Введение в тектонику плит

Немногие процессы сформировали поверхность нашей планеты глубже, чем медленное, неустанное движение тектонических плит. Теория тектоники плит, возникшая в середине XX века, объединила более ранние представления о дрейфе континентов и распространении морского дна в комплексную основу для понимания геологии Земли. Эта теория объясняет распределение землетрясений, расположение вулканов, формирование горных хребтов и эволюцию континентов и океанических бассейнов в течение глубокого времени. Для географов и земных учёных твёрдое понимание того, как формируются и движутся плиты, имеет важное значение для интерпретации физического ландшафта и оценки природных опасностей. Следующие разделы обеспечивают детальное исследование состава, происхождения, движущих сил и географических последствий движения тектонических плит.

Что такое тектонические плиты?

Тектонические плиты — большие, жесткие плиты литосферы Земли, которые ездят на более мягкой, деформируемой астеносфере. Литосфера включает в себя кору и верхнюю часть мантии и колеблется от 50 до 100 километров в толщину под океанами до целых 200 километров под континентами. Эти плиты слипаются воедино, как глобальная головоломка, покрывающая всю поверхность Земли. Их границы — зоны интенсивной геологической активности, где происходят землетрясения, извержения вулканов и деформации.

Состав литосферы

Литосфера состоит из двух различных слоев. Кора является самым внешним слоем и поставляется в двух вариантах: океаническая кора, которая относительно тонкая (5-10 км) и состоит в основном из базальта, и континентальная кора, которая толще (30-50 км) и состоит в основном из гранита и других более легких пород. Под корой лежит литосферная мантия , которая более холодная и более жесткая, чем подлежащая астеносфера. Граница между корой и мантией известна как разрыв Мохоровичича или Мохо.

Oceanic vs. Continental Plates (недоступная ссылка)

Пластины классифицируются как океанические, континентальные или комбинация обоих. Океанические плиты, такие как Тихоокеанская плита, тоньше и плотнее, заставляя их опускаться под континентальными плитами в зонах субдукции. Континентальные плиты, такие как Североамериканская плита, толще и менее плотны, что позволяет им ездить выше по астеносфере и оставаться на поверхности во время столкновений. Различие между этими двумя типами литосферы имеет основополагающее значение для понимания взаимодействия плит на сходящихся границах.

  • Океанические плиты: Тихоокеанская плита, плита Наска, плита Кокоса, плита Филиппинского моря.
  • Континентальные плиты: Североамериканская плита, Евразийская плита, Африканская плита, Южноамериканская плита, Антарктическая плита.
  • Смешанные плиты: Многие плиты включают как океаническую, так и континентальную литосферу, такую как индийско-австралийская плита.

Формирование тектонических плит

Литосфера не является единой, неразрывной оболочкой. Она раздроблена на плиты из-за тепловых и механических процессов, которые протекали миллиарды лет. Образование этих плит тесно связано с охлаждением недр Земли и динамикой мантийной конвекции.

Расширение морского дна

Распространение морского дна происходит на средних океанских хребтах, где поднимается вверх магма из астеносферы, чтобы заполнить пробел, создаваемый расходящиеся плиты. По мере охлаждения и затвердевания магмы создается новая океаническая литосфера. Этот процесс создает непрерывную полосу молодой коры вдоль оси хребта, которая затем перемещается поперек от хребта. Возраст океанической коры увеличивается с расстоянием от хребта, обеспечивая естественный рекорд движения плит в течение миллионов лет. Среднеатлантический хребет и Восход Восточной части Тихого океана являются яркими примерами центров распространения.

Субдукция и переработка плит

Пока на хребтах создается новая литосфера, в зонах субдукции потребляется равное количество старой литосферы. Субдукция происходит, когда океаническая плита сталкивается с менее плотной плитой, обычно континентальной, и вынуждена опускаться в мантию. Нисходящая плита погружается в астеносферу, где нагревается и в конечном итоге ассимилируется. Этот процесс рециркуляции препятствует расширению Земли и поддерживает баланс между созданием и разрушением коры. Субдукция отвечает за образование глубоких океанских траншей, вулканических дуг и землетрясений на промежуточных глубинах.

