Влияние тектоники плит на физическую структуру и развитие формы Земли

Меньшие плиты, такие как плита Наска, Филиппинская морская плита, Аравийская плита, Карибская плита и плита Хуан-де-Фука, играют решающую роль в региональной геологии и сейсмических опасностях.

Виды границ плит

Взаимодействия между плитами происходят на их границах, где происходит наиболее драматическая геологическая активность. Эти границы делятся на три первичные категории, каждая из которых порождает различные формы рельефа и опасности.

Дивергентные границы: создание новой коры

На расходящихся границах плиты раздвигаются, позволяя магме из астеносферы подниматься и заполнять пробел. Этот процесс создает новую океаническую кору и отвечает за глобальную систему срединно-океанических хребтов, которые вместе охватывают более 65 000 километров. Среднеатлантический хребет, где разделяются североамериканские и евразийские плиты, является классическим примером. Исландия находится прямо на этом хребте, предлагая редкий наземный вид активного распространения морского дна.

На континентах расходящиеся границы создают рифтовые долины, где континентальная кора тоньше и тянется. Восточноафриканская рифтовая система, простирающаяся от Эфиопии до Мозамбика, представляет собой ранние стадии континентального распада. Если рифтинг продолжится, то в конечном итоге произойдёт новый океанский бассейн, как это произошло, когда Южная Америка и Африка отделились, образовав Атлантический океан.

Конвергентные границы: столкновение и субдукция

Сходящиеся границы возникают там, где плиты движутся навстречу друг другу, создавая одну из самых впечатляющих топографий Земли. Когда океаническая кора встречается с континентальной корой, более плотные океанические плиты под континентальной плитой создают глубокое океаническое впадина и цепь вулканов на пересеченном континенте. Субдукция плиты Наска под Южноамериканской плитой создает горы Анд и Перу-Чили. Когда две океанические плиты сходятся, одна подводит под другую, создавая островные дуги, такие как Япония, Филиппины и Алеутские острова.

Столкновение континентов происходит, когда обе плиты несут континентальную кору, которая сопротивляется субдукции из-за ее более низкой плотности. Столкновение Индийской плиты с Евразийской плитой привело к образованию Гималайского горного хребта, самого высокого на Земле, наряду с обширным Тибетским плато. Это столкновение продолжается и сегодня, поднимая Гималаи вверх со скоростью около 5 миллиметров в год и создавая мощные землетрясения по всему региону.

Границы трансформации: скольжение друг мимо друга

Границы трансформации происходят там, где плиты скользят горизонтально друг мимо друга. Эти границы позволяют осуществлять боковое движение без создания или разрушения коры. Самый известный пример — разлом Сан-Андреас в Калифорнии, где Тихоокеанская плита движется на северо-запад относительно Североамериканской плиты. Границы трансформации обычно вызывают частые землетрясения, поскольку напряжение строит вдоль линии разлома и высвобождает внезапные движения. Землетрясение в Сан-Франциско 1906 года и землетрясение на Гаити 2010 года оба были результатом движения по разломам трансформации.

Разломы трансформации также соединяют сегменты срединно-океанических хребтов, позволяя им смещаться, поскольку они приспосабливаются к распространению вдоль изогнутых границ плит. Эти разломы океанического преобразования порождают частые, меньшие землетрясения и способствуют сложной топографии морского дна.

Цикл Уилсона и формирование суперконтинента

Тектоника плит работает в циклах, охватывающих сотни миллионов лет. Цикл Уилсона описывает повторное открытие и закрытие океанских бассейнов через рифтинг, распространение морского дна, субдукцию и континентальное столкновение. Этот цикл объясняет сборку и распад суперконтинентов на протяжении всей истории Земли.

Свидетельства из древних пород, палеомагнитные данные и распределение окаменелостей показывают, что континенты Земли неоднократно собирались в суперконтиненты. Последняя, Пангея, образовалась около 300 миллионов лет назад и начала распадаться около 200 миллионов лет назад. До Пангеи суперконтиненты, такие как Родиния и Колумбия, собирались и рассеивались. Каждый цикл суперконтинента меняет глобальную географию, влияет на климатические модели и стимулирует эволюцию, создавая новые среды и миграционные барьеры.

