Строение зоны субдукции у берегов аляски говорит о ее цунамигенности. Зоны субдукции — «заражен» ли Атлантический океан? Что сформировалось в результате субдукции

На земле постоянно в разных местах происходят землетрясения, извержения вулканов. Бывают такие движения что человек их даже не ощущает. Эти движения происходят постоянно, вне зависимости от территории, времени года. Растут и уменьшаются горы, разрастаются и высыхают моря. Эти процессы незаметны для человеческого глаза, так как происходят медленно, миллиметр за миллиметром. Все это происходит за счет таких явлений, как спрединг и субдукция.

Субдукция

Так что же это такое? Субдукция - это тектонический процесс В результате данного процесса при столкновении плит самые плотные породы, из которых состоит дно океана, продвигаются под легкие породы материков и островов. В этот момент высвобождается неимоверное количество энергии - это и есть землетрясение. Часть пород, погрузившихся на большую глубину, при взаимодействии с магмой начинает плавиться, после чего выплескивается на поверхность через вулканические жерла. Так происходит извержение вулканов.

Субдукция литосферных плит - неотъемлемая часть жизни планеты. Она важна так же, как дыхание для человека. Остановить этот процесс невозможно, хоть из-за таких движений ежегодно погибает множество людей.

Зона субдукции

Классификация зон субдукции

Зоны субдукции классифицируются по признакам структуры. Типы субдукции распределены на основные четыре.

• Андский тип. Этот тип характерен для тихоокеанского побережья с восточной стороны. Это зона, на которой только сформировавшаяся молодая кора океанического дна под углом сорок градусов на огромной скорости входит под континентальную плиту.
• Зондский тип. Такая зона расположена в местах, где древняя массивная литосфера океана погружается под континентальную. Она уходит под крутым углом. Обычно такая плита уходит под континентальную, поверхность которой находится гораздо ниже уровня океана.
• Марианский тип. Эта зона формируется при взаимодействии двух участков океанской литосферы или их пододвигании.
• Японский тип. Это тип зоны, где происходит продвижение литосферы океана под островную энсиалическую дугу.

Все эти четыре типа условно распределяют на две группы:

• Восточно-Тихоокеанскую (в эту группу входит один только андский тип. Эта группа характеризуется наличием обширной окраины континента);
• Западно-Тихоокеанскую (в ней расположены все остальные три типа. Для этой группы характерны висячие края вулканической дуги островов).

Для каждого типа, где происходит процесс субдукции, характерны основные структуры, которые обязательно существуют в разных вариациях.

Преддуговый склон и глубоководный желоб

Желоб глубоководный характеризуется расстоянием от центра желоба до фронта вулканического. Это расстояние в основном составляет сто - сто пятьдесят километров, оно связано с углом, под которым наклонена зона субдукции. На самых активных участках окраины континента такое расстояние может достигать и трехсот пятидесяти километров.

Преддуговый склон состоит из двух основ - террасы и призмы. Призма - это низ склона, она по строению и структуре чешуйчатого типа. Снизу граничит с главным склоном, который выходит на поверхность, соприкасаясь и взаимодействуя с осадками. Призма образуется за счет наслаивания осадков внизу. Эти осадки накладываются на океаническую кору и вместе с ней уходят под склон примерно на сорок километров. Так образуется призма.

В области между призмой и вулканическим фронтом пролегают большие уступы. Уступами разделяются террасы. На пологих участках таких террас располагаются бассейны седиментации, на них откладываются осадки вулканическими и пелагическими. В тропических участках на таких террасах могут развиваться рифы, могут обнажаться кристаллические породы фундамента или чужеродные блоки.

Дуга вулканическая - это что?

В этой статье упоминается термин островная, или вулканическая, дуга. Рассмотрим, что это такое. Тектонически активный пояс, который совпадает с зонами самых масштабных землетрясений, обозначается как вулканическая островная дуга. Она состоит из выгнутых в форме дуги цепочек действующих в настоящее время стратовулканов. Для таких вулканов характерно извержение эксплозивное. Это связано с большим количеством флюида в магме островодужной. Дуги могут быть двойными и даже тройными, а особая форма - раздвоенная дуга. Кривизна у каждой дуги разная.

Бассейны окраинные

Этим термином обозначают котловину или целый ряд таких котловин. Они полузамкнутые и образуются между материком и островной дугой. Такие котловины образованы за счет того, что материк разрывается или от него отделяется большой кусок. Обычно в таких бассейнах образуется молодая Этот процесс образования коры в бассейнах называется задуговым спредингом. - это один из видов таких бассейнов, он отгороженный. В последние годы нет новых сведений о том, что где-то происходит рифтогенез, обычно его связывают с тем, что зона субдукции перенаправляется или резко перескакивает в другое место.

…бта Горда и Калифорнийского залива. На канадском отрезке границей тех же двух плит служит разлом Королевы Шарлотты - трансформная система типа «хре­бет - дуга». Алеутская зона субдукции демонстрирует другой случай, когда определяющую роль играет кривизна дуги в сочета­нии с направлением субдукции: вдоль дуги с востока на запад субдукция становится все более косоориентированной и, наконец, у Командорских островов переходит в трансформное смещение

27. Глубинное строение зон субдукции.

Субдукция - процесс, при котором на конвергентной границе сходятся континентальная и океанская ли­тосфера или океанская с океанской. При их встречном движении более тяжелая литосферная плита (всегда океанская) уходит под другую, а за­тем погружается в мантию.

К кон­цу 50-х гг. Г. Штилле высказал мысль, что образование глубоководных желобов, сопутствующих им отрицательных гравианомалий и уходящих в мантию сейсмофокальных зон сопряжено с наклонным пододвигани-ем океанской земной коры; на определенной глубине она подвергается плавлению, порождая вулканические цепи, протянувшиеся параллельно желобу.

По характеру взаимодействующих участков литосферы зоны субдук­ции делятся на 2 типа: окраинно-материковые зонами (андского, зондского и японского типа) и океанские зоны (марианского типа). Первые формируются там, где океанская литосфера субдуцирует под континент, вторые - при взаимодействии двух участков океанской литосферы.

Строение и субдукционный режим окраинно-материковых зон раз­нообразны. Для наиболее протяженной из них Андской (около 8 тыс. км) характерны пологая субдукция молодой океанской литосферы, господство сжимающих напряжений и горообра­зование на континентальном крыле.

Зондскую дугу отлича­ет отсутствие таких напряжений, что делает возможным утонение кон­тинентальной коры, поверхность которой находится в основном ниже уровня океана; под нее субдуцирует более древняя океанская литосфера, уходящая на глубину под более крутым углом.

Разновидностью окраинно-материковых можно считать и зоны суб­дукции японского типа, представление о которых дает пересечение, про­ходящее через Японский желоб - Хонсю - Японское море. Характерно наличие краевого морского бассейна с участками новообра­зованной коры океанского или субокеанского типа. Геолого-геофизиче­ские и палеомагнитные данные позволяют проследить раскрытие краево­го Японского моря по мере того, как от азиатской окраины отчленялась полоса континентальной литосферы. Постепенно изгибаясь, она пре­вратилась в Японскую островную дугу.

При образовании зон субдукции океанского (марианского) типа бо­лее древняя (и поэтому более мощная и тяжелая) океанская литосфера субдуцирует под более молодую, на краю которой образуется островная дуга. Пример: система южных Антил.

28. Кинематика субдукции, главные варианты. (вроде похоже на закономерности размещения)

Основа – горизонтальное скольжение 2 литосферных плит, а также гравитационное опускание одной при отрицательной плавучести на астеносфере.

Три главных вектора движении: направленные горизонтально векторы скольжения (2) и направленный вниз вектор гравитационного опускания.

Согласно расчетам океаническая кора теряет свою + плавучесть при возрасте 10 млн л – нарастает плотность относительно подстилающей астеносферы.

Противоположному, наступательному смещению шарнира субдуцирующей плиты, препядствует погруженная часть плиты, заякоренная в мантии.