Континентальный дрейф и распад суперконтинентов

Образование отдельных тектонических плит связано также с повторным сбором и распадом суперконтинентов. Последний суперконтинент, Пангея, начал распадаться около 200 миллионов лет назад. Разлом происходил по линиям слабости в литосфере, в конечном итоге производя отдельные плиты, которые дрейфовали до своих нынешних позиций. Распад Пангеи создал Атлантический океан, Индийский океан и изменил распределение континентальных масс. Доказательства прошлых континентальных конфигураций исходят из совпадающих типов горных пород, ископаемых сборок и палеомагнитных данных.

Что движет движением плит?

Тектоника плит не пассивный процесс; она приводится в движение силами, генерируемыми внутри Земли. Движение плит медленно, обычно от 1 до 10 сантиметров в год, но кумулятивные эффекты в течение геологического времени огромны. Три основных механизма приводят в движение плиты: конвекция мантии, тяга плиты и толчок хребта.

Мантильная конвекция

Мантийная конвекция относится к медленному, пульсирующему движению земной мантии, вызванному теплом от ядра и распадом радиоактивных изотопов. Горячий мантийный материал поднимается, потому что он менее плотный, в то время как более холодный материал тонет. Эта конвективная циркуляция оказывает сопротивление на основание литосферы, тянущей пластины вместе с протекающей мантией. Хотя точная роль мантийной конвекции в приводных пластинах все еще обсуждается, она широко принята в качестве фундаментального компонента тектонического двигателя пластины.

Слаб тянет

Слаб тяга считается доминирующей силой, управляющей движением плиты. Поскольку плотная океаническая плита погружается в мантию в зоне субдукции, вес нисходящей плиты тянет остальную часть плиты вместе с ней. Эта сила очень эффективна, потому что тонущая плита холодная и плотная относительно окружающей мантии. Подводящие плиты могут проникать глубоко в нижнюю мантию, генерируя существенное гравитационное притяжение. Тихоокеанская плита, окруженная зонами субдукции, движется быстрее, чем многие другие плиты из-за сильных сил тяги плиты.

Ридж Толчок

На гребне риджа действует вторичная сила, способствующая движению плит. На среднеокеанических хребтах вновь образованная литосфера горячая и плавучая, сидит на более высокой высоте, чем более холодная, плотная литосфера, дальше от хребта. Гравитация заставляет возвышенный хребет отодвигать пластину от центра распространения, процесс, называемый риджовым толчком или гравитационным скольжением. В то время как менее мощный, чем тяга плиты, риджовый толчок помогает отогнать пластины от расходящихся границ и способствует общему движению пластин.

Виды границ плит

Взаимодействия между тектоническими плитами происходят на их границах, которые подразделяются на три основных типа: дивергентный, конвергентный и трансформационный, каждый тип связан с различными геологическими особенностями и опасностями.

Расходящиеся границы

При расходящихся границах плиты отходят друг от друга. Это разделение создает пространство для магмы, чтобы подняться от мантии, создавая новую океаническую кору. Расходящиеся границы встречаются в основном вдоль среднеокеанических хребтов, таких как Срединно-Атлантический хребет, где евразийские и североамериканские плиты медленно отделяются. На суше расходящиеся границы могут производить рифтовые долины, такие как Восточно-Африканская рифтовая долина, которая в конечном итоге может эволюционировать в новые океанские бассейны. Землетрясения на расходящихся границах обычно неглубокие и умеренные по величине, в то время как вулканическая активность обычно эффузивна, производя базальтовые потоки лавы.

Сходящиеся границы

Конвергентные границы возникают там, где сталкиваются две плиты. Характер столкновения зависит от типа вовлеченной литосферы. Когда океаническая плита сходится с континентальной плитой, более плотные океанические плиты субдукты под континентальным краем, создавая глубокую океанскую впадину и вулканическую дугу на перекрывающей плите. Горы Анд и Японская впадина являются классическими примерами. Когда две океанические плиты сходятся, одна подводит под другую, образуя вулканическую островную дугу, как видно на Алеутских островах. Когда две континентальные плиты сталкиваются, ни одна из них не может субдукции из-за их плавучести, что приводит к поднятию массивных горных хребтов, таких как Гималаи. Сходящиеся границы генерируют крупнейшие землетрясения и производят андезитные извержения вулканов, которые могут быть очень взрывоопасными.

