. За последнее время катастрофические землетрясения произошли в Чили (1960 г.), Аляске (1969 г.), Китае (1976 г.). В СССР: Ташкентское (1966 г.), Дагестанское (1970,1976,1984 гг.) и Спитакское в Армении (1988 г.).

Для определения силы интенсивности землетрясений на поверхности Земли разработаны сейсмические шкалы. Каждый балл шкалы условно выражается цифрой, соответствующей определенной системе, разрушению построек, почвы, психологическому состоянию людей и т.д.

В нашей стране используют 12-бальную шкалу С.В. Медведева, В. Шпонхойера (ГДР) и В. Карника (Чехословакия) - ╚MSK - 64╩, которая положена в основу международной шкалы. В Европе и Америке используют шкалу американского геофизика Ч. Рихтера, предложенную им в 1935 г., которая изменяется от 0 до 8,8.

Графическое изображение хода землетрясения - сейсмограмма.

По данным сейсмографов строят карты изосейст (линии, соед. точки одинаковой силы землетрясения).

При землетрясениях высвобождается огромная энергия. Сейсмологи применяют условную энергетическую характеристику - магнитуду М или мощностью землетрясений.

Землетрясениям обычно предшествуют и сопровождают подземный гул, дефорсиация почвы, разрывы в земной коре, камнепады, обвалы, оползни.

Сейсмические области. Сильные и частые землетрясения наблюдаются в периферической части Тихого океана.

Тихоокеанический сейсмический пояс, где они связаны с глубинными разломами. Очаги здесь сосредоточены в не широкой (70-80 км.) зоне, наклоненной в сторону материков под углом 30-60°: зоны Беньофа-Заварицкого.

Трансевроазиатский или Средиземно-Индонезийский пояс, охватывающий складчатые сооружения от Гибралтара до Малайского архипелага.

Атлантический пояс - приурочен к срединно-океаническому хребту. В нем в последние два десятилетия сильно активизировались сейсмические процессы.

Индийско-Африканский пояс - охватывает хребты Индийского океана, районы, прилегающие к великим грабенам Центральной Африки, к грабенам Красного моря, Палестины, Сирии.