Векторы горизонтального движения литосферных плит могут быть ориентированны как под прямым, так и под острым углом к желобу. При косоориентированной субдукции вдоль границы развиваются продольные сдвиги -Зондская дуга

При высоких скоростях движения верхней плиты+ место где субдуцирует относительно легкая или утолщенная океаническая литосфера, верняя плита наступает за линию шарнира нижней плиты и перекрывает ее. Образуется очень пологая приповерхностная часть зоны Беньофа, характерно выраженная под центральным отрезком Анд.

Правило ортогональности субдукцйи, его объяснение и использование.

Конвергенция литосферных плит при субдукции происходит в направлении, секущем простирание желова под небольщим углом. (<60 в 80% случаев)

Фригкционное сопротивление субдукции минимально при относительном угле 90 и нарастает по мере уменьшения угла до 45, в этом усматривают динамическое обоснование ортогональности.

В течении палеогена субдуция плиты Фаральон происходила под все более острыми углами к Кордильерам и Андской континентальным окраинам – обособление плит Хуан-де-Фука, Кокос, Наска – которые вледствии субдуцируют почти ортогонально.

Если внешние воздействие резко меняет направление, то происходит отмирание преждней субдукции и заложении новой благодаря ориентированному транформному разлому.

Правило используется при палеотектонических реконструкциях для решения обратной задачи: по простиранию древней зоны субдукции определяют наиболее вероятное направление сближения литосферных плит.

29. Сейсмофокальные зоны беньофа. Их глубинность, профили, строения, напряжения в очагах.

Яркое проявление современной субдукции - сейсмофокальные зоны - совокупность сейсмических очагов, наклонно уходящих на глубину. Сейсмические очаги приуро­чены к субдуцирующему литосферному слэбу и вместе с ним проника­ют в астеносферу, иногда полностью пересекая ее. В 1949-1955 гг. X. Беньоф из Калифорнийского технологического института обобщающие работы о сейсмофокальных зонах. Поэтому их назвали в его честь.

Глубинность зон Беньофа. Сравнивая размещение очагов землетря­сений с результатами сейсмической томографии для той же зоны суб­дукции, можно убедиться, что погружение литосферы сначала, до какой-то определенной глубины, порождает очаги упругих колебаний, а далее продолжается как асейсмичный процесс. Это определяется снижением упругих свойств субдуцирующей литосферы по мере ее разогрева. Глубинность зон Беньофа зависит глав­ным образом от зрелости субдуцирующей океанской литосферы, которая с возрастом наращивала свою мощность и охлаждалась.

Второй важный регулятор глубинности зон Беньофа - скорость субдукции. При высоких скоростях (9-10,5 см/год) даже литосфера с возрастом 80-40 млн лет сохраняет свои упругие свойства до глубин около 600 км.

Пример: глубинность одной из наиболее про­тяженных сейсмофокальных зон, Андской, убывает от 600 км в ее цен­тральной части до 150-100 км на флангах. Изменения происходят дис­кретно в соответствии с сегментацией этой зоны субдукции.

Вертикальное распределение сейсмических очагов в зонах Беньофа крайне неравномерно. Их количество максимально в верхах зоны, убы­вает по экспоненте до глубин 250-300 км, а затем возрастает, давая пик в интервале от 450 до 600 км.

Направление наклона зон Беньофа. Следуя за слабом, все зоны Беньофа ориентированы наклонно. В окраинно-материковых системах, в том числе и в сложно построенных системах японского типа, слэб всегда погружается в сторону континента, поскольку субдуцирует имен­но океанская литосфера. Здесь при конвергентном взаимодействии двух плит океанской литосферы погружается та, которая древнее, а следо­вательно, толще и тяжелее. Соответствующая зона Беньофа наклонена, таким образом, под более молодую океанскую литосферу, где бы она ни находилась.

Профиль зон Беньофа. Наклон каждой сейсмофокалькой зоны меня­ется с глубиной в соответствии с конфигурацией слэба, прослеживаемо­го сейсмической томографией. Небольшие углы наклона у поверхности (35-10°) с глубиной увеличиваются: сначала очень незначительно, затем обычно следует отчетливый перегиб, за которым возможно и дальнейшее постепенное нарастание наклона, вплоть до почти вертикального. Причиной неравномерного нарастания крутизны уходящего в мантию слэба (и сейсмофокальной зоны) и соответствующих перегибов его профиля считают уплотнение пород субдуцирующей литосферы вследствие фазового перехода минералов.

Распределение зон беньофа.

Близ поверхности - под глубоководным желобом, а нередко и на его океанском обрамлении - очаги размещаются внутри литосферы, главным образом в ее верхах (растяжение).

Ниже, на глубине до 15 км , субдукция может быть асейсмична.

Глубже, где субдуцирующая плита выходит из соприкосновения с висячим литосферным крылом , а затем погружается в астеносферу, все очаги снова находятся внутри слэба.

Наконец, еще глубже зона Беньофа продолжается цепочкой очагов в верхней части литосферы, образующихся при сжатии по наклону слэба.

Сейсмичность над зонами Беньофа определяется главным образом мощностью литосферы в висячем крыле, а также распределением и ин­тенсивностью проходящего сквозь нее теплового потока. В островных дугах сейсмичность над зоной Беньофа, начинаясь у же­лоба, прослеживается по латерали на 500 км и более. Это преимущественно малоглубинные очаги.Закономерное распределение сейсмических очагов, японская зона субдукции

30. Глубинное строение зон субдукции по геофизическим данным.

Методы сейсмики, сейсмологии, гравиметрии, магнитометрии, магнитотеллурического зондирования, геотермии, взаимно допол­няя друг друга, дают непосредственную информацию о глубинном состоянии вещества и строении зон субдукции, которые удается проследить с их помощью вплоть до нижней мантии.

Многоканальное сейсмопрофилирование позволяет получить структурные профили зон субдукции до глубин в несколько де­сятков километров при высокой разрешающей способности. На таких профилях бывают различимы главный сместитель зоны субдукции, а также внутреннее строение литосферных плит по обе стороны от этого сместителя.

Методами сейсмической томографии субдуцирующая литосфе­ра прослеживается глубоко в мантию, поскольку эта литосфера отличается от окружающих пород более высокими упругими свой­ствами («сейсмической добротностью») и скоростными характе­ристиками. На профилях видно, как субдуцирующая плита пере­секает главный астеносферный слой. В некоторых зонах, в том числе под Камчаткой, она и дальше следует наклонно, уходя в нижнюю мантию до глубины 1200 км (рис. 6.6). В других зонах» в частности в Идзу-Бонинской, дойдя до поверхности нижней мантии (где вязкость пород на глубине 670 км возрастает в 10- 30раз), литосфера изгибается, а затем следует горизонтальна над этой поверхностью. В целом методами сейсмической томо­графии удалось проследить субдуцировавшую часть океанских литосферных плит длиной до 1800 км, считая от глубоководного» желоба. Исходя из средних скоростей субдукции, это результат конвергентного взаимодействия в течение последних приблизи­тельно 25 млн лет.

Исключительно важную информацию дают сейсмологические наблюдения очагов землетрясений, возникающих в верхней части зон субдукции (на глубине до нескольких сотен километров) и образующих мощные наклонные сейсмофокальные зоны - так на­зываемые зоны Беньофа (см. 6.1.4).

31. Гравиметрические и магнитные аномалии над зонами субдукции, распределение теплового потока.

Гравиметрия: резкие аномалии силы тяжести, вытянутые вдоль зоны субдукции, при ее пересечении сменяются в закономерной последовательности. Перед глубоководным желобом в океане обычно прослеживается положительная аномалия до 40-60 мГл, приуроченная к краевому валу. Она обусловлена упругим антиклинальным изгибом океанской литосферы у начала зоны субдук­ции. Далее следует интенсивная отрицательная аномалия (120-200, до 300 мГл), которая протягивается над глубоководным желобом, будучи смещена на несколько километров в сторону его островодужного борта. Эта аномалия коррелирует с тектони­ческим рельефом литосферы, а также во многих случаях с наращивани­ем мощности осадочного комплекса. По другую сторону глубоководного желоба над висячим крылом зоны субдукции наблюдается высокая по­ложительная аномалия (100-300 мГл). Сопоставление наблюденных значений силы тяжести с расчетными подтверждает, что этот гравита­ционный максимум может быть обусловлен наклонной субдукцией в астеносферу более плотных пород относительно холодной литосферы. В островодужных системах на продолжении гравитационного профиля обычно следуют небольшие положительные аномалии над бассейном краевого моря.