Преобразование границ

Границы трансформации — это зоны, где плиты скользят горизонтально друг мимо друга. Наиболее известным примером является разлом Сан-Андреас в Калифорнии, где Тихоокеанская плита движется на северо-запад относительно Североамериканской плиты. Границы трансформации не создают и не разрушают литосферу, но они являются местами интенсивного трения и накопления напряжения. Когда напряжение превышает силу пород, оно высвобождается в виде землетрясений. Эти землетрясения могут быть большими и разрушительными, но вулканическая активность отсутствует вдоль границ трансформации, потому что нет магматического пути к поверхности. Разломы трансформации также смещают сегменты срединно-океанических хребтов, приспосабливая дифференциальное движение центров распространения.

Геологические эффекты тектоники плит

Движение тектонических плит отвечает за широкий спектр геологических явлений, непосредственно влияющих на поверхность Земли и живые на ней человеческие сообщества.Понимание этих эффектов имеет решающее значение для оценки опасности, планирования землепользования и разведки ресурсов.

Землетрясения и линии разломов

Землетрясения вызваны внезапным выбросом энергии упругого напряжения вдоль разломов на границах плит. Тип и расположение землетрясений различаются по пограничному типу. На сходящихся границах землетрясения могут происходить на мелкой, промежуточной и глубокой глубинах, следуя траектории субдукционной плиты. Самые крупные зарегистрированные землетрясения, такие как землетрясение 1960 года в Валдивии (магнитуда 9,5) в Чили и землетрясение 2011 года в Тохоку (магнитуда 9,1) в Японии, произошли вдоль зон субдукции. На границах трансформации землетрясения обычно неглубокие, но все еще могут быть очень разрушительными, что продемонстрировано землетрясением 1906 года в Сан-Франциско. Картирование разломов и сейсмический мониторинг являются важными инструментами для понимания рисков землетрясений и разработки строительных норм и систем раннего предупреждения.

Вулканическая активность

Вулканы тесно связаны с границами плит, в частности с конвергентными и расходящихся по краям. На сходящихся границах субдукция гидратированной океанической коры выпускает воду в надлежащую мантию, понижая её температуру плавления и генерируя магму. Эта магма поднимается через перекрывающую плиту, образуя вулканические дуги, такие как Каскадный хребет на северо-западе Тихого океана и Анды в Южной Америке. На расходящихся границах декомпрессионное плавление астеносферы производит базальтовую магму, которая извергается на средних океанских хребтах и рифтовых зонах. Горячие точки, не имеющие прямого отношения к границам плит, также производят значительный вулканизм. Гавайские острова, сидящие над мантийным шлейфом в середине Тихоокеанской плиты, являются классическим примером вулканов горячей точки. Извержения вулканов могут выделять пепел, газы и лаву, влияя на климат, авиаперелёты и местные экосистемы.

Горный дом

Орогенез, или горостроение, происходит в первую очередь на сходящихся границах, где сталкиваются тектонические плиты. Столкновение континентальных плит порождает самые высокие горные хребты на Земле, такие как Гималаи, образовавшиеся после столкновения Индийской плиты с Евразийской плитой около 50 миллионов лет назад. Процесс включает в себя интенсивное складывание, разлом, толкание и метаморфизм горных пород. Старые горные хребты, такие как Аппалачские горы, являются эродированными остатками древних столкновений, которые произошли сотни миллионов лет назад. Горообразование влияет на региональные климатические модели, создавая дождевые тени и контролируя распределение водных ресурсов.

Цунами

Цунами — это большие океанские волны, вызванные внезапным смещением морской воды, часто вызванные подводными землетрясениями в зонах субдукции. Когда происходит мегатравматическое землетрясение, морское дно резко поднимается или опускается, генерируя волны, которые проходят через целые океанские бассейны. Цунами в Индийском океане 2004 года и цунами Тохоку 2011 года являются трагическими примерами разрушительной силы этих волн. Системы предупреждения о цунами полагаются на сейсмический мониторинг в реальном времени и мониторинг уровня моря для обеспечения оповещений прибрежным сообществам. Понимание тектоники плит имеет важное значение для выявления регионов, где риск цунами является самым высоким.

Основные тектонические плиты и их географическое распределение

Литосфера Земли разделена на семь основных плит и множество более мелких микропластинок.Распределение этих плит определяет глобальную картину геологических опасностей и расположение континентов и океанских бассейнов.

