Курсовая работа по теме:
«Тектоника, материки, гипотеза перемещения материков»
Изучая историю Земли и ее климат, геологу каждый раз приходится решать сложные задачи, расшифровывая страницы каменной летописи, по крупицам собирать разрозненные факты. На первый взгляд кажется верным, что материки, на которых мы живем, достаточно стабильны, прочны и неподвижны. Однако вот уже несколько десятилетий все большее число фактов свидетельствует о том, что материки хотя и очень медленно, но перемещаются один относительно другого. Например, в далеком прошлом, в палеозойскую эру, около 300-400 млн. лет назад, Северная Америка, Западная, Восточная Европа и Сибирь находились в тропических широтах, а современные материки Южного полушария составляли единый крупный материк, названный Гондваной. Часть этого материка находилась в тропических широтах, но значительные территории располагались в высоких широтах, вокруг Южного полюса.
Людям, привыкшим считать, что окружающий мир незыблем и практически не меняется, в это трудно поверить. Но многие природные процессы протекают настолько медленно, что их просто невозможно уловить. Медленно разрушаются горы, поднимаются возвышенности, образуются глубокие ущелья, появляются и исчезают реки, моря наступают на континенты.
А как нам быть с дрейфом материков? Движутся ли они или неподвижно стоят на своих местах? Да и почему возникло такое - дрейф материков и климат Земли? Есть ли что-нибудь у них общее? На протяжении долгого времени в науке безраздельно господствовала гипотеза о неизменном положении континентов и океанов. Считалось, что материки, возникшие сотни миллионов и миллиарды лет назад, никогда не меняли своего положения. Да и климат Земли если и менялся, то не так сильно.
Тектоника (от греческого – техтovixoс- относящийся к строительству) – отрасль геологии, изучающая движения и трансформации земной коры и те особенности её строения, которые этими движениями и создаются. Первой задачей тектоники является описание и классификация форм залегания горных пород и структурных форм, каковы, например, горизонтально залегающие слои пород, слои, смятые в складку, куполообразные массивы застывших изверженных пород и т. д. Этот раздел тектоники называется структурной геологией. Одна из самых важных задач, несомненно, изучение истории движения земной коры и закономерностей их развития.
За последнее время всё больше и больше используются методы геофизические методы, позволяющие судить о залегании горных пород на большой глубине. Изучение структурных форм позволило создать ряд их классификаций, способствующих точности их описания и пониманию условий их образования.
Тектонические движения – движения земной коры, вызванные глубинными силами
Обычно разделяют: 1) медленные вертикальные поднятия и опускания земной коры – колебательные движения земной коры; 2) смятие слоев в складки – складчатые тектонические движения; 3) образование в горных породах трещин с дальнейшими перемещениями по ним соседних участков земной коры – разрывные тектонические движения. Тектонические движения обуславливают разные формы залегания горных пород.
Тектонические циклы – этапы в развитии строения земной коры. В различные тектонические этапы наблюдалась сходственная последовательность движений земной коры, магматических явлений и изменений рельефа земной поверхности, что свидетельствует о наличии элементов периодичности в этих процессах. Вместе с тем в следующих друг за другом тектонических циклах на протяжении истории существования Земли происходили последовательные изменения в строении земной коры, связанные главным образом с увеличением в спокойных в тектоническом отношении участков-платформ – за счёт сокращения подвижных зон (геосинклиналей). Общее число тектонических этапов в истории Земли пока не выяснено. Известны лишь три последних тектонических циклов: каледонский (КАЛЕДОНСКАЯ СКЛАДЧАТОСТЬ, эра тектогенеза, происходившая в ордовикском и силурийском периодах; в результате возникли горные сооружения большей части Британских островов, северо-западной части Скандинавии, западной части Центр. Казахстана и др.), герцинский (ГЕРИНСКАЯ СКЛАДЧАТОСТЬ, эра тектогенеза позднего палеозоя в пределах геосинклинальных областей, которые развивались в раннем и среднем палеозое. В результате Герцинской складчатости возникли складчатые сооружения Зап. Европы (т. н. Герцинская Европа), Урала, Тянь-Шаня, Алтая, Куньлуня и др.) и альпийская (АЛЬПИЙСКАЯ СКЛАДЧАТОСТЬ, эра тектогенеза преимущественно в кайнозое; проявилась в пределах геосинклинальных областей, которые развивались в мезозое и палеогене. В альпийской складчатости возникли складчатые горные сооружения Альп, Кавказа, Памира, Гималаев и многие др.) – охватывают в совокупности время палеозойской, мезозойской и кайнозойской эр. Продолжительность каждого этапа составляла сто пятьдесят миллионов лет.