Геотермические наблюдения обнаруживают снижение теплового по­тока по мере погружения относительно холодной литосферы под остро-водужный (или континентальный) борт глубоководного желоба. Одна­ко дальше, с приближением к поясу активных вулканов, тепловой поток резко возрастает.

Современная субдукция находит выражение и в данных маг­нитометрии. На картах линейных магнитных аномалий бассейн в океанского типа отчетливо различаются их тектонические грани­цы рифтогенной и субдукционной природы. Если по отношению к первым линейные аномалии океанской коры согласны (параллель­ны им), то субдукциоиные границы секущие, они срезают системы аномалий под любым углом в зависимости от конвергентного взаимодействия литосферных плит.

При погружении океанской литосферы в глубоководный желоб интенсивность линейных аномалий нередко снижается в несколько раз, что предположительно объясняют размагничиванием пород в связи с напряжениями изгиба. В других случаях аномалии удает­ся проследить до конвергентной границы и даже дальше. На рис. 6.12 приведена карта магнитного поля одного из отрезков Центральноамериканского желоба (16-17° с. ш.). Линейные ано­малии океанской коры, имеющей здесь миоценовый возраст, вы­тянуты в % направлении ЮВ-СЗ, пересекают ось глубоководного желоба, а дальше прослеживаются под висячим крылом зоны суб­дукции в полосе шириной около 25 км. Уходящая на глубину оке­анская литосфера как бы просвечивает сквозь смятые в складки осадочные комплексы континентальной окраины. Еще дальше, где она погружается под мощную гранитогнейсовую кору, линей­ные аномалии теряются.

32. Магматизм зон субдукции, закономерности его размещения.

Размещение: Пространственная взаимосвязь мощных поясов современного вулканизма с глубоководными желобами, зонами Беньофа и другими проявлениями субдукции вполне отчетлива. На примере вулканов Японии установили, что цепи активных вулканов разме­щаются над среднеглубинной частью сейсмофокальной зоны. В дальнейшем стало ясно, что это закономерность, которая прослеживается во всех зонах субдукции. Глубина залегания наклонной сейсмофокальной зоны под вулканами варьирует от 60 до 350 км, но максимум магматической активности на­блюдается над интервалом 100-200 км. Удаленность вулканов от желоба находится в обратной зависимости от наклона сейсмофокальной зоны. Чем больше угол наклона, тем ближе к желобу проявляется вулканизм, такая закономерность выдерживает­ся глобально. Линияя, ограничивающая вулканический пояс со стороны желоба называется вулканическим фронтом – 120-250 км от глубоководного желоба. С противо­положной стороны граница вулканических поясов не столь резкая. Общая ширина субдукционных вул­канических поясов от нескольких десятков километров до 175-200 км, местами даже несколько больше.

Глубинные корни: Поскольку на соответствующих глубинах слэб движется сре­ди астеносферного вещества и сейсмические очаги находятся внутри него, уменьшение сейсмичности под вулканами скорее всего означает снижение упругих свойств погружающейся литосферы при отделении флюидов или даже частичном плавлении. Этот магмогенерирующий от­резок зоны субдукции - область, где процессы магмогенеза только начинаются, чтобы продолжиться над субдуцирующей плитой в мантийном клине и земной коре вплоть до близповерхностных магмати­ческих камер в фундаменте вулканов. Глубинные корни вулканическо­го пояса, отмеченные снижением скоростных и упругих характеристик пород, отчетливо прослеживаются сейсмической томографией - вплоть до поверхности слэба.

Специфика состава магм над зонами субдукции.

На состав вулканитов влияют:

Латеральная: калий, рубидий стронций вглубину субдукции увеличивается, убывает Fe/Mg

В направлении т жёлоба толеитовая (толеитовый базальт, железистый дацит) сменяется известково щелочной (глинозёмный базальт-риолит), в тылу дуги – шошонитовой (шошонитовый базальт-трахит)

РУДА: Au, Cr, Ni,Cu- Zn? Pb, Mo – под дугой Sn-Wo-U

(наверное, туда же…)47. Специфика состава магм над зонами субдукции.

В формировании магм, питающих субдукцнопный вулканизм, участвует вещество, которое отделяется от погружающейся океанской литосферы, от пород находя­щегося над ней астемосферного клина, а также от мантийных и коровых пород литосферы висячего крыла, которая служит фундаментом вулка­нического пояса. Важной специфической чертой магмообразования при субдукции считают перемещение вещества океанской коры, в том числе ее осадочного чехла, глубоко в маитию, что придает соответствующие гео­химические особенности мантийным магмам. Кроме того, большое коли­чество воды, которое привносится при этом, коренным образом меняет условия частичного плавления перидотитов над зоной субдукции. Судя по лабораторным экспериментам, из «обводненной» мантии возможно прямое отделение не только базальтового, но и андезитового расплавов. Несмотря на разнообразие субдукциониых вулканитов, среди которых представлен широкий спектр пород толеитовой, известково-щелочной и шошонитовой серий, их геохимическая специфика во многих случаях позволяет отличить эти породы от сходных вулканитов иного происхож­дения.

33. Субдукционная аккреция и субдукционная эрозия, их геологическое выражение.

Тектонический эффект взаимодействия литосферных плит в разных зонах субдукции, а нередко и на соседних сегментах одной и той же зоны различается. В зависимости от этого можно различать режим субдукционной аккреции, режим субдукционной (тектонической) эрозии, а также нейтральный ре­жим.

Существует и другой механизм наращивания островодужной или континентальной окраины. Часть того осадочного материала, который уходит на глубину с океанской плитой, тоже задерживается, отделяясь от нее и подслаиваясь снизу к висячему крылу зоны субдукции Образующаяся при этом чешуйчатая структура с многократным повторением одних и тех же фрагментов стратиграфического разреза была детально изучена в мело­вом аккреционном поясе Симанто (Япония).

Эрозия. Режим субдукционной эрозии выражается срезанием висячего кры­ла под действием пододвигающейся литосферной плиты, уносящей про­дукты разрушения на глубину. Наряду с субдукционной аккрецией это один из двух главных тектонических режимов субдукции.

Важным источником информации служат сейсмические профили. В 1986 была проведена интерпретация соотношений, выявленных профилированием под островодужным склоном Японского желоба. 1й признак эрозии: Здесь современной аккреционной призмы нет. О тектонической эро­зии свидетельствует строение висячего (островодужного) крыла. Это на­клоненная от желоба слоистая серия мелового возраста, которая среза­ется на глубине пологой поверхностью тектонического контакта: эрозия висячего крыла происходит снизу. Следствием такой эрозии считают установленное по колонкам буровых скважин опускание островодужного склона.

При длительном развитии субдукционная эрозия срезает ближай­шие к глубоководному желобу элементы островной дуги или активной окраины континента, при этом от­мирающие вулканические пояса смещаются все ближе к конвергентной границе. 2й

2 механизма эрозии:

Базальная эрозия предполагает механическое воздействие погружа­ющейся плиты на нижнюю поверхность висячего крыла зоны субдук-ции (см. рис. 6.27, А). Происходит эрозия этого крыла снизу, что ведет к уменьшению его толщины и соответствующему опусканию.

Фронтальная эрозия - срезание субдуцирующей плитой переднего края висячего крыла, захват и вовлечение в субдукцию слагающих этот край пород. Она особенно заметна там, где на погружающейся плите при ее изгибе образуется расчлененный тектонический рельеф - система грабенов и горстов.

Нейтральный режим субдукции - режим, при котором субдукция не сопровождается ни аккрецией, ни тектонической эрозией, это редкое явление

34. Выявление и реконструкция древних зон субдукции.

Наличие древних зон субдукции можно определить по наличию аккреционной призмы.

Также зоны субдукции обладают специфическим вулканизмом. Важная черта магмообразования при субдукции - перемещение вещества океанской коры, в том числе ее осадочного чехла, глубоко в мантию, что придает соответствующие гео­химические особенности мантийным магмам. Кроме того, большое коли­чество воды, которое привносится при этом, коренным образом меняет условия частичного плавления перидотитов над зоной субдукции. Судя по лабораторным экспериментам, из «обводненной» мантии возможно прямое отделение не только базальтового, но и андезитового расплавов.

