Поки що достовірні причини іджерела енергії тектонічних рухів не відомі. Існує чимало гіпотез, які намагаються пояснити причи ни виникнення, послідовності їх та джерела енергії тектонічних рухів земної кори. На кожному історичному етапі геологічною на укою формулювались тогочасні концепції, які претендували на ство рення узагальнених, цілісних уявлень про розмаїття геологічних процесів (тектонічних, магматичних, метаморфічних тощо). Сучасні досягнення комплексу наук про Землю дають змогу глибше зрозу міти ті процеси, які суттєво впливають на рухи земної кори. У геотектоніці визначилися три основні напрями, що з різних поглядів трактують еволюцію земної кори й літосфери: гіпотези, що виходять зі зміни об’єму Землі (контракції); гіпотези внутрішньої диференціації речовини Землі, за якими провідна роль належить вертикальним переміщенням блоків зем ної кори (фіксизм); гіпотези горизонтальних переміщень материків чи літосферних плит (мобілізм). Гіпотеза контракції(від, лат. соїЛгаспо - стягування, стискання) була запропонована Елі де Бомоном у 1852 р. Вона була дуже по пулярною в другій половині XIX - на початку XX ст. Подальший розвиток ця гіпотеза отримала у працях російських вчених М. С. Шатського, В. Ю. Хаїна, М. А. Усова, В. О. Обручева, австрій ського геолога Е. Зюсса.
Прибічники гіпотези контракції вважають, що тектонічні рухи земної кори є наслідком її стиснення. Причини ж стиснення пояс нюються по-різному. Одні вчені, як, наприклад, Бомон та інші при хильники гіпотези Канта-Лапласа про гаряче походження Землі, вважають, що стиснення земної кори відбувається через охоло дження земної кулі. В ході зменшення її об’єму виникали танген ціальні (від лат. 1ап§епя - дотичний) напруження, які сприяли зги нанню гірських порід у складки та порушенню їх цілісності. Вто ринними від тангенціальних є вертикальні рухи земної кори. Інші прихильники цієї гіпотези (Шатський, Хаїн) вважають, що причи ною стиснення земної кори є процеси гравітаційного ущільнення речовини, її фазові перетворення, а наслідком - нерівномірні вер тикальні рухи окремих ділянок земної кори. Гіпотеза контракції має як сильні, так і слабкі положення. Стис нення земної кори у результаті охолодження Землі підтверджуєть ся розрахунками ряду вчених. За Любимовою Є. А. (1969), тепло вий потік від поверхні Землі біля 2...3 млрд років тому був значно більшим, ніж в нинішній період, а температура літосфери знижува лась на 100° за кожний мільярд років. У результаті охолодження радіус Землі зменшується приблизно на 5 см за кожні 100 років, що супроводжується нерівномірним просіданням окремих ділянок зем ної кори, їх вдавлюванням та зминанням пластів гірських порід. Гравітаційне ущільнення речовини земної кори також має сут тєве значення. У земній корі постійно проходить гравітаційна ди ференціація речовини, тобто опускання більш важких та підняття легких елементів. При цьому виникають вертикальні і тангенціальні сили. Перші з них направлені знизу чи зверху і викликають розтя гування чи стиснення гірських порід, тобто сприяють утворенню тріщин і розломів. Тангенціальні сили спрямовані по дотичній до поверхні і викликають насуви. Однак, гіпотеза не пояснювала переконливо розташування складчастих систем лише у певних зонах, а не по всій території пла нети рівномірно. Незрозуміло також, чому складкоутворення про являлося переважно на континентах, а не на ділянках із малопо тужною океанічною корою. Гіпотеза не дає пояснення періодич ності пожвавлення рухів земної кори чи відносного її спокою. Відмовитися від гіпотези довелося після того, як були змінені космогонічні уявлення про “холодне” утворення Землі із газопи лової туманності, а також після відкриття явища природної радіо активності (що доводило можливість внутрішнього розігріву пла нети) та неможливості пояснення деяких нових геологічних фактів.