МАТЕРИК, или континент, крупный массив суши (в отличие от меньшего по размерам массива – острова), окруженный водой. Выделяют семь частей света (Европу, Азию, Африку, Северную Америку, Южную Америку, Австралию и Антарктиду) и шесть материков: Евразию, Африку, Северную Америку, Южную Америку, Австралию и Антарктиду. Они не находятся в состоянии покоя, а медленно перемещаются с разной скоростью: от 0,5 до 14-18 см/год. Большой скоростью обладает Австралия, которая отплывает от Антарктиды на север.
Некоторые крупные острова по размерам близки к материкам и иногда называются «материковыми островами». Среди них наиболее известны Гренландия, Новая Гвинея, Калимантан и Мадагаскар. Материки окружены мелководными зонами океанов – шельфами, с глубинами, обычно не превышающими сто пятьдесят метров.
Слово «континент» произошло от латинского continens (continere – держаться вместе), что подразумевает структурное единство, хотя и не обязательно применительно к суше. С развитием теории тектоники литосферных плит в геологии возникло геофизическое определение континентальных плит в отличие от океанических. Эти структурные единицы имеют совершенно разное строение, мощность и историю развития. Континентальная кора, состоящая из пород, в состав которых входят преимущественно кремний (Si) и алюминий (Al), легче и гораздо древнее (некоторые участки имеют возраст более 4 млрд. лет), чем океаническая кора, состоящая в основном из кремния (Si) и магния (Mg) и имеющая возраст не более 200 млн. лет. Граница между континентальной и океанической корой проходит по подножью материкового склона или по внешней границе мелководного шельфа, окаймляющего каждый материк. Шельф добавляет 18% к площади материков. Это геофизическое определение подчеркивает общеизвестные отличия таких «материковых островов», как Британские, Ньюфаундленд и Мадагаскар, от океанических – Бермудских, Гавайских и о. Гуам.
История материков. В процессе длительной эволюции земной коры материки постепенно разрастались за счет аккумуляции лавы и пепла при вулканических извержениях, внедрения расплавленной магмы таких пород, как гранит, и накопления отложений, первоначально осаждавшихся в океане. Постоянная фрагментация древних массивов суши – «праматериков» – предопределила дрейф континентов, в результате чего периодически происходило их столкновение. Древние материковые плиты накрепко соединялись по этим контактным линиям, или «швам», образуя сложную мозаику («лоскутное одеяло») структурных единиц, из которых состоят современные материки. На востоке Северной Америки такая шовная зона прослеживается от Ньюфаундленда до Алабамы. Ископаемые, обнаруженные в породах к востоку от нее, имеют африканское происхождение, что является доказательством произошедшего (ок. 300 млн. лет назад) отрыва этого участка от Африканского материка. Другая шовная зона, маркирующая столкновение Европы с Африкой примерно 100 млн. лет назад, прослеживается в Альпах. Еще один шов проходит по южной границе Тибета, где Индийский субконтинент столкнулся с Азиатским и в геологически недавнее время (ок. 50 млн. лет назад) сформировалась горная система Гималаев.
Теория тектоники литосферных плит сегодня так же общепринята в геологии, как, например, закон всемирного тяготения в физике. Породы и ископаемые «африканского типа» обнаружены во многих местах на востоке Америки. Шовные зоны отчетливо прослеживаются на космических снимках. Измерять скорости восходящих движений можно там, где горы, возникшие в результате столкновения материков, все еще продолжают подниматься. Эти скорости не превышают 1 мм в год в Альпах, а в отдельных частях Гималаев составляют более 10 мм в год.
