3: Розуміння тектоніки плит
- Page ID
- 35654
Вчені зараз досить добре розуміють, як рухаються пластини і як такі рухи відносяться до землетрусної активності. Найбільше рух відбувається уздовж вузьких зон між плитами, де результати пластинчастих тектонічних сил найбільш очевидні.
Існує чотири типи кордонів плит:
- Розбіжні межі - де нова кора утворюється, коли пластини відходять один від одного.
- Конвергентні межі — де кора руйнується, коли одна плита пірнає під іншу.
- Трансформувати межі - де кора не утворюється і не руйнується, коли пластини ковзають горизонтально один за одного.
- Прикордонні зони плит — широкі пояси, в яких межі недостатньо чітко визначені, а ефекти взаємодії плит неясні.
Перетин художника, що ілюструє основні типи кордонів плит (див. Текст); Східно-Африканська рифтова зона є хорошим прикладом континентальної рифтової зони. (Поперечний переріз Хосе Ф. Вігіл з цієї динамічної планети - настінна карта, виготовлена спільно Геологічною службою США, Смітсонівським інститутом та Дослідницькою лабораторією ВМС США.)
Розбіжні межі
Розбіжні межі відбуваються вздовж розподільних центрів, де пластини розсуваються, а нова кора створюється завдяки відштовхуванню магми від мантії. Малюйте дві гігантські конвеєрні стрічки, звернені один до одного, але повільно рухаються в протилежних напрямках, коли вони транспортують новоутворену океанічну кору подалі від гребеня хребта.
Мабуть, найвідомішим з розходяться кордонів є Середньоатлантичний хребет. Цей занурений гірський хребет, який простягається від Північного Льодовитого океану до південного краю Африки, є лише одним сегментом глобальної системи хребтів середнього океану, яка оточує Землю. Швидкість поширення по Середньоатлантичному хребту становить в середньому близько 2,5 сантиметрів на рік (см/рік), або 25 км за мільйон років. Ця швидкість може здатися повільною за людськими мірками, але оскільки цей процес триває мільйони років, це призвело до руху плит на тисячі кілометрів. Морське дно, що поширюється протягом останніх 100 до 200 мільйонів років, призвело до зростання Атлантичного океану з крихітного входу води між континентами Європи, Африки та Америки у величезний океан, який існує сьогодні.
Середньоатлантичний хребет, який розщеплює майже весь Атлантичний океан з півночі на південь, є, мабуть, найвідомішим і найбільш вивченим прикладом кордону дивергентної плити. (Ілюстрація адаптована з карти Ця динамічна планета. )
Вулканічна країна Ісландія, яка перетинає Середньоатлантичний хребет, пропонує вченим природну лабораторію для вивчення на суші процесів, що відбуваються також по занурених частинам розлогий хребта. Ісландія розколюється вздовж розподільного центру між Північноамериканською та Євразійською плитами, оскільки Північна Америка рухається на захід щодо Євразії.
Карта показує Середньоатлантичний хребет, який розщеплює Ісландію і розділяє Північноамериканську і Євразійську На карті також показано Рейк'явік, столицю Ісландії, район Тінгвеллір та місця розташування деяких діючих вулканів Ісландії (червоні трикутники), включаючи Крафлу.
Наслідки руху плити легко побачити навколо вулкана Крафла, в північно-східній частині Ісландії. Тут існуючі ґрунтові тріщини розширилися і з'являються нові кожні кілька місяців. З 1975 по 1984 роки вздовж зони тріщини Крафла відбувалися численні епізоди рифту (поверхневого розтріскування). Деякі з цих рифтових подій супроводжувалися вулканічною активністю; земля поступово піднімалася на 1-2 м, перш ніж різко опуститися, сигналізуючи про майбутнє виверження. У період з 1975 по 1984 рік переміщення, спричинені рифтом, склали близько 7 м.
Лавові фонтани (5p; 10 м заввишки), що випливають з виверження тріщин під час жовтня 1980 року виверження вулкана Крафла. (Фотографія Гудмундур Е. Sigvaldason, Північний вулканологічний інститут, Рейк'явік, Ісландія.)