Проте, ряд суперечностей контракційної гіпотези було знято з появою в середині минулого століття вчення про геосинкліналі та платформи, в якому вдалося пояснити формування лінійних склад частих (Структур в корі континентального типу. Гіпотеза розширення Землі е також об’ємною за своєю суттю, але повною протилежністю контракційній за напрямком. В основу її покладено припущення, що об’єм Землі раніше був набагато мен шим від сучасного, а радіус - 3500...4000 км. Материкова кора су цільним шаром покривала поверхню планети. Розширення Землі почалося з кінця палеозою, що призвело до розтріскування суціль ної континентальної кори, відсування окремих континентів один від одного і відслонення між ними підкорового шару. Сюди по роз ломах проникала мантійна речовина, формуючи нову кору океа нічного типу. Згідно з гіпотезою, за останні 345 млн років поверх ня планети збільшилась удвоє, що не знаходить переконливого фізичного обґрунтування. Крім того, не пояснюються процеси складчастості, періодичність тектонічних процесів тощо. Американський геолог В. Бухер та відомі російські вчені В. О. Обручев і М. А. Усов у висунутій ними пульсаційній гіпотезі здійснили спробу синтезу описаних гіпотез. Стиснення земної кори вони пояснюють силами взаємодії Землі з іншими космічними тіла ми, а саме силами притягування і відштовхування. Притягування веде до стиснення, відштовхування - до розширення. Опір земної кори силам притягування-відштовхування супроводжується нако пиченням енергії, яка, періодично розряджаючись, викликає склад часті тектонічні рухи. В епохи розширення утворюються розломи, закладаються геосинкліналі, інтенсивно проявляється магматизм, переважають вертикальні рухи кори. В епохи стиснення в межах геосинкліналей формуються складчасті гірські системи, а в їх над рах - гранітні інтрузії. В періоди накопичення енергії мають місце плавні коливні рухи. Сильною стороною гіпотези є можливість на її підставі поясни ти циклічність та спрямованість тектонічних процесів. Гіпотеза має прихильників і в наші дні. У майбутньому можливе поєднання ок ремих її положень із сучасними мобілістичними побудовами. Прихильники концепції фіксизму вважають незмінним, зафік сованим взаємне розташування континентів протягом геологічної історії Землі; звідси і походить назва концепції. Для пояснення роз витку планети фіксисти віддають перевагу вертикальним рухам, майже відкидаючи можливість більш-менш суттєвих горизонталь них переміщень блоків кори чи літосфери.
Голландським вченим Р. ван Беммеленом та відомим російсь ким тектоністом В. В. Білоусовим активно розробляється гіпотеза глибинної диференціації. Згідно з цими уявленнями основним чинником еволюції земної кори є гравітаційна диференціація речови ни мантії, а радіогенний розігрів відіграє другорядну роль. Активною зоною сучасної диференціації є астеносфера, де базальти ви плавляються у вигляді крапель, які зливаються у великі масиви - астеноліти. У разі підвищеної проникності літосфери астеноліти підіймаються по глибинних розломах, частково виливаються на поверхню, обважнюють літосферу, що спричиняє формування евгеосинклінальних прогинів. Прогини заповнюються осадово-вул каногенними товщами, літосфера втрачає свою проникність, що зумовлює застигання базальтів на глибині, виділення з них флюїдів і тепла. Останні спричиняють регіональний метаморфізм геосинк лінальних товщ і часткове їхнє переплавлення з утворенням гранітів. Зменшення проникності літосфери перешкоджає прориву вгору нових порцій розігрітої мантійної речовини, а коли остання підіймає над собою літосферні блоки, розпочинаються процеси гороутво рення. У подальшому остигання астеноїдів спричиняє стабілізацію тектонічного режиму і встановлення платформенних умов, коли окремі теплові імпульси призводять лише до незначних коливних рухів (Свинко, 2003). На думку В. В. Білоусова, океанічні западини утворюються в процесі т. зв. базифікаціїкори, коли виливи величезних базальто вих мас поверх континентальної кори викликають збільшення її щільності, прогинання і занурення разом із важкими ультраосновними інтрузіями в мантію, де базальтовий