Логическим следствием рассмотренного механизма горообразования являются континентальный рифтогенез и спрединг океанического дна. Раздробленность земной коры – широко распространенное явление, четко видное на космических снимках. Главные линии разломов, называемые линеаментами, могут быть прослежены как в пространстве – на тысячи километров, так и во времени – до самых древних этапов геологической истории. Когда оба борта линеамента сильно смещены, образуется сброс. Происхождение крупнейших разломов пока еще до конца не установлено. Компьютерная модель сети разломов наводит на мысль, что их образование связано с изменениями формы земного шара в прошлом, что, в свою очередь, предопределялось колебаниями скорости вращения Земли и сменой положения ее полюсов. Эти изменения были обусловлены рядом процессов, среди которых наиболее существенное влияние оказывали древние оледенения и бомбардировка Земли метеоритами.
Ледниковые периоды повторялись примерно каждые 250 млн. лет и сопровождались накоплением значительных масс ледникового льда близ полюсов. Такое скопление льда вызывало увеличение скорости вращения Земли, приводившее к уплощению ее формы. При этом экваториальный пояс расширялся в диаметре, и сфероид как бы сжимался у полюсов (т.е. Земля становилась все меньше похожей на шар). Вследствие хрупкости земной коры сформировалась сеть взаимопересекающихся разломов. Скорость вращения Земли менялась десятки раз на протяжении одного ледникового периода.
Установлено, что линеаменты представляют собой ослабленные зоны материковой коры. Земная кора способна изгибаться как оконное стекло под натиском порывов ветра. Вся она в действительности рассечена разломами. Вдоль этих зон все время происходят незначительные движения, обусловленные приливообразующими силами Луны. Если плита смещается по направлению к экватору, она подвергается все большему напряжению, как из-за действия приливных сил, так и из-за изменения скорости вращения Земли. Эти напряжения в наибольшей степени проявляются в центральных частях материков, где происходит рифтообразование. Зоны молодого рифтогенеза проходят в Северной Америке от р.Снейк до р.Рио-Гранде, в Африке и на Ближнем Востоке – от долины р.Иордан до озер Танганьика и Ньяса (Малави). В центральных районах Азии тоже есть система рифтов, проходящая через оз.Байкал.
В результате длительных процессов рифтогенеза, дрейфа материков и их столкновений сформировалась материковая кора в виде «лоскутного одеяла», состоящая из фрагментов разного возраста. Любопытно отметить, что на каждом материке в настоящее время, видимо, представлены породы всех геологических эпох. Основу материков составляют т.н. щиты, сложенные древними прочными кристаллическими породами (в основном гранитного и метаморфического рядов), которые относятся к различным эпохам докембрия (т.е. их возраст превышает 560 млн. лет). В Северной Америке таким древним ядром является Канадский щит. По крайней мере 75% материковой коры было сформировано уже 2,5 млрд. лет назад.
Участки щитов, перекрытые осадочными породами, называются платформами. Они характеризуются плоским равнинным рельефом или пологоволнистыми сводовыми возвышенностями и котловинами. При бурении на нефть под осадочными породами иногда вскрывается кристаллический фундамент. Платформы всегда представляют собой продолжение древних щитов. В целом это ядро материка – щит вместе с платформой – называется кратоном (от греч. krбtos – сила, крепость).
К краям кратона причленены фрагменты молодых складчатых горных поясов, обычно включающие небольшие ядра («осколки») других материков. Так, в Северной Америке в восточных Аппалачах встречаются «осколки» африканского происхождения.
Эти молодые компоненты каждого материка дают ключ к разгадке истории древнего щита и, по-видимому, развиваются в основном также, как и он сам. В прошлом щит тоже состоял из горных поясов, которые ныне снивелированы почти до плоского или лишь умеренно расчлененного эрозией рельефа. Подобная выровненная поверхность, называемая пенепленом, – результат эрозионно-денудационных процессов, которые происходили более полумиллиарда лет назад. В основном эти процессы выравнивания протекали в условиях тропического корообразования. Так как главным агентом подобных процессов выступает химическое выветривание, то в результате образуется скульптурная равнина. В современную эпоху на щитах представлены только коренные породы, оставшиеся после того, как реки и ледники разрушили и снесли древние рыхлые отложения.
В более молодых горных поясах по краям кратонов часто повторялись поднятия, но времени для формирования пенеплена оказалось недостаточно, поэтому вместо него образовалась серия ступенчатых эрозионных поверхностей.
Гипотезы перемещения материков – группа гипотез, объясняющих происхождение, очертания, взаимное расположение и рельеф современных материков как следствие разрывов и горизонтальных перемещений отдельных частей твёрдой поверхности земного шара. В основе гипотез перемещения материков лежит изучение о изостазии (ИЗОСТАЗИЯ - равновесное состояние верхних горизонтов Земли, проявляющееся в том, что на определенной глубине (глубине компенсации 100-150 километров) происходит выравнивание давления вышележащих горизонтов.) и представление о плавании лёгких материковых глыб по держащей их базальтовой оболочке, подобно айсбергам. Теорий много, но большую популярность получила теория Венгера, сущность которой сводится к следующему: лёгкие гранитные материки плавают на более тяжёлой и вязкой базальтовой оболочке Земли. Гранитный материал, согласно этой гипотезе, покрывал Землю в древнейшие до геологические времена сплошным тонким слоем. Приливные силы, связанные с притяжением Солнца и Луны, действующие на поверхности Земли с востока на запад, и центробежные силы, вызванные вращением Земли и направленные от полюсов к экватору, разорвали эту сплошную оболочку, и из гранитного материала образовался единый материк Пангеа. Стягивание сиалической оболочки в единый материк вызвало её утолщение и поднятие над уровнем океана. Океанические впадины в то же время сделались обширнее. Первым от сиалического материала отделилось дно Тихого океана. Следующая стадия развития Земли началась в мезозое (Юрский период), когда сплошная масса Пангеа раскололась на глыбы, которые под влиянием те же сил начали постепенно отплывать друг от друга двигаясь на запад и от полюсов к экватору. В результате между ними образовался Атлантический океан, Африка откололась от южной части Азии. От них в последствии отделились Австралия и Антарктида. Вновь образовавшиеся материки продолжали с разной скоростью своё движение на запад и к экватору.
Особенно убедительные данные о существовании Пангеи, Лавразии и Гондваны были получены А. Вегенером и его сторонниками после обобщения палеоклиматических данных. Многочисленные признаки или индикаторы холодного, полярного климата в виде тиллитов - сохранившихся форм ледникового рельефа имеются в Южной Америке, в южной части Африки, Индии, Австралии и Антарктиде. Трудно себе представить, каким образом могло возникнуть обширное покровное оледенение. Ведь абсолютное большинство материков ныне находится в экваториальных и тропических широтах.
Климатическая широтная поясность, столь характерная для современной эпохи вследствие шарообразности Земли, должна была существовать и в далеком прошлом. Но если представить, что материки во второй половине каменноугольного периода располагались бы так, как и ныне, то ни о какой широтной зональности говорить не приходится. Климатические зоны и области на каждом отдельно взятом материке никак не объединяются в пояса и располагаются мозаично. Имеются и парадоксальные случаи. Холодные климатические пояса, выделенные на картах современного положения материков, соседствуют с тропическими, а умеренные - с экваториальными. Но ведь такого в природе не должно быть. Не смотря на обилие «доказательств», гипотеза Венгера находится в противоречии с основными геологическими фактами и важнейшими обобщениями в современной геологии. Гипотеза эта не в состоянии объяснить, почему передние края континентов должны сминаться в складки во время движения. Если бальзатовая оболочка мягче и пластичнее, то сминаться должна она, а не материки; а если твёрже, то континенты не смогли бы сдвинуться с места. По современным данным, геологическое строение континентов и океанического дна не так разнородны, как это у венгера. Многие геологические структуры начинались на материках и идут по дну океанов, это подрывает саму основу теории. Пути переселения флоры и фауны, большими на то основаниями, могут быть объяснены гипотезой о существовании на месте Атлантического и Индийского океанов мелких морей, островов и материков по которым и совершались пути миграции. Доводы о сходстве геологического строения противолежащих друг другу берегов Африки и Южной Америки в последнее время опровергнуты фактами, доказыающих значительное несоответствие в геологическом строении этих материков.
Гипотеза подкоровых течений (австрийский тектонист О. Ампферер, немецкие ученые Р. Швнннер и Э. Краус, голландский геофизик Ф. Венинг Мейнес) допускает существование в мантии круговорота конвекционных течений, увлекающих за собой земную кору и вызывающих тем самым её деформации; среди движений земной коры равное значение придаётся и вертикальным, и горизонтальным. Остаётся не вполне доказанным само существование и возможность образования в мантии постоянных или длительных конвекционных течений.
Пульсационная гипотеза (американский геолог У. Х. Бачер, советские учёные М. А. Усов и В. А. Обручев) дополнила идею контракционной гипотезы о сжатии Земли представлением о чередовании глобальных эпох сжатия и эпох её расширения, пытаясь объяснить на этой основе явления магматизма, трансгрессии и регрессии Мирового океана и некоторые др. явления, не объяснённые контракционной гипотезой.
В 60—70-е гг. 20 в. идеи мобилизма были возрождены на новой фактической основе в виде «новой глобальной тектоники», или «тектоники плит» (американские учёные Х. Хесс, Р. Диц и др.). Эта гипотеза предполагает существование подкоровых конвекционных течений и опирается на данные палеомагнетизма, сейсмологии, особенности магнитных аномалий и результаты бурения дна океанов. Согласно «новой глобальной тектонике», сравнительно хрупкая литосфера, подстилаемая пластичной астеносферой, разделена на жёсткие плиты, отделённые друг от друга тектоническими разрывами (швами) по осевым линиям сейсмических поясов Земли. Плиты включают не только материки, но и «припаянные» к ним части океанического дна, образовавшиеся главным образом в течение мезозоя и кайнозоя. Плиты испытывают друг относительно друга раздвиг (с образованием рифтов и затем океанов), поддвиг (с погружением одной плиты под другую) или горизонтальное смещение типа сдвига. Расширение литосферы в области океанов и новообразование океанической коры компенсируются сокращением поверхности земной коры при поддвигании (субдукции) одних плит под другие у периферии океанов, в области островных дуг, а также у подножия молодых складчатых хребтов (Предгималайский прогиб и др.). Это подтверждается распределением напряжений в очагах землетрясений. Смятие слоев в таких зонах сжатия коры выражается в складчатости горных пород. Геодезические данные указывают на раздвигание глыб (Северо-восточная Африка), их взаимное скольжение по разломам со скоростью 0,5—3 см в год (Калифорния) или сближение по надвигам (Таджикистан). Значения скорости горизонтальных перемещений того же порядка определяются по палеомагнитным данным, по ширине полос магнитных аномалий вдоль срединноокеанических хребтов и на основании палеогеографических реконструкций.
Довольно полное и простое объяснение разнообразных геологических, геофизических и геохимических фактов с позиций «новой глобальной тектоники» явилось причиной быстрого и широкого успеха этой концепции. Однако в гипотезе имеется и много неясных положений, например представление о движущей силе, перемещающей плиты, характер геологических процессов в рифтовых зонах срединных хребтов, механизм поддвигания и засасывания океанической коры в зонах островных дуг, причины тектонических процессов внутри плит литосферы, и, в частности, континентальных платформ и др. Предпринимаются попытки преодолеть эти недостатки, объяснить с позиций «новой глобальной тектоники» образование месторождений полезных ископаемых. Вероятно, выбор между конкурирующими моделями и создание общей теории развития земной коры станет возможным после накопления геодезических данных о взаимном перемещении материков и более достоверных сведений о составе и строении литосферы (особенно под океаном) и более глубоких оболочек Земли.
Таким образом, можно сказать, что правильная теория происхождения материков ещё не выявлена, но уже совершенно ясно, что современные материки и моря образованы в процессе многократных преображений земной коры.