Пташиного польоту області навколо Thingvellir, Ісландія, показуючи зону тріщини (в тіні), яка є на суші експозиції Середньоатлантичного хребта. Праворуч від тріщини Північноамериканська плита відтягується на захід від Євразійської плити (зліва від тріщини). Ця фотографія охоплює історичну туристичну зону Тінгвеллір, місце першого парламенту Ісландії під назвою Альтінг, заснований приблизно в 930 році н.е. Велика будівля (верхній центр) - готель для приїжджих. (Фотографія Оддур Сігурдссона, Національний енергетичний орган, Ісландія.)
У Східній Африці процеси поширення вже відірвали Саудівську Аравію від решти африканського континенту, утворюючи Червоне море. Активно розщеплюється Африканська плита і Аравійська плита зустрічаються в тому, що геологи називають потрійним стиком, де Червоне море зустрічається з Аденською затокою. Новий центр розповсюдження може розвиватися під Африкою вздовж Східно-Африканської рифтової зони. Коли континентальна кора розтягується за її межі, на поверхні Землі починають з'являтися тріщини напруги. Магма піднімається і стискається крізь розширюються тріщини, іноді вивергаючись і утворюючи вулкани. Піднімається магма, незалежно від того, вивергається вона чи ні, чинить більший тиск на кору, щоб виробляти додаткові переломи і, в кінцевому рахунку, зону рифту.
Карта Східної Африки показує деякі історично діючі вулкани (червоні трикутники) та трикутник Афар (затінений, центр) - так званий потрійний перехід (або потрійна точка), де три пластини відходять одна від одної: Аравійська плита, і дві частини Африканської плити (нубійської та сомалійської), що розщеплюються вздовж Східно-Африканської Ріфтової зони.
Східна Африка може бути місцем наступного великого океану Землі. Пластинчасті взаємодії в регіоні дають вченим можливість з перших рук вивчити, як Атлантика, можливо, почала формуватися близько 200 мільйонів років тому. Геологи вважають, що, якщо поширення продовжиться, три плити, що зустрічаються на краю сучасного африканського континенту, повністю розділяться, дозволяючи Індійському океану затопити територію і зробивши найсхідніший куточок Африки (Африканський Ріг) великим островом.
Вид з вертольота (у лютому 1994 р.) активного озера лави в межах кратера вершини 'Ерта Але (Ефіопія), одного з діючих вулканів в Східно-Африканській Ріфтовій зоні. Два шоломових вулканологів з червоним костюмом - спостерігаючи активність з краю кратера - забезпечують масштаб. Червоний колір всередині кратера показує, де розплавлена лава проривається через затверділу чорну кору озера лави. (Фотографія Жака Дюр'є, група вулканів акторів.)
Олдоіньо Ленгай, ще один діючий вулкан у Східно-Африканській рифтовій зоні, вибухонебезпечно вивергається в 1966 році. (Фотографія Гордона Девіса, люб'язно надано Селія Нямверу, Університет Святого Лаврентія, Кантон, Нью-Йорк.)
збігаються межі
Розміри Землі суттєво не змінилися протягом останніх 600 мільйонів років, і, швидше за все, не незабаром після її утворення 4,6 мільярда років тому. Незмінний розмір Землі означає, що кора повинна бути знищена приблизно з тією ж швидкістю, що і створюється, як припускав Гаррі Гесс. Таке руйнування (утилізація) кори відбувається по сходяться кордонів, де пластини рухаються назустріч один одному, а іноді одна плита опускається (підпорядковується) під іншу. Місце, де відбувається занурення пластини, називається зоною субдукції.
Тип конвергенції - називається деякими дуже повільним «зіткненням» - що відбувається між плитами, залежить від виду літосфери, яка бере участь. Конвергенція може відбуватися між океанічною та значною мірою континентальною плитою, або між двома переважно океанічними плитами або між двома переважно континентальними плитами.
Океанічно-континентальна конвергенція
Якби за допомогою чарівної палички ми могли витягнути пробку і осушити Тихий океан, ми побачили б найдивовижніше видовище - низку довгих вузьких, вигнутих траншей довжиною в тисячі кілометрів і глибиною 8-10 км, що врізаються в дно океану. Траншеї є найглибшими ділянками океанського дна і створюються шляхом субдукції.