шар заміщується ультраосновними породами, а гранітний - базальтовими. У такий спосіб формувалась океанічна кора. Утворені западини заповнювалися водою, даючи початок новим океанам. Утворення океанів, опускання їх дна йшло від периферії до центральної осі. Саме цим пояснюється той факт, що кора сучасних Атлантичного та Індійського океанів в осях серединних хребтів молодша, ніж біля континентів. Серединні хребти є зонами, що опускаються під дією обваження їх інтрузіями з мантії. Вразливими положеннями гіпотези є заперечення існування пла нетарних зон розтягу та стиску, непереконливість доказів щодо про цесів формування океанічної кори. Концепція мобілізму. Ще в 1858 р. італійський учений А. Снайдср-Пеллегріні на основі поміченої ним подібності обрисів берегів
по обидва боки Атлантичного океану висловив припущення про те, що у далекому геологічному минулому всі нинішні материки являли собою єдине ціле, яке згодом розпалось на окремі частини, а новоутворені континенти перемістились по поверхні Землі. Про те Снайдер-Пеллегріні не вказав причин і напрямки руху материків. Гіпотеза дрейфу континентів була розроблена американцем Ф. Б. Тейлором у 1910 р. та, особливо, німецьким метеорологом і геофізиком А. Вегенером у 1912 р., які основною причиною ево люції земної кори та літосфери вважали горизонтальні рухи. Найбільш повно свої погляди Вегенер виклав у книзі “Походжен ня континентів і океанів” (1915 р.). Звернувши увагу не лише на подібність обрисів південних континентів, але й на спільність фау ни і флори, розподіл кліматичних зон на цих материках, особливо великого наземного зледеніння в палеозої, він дійшов висновку, що під дією припливних сил, спрямованих до екватора, в палеозої ма терики сконцентрувались у єдину континентальну структуру Пан гея. В середині мезозою під дією відцентрових сил почався розкол Пангеї, а утворені материки почали розходитись один від одного в широтному напрямку, ковзаючи по базальтовому шару. Передні краї материків унаслідок опору з боку базальтового ложа змина лись у складки. Цим пояснюється утворення гірських ланцюгів, зокрема Кордильєрів і Анд. На територіях, звільнених материка ми, залишалась базальтова кора, характерна для ложа океанів. Простір між материками заповнився водою, утворивши Атлантич ний та Індійський океани. На думку противників гіпотези, припливних і відцентрових сил явно недостатньо для того, щоб рухати континенти. Крім того, гіпо теза ігнорувала роль геосинкліналей у розвитку земної кори. Після загибелі Вегенера під час однієї із експедицій у Гренлан дію, його погляди на певний час втратили актуальність серед гео логів і геофізиків. Подальший розвиток гіпотеза Вегенера отримала у працях багатьох учених (Б. Гутенберг, Е. Буллард, Ф. Венінг-Мейнец, П. Блеккет, А. Холмс, Е. Краус, П. М. Кропоткін, А. С. Монін, О. Г. Сорохтін, В. Ю. Хаїн та ін.). Південноафриканський геолог А. Дю Тойт (1878 -1948) допус кав (1937 р.) існування навіть двох материків. Один із них, Лавразія, включав материкові блоки майбутньої Північної Америки, Азії і Європи, інший - Гондвана - блоки, з яких згодом утворились Ан тарктида, Південна Америка, Африка, Австралія та Індостан. Сильними сторонами гіпотези дрейфу континентів, крім вже зга дуваної подібності обрисів протилежних берегів Атлантичного
океану, є разюча схожість багатьох видів флори пермського і тріа сового періодів (глосоптерисів, які росли 280...200 млн років тому) і фауни (виявлення древніх рептилій - листрозаурусів) в Південній Африці, Індостані та Антарктиді. Виявлення цих палеонтологіч них знахідок в Антарктиді свідчить про те, що в ранньому тріасі цей материк знаходився на значно більш низьких широтах, ніж в нинішню епоху, і що Антарктида у минулому була єдиним цілим з Африкою та Індією. На думку деяких вчених, Австралія лише біля 100 млн років на зад складала єдине ціле з Антарктидою. Центр цього праматерика знаходився, проте, не біля Південного полюса, а приблизно на 60° пд. ш. Кістки предків сумчастих тварин, які нині живуть лише в Австралії, порівняно недавно були знайдені і в Антарктиді (Бялко, 1989). Основним