Влияние на физическую структуру Земли

Движение тектонических плит формирует все основные черты твердой поверхности Земли.От самых высоких гор до самых глубоких океанских траншей тектонические процессы определяют физическую структуру планеты.

Горный дом

Горные хребты формируются в основном на сходящихся границах через два различных механизма. Связанное с субдукцией горное строительство происходит, когда океаническая плита субдукции под континентом, сжимая континентальный край и генерируя вулканические дуги. Анды иллюстрируют этот процесс, при этом активные вулканы поднимаются над зоной субдукции. Столкновение горного строительства происходит, когда два континента сталкиваются, сжимая и утолщая кору, чтобы произвести огромные горные пояса. Гималаи, Альпы и Аппалачи все сформировались в результате столкновения континент-континент, хотя Аппалачи являются гораздо более старым, разрушенным остатком столкновения, которое произошло более 300 миллионов лет назад.

Океанские траншеи и вулканические дуги

Океанские траншеи отмечают поверхностное выражение зон субдукции, где океаническая плита изгибается вниз в мантию. Марианская впадина, достигающая глубины почти 11 километров, представляет собой самую глубокую точку на поверхности Земли. Эти впадины возникают рядом с вулканическими дугами, где вода, выделяющаяся из субдукционной плиты, вызывает таяние в надлежащей мантии, производя магму, которая поднимается, чтобы создать цепь вулканов. Тихоокеанское огненное кольцо, опоясывающее Тихий океан, содержит сотни активных вулканов и испытывает большинство крупнейших землетрясений в мире.

Среднеокеанские ризги и рифтовые долины

Среднеокеанские хребты образуют самую длинную горную цепь на Земле, непрерывно проходящую через все океанские бассейны. Эти расходящиеся границы производят новую океаническую кору через устойчивую вулканическую активность. Хребты поднимаются на 3 километра над окружающим морским дном и содержат центральную рифтовую долину, где вторгается новая магма. На суше континентальные рифтовые долины, такие как Восточноафриканский рифт, Рио-Гранде-Рифт и Байкальский рифт, представляют собой расходящиеся границы на ранних стадиях, где континентальная кора истончается и растягивается до возможного распада.

Тектонические горячие точки и интраплатежный вулканизм

Не вся вулканическая активность происходит на границах плит. Горячие точки представляют собой места, где мантийные плюмы, поднимающиеся колонны горячей породы от границы ядра-мантии, производят вулканизм, независимый от границ плит. Гавайско-императорская цепь подводных гор обеспечивает классический пример, где Тихоокеанская плита движется над стационарной горячей точкой, производя цепь вулканов, которые прогрессируют от активной до вымершей по мере движения плиты. Йеллоустонский национальный парк находится над континентальной горячей точкой, которая произвела массивные извержения, образующие кальдеру за последние 2 миллиона лет.

Трассы Hotspot помогают ученым реконструировать прошлые движения плит, отслеживая возрастную прогрессию вулканических островов и подводных гор. Изгиб в цепи Гавайских императоров около 50 миллионов лет назад фиксирует значительное изменение направления движения Тихоокеанской плиты, предоставляя ключевые доказательства для понимания динамики плит в течение глубокого времени. USGS предоставляет подробную информацию о том, как горячие точки генерируют вулканическую активность далеко от границ плит .

Развитие земельной формы

Развитие рельефа Земли интегрирует тектонические процессы с поверхностными процессами, такими как эрозия, выветривание и осаждение.Тектоника создаёт первоначальный рельеф, а поверхностные процессы формируют и изменяют эти особенности с течением времени.

Вулканические формы рельефа

Вулканическая активность производит разнообразные формы суши в зависимости от состава магмы, стиля извержения и тектонической обстановки.Щитовые вулканы, как и те, что на Гавайях, образуются из текучих базальтовых лавовых потоков, которые строят широкие, мягко наклонные горы. Стратоволканы или композитные вулканы, такие как гора Фудзи и гора Ренье, образуются из более вязких магм, которые производят взрывные извержения и крутые конусы. Кальдерас, большие депрессионные особенности, которые образуются, когда магматические камеры пусты и разрушаются, могут охватывать десятки километров в поперечнике, как видно на Йеллоустонском и Кратерном озере.