Над зонами субдукции – аномальные афеолиты.

Офиолиты:

Аномальность их над зонами субдукции –

Характерна осадочная формация задуговых бассейнов – с одной стороны вулканический пепел с магматического пояса а с другой – терригенные континентальные осадки с континента. Мощность пелагитовых глин здесь гораздо больше, чем в океане.

Можно оределить направление субдукции по голубосланцевым и зеленосланцевым формациям. Голубосланцевые образуются в условиях более низких температур и высоких давлений.

35. Обдукция океанической литосферы и её предполагаемые механизмы.

Нормальное взаимодействие континентальной и океанской литосфер на конвергентных границах выражается субдукцией. Только местами и на короткое время появляется такое сочетание тектонических условий, при котором океанская литосфера бывает поднята и надвинута на конти­нентальную окраину. В настоящее время этот процесс, по-видимому, нигде не про­исходит, но сравнительно недавний эпизод (конца миоцена - плиоцена) установлен на сочленении Чилийского спредингового хребта с Андской активной окраиной. К момен­ту надвигания это была сравнительно молодая, средней мощности и еще мало охлажденная литосфера с относительно низкой средней плотнос­тью и поэтому, в соответствии с изостазией, высоким гипсометрическим положением – необходимое условие обдукции.

Обдукция, как правило, сопровождается динамотермальным мета­морфическим воздействием горячих перидотитов, слагающих низы ли-тосферной пластины, на породы автохтона.

Механизмы обдукции:

Обдукция на краю океанского бассейна происходит как у актив­ных, так и у пассивных его окраин. Это модель обдукции при столкновении спредингового хребта с активной континентальной окраиной. Если хребет про­стирается приблизительно параллельно окраине, то в ходе субдукции континентальная плита перекроет ближайшее его крыло и придет в со­прикосновение с поднятым краем другого крыла, которое в результате может оказаться надвинутым. Пример – поглощение Чилийского спредингового хребта.

Обдукция при замыкании бассейнов океанского типа. Геологиче­ские условия нахождения многих обдуцированных фрагментов океан­ской литосферы вблизи глубинных офиолитовых швов Средиземно­морско-Гималайского и других складчатых поясов позволяют связать их происхождение с замыканием малых океанских бассейнов, подобных Красному морю. Если раскры­тие таких бассейнов непосредственно сменяется их сжатием, то высокий тепловой поток благоприятствует отслаиванию литосферных пластин. Высокое гипсометрическое положение молодой океан­ской литосферы и погруженные под уровень моря плечи утоненной континентальной коры на краях таких спрединговых бассейнов способ­ствуют обдукции. При полном смыкании континентального обрамления структурный шов воздымается, а на дне смежных эпиконтинентальных бассейнов появляется уклон, обеспечивающий дальнейшее гравитаци­онное перемещение обдуцированных пластин океанской литосферы, со­провождаемое формированием олистостром.

36. Области коллизии континентальной литосферы: рельеф, структура, движения, вулканизм, глубинная характеристика.

Если к конвергентной границе с обеих сторон подходит континенталь­ная литосфера, то относительно легкие сиалические породы не погру­жаются в мантию, а вступают в активное механическое взаимодействие. Интенсивное сжатие порождает сложные структуры, утолщение коры и горообразование. При этом может проявиться внутренняя тектоническая расслоенность литосферы, когда она делится на пластины, испытывающие горизонтальное смещение и дисгармоничные деформации. , на конвергентной границе вместо субдукции развивается коллизия, т. е. столкновение ли-тосферных плит - геодинамический режим, который в настоящее время проявляется главным образом вдоль Средиземноморско-Гималайского складчатого пояса протяженностью в тысячи километров. Коллизия, связанные с ней движения и деформации максимальны на тех отрезках этого пояса, где южной окраине Евразии противостоят выступы континентальных плит Индостана и Аравии. В этих местах формируются пережимы (скручивания) складчатого пояса.

Грандиозное сооружение Гималаев и Тибета дает представление о бо­лее зрелой и все еще весьма активной фазе коллизионного взаимодей­ствия крупных континентальных единиц. Оно началось в палеогене 50-70 млн лет назад, когда океанская литосфера, отделявшая субкон­тинент Индостана от Евразийской окраины, полностью под нее субду-цировала. Наклон зоны субдукции предопределил южную вергентность складчатости и надвигов коллизионного этапа. Встречное движение Индостана и Евразии, скорость которого до на­чала коллизии достигала 15-20 см/год, продолжалось и в дальнейшем. Сначала (до олигоцена) оно про­исходило со скоростью около 10 см/год, позже - 5 см/год и менее, а сум­марное сближение после начала коллизии превышает 2000 км.

Горообразование при коллизии сопровождается накоплением мощ­ных моласс в передовых и межгорных прогибах.

Продольное перемещение горных масс коллизионного пояса. При конвергенции неоднородных по своему строению литосферных плит, со­стоящих из континентальных и океанских частей, а также там, где конти­нентальная окраина взаимодействует с несколькими разными плитами и микроплитами, наблюдаются переходы по простиранию от зон коллизии к зонам субдукции или наоборот. Примером может служить рассмотрен­ное выше продолжение Тиморской коллизионной системы Зондской субдукционной. Свойственный Среди­земноморско-Гималайскому поясу сложный структурный рисунок объясняют неправильными очертаниями и взаимным геометрическим несоответствием формиру­ющих этот пояс континентальных окраин: Евразийской, с одной сторо­ны, Африкано-Аравийской и Индостанской - с другой.

Наиболее выразительны соотношения на сочленении коллизионного Анатолийско-Кавказского и субдукционного Эгейско-Кипрского сег­ментов, поскольку интенсивное сжатие складчатого пояса перед фрон­том Аравийского индентора соседствует там с не менее интенсивным и устойчивым растяжением над зоной субдукции.

Коллизионные деформации на удалении от конвергентной гра­ницы. При благоприятных геологических условиях коллизионные деформации проявляются не только в зоне конвергентного взаимо­действия литосферных плит, но и на удалении от нее. Так, под давле­нием со стороны коллизионного орогена Альп платформенный чехол форланда был сорван по пластичным породам соленосного триаса, смещен и деформирован с образованием в 50-150 км к северо-запа­ду складчатой системы Юрских гор.

Коллапс коллизионных орогенов. В развитии коллизионных горных сооружений вслед за этапом сжатия, утолщения и изостатического поднятия земной коры закономерно следует этап ее растяжения, уто­нения и соответствующего опускания (орогенный коллапс). В Альпах, где современное растяжение проявляется сейсмоло­гически, обнаружено, что в центральных зонах орогена оно началось еще 20 млн лет назад и длительное время сосуществовало со складчато-надвиговыми деформациями сжатия на периферии горного сооружения.

Про горячие точки, в куче:

Линейность вулканических сооружений и закономерное удревнение возраста на Императорском хребте в Тихом океане привело В. Моргана (Morgan W.J.) в 1971 г. к созданию модели горячей точки (от англ. hot spot) как относительно стационарной и долгоживущей тепловой аномалии в мантии. Она является источником магм, обогащенных рассеянными элементами и питает вулканы океанических островов и внутренних частей континентов. На земной поверхности горячая точка отражена в аномально высокой вулканической активности в настоящее время или в прошлом. В идеальном случае это цепь современных и древних вулканов, возраст которых постепенно становиться более древним в одном направлении (след горячей точки, плюма), что связано с "прожиганием" движущейся литосферной плиты. Когда плита уходит от горячей точки, вулкан перестает быть активным, отмирает и вместе с плитой движется в сторону от горячей точки. Классическим примером следа горячей точки может быть цепь вулканов, которая протягивается в Тихом океане от поднятия Обручева с наложенными подводными горами, слагает Императорский хребет и трассируется до архипелага Гавайских островов с действующими вулканами (например, Мауна-Лоа). Вместе с тем, эта оригинальная идея стала применяться к любым вулканическим сооружениям в Мировом океане, что на взгляд автора настоящего пособия не является однозначно доказанным

Горячие точки и мантийные плюмы

В 1970х годах Дж. Вилсон и Дж. Морган предложили гипотезу «горячих точек» и «мантийных струй (плюмов)» . Основание - наблюдения на Гавайском и Императорском хребтах в Тихом океане. Первый из них представляет собой цепь островов с потухшими вулканами, заканчивающуюся на юго-востоке действующими вулкана­ми островов Гавайи. В начале она сочленяется с цепью подводных вулканических возвышенно­стей, известных как Императорский хребет. Таким образом, видим картину закономерной миграции во времени и в пространстве вулканических центров. Эту картину Вилсон и Морган объяснили тем, что под о. Гавайи в настоящее время действует горячая мантийная струя, которая пробивает астеносферу и литосферу и занимает стационарное положение. Тихоокеанская плита двигалась над этой горячей точкой сначала в северо-западном (Импе­раторский хребет), а затем, с 42 млн лет, в западо-северо-западном на­правлении, в то время как горячая струя ее «прошивала» и создавала все новые вулканы.