аргументом на користь дрейфу материків є висновки палеомагнітологів. Ними встановлено, що гірські породи материків мають різні вектори намагніченості, а магнітні полюси Землі з ча сом змінюють своє положення. За останні 600 млн років північний магнітний полюс пройшов величезний шлях від південних широт Тихого океану, через екватор, Японію, Камчатку, Північний Льо довитий океан до нинішньою положення. Крива руху цього полю са, побудована по намагніченості гірських порід одного материка, не співпадає з кривою іншого. Всі ці лінії мають лише одну спільну точку - сучасний північний магнітний полюс, і вони добре узго джуються з припустимими траєкторіями дрейфу материків після розколу Гондвани. Відродження ідеї мобілізму на новій основі - неомобілізмі, відбу лося наприкінці 50-х - на початку 60-х років XX ст. у зв’язку з вияв ленням планетарної системи серединно-океанічних хребтів і рифтових долин, а також досягненнями палеомагнетизму. З’явилась ціла низка нових гіпотез, пізніше об’єднаних в єдину концепцію тектоніки літосферних плит. Зокрема, у 1962 р. американські вчені - геолог Г. Хесс та гео фізик Р. С. Дітц - сформулювали гіпотезу спредингу. На їх думку, на дні рифтових долин у серединно-океанічних хребтах періодичні виверження базальтової лави призводять до розсування блоків літосфери, постійного формування нових ділянок океанічного дна. Порція базальтової лави, виливаючись через центральну тріщину на дні рифтової долини, розтікається по дну долини і застигає. Нова
порція лави розламує застиглу пластину базальту, розсуваючи дно по обидва боки від осі рифта, й також застигає в тріщині, утворюю чи нову базальтову пластину. Процес багаторазово повторюється, нарощуючи в такий спосіб океанічну кору по обидва боки від риф та. Стає зрозумілим, що наймолодша кора має бути на дні рифтової долини і поступово “старіти” в напрямку континентів (рис. 11.8).
Рис. 11.8. Схема спредингу й субдукції літосферних плит: 1 - гранітний шар; 2 - базальтовий шар
Нарощування молодої океанічної кори відбувається вздовж осей серединно-океанічних хребтів у рифтових долинах, а її руйнування (компенсація) - на протилежних кінцях плит, у глибоководних жо лобах. Вважається, що тут океанічна плита занурюється під конти нентальну на значні глибини, в мантію (субдукція). Подальший розвиток гіпотеза спредингу (розсування) дістала в працях англійських геофізиків Ф. Вайна і Д. Метьюза, які вивчали смугові магнітні аномалії вздовж осей серединно-океанічних хребтів. Магнітне поле Землі має здатність змінювати свою по лярність через певні проміжки часу (інверсії магнітного поля), в історії Землі це відбувалося неодноразово. Ідея англійських гео фізиків полягала в тому, що базальтова пластина, яка, згідно з гіпо тезою спредингу, утворюється в рифтовій долині, після застигання
намагнічується в тогочасному магнітному полі Землі. Потім плас тина розривається новою порцією базальту на дві частини, між якими утворюється нова пластина, яка згодом також застигає і, якщо за цих умов відбулася інверсія магнітного поля, намагнічуєть ся в зворотному напрямку. Процес повторюється і, отже, по обид ва боки від серединного хребта фіксується ціла низка лінійних маг нітних аномалій змінної полярності (рис. 11.9). У 1965 р. канадський геофізик Т. Уілсон спочатку виділив трансформні розломи, по яких зміщуються рифтові долини, а згодом обґрунтував ідею про те, що літосфера розбита на великі плити, а всі геологічно активні зони - рифти, океанічні жолоби, молоді гірські системи - взаємо пов’язані у своєму розвитку. Пізніше ці погляди було доповне но уявленням про те, що Земля розділена на цілу низку жорстких літосферних плит, до складу яких входять материки й прилеглі до них ділянки океанів. Плити межу ють по рифтовихдолинах середин но-океанічних хребтів, глибоко Рис. 11.9. Схема спредингу: воднихжолобах, континентальних 1-У - лінійні магнітні аномалії рифтах і молодих складчастих го змінної полярності відповідають рах, окраїнах континентів. Межі різновіковим ділянкам океанічної добре фіксуються епіцентрами не кори, що утворюється в рифтовій зоні, від найдавнішої І до наймо глибоких та глибокофокусних лодшої V землетрусів. У районах острівних дуг і біля активних окраїн континентів (на приклад, уздовж західного узбережжя Південної Америки) справді спостерігаються численні землетруси, епіцентри яких концентру ються в зонах, що під кутом занурюється під континент, або дугу на глибину не менше 150...200 км, іноді до 700 км - це т. зв. зони Вадаті-Заварицького-Беньофа. Тривале підсування океанічної кори під континентальну призводить до деформації окраїнного моря, зміщення острівної дуги до континенту і, нарешті, до склад коутворення. Землетруси виникають, очевидно, внаслідок звільнен ня сейсмічної енергії, яка накопичується при перервному підсуванні
однієї плити під іншу. У випадку, коли океанічна плита, що підсо вується під континентальну, розщеплюється і верхня її частина (офіоліти) насувається на континентальну, такі процеси називають обдукцією. Якщо ж у зону субдукції разом із океанічною плитою підсувається материк чи мікроконтинент, то відбувається зіткнен ня двох материків, або колізія. Розміщена між ними ділянка океану звужується, замикається, відбувається складкоутворення й горо утворення. Прикладом таких процесів може бути зіткнення Індо стану з континентальною брилою Євразії і утворення Гімалаїв, а також формування поясу молодих гір в Альпійсько-Гімалайській області у результаті зіткнення Африканської плити в області Тетису з Євразійською. Опрацювавши з врахуванням нових геологічних фактів ідею пе реміщення континентів підкоровими течіями в мантії, сформульо вану ще в 1929 р. шотландцем А. Холмсом, неомобілісти механізм горизонтальних переміщень літосферних плит пояснюють наявністю замкнених конвективних потоків речовин в астеносфері. Неотектоністи вважають, що внаслідок радіоактивного розігріву астеносфе ри в певних місцях створюються висхідні потоки перегрітої (тобто легшої) речовини. Піднімаючись вгору, потоки досягають охоло джених ділянок мантії, остигають і розтікаються в протилежні боки, створюючи в цьому місці зони розтягу, в яких можуть утворюватись розриви, що досягають поверхні кори, і вздовж них перегріта ман тійна речовина може виходити назовні. Такі висхідні потоки в асте носфері можуть спричиняти виникнення рифтових зон на поверхні Землі. Рухаючись у горизонтальному напрямку, астеносферна речо вина переносить занурені в неї літосферні плити. Охолоджуючись і ущільнюючись, речовина астеносфери утворює низхідні потоки, які призводять до появи на поверхні планети прогинів зон стиску і по в’язаних із ними складкоутворювальних процесів, розривів, насувів тощо. Такі явища трапляються в зонах субдукції. Отже, причини і джерела енергії тектонічних рухів земної кори являють єдиний комплекс, що включає обертання Землі, тепло ра діоактивного розпаду, силу тяжіння, сили стиснення і розтягуван ня. Однак, все-таки головною причиною, очевидно, слід вважати гравітаційну диференціацію речовини, яка викликає хімічну і густинну конвекцію речовини мантії. Це не лише приводить у рух пли ти земної кори, але й значною мірою визначає тектонічні та магма тичні процеси всередині плит. Концепція тектоніки літосферних плит дозволяє пояснити всі геотектонічні процеси взаємодією літосферних плит і загалом дає досить струнку картину еволюції земної кори та літосфери. Однак
і в ній є ціла низка слабких положень (наприклад, механізм і при чини руху літосферних плит, труднощі при поясненні періодичності та циклічності тектонічних і магматичних процесів тощо), які не дають поки що підстав вважати її теорією та потребують подаль ших досліджень. Таким чином, геотектонічні гіпотези з різним ступенем перекон ливості та узгодженості геологічним фактам пояснюють будову та еволюцію кори і літосфери. Єдиної загальноприйнятої теорії Землі, яка б з чітких наукових позицій узагальнювала і тлумачила все розмаїття геологічних явищ, тектонічних рухів, що спричинили утворення нашої планети, на даний час не створено. Створення такої теорії - завдання майбутніх дослідників.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Причини і джерела енергії тектонічних рухів» з дисципліни «Геофізична екологія»