Неисправно связанные формы рельефа

Границы трансформации и протяженные среды создают характерные дефектные формы рельефа. Обломки разлома, где движение разлома компенсирует поверхность земли, создают линейные скалы, которые сохраняются в течение тысяч лет, прежде чем эрозия сглаживает их. Бассейны вытягивания образуются вдоль разломов преобразования, где изгибы в разломе создают зоны расширения, создавая долины, которые могут содержать озера или плеяды. Мертвое море, самая низкая точка на земной поверхности на 430 метров ниже уровня моря, занимает тяговый бассейн вдоль Трансформации Мертвого моря.

Роль эрозии в тектонических ландшафтах

Тектонический подъём и эрозия действуют в динамическом равновесии. По мере того, как горы поднимаются, реки и ледники вырубаются вниз, вырезаются долины и переносятся осадки. Скорость эрозии может соответствовать или даже превышать скорость подъёма, создавая ландшафты, которые остаются на устойчивом возвышении, в то время как поверхность постоянно обновляется. Южные Альпы Новой Зеландии, где сталкиваются Тихоокеанские и Австралийские плиты, испытывают быстрый подъём и столь же быструю эрозию, со скоростью, превышающей 10 миллиметров в год в некоторых районах. Этот баланс между строительством и разрушением создаёт драматические ландшафты, которые мы видим сегодня.

Тектоника и климат

Тектоника плит влияет на климат в нескольких временных масштабах. Горное строительство изменяет атмосферные циркуляционные модели, создавая дождевые тени, где влажный воздух поднимается, охлаждается и выдает осадки на наветренной стороне, в то время как подветренная сторона остается сухой. Поднятие Гималаев и Тибетского плато усилило азиатскую муссоновую систему, создав сезонные модели осадков, которые поддерживают миллиарды людей в Южной и Восточной Азии.

На более длинных временных масштабах тектоника плит регулирует атмосферный углекислый газ через обратную связь силикатного выветривания. Выветривание силикатных минералов потребляет атмосферный CO2, а скорость выветривания увеличивается, когда тектонический подъем обнажает свежие породы. Столкновение Индии с Азией и в результате подъем Гималаев увеличили глобальные темпы выветривания, снизив атмосферный CO2 и способствуя тенденции охлаждения, которая привела к плейстоценовым ледниковым периодам. Кроме того, извержения вулканов на границах плит выделяют CO2 и другие парниковые газы, создавая сложную обратную связь между тектоникой и климатом.

Тематические исследования тектонического воздействия

Изучение конкретных регионов иллюстрирует, как тектоника плит формирует физическую структуру Земли и создает отличительные формы рельефа.

Гималаи и Тибетское плато

Столкновение между Индийской и Евразийской плитами, продолжавшееся около 50 млн лет, породило самый высокий горный хребет на Земле и обширное Тибетское плато, которое занимает примерно 2,5 млн кв. км при средней высоте 4500 м. Столкновение сократило континентальную кору на сотни километров, утолтив ее почти в два раза от нормальной континентальной толщины. В этом регионе происходят частые крупные землетрясения по мере продолжения столкновения, в том числе землетрясение Горкха 2015 года в Непале. Гималаи остаются самым драматическим примером столкновения континент-континент, активным сегодня.

Провинция Бассейн и хребет

Провинция Бассейн и хребет на западе США является примером протяженной тектоники. За последние 20 миллионов лет континентальная кора растянулась на целых 100 процентов, производя чередующиеся горные хребты и долины, ограниченные нормальными разломами. Это расширение, связанное с более широкой тектоникой Тихоокеанско-Североамериканской границы плит, создало отличительный ландшафт, который охватывает большую часть Невады, западной Юты и частей окружающих штатов. Провинция содержит самую низкую точку в Северной Америке в бассейне Бадуотер в Долине Смерти и самую высокую точку в смежных Соединенных Штатах на горе Уитни, все в пределах 150 километров друг от друга.

Горячая точка Исландии и Среднеатлантический хребет

Исландия находится на вершине как Среднеатлантического хребта, так и мантийного шлейфа, создавая один из самых геологически активных регионов на Земле. Остров испытывает частые извержения вулканов, в среднем одно извержение каждые три-пять лет. Сочетание распространения хребта и вулканизма горячей точки построило массив суши площадью около 103 000 квадратных километров, все сформированы из вулканической породы. Исландия предоставляет ученым беспрецедентную естественную лабораторию для изучения процессов распространения морского дна на суше, включая такие протяженные особенности, как рифтовая долина ⁇ ingvellir.

Тектоника и природные ресурсы

Тектонические процессы плит концентрируют многие экономически важные природные ресурсы. Зоны субдукции генерируют гидротермальные системы, которые отлагают медь, золото и другие металлы в вулканических дугах, создавая рудные месторождения, такие как найденные в Андах и на Филиппинах. Сходящиеся границы плит создают условия, необходимые для формирования порфировых медных отложений, которые поставляют большую часть мировой меди. Осадочные бассейны, образованные тектоническим оседанием, накапливают богатые органическими осадками, которые со временем и теплом генерируют нефть и природный газ. Персидский залив, Северное море и Мексиканский залив — все они возникли благодаря тектоническим процессам, которые создали бассейны, благоприятные для накопления углеводородов.

Понимание истории тектоники плит направляет исследование этих ресурсов, отождествляя регионы с соответствующими геологическими условиями. Взаимосвязь между тектоникой плит и образованием месторождений полезных ископаемых хорошо документирована в геологической литературе .

Измерение и мониторинг тектоники плит

Современная технология позволяет ученым с замечательной точностью измерять движения плит и контролировать создаваемые ими опасности. Сети глобальной системы позиционирования (GPS) через границы тектонических плит обнаруживают движения миллиметров в год, предоставляя данные, подтверждающие долгосрочные средние значения из геологических исследований. Интерферометрический радар с синтезированной апертурой (InSAR) использует спутниковые радиолокационные изображения для измерения деформации грунта с точностью до сантиметра, помогая ученым контролировать вулканическую инфляцию и накопление деформации разломов в режиме реального времени.

Сейсмические сети фиксируют землетрясения, вызванные движениями плит, что позволяет ученым составлять карты зон разломов и оценивать сейсмические опасности. Глобальная сейсмографическая сеть, управляемая USGS и партнерскими организациями, обеспечивает непрерывный мониторинг сейсмической активности во всем мире. Программа USGS по опасности землетрясений предлагает данные мониторинга в реальном времени и образовательные ресурсы о сейсмической активности, связанной с тектоникой плит. . Обсерватории глубоководных районов, такие как развернутые Программой океанского бурения и Интегрированной программой океанского бурения, позволяют осуществлять прямой мониторинг процессов распространения морского дна и поведения зон субдукции.

Заключение

Тектоника плит обеспечивает объединяющую основу для понимания физической структуры Земли и развития рельефа. Движение тектонических плит, движимое силами, происходящими глубоко внутри Земли, создает горы, долины, траншеи и хребты, которые определяют поверхность планеты. Разнонаправленные границы порождают новую кору и создают океанские бассейны, сходящиеся границы строят горы и субдукцию старой коры, а границы трансформируют, приспосабливают боковые движения при генерации землетрясений.

Эти процессы действуют в течение миллионов лет через цикл Уилсона, собирая и разрушая суперконтиненты, регулируя климат и концентрируя природные ресурсы. Понимание тектоники плит не только объясняет прошлые и настоящие изменения на Земле, но также помогает предвидеть будущие изменения, оценивать геологические опасности и находить ресурсы, необходимые для современной цивилизации. Поскольку научные исследования продолжают совершенствовать наше понимание динамики плит, теория остается центральной для образования и исследований в области науки о Земле, с приложениями, начиная от прогнозирования опасности до моделирования климата.