Насчитывается около 40 горячих точек в океанах и на континентах, и почти со всеми связаны проявления вулканической деятельности. Ха­рактерна щелочно-базальтовая магма, происходящая из недеплетированной мантии, что указывает на глубинное положение «корней» горя­чих точек. Если исходить из их стационарности, то можно определять не относительные, а «абсолютные» движения литосферных плит, измеряе­мые по отношению к заякоренным в мантии горячим точкам.

Также существует понятие суперплюмов, с которым связывают процессы дробления и распада суперконтинентов.

39. Но не уверен.

Различают два главных способа заложения и раскрытия рифтовых зон. Концепция активного рифтогенеза исходит из традиционного пред­ставления о первичности зародившегося на глубине восходящего

Понимание природы тонкой структуры зоны субдукции имеет ключевое значение для физики сейсмотектонического процесса. Результатом интенсивных геофизических и геологических исследования зон суб- дукции в последние несколько десятков лет являются новые данные о структуре этой зоны и особенностях сейсмичности. Они поставили целый ряд вопросов, ответы на которые нельзя получить в рамках модели плитотектоники. Предпочтительнее рассматривать эти вопросы на основе активизации эндогенных процессов, имеющих значительную вертикальную компоненту переноса энергии. Ограничимся изложением результатов ряда работ по Камчатке, Курилам и Японии, которые широко известны и достаточно объективны.

Прежде всего, рассмотрим особенности протекания сейсмотектонических процессов, которые одновременно отражают и условия их проявления. Об этом можно судить по распределению плотности эпицентров Камчатских землетрясений (Рис.5.6, [Болдырев, 2002]). Основная сейсмоактивная зона имеет ширину 200 - 250 км. Распределение плотности эпицентров очагов (далее очагов) в пространстве носит сложный характер, при этом выделяются изометрические и вытянутые участки различной плотности очагов.

Участки повышенной плотности очагов образуют систему лине- аментов, из которых наиболее заметные совпадают с простиранием морфоструктур Камчатского региона. Эти участки устойчивы в пространстве за период инструментального контроля, начиная с 1962 и кончая 2000 годом. Устойчиво в пространстве также положение слабосейсмичных участков. Заметим, что частота землетрясений внутри этих участков может существенно меняться. Это показано при реализации, например, алгоритмов RTL [Соболев и Пономарев,2003].

Рис.5.6 Плотность эпицентров (N на 100кв.км) Камчатских землетрясений 1962-1998гг. (Н=0-70км, кб > 8.5). Прямоугольник - область уверенной регистрации событий с кб> 8.5. 1 - современные вулканы, 2 - очаги с кб > 14.0, 3 - ось глубоководного желоба, 4 - изобата - 3500м .

Пространственно - временные изменения плотности очагов в трех полосах сейсмической зоны Камчатки приведены на рис. 5.7. [Болдырев, 2002 ]. Как видно, положение сейсмоактивных и слабо сейсмичных участков весьма устойчиво во времени в данный период контроля. На этом же рисунке показано положение очагов сильных землетрясений (К > 12.5), совпадающие с участками повышенной плотности очагов слабых землетрясений. Можно констатировать, что сильные события происходят в зонах повышенной активности слабых событий, хотя по механистическим представлениям в этих участках должна происходить разрядка накапливаемых напряжений.

Весьма интересны результаты анализа, представленные на рис. 5.8 [Болдырев, 2000]. На верхней части рисунка показан вертикальный разрез распределения плотности гипоцентров в ячейках 10 на 10км и положение коромантийного раздела. Под Камчаткой практически отсутствуют очаги в мантии, а под экваторией Тихого океана они преобладают. На нижней части рисунка автор показывает предположительные тренды миграции сильных событий от 159 о в.д. до 167 о в.д. Скорость "миграции" очагов 50 - 60 км/год, периодичность активизации 10 - 11 лет. Таким же образом можно выделить тренды событий более низкого энергетического уровня, "распространяющиеся" с запада на восток. Однако природа таких горизонтальных процессов передачи упругой энергии не обсуждалась. Отметим, что схема горизонтально действующих процессов передачи упругой энергии не согласуется с наблюдаемыми устойчивыми положениями в пространстве участков с постоянным уровнем сейсмичности. Существование устойчивых участков с активными сейсмическими явлениями в большей мере указывают на протекание вертикальных процессов возбуждения среды, имеющих в данный период определенную ритмичность.

Возможно, что с этими процессами связаны различные характеристики среды, отражающиеся в скоростных моделях (Рис.5.9 и 5.10) [Тараканов, 1987; Болдырев и Кац, 1982]. Сразу бросается в глаза неоднородности, образующие сложную мозаику "блоков " с повышенным или пониженным уровнем скоростей (относительно осредненного скоростного разреза по Джеффрису). Причем "блоки ", в которых почти постоянны скорости, расположены в широком диапазоне глубин, контрастно выделяются наклонные структуры также с большим перепадом глубин. В одних и тех же диапазонах глубин скорости упругих волн могут быть как высокими, так и низкими. Скорости в подконтинентальной мантии ниже скоростей в подокеанической мантии на одних и тех же глубинах. Необходимо также отметить наибольшие значения градиентов скоростей.

Рис.5.7 Пространственно-временные распределения плотности очагов (число событий за 0.5 года в интервале AY = 20км) в трех продольных линеаментах Камчатской сейсмоактивной зоны. Крестиками помечено положение 20 сильнейших землетрясений в каждой полосе.

Рис.5.8. Вертикальный разрез (а) и пространственно-временные изменения плотности очагов (б) в полосе 20км вдоль 55°с.ш.. 1- очаги землетрясений Кб>12.5, 2 - проекция современной вулканической зоны, 3 - проекция оси глубоководных желобов.

Рис.5.9 Поля скоростей продольных волн (км/с) в фокальной зоне вдоль профиля станция Хатинохе - о-в Шикотан: 1 - < 7.25, 2 - 7.25 - 7.5, 3 - 7.51 - 7.75, 4 - 7.76 - 8.0, 5 - 8.01 - 8.25, 6 - 8.26 - 8.5, 7 - > 8.5, 8 - гипоцентры сильнейших землетрясений.

Рис.5.10 Широтный профиль изменения скоростей продольных волн (станция SKR - глубоководный желоб), теплового потока и аномалий поля силы тяжести. 1 - изолинии поля скорости V ; 2 - значения скорости для стандартной модели Земли; 3 - положение поверхности М и значения граничных скоростей в ней; 4 - изменение фонового теплового потока; 5 - аномалии поля силы тяжести; 6 - действующие вулканы; 7 - глубоководный желоб, 8 - границы сейсмофокального слоя.

Уровень сейсмической активности (т.е. плотности очагов) в зонах имеет обратную корреляцию со скоростью V ? и прямую с добротностью среды. При этом участки повышенных значений скоростей, как правило, характеризуются более высоким уровнем затухания [Болдырев, 2005], причем гипоцентры наиболее сильных событий располагаются в зонах с повышенной скоростью и приурочены к границам "блоков" с разными скоростями [Тараканов, 1987] .