Біля узбережжя Південної Америки вздовж траншеї Перу-Чилі океанічна плита Наска проштовхується і підпорядковується під континентальну частину Південноамериканської плити. У свою чергу, переважна південноамериканська плита піднімається вгору, створюючи підносяться гори Анди, кістяк континенту. Сильні, руйнівні землетруси і стрімке підняття гірських хребтів поширені в цьому регіоні. Незважаючи на те, що плита Наска в цілому плавно і безперервно занурюється в траншею, найглибша частина субдукційної пластини розривається на менші шматки, які замикаються на місці протягом тривалого періоду часу, перш ніж раптово рухатися, щоб генерувати великі землетруси. Такі землетруси часто супроводжуються підняттям землі на цілих кілька метрів.
Зближення плит Наска і Південної Америки деформувалося і підштовхнуло верстви вапняку, щоб сформувати високі вершини Анд, як видно тут, в гірничодобувній зоні Пачапакі в Перу. (Фотографія Джорджа Еріксена, USGS.)
9 червня 1994 року землетрус магнітудою 8,3 стався приблизно в 320 км на північний схід від Ла-Паса, Болівія, на глибині 636 км. Цей землетрус, в зоні субдукції між плитою Наска і Південноамериканською плитою, був одним з найглибших і найбільших субдукційних землетрусів, зафіксованих у Південній Америці. На щастя, незважаючи на те, що цей потужний землетрус відчувався так далеко, як Міннесота та Торонто, Канада, він не завдав великої шкоди через свою велику глибину.
Вулканічні дуги і океанічні траншеї частково оточують Тихоокеанський басейн утворюють так зване Вогняне кільце, зону частих землетрусів і вивержень вулканів. Траншеї показані синьо-зеленим кольором. Вулканічні острівні дуги, хоча і не позначені, паралельні окопам і завжди приземлені. Наприклад, острівна дуга, пов'язана з Алеутським жолобом, представлена довгим ланцюгом вулканів, що входять до складу Алеутських островів.
Океанічно-континентальна конвергенція також підтримує багато активних вулканів Землі, таких як Анди та Каскадний хребет на північному заході Тихого океану. Виверження активності явно пов'язана з субдукцією, але вчені енергійно обговорюють можливі джерела магми: чи магма генерується частковим плавленням субдукційної океанічної плити, або вищерозташованої континентальної літосфери, або обох?
Океанічно-океанічна конвергенція
Як і при океаніко-континентальної конвергенції, при сходженні двох океанічних плит одна зазвичай підпорядковується під іншу, і в процесі утворюється траншея. Маріанський жолоб (паралельний Маріанським островам), наприклад, позначає, де швидко рухається Тихоокеанська плита сходиться проти повільніше рухається Філіппінської плити. Глибина Челленджера, на південному кінці Маріанської жолоби, занурюється глибше в надра Землі (майже 11 000 м), ніж гора Еверест, найвища гора в світі, піднімається над рівнем моря (близько 8 854 м).
Процеси субдукції в сходження океаніко-океанічних плит також призводять до утворення вулканів. Протягом мільйонів років вивержена лава та вулканічні сміття накопичуються на дні океану, поки підводний вулкан не підніметься над рівнем моря, утворюючи острівний вулкан. Такі вулкани, як правило, нанизані ланцюгами, які називаються острівними дугами. Як випливає з назви, вулканічні острівні дуги, які тісно паралельні траншеям, як правило, вигнуті. Окопи є ключем до розуміння того, як утворилися острівні дуги, такі як Маріани та Алеутські острови, і чому вони переживають численні сильні землетруси. Магми, що утворюють острівні дуги, утворюються частковим таненням низхідної плити та/або вищерозташованої океанічної літосфери. Спускається пластина також забезпечує джерело напруги, оскільки обидві пластини взаємодіють, що призводить до частих помірних та сильних землетрусів.
Континентально-континентальна конвергенція
Гімалайський гірський хребет яскраво демонструє одне з найбільш помітних і вражаючих наслідків тектоніки плит. Коли два континенти зустрічаються лоб, жоден з них не підпорядковується, оскільки континентальні скелі відносно легкі і, як два стикаються айсберги, чинить опір руху вниз. Натомість кора, як правило, застібається і штовхається вгору або вбік. Зіткнення Індії з Азією 50 мільйонів років тому призвело до того, що Євразійська плита зім'ялася і перекрила Індійську плиту. Після зіткнення повільне безперервне сходження двох плит протягом мільйонів років підштовхнуло Гімалаї і Тибетське плато до їх нинішніх висот. Більша частина цього зростання відбулася протягом останніх 10 мільйонів років. Гімалаї, що підносяться до 8 854 м над рівнем моря, утворюють найвищі континентальні гори в світі. Більш того, сусіднє Тибетське плато, на середній висоті близько 4600 м, вище всіх вершин в Альпах, крім Монблана і Монте-Рози, і знаходиться значно вище вершин більшості гір США.
Вище: Зіткнення між Індійською і Євразійською плитами підштовхнуло вгору Гімалаї і Тибетське плато. Нижче: Мультфільм поперечні перерізи, що показують зустріч цих двох пластин до і після їх зіткнення. Орієнтири (малі квадрати) показують величину підняття уявної точки в земній корі під час цього процесу гірського будівництва.
Трансформувати межі
Зона між двома пластинами, що ковзають горизонтально одна за одною, називається межею перетворення розлому, або просто межею перетворення. Концепція перетворення розломів виникла у канадського геофізика Дж. Тузо Вілсона, який запропонував, щоб ці великі розломи або зони руйнування з'єднували два розкидні центри (розходяться межі плит) або, рідше, траншеї (сходяться межі плит). Більшість розломів перетворення виявляються на дні океану. Вони зазвичай компенсують активні розкидання хребтів, створюючи поля зигзагоподібної пластини, і, як правило, визначаються неглибокими землетрусами. Однак деякі трапляються на суші, наприклад, зона розлому Сан-Андреас в Каліфорнії. Цей розлом перетворення з'єднує Східно-Тихоокеанський підйом, розбіжну межу на південь, з Південною Гордою - Хуан-де-Фука - хребтом Провідника, ще однією розбіжною межею на північ.
Зони руйнування Бланко, Мендочіно, Мюррея та Молокаї - це деякі з багатьох зон руйнування (перетворення розломів), які рублять дно океану та зміщують хребти (див. Текст). Сан-Андреас - одна з небагатьох розломів трансформації, що піддаються на суші.
Зона розлому Сан-Андреас, довжина якої становить близько 1300 км і місцями шириною в десятки кілометрів, прорізає дві третини довжини Каліфорнії. Уздовж нього Тихоокеанська плита шліфується горизонтально повз Північноамериканську плиту протягом 10 мільйонів років, в середньому близько 5 см/рік. Суша на західній стороні зони розлому (на Тихоокеанській плиті) рухається в північно-західному напрямку щодо суші на східній стороні зони розлому (на Північноамериканській плиті).
Пташиного польоту Сан-Андреас розлом нарізки через рівнину Каррізо в діапазоні Темблор на схід від міста Сан-Луїс Обіспо. (Фотографія Роберта Уоллеса, USGS.)
Океанічні зони руйнування - це долини океанічного дна, які горизонтально зміщують розкидані хребти; деякі з цих зон мають довжину від сотень до тисяч кілометрів і глибиною до 8 км. Приклади цих великих рубців включають зони перелому Кларіон, Молокай та Піонер у північно-східній частині Тихого океану біля узбережжя Каліфорнії та Мексики. Ці зони в даний час неактивні, але зміщення закономірностей магнітної смуги свідчать про їх попередню активність трансформації.
Пластинчато-граничні зони
Не всі межі плит настільки прості, як основні типи, розглянуті вище. У деяких регіонах межі недостатньо чітко визначені, оскільки деформація руху пластини, що відбувається там, поширюється на широкий пояс (званий пластинчасто-граничною зоною). Одна з таких зон позначає Середземноморсько-альпійський регіон між Євразійською і Африканською плитами, в межах якого було розпізнано кілька менших фрагментів пластин (мікроплит). Оскільки зони кордонів плит включають принаймні дві великі пластини та одну або кілька мікропланшетів, що опинилися між ними, вони, як правило, мають складні геологічні структури та схеми землетрусів.
Темпи руху
Ми можемо виміряти, наскільки швидко тектонічні плити рухаються сьогодні, але як вчені знають, які темпи руху плит були протягом геологічного часу? Океани тримають одну з ключових частин головоломки. Оскільки магнітна смуга океану фіксує шльопанці в магнітному полі Землі, вчені, знаючи приблизну тривалість розвороту, можуть обчислити середню швидкість руху пластини протягом заданого часового проміжку. Ці середні показники поділу плит можуть варіюватися в широкому діапазоні. Арктичний хребет має найповільнішу швидкість (менше 2,5 см/рік), а східно-тихоокеанський підйом поблизу острова Пасхи, в південній частині Тихого океану приблизно в 3400 км на захід від Чилі, має найшвидший темп (більше 15 см/рік).
Один із загадкових, вражаючих кам'яних монолітів - деякі стоять 5 м заввишки і вагою 14 тонн - на острові Пасхи (Чилі), вирізаний стародавніми полінезійцями з вулканічної породи. Острів Пасхи, який лежить на плиті Наска поблизу Східно-Тихоокеанського підйому, рухається на схід до Південної Америки шляхом поширення морського дна з найшвидшою швидкістю, відомою у світі (див. Текст). (Фотографія Карлоса Капурро, посольство США, Сантьяго, Чилі.)
Докази минулих темпів руху плит також можна отримати з геологічних картографічних досліджень. Якщо гірське утворення відомого віку - з відмітним складом, структурою або скам'янілостями - нанесене на одній стороні кордону плити, може бути узгоджено з тим самим утворенням на іншій стороні кордону, тоді вимірювання відстані, яку було зміщено формування, може дати оцінку середньої швидкості рух пластини. Цей простий, але ефективний метод був використаний для визначення швидкості руху пластини на розбіжних межах, наприклад Середньоатлантичного хребта, і перетворення кордонів, таких як розлом Сан-Андреас.
Вище: Концепція художника про супутник Глобальної системи позиціонування (GPS) на орбіті. (Ілюстрація люб'язно надано NASA.) Нижче: Наземний приймач GPS - тут встановлений на фланзі вулкана Августин (Кук Вхід, Аляска) - записує сигнали, надіслані чотирма або більше орбітальних супутників GPS. (Фотографія Джеррі Сварк, USGS.)
Поточний рух плит можна відстежувати безпосередньо за допомогою наземних або космічних геодезичних вимірювань; геодезія - наука про розміри і форму Землі. Наземні вимірювання проводяться звичайними, але дуже точними методами наземної зйомки, з використанням лазерно-електронних приладів. Однак, оскільки рухи пластин мають глобальний масштаб, їх найкраще вимірювати супутниковими методами. Наприкінці 1970-х років стало свідком швидкого зростання космічної геодезії, терміну, що застосовується до космічних методів для проведення точних, повторних вимірювань ретельно підібраних точок на поверхні Землі, розділених сотнями до тисяч кілометрів. Три найбільш часто використовувані космічно-геодезичні методи - дуже довга базова інтерферометрія (VLBI), супутниковий лазерний ранжування (SLR) та Глобальна система позиціонування (GPS) - засновані на технологіях, розроблених для військових та аерокосмічних досліджень, зокрема радіоастрономії та супутникового відстеження.
Серед трьох методів на сьогоднішній день GPS був найбільш корисним для вивчення рухів земної кори. Двадцять один супутник в даний час знаходяться на орбіті 20 000 км над Землею в рамках системи NavStar Міністерства оборони США. Ці супутники безперервно передають радіосигнали назад на Землю. Для визначення свого точного положення на Землі (довгота, широта, висота) кожна наземна ділянка GPS повинна одночасно приймати сигнали щонайменше від чотирьох супутників, фіксуючи точний час і місце розташування кожного супутника при отриманні його сигналу. Багаторазово вимірюючи відстані між конкретними точками, геологи можуть визначити, чи було активне рух по розломах або між плитами. Відділення між GPS-сайтами вже регулярно вимірюються навколо Тихоокеанського басейну. Спостерігаючи за взаємодією Тихоокеанської плити і навколишніх, в основному континентальних плит, вчені сподіваються дізнатися більше про події, що розвиваються до землетрусів і вивержень вулканів в Кругово-Тихоокеанському Вогняному кільці. Космічно-геодезичні дані вже підтвердили, що темпи і напрямок руху плити, усереднені за кілька років, добре порівнюються зі швидкістю і напрямком руху плити, усередненими за мільйони років.