Тихоокеанская плита

Тихоокеанская плита — самая большая тектоническая плита, охватывающая более 100 млн кв. км дна Тихого океана. Она граничит с Североамериканской, Евразийской, Филиппинской, Австралийской, Антарктической, Наска и Кокосовой плитами. Почти полностью океаническая, Тихоокеанская плита окружена Огненным кольцом, зоной интенсивной сейсмической и вулканической активности. Её западная окраина включает в себя глубокие окопы субдукции, такие как Марианская впадина, самая глубокая часть Мирового океана. Быстрое движение Тихоокеанской плиты, обусловленное сильным вытягиванием плиты вдоль границ субдукции, делает её одной из самых быстродвижущихся плит.

Североамериканская плита

Североамериканская плита простирается от Среднеатлантического хребта на востоке до тихоокеанского побережья на западе, охватывая Северную Америку, Гренландию и части Атлантического и Северного Ледовитого океанов. Её западная граница включает в себя разломы трансформаций Сан-Андреас и зону субдукции под Каскадами. Восточная граница плиты расходится, так как медленно отделяется от Евразийской плиты. Внутренняя часть плиты относительно стабильна, с сейсмической активностью, сосредоточенной вдоль её окраин.

Евразийская плита

Евразийская плита охватывает большую часть Европы и Азии, исключая Индийский субконтинент и части Ближнего Востока. Ее южная граница включает зону столкновения с Индийской плитой, которая породила Гималаи и Тибетское плато. Западная граница определяется Срединно-Атлантическим хребтом, в то время как восточная граница более сложна, включающая субдукцию и трансформацию разломов вблизи Японии и Филиппин. Евразийская плита в значительной степени континентальная в своем интерьере, но включает в себя значительную океаническую литосферу в арктических и атлантических регионах.

Другие известные пластины

В дополнение к основным плитам, несколько меньших плит играют важную роль в региональной тектонике. Платформа Наска, расположенная у западного побережья Южной Америки, подпитывает подъём Анд и производит разрушительные землетрясения.Австралийская плита движется на север, сталкиваясь с Евразийской плитой и выдвигая вверх горные хребты в Индонезии и Новой Гвинее.Платформа Филиппинского моря является небольшой, но активной плитой, взаимодействующей с Тихоокеанской и Евразийской плитами, порождая частые землетрясения и извержения вулканов на Филиппинах и Тайване.Арабская плита движется на север в сторону Евразии, способствуя тектонике Ближнего Востока и формированию гор Загроса.Африканская плита раскалывается вдоль Восточно-Африканского раз

Горячие точки и интраплантная активность

Не вся вулканическая активность происходит на границах плит. Горячие точки — это места, где шлейфы горячего мантийного материала поднимаются через литосферу, создавая вулканы внутри плит. Гавайско-императорская цепь подводных гор в Тихом океане является четким отчетом о движении Тихоокеанской плиты над стационарной горячей точкой. По мере движения плиты новые вулканы образуются над горячей точкой, создавая цепь островов и подводных гор, которые увеличиваются в возрасте с расстоянием от горячей точки. Другие заметные горячие точки включают Йеллоустон, Исландию и Галапагосские острова. Горячие точки дают ценную информацию о динамике мантии и скорости движения плит в течение геологического времени.

Заключение

Формирование и движение тектонических плит составляют фундаментальную основу для понимания геологии и физической географии Земли. От создания новой коры в средних океанских хребтах до утилизации литосферы в зонах субдукции тектоника плит контролирует распределение землетрясений, вулканов и горных хребтов по всему миру. Силы конвекции мантии, тяги плит и тяги хребта движут плитами со скоростью, которая формирует континенты и океанские бассейны на протяжении миллионов лет. Географическое распределение плит определяет, где сосредоточены природные опасности, и влияет на эволюцию ландшафтов и экосистем. Для студентов и специалистов в области географии и наук о Земле глубокое понимание тектоники плит обеспечивает основу для изучения всего, от изменения климата до смягчения последствий стихийных бедствий. Продолжающиеся исследования в области сейсмической визуализации, геодезии GPS и численного моделирования продолжают совершенствовать наше понимание того, как и почему плиты движутся, предлагая более глубокое понимание динамичной планеты, которую мы населяем.