Была построена обобщенная скоростная модель блоковой среды для сейсмофокальной зоны и ее окрестностей [Тараканов, 1987]. Фокальная зона по пространственному распределению гипоцентров и скоростному строению также является неоднородной. По толщине она является как бы двухслойной, т.е., сама сейсмофокальная зона и примыкающий к ней высокоскоростной слой (или "блок") с Д V ~ (0.2 - 0.3 км/с). Аномально высокими скоростями отличается наиболее высокосейсмичная часть зоны, а аномально низкими скоростями характеризуются блоки непосредственно под островными дугами и еще глубже в направлении сейс- мофокальной зоны. О двухслойной сейсмофокальной зоне на некоторых глубинах сообщалось и в других работах [Строение..,1987].

Эти данные можно относить к объективным, хотя границы выделенных "блоков" могли быть определены не достаточно точно. Наблюдаемые распределения скоростей сейсмических волн, особенности тектонических напряжений и деформаций, а также пространственное распределение аномалий различных геофизических и гидрогеохимических полей не могут реализоваться, если представить, что сейсмофокальная зона находится в постоянном одностороннем движении, как это следует из модели плитотектоники [Тараканов и Ким, 1979; Болдырев и Кац, 1982; Тараканов, 1987; Болдырев, 1987]. Здесь аномалии скоростей связывают с вариациями плотности, что может объяснить перемещение вязкой среды в поле силы тяжести. При этом отмечается, что характер движений напоминает поля в конвективной ячейке, где восходящие движения могут трансформироваться в горизонтальные движения верхней мантии, которое выделяется вблизи островной гряды. Положение сейсмофокальной зоны, ее очертания и наклон связываются с взаимодействием разуплотненной мантией под окраинным морем с более плотной средой под океаном.

Представляют интерес работы Л.М. Балакиной, посвященные исследованиям механизмов очагов землетрясений в зонах субдукции ([Балакина, 1991,2002] и литература к ним). Наиболее полно исследовались Курило-Камчатская остравная дуга и Японские острова. Для землетрясений (М > 5.5) в верхних 100 км литосферы выявлен единый тип механизмов очагов. В нем одна из возможных плоскостей разрыва ориентирована устойчиво вдоль простирания островной дуги и имеет крутой угол наклона (60 - 70°) в сторону глубоководного желоба, вторая - пологая плоскость (угол падения менее 30°) не имеет устойчивой ориентации по азимуту простирания и направлению падения. В первой плоскости преобладающая подвижка всегда взброс, во второй - меняется от надвига до сдвига. Отсюда следует закономерная ориентация действующих напряжений для глубин до 100км: напряжение сжатия по всей толще литосферы ориентированно вкрест простирания островной дуги с наклоном в сторону глубоководного желоба под небольшими углами к горизонту (20-25°). Напряжения растяжения на этих глубинах ориентировано круто с наклоном в сторону тылового бассейна и большим разбросом по азимуту простирания. Это означает, что представления о совпадении ориентации осей напряжений сжатия или растяжения с вектором наклона фокальной зоны не является обоснованным. Также Л.М. Балакиной отмечается, что в очагах промежуточных и глубокофокусных землетрясений ни одно из напряжений сжатия или растяжения нельзя считать совпадающим по направлению с вектором падения сейсмофокальной зоны. Анализ механизмов очагов показал, что в литосфере и мантии имеет место субвертикальное перемещение вещества. Однако в мантии, в отличие от литосферы, оно может быть как восходящим, так и нисходящим (рис.5.11). Поэтому сейсмофокальная зона может быть пограничной между зонами поднятия и опускания. Ведущим процессом представляется образование и развитие тыловых структур погружения, обусловленное перемещением масс, охватывающих всю верхнюю мантию под тыловым бассейном (Балакина, 1991). Этот процесс связывается с гравитационной дифференциацией вещества в области фазовых переходов между нижней и верхней мантией, т.е., процесс перемещения начинается снизу, а не сверху, как это следует из модели плитотектоники. Фокальная же зона - это область дифференцированных движений на границе между мантией тылового бассейна и океанической. Происходящее перераспределение масс сопровождается также их горизонтальным перемещением, развитие которого в астеносфере обуславливает поднятие подошвы соответствующего участка литосферы. В результате вдоль фокальной зоны концентрируются напряжения и накапливаются сдвиговые деформации, которые определяют закономерности распределения механизмов очагов на различных глубинах, от поверхностных до мантийных.

Развитые в цитированных работах представления о формировании сейсмофокальных зон (зоны субдукции) во многом схожи, а механизмы вертикальных движений находят свое объяснение также в модели вертикальной аккреции вещества [Вертикальная.. , 2003].

Однако остаются две группы вопросов. Первая группа: природа слабой коровой сейсмичности, квазистационарность зон сейсмичности с различной активностью, сопряженность зон слабой и более сильной сейсмичности. Вторая группа вопросов связана с природой глубокофокусной сейсмичности и скоростными моделями среды.

Ответы на первую группу вопросов можно получить из представлений о последствиях взаимодействия восходящих потоков легких газов с твердой фазой литосферы. Интенсивность сейсмических событий в различных зонах (пятнистость сейсмичности) обусловлена различием потоков восходящих легких газов, их цикличностью, т.е., пятнистость сейсмичности отражает соответствующую неравномерность восходящих потоков легких газов.

Рис.5.11 Схема дифференциальных перемещений вещества в пограничной зоне между активной мантией тылового бассейна и пассивной океанической мантией, происходящих в процессе погружения тылового бассейна (по Балакиной). Вертикальное сечение, перпендикулярное простиранию дуги. 1 - нисходящие движения на периферии тылового бассейна; 2 - горизонтальные перемещения вещества в астеносфере под островным склоном желоба; 3 - линии поднятия подошвы литосферы, вследствие перемещения вещества в астеносфере; 4,5 - ориентация напряжений: 4 - сжатия, 5 - растяжения, возникающих при дифференциальных перемещениях вещества в литосфере и в нижней части фокальной зоны; 6 - ориентация крутых разрывов и подвижек в литосфере; 7 - верхняя мантия под тыловым бассейном; 8 - океаническая верхняя мантия; 9 - фокальная зона; 10 крутые разрывы в низах фокальной зоны.

Природа процессов формирования тонкой скоростной структуры среды, как нам представляется, практически не обсуждалась. Скоростная структура среды весьма удивительна своей контрастностью. Внешнескоростная структура среды напоминает вертикальные зоны (блоки) повышенной или пониженной сейсмичности, однако они расположены в переходной зоне нижней коры и верхней мантии (40-120 км). Изменения скоростного режима в вертикальных блочных структурах может быть объяснено не только на основе чисто плотностных моделей (происхождение которых необходимо обсуждать), но и вариациями температурного режима, связанного с тепловыми эффектами восходящих потоков водорода в различных элементах структуры. Причем в переходной зоне от верхней мантии до нижней коры речь может идти только о восходящей диффузии атомарного водорода в кристаллических структурах. По-видимому возможны струйные течения водорода и гелия в направлении менее плотной упаковки кристаллических структур, аналогичные наблюдаемым в лабораторных экспериментах (рис.4.4 б,в,г). Подтверждением этого могут служить данные по быстрой изменчивости скоростных параметров среды [Славина и др., 2007].

Обсудим возможные механизмы изменения свойств среды в зонах струйных восходящих течений водорода. Один из механизмов связан с процессами растворения водорода в кристаллических структурах. Это процесс эндотермический. Хотя для горных материалов теплоты растворения водорода не известны, однако для оценок можно взять данные для материалов, не образующих гидридных соединений. Эта величина может быть порядка 30 ккал /моль(Н). При непрерывных восходящих потоках атомарного водорода (при условии занятых водородом вакансий и дефектных структур) порядка 1 моль Н/м 2 понижение температуры может составить 50-100°. Этому процессу может способствовать текстурированность определенных граничных структур, например, в сейсмофокальной зоне и прилегающих областях. Следует отметить, что проявления эндотермических процессов, сопровождающих растворение водорода в кристаллических структурах, интенсивны в зонах структурно-вещественных преобразований, реализующих реидное течение вещества. На возможность таких процессов указывают ряд закономерностей распространения упругих волн. Например, вертикальные зоны повышенных скоростей характеризуются более высоким уровнем их затухания [Болдырев, 2005]. Это может быть связано с взаимодействием упругих волн с водородной подрешеткой, концентрация которой повышена в зонах с более низкой температурой. Такие эффекты известны в лабораторной практике. Наличие водородной подрешетки после насыщения горных материалов фиксировалось в рентгеноструктурных исследованиях по появлению сверхструктурных отражений на малых углах (рис. 4.2). В этих представлениях скоростных структур рассматриваются два типа зон: зона с нормальным фоновым восходящим потоком водорода и зона с небольшой концентрацией водорода (до этого в этой зоне температура была повышена), где возможно дополнительное растворение водорода. Можно отметить, что появление в геологической среде двухфазного состояния вещества при высоком давлении водорода может привести к увеличению плотности за счет более плотной упаковки структур.

Однако можно рассматривать и другую модель формирования различий в скоростных структурах среды. При струйных течениях водорода по различным структурам (например, на рис.4.4б) с ним выносится определенное количества тепла [Летников и Дорогокупец, 2001]. В рамках этих представлений существуют структуры с повышенной температурой и структуры с нормальной температурой для соответствующих глубин. Но все это означает, что скорости упругих волн в различных структурах будут со временем изменяться, причем время изменений может быть весьма небольшим, что показала Л.Б. Славина с коллегами.

В рамках рассматриваемых процессов некоторые свойства сейсмо- фокальной зоны (зоны субдукции) можно связывать с процессами взаимодействия восходящего потока глубинного водорода с твердой фазой. Сейсмофокальная зона является стоком легких газов. Повышенная концентрация дефектов структуры, о чем говорилось выше, может привести к накоплению водорода и гелия в дефектах (вакансиях), с плотностью, близкой к плотности их в твердых фазах. За счет этого плотность материала сейсмофокальной зоны может увеличиться на доли единиц (г/см 3). Это также может способствовать увеличению скорости упругих волн. Однако этот процесс происходит на фоне более масштабных явлений планетарного типа, обусловленных, по-видимому, вертикальным переносом вещества (адвекционно-флюидный механизм [Белоусов, 1981; Спорные..,2002; 0кеанизация..,2004; Павленкова, 2002]), а также процессами в граничных слоях между континентальными и океаническими мантией и литосферой. Естественно, что эта пограничная зона должна обладать рядом уникальных свойств. Формирование этой зоны и поддержание ее длительного достаточно устойчивого состояния сопровождается возникновением в ней, как отмечалось выше, высоких напряжений, создающих определенную текстуру деформации. Текстура деформации также может внести существенный вклад в увеличение скоростей упругих волн вдоль таких граничных структур. Формированию и поддержанию текстуры деформации способствует также восходящая диффузия водорода и гелия. Примеры текстурирования (Рис.4.1б) горных материалов при насыщении их легкими газами были приведены выше. Следует отметить, что в текстурированных структурах повышенная концентрация дефектов. Это способствует накоплению в них легких газов и проявлениям неустойчивости среды за счет постоянной восходящей диффузии легких газов. Поэтому пограничная зона, она же сейсмофокальная зона, также может представлять двухфазную структуру, что влияет на ее скоростные параметры. Заметим, что неравновесное состояние геологической среды при повышенных значениях Р-Т параметров может быть признаком протекания сверхпластичности. Это следует из лабораторных представлений и наблюдений сверхпластичности. Однако перенос этих представлений на условия среды глубже 150-200км пока не имеет реальных оснований.

Теперь о природе глубокофокусных землетрясений, точнее, конечно, говорить о природе подготовки и протекания разномасштабных глубокофокусных "движений". Причем основанием для этих представлений являются особенности сейсмических явлений, характеризующихся сдвиговой компонентой движений в так называемом глубокофокусном "очаге". Основные положения представлений об этом исходят в настоящее время из модели плитотектоники. Однако эта модель подвергается все большей критике [Спорные.., 2002; Океанизация.., 2004]. Накопленный объем геологических и геофизических данных ставит под сомнение реальность этой модели. В рамках модели плитотекто- ники протекание глубокофокусных движений связывали с фазовыми переходами оливин-шпинель при определенных Р-Т условиях в граничных слоях опускающейся холодной океанической плиты [Калинин и др., 1989]. Фазовые границы в погружающейся плите представляются механически ослабленными зонами, вдоль которых осуществляется проскальзывание сегментов погружающихся жестких плит при некотором участии "флюидной фазы" [Родкин, 2006], т.е. очагом является зона проскальзывания. В рамках этой модели пытаются объяснить также резкие изгибы погружающихся плит, выявленные по гипоцентрам глубоких землетрясений и по данным сейсмической томографии. Эти резкие изгибы плит связываются также с фазовыми переходами на определенных глубинах и соответствующей потерей жесткости таких плит. Однако при этом не учитывается природа сил (в рамках модели плитотектоники), вызывающая движение плиты вниз. Можно ли объяснить действием этих сил горизонтальное движение плиты после ее изгиба? Можно ли затем изменить направление движения плиты вниз? На эти вопросы необходимо отмечать. Остается также вопрос к природе резкой контрастности границ опускающейся плиты. Эти вопросы в модели плитотектоники не обсуждаются и не могут в ней найти объяснений.

Учитывая выше изложенное, а также многочисленные данные исследований, необходимо согласиться с теми, кто показывает уязвимость представлений плитотектоники. Зона Заварицкого-Беньофа является границей двух сред, континентальной литосферы-мантии и океанической литосферы-мантии. Эти среды оказывают на граничную структуру и ее динамику основное влияние. Однако ряд особенностей граничной структуры указывает на то, что она является мощным стоком легких газов, прежде всего водорода, от ядра к поверхности.

Восходящие потоки водорода имеют струйный характер и могут контролироваться ярко выраженными границами, которыми определяются структурными особенностями среды. Это было показано при лабораторном моделировании (рис. 4.4б,в,г). Как уже отмечалось, в направлении к поверхности концентрация водорода будет увеличиваться. Постепенно дефектные места (дислокации, вакансии, дефекты упаковки др.) будут заняты водородом и его поток будет осуществляться только по междоузлиям. Поэтому основным препятствием для движения потока будут уже занятые водородом дефектные структуры и элементы текстуры деформации. Водород начнет накапливаться в междоузлиях и свободных дефектах структуры, вызывая структурные напряжения.

Известна вертикальная и субгоризонтальная расслоенность верхней мантии. Природа расслоенности верхней мантии рассматривают на основе тепловой конвекции, адвективно-полиморфного и флюидного механизмов. Анализ действия этих процессов рассматривался в работах [Павленкова, 2002]. На основе этого анализа делался вывод, что наиболее полно можно объяснить расслоенность верхней мантии действием флюидного механизма [Летников, 2000]. Суть рассматриваемого здесь механизма заключается в том, что благодаря значительной подвижности флюидов вещество мантии достаточно быстро (по сравнению с конвективным течением) поднимается вверх по ослабленным или разломным зонам. На некоторых глубинах оно задерживается, образуя слои с повышенной концентрацией флюида. Дальнейшее продвижение глубинного вещества вверх зависит от проницаемости верхней мантии. Такими зонами проницаемости являются наклонные мантийные структуры, в том числе так называемые зоны субдукции, по существу зона сочленения двух различных структур. Эти зоны имеют изломы, а в ряде случаев изломы имеют углы, близкие к прямым.

Однако зоны "проницаемости" в верхней мантии не могут иметь трещин, поэтому они могут быть проницаемы только для легких газов (под флюидом следует понимать только легкие газы), которые образуют фазы внедрения. Это водород и гелий. Зоны изгиба представляются зонами накопления водорода в кристаллических структурах. Можно полагать, что поток водорода из внешнего ядра квазипостоянен, поэтому накопление водорода в этих зонах будет заканчиваться его прорывом в вышележащие структуры. Примером такого поведения водорода может быть струйный прорыв (см. рис. 4.4 в,г и 4.7-4.10). Этот прорыв будет сопровождаться перестройкой снизу вверх протяженных кристаллических структур, проявляющейся в ее быстром деформировании, т.е. тем, что называют глубокофокусным землетрясением. Естественно, что в этом процессе нет разрыва сплошности. В подтверждение этой модели можно привести данные по цикличности или ритмичности глубокофокусных землетрясений с периодичностью 7-8 лет [Поликарпова и др., 1995], отражающих косвенно как величину глубинного потока водорода, так и особенности взаимодействия этого потока с твердой фазой и ее реакцию на этот поток.

Вместо заключения.

Эндогенные процессы в так называемых зонах субдукции действуют в масштабах, существенно превышающих региональные. Измерения возмущений различных полей в локальных участках могут дать информацию об активизации пространственных или локальных процессов. Однако они не могут помочь в оценке и прогнозировании локальной реакции среды в тех или иных участках. В тоже время плотная сеть мониторинга, где она возможна, может помочь в оконтуривании региональной зоны эндогенного возбуждения среды, но вряд ли может указать на вероятное место сильного события.

Чтобы управлять чем бы то ни было, надо считаться с массовыми фактами, а еще лучше - понимать их.

В 1951 г. Амштуц в работе по тектонике Альп употребил слово субдукция для обозначения условий, которые формировали сложнейшую шарьяжную структуру Альп. После этого в течение 20 лет это термин никем почти не использовался.В современном же плейттектоническом понимании термин субдукция стал употребляться с 1969 г.Классическая плейттектоническая субдукция предусматривает наличиехотя бы с одной стороны океанической литосферы, что противопоставляется континентальной субдукции (коллизия континент-континент).

Субдукционные границы - это высокосейсмичные границы (почти всегда выражаются в рельефе глубоководными желобами), самые мощные толчки приурочены именно к ним.

Желобом в геологии называют именно субдукционные желоба, все остальное - троги.

Почему субдукцию нельзя просто назвать литосферным поддвигом, надвигом? Это связано с более сложной кинематикой процесса субдукции: чаще всего обе плиты имеют встречное движение, реже наблюдается неподвижность одной из плит (чаще всего верхней).

Географическое размещение зон субдукции.

1. Большинство зон субдукции находятся на обрамлении Тихого океана (за исключением некоторых зон). Это пошло от того, что в начале мезозоя на позднем этапе развития Пангеи вокруг нее была кольцевая зона субдукции: она начиналась у Австралии, охватывала Пангею почти полностью до юга Северной Евразии и заворачивалась внутрь кольца по южному краю Северной Евразии.

2. Чисто географически зоны субдукции в Атлантике - в зоне Малых Антил и Южных Антил (дуга Скотия). Но это зоны субдукции не первичные: раньше дуга Скотия шла по западной границе Анд (т.е. в Тихом океане), а затем выпятилась в Атлантический океан и была отсечена от Тихого океана более поздней зоной субдукцией. То же самое произошло и с Малыми Антилами.

3. От Тихого океана до Гибралтара (с юго-востока на северо-запад) - хвост от Тихоокеанского кольца:

· Зондская зона субдукции - активнейшая на настоящее время, вызывает цунами и землетрясения. Океаническая литосфера сложной Индо-Австралийской плиты пододвигается под утоненную континентальную литосферу Евразийской единицы.

· Коллизионная граница Тибета - сложная Индо-Австралийская плита смыкается с Евразийской своей континентальной частью.

· Зона субдукции Макран (юг Пакистана) - океаническая часть Индо-Австралийской плиты и Евразийская плиты.

· Коллизия Загроса.

· Зона субдукции Восточного Средиземноморья (Эгейское море - ее задуговой бассейн).

· Коллизия Греции-Аппенин - континентальный Адриатический массив сталкивается с Евразией.

· Ионийская зона субдукции (Калабрийская островная дуга).

· Гибралтарская зона субдукции - Атлантическая литосфера субдуцирует на восток под континент.

Т.о., наблюдается "пунктирное" строение этой области распространения субдукционных границ.

В рамках долгожиувщего субдукционного пояса имеют место отмирание и перескоки зон субдукции. Только на одном участке Тихоокеанского кольца есть зона субдукции, которая с момента своего формирования не менялась - почти на всем протяжении Анд (кроме Эквадорских и Колумбийских).

Если зона субдукции объединяет континентальную и океаническую литосферу, то субдукция идут под континент. Во внутриокеанической ситуации океаническая литосфера разновозрастная (зона субдукции Новых Гибрид, Тонга-Кермадек): более древняя литосфера будет погружаться под более молодую, т.к. она более холодная, более плотная.

Литосферные плиты - крупные жесткие блоки литосферы Земли, основанием для выделения которых и проведения границ между ними служит размещение очагов землетрясений. Выделяют континентальные и океанические плиты.
Дивергентные границы или границы раздвижения плит. Это границы между плитами, двигающимися в противоположные стороны. В рельефе Земли эти границы выражены рифтами, в них преобладают деформации растяжения, мощность коры пониженная, тепловой поток максимален, и происходит активный вулканизм. Если такая граница образуется на континенте, то формируется континентальный рифт, который в дальнейшем может превратиться в океанический бассейн с океаническим рифтом в центре. В океанических рифтах в результате спрединга формируется новая океаническая кора.
Континентальные рифты.
Раскол континента на части начинается с образования рифта.
Кора утончается, раздвигается начинается магматизм образуется впадина
Заполняется осадочным мат-лом
Формирование океанической коры
Конвергентные границы.
Конвергентными называются границы, на которых происходит столкновение плит. Возможно три варианта:

8. Континентальная плита с океанической. Океаническая кора плотнее, чем континентальная и погружается под континент в зоне субдукции.

9. Океаническая плита с океанической. В таком случае одна из плит заползает под другую и также формируется зона субдукции, над которой образуется островная дуга.

10. Континентальная плита с континентальной. Происходит коллизия, возникает мощная складчатая область. Классический пример - Гималаи.

В редких случаях происходит надвигание океанической коры на континентальную - обдукция.
В зонах субдукции поглощается океаническая кора, и тем самым компенсируется её появление
в срединно-океанических хребтах. В них происходят исключительно сложные процессы, взаимодействия коры и мантии. Так океаническая кора может затягивать в мантию блоки континентальной коры, которые по причине низкой плотности эксгумируются обратно в кору. Так возникают метаморфические комплексы сверхвысоких давлений, один из популярнейших объектов современных геологических исследований.

Большинство современных зон субдукции расположены по периферии Тихого океана, образуя тихоокеанское огненное кольцо. Процессы, идущие в зоне конвергенции плит, по праву считаются одними из самых сложных в геологии. В ней смешиваются блоки разного происхождения, образуя новую континентальную кору.

Активная континентальная окраина возникает там, где под континент погружается океаническая кора. Эталоном этой геодинамической обстановки считается западное побережье Южной. Америки,еёчастоназываютан ийскимтипомконтинентальнойокраины.Дляактивной континентальной окраины характерны многочисленные вулканы и вообще мощный магматизм. Расплавы имеют три компонента: океаническую кору, мантию над ней и низы континентальной коры.

Под активной континентальной окраиной происходит активное механическое взаимодействие океанической и континентальной плит. В зависимости от скорости, возраста и мощности океанической коры возможны несколько сценариев равновесия. Если плита двигается медленно и имеет относительно малую мощность, то континент соскабливает с неё осадочный чехол. Осадочные породы сминаются в интенсивные складки, метаморфизуются и становятся частью континентальной коры. Образующаяся при этом структура называется аккреционным клином. Если скорость погружающейся плиты высока, а осадочный чехол тонок, то океаническая кора стирает низ континента и вовлекает его в мантию.

Островные дуги - это цепочки вулканических островов над зоной субдукции, возникающие там, где океаническая плита погружается под другую океаническую плиту. В качестве типичных современных островных дуг можно назвать Алеутские, Курильские, Марианские острова, и многие другие архипелаги. Японские острова также часто называют островной дугой, но их фундамент очень древний и на самом деле они образованы несколькими разновременными комплексами островных дуг, так что Японские острова являются микроконтинентом.

Островные дуги образуются при столкновении двух океанических плит. При этом одна из плит оказывается снизу и поглощается в мантию. На верхней же плите образуются вулканы островной дуги. Выгнутая сторона островной дуги направлена в сторону поглощаемой плиты. С этой стороны находятся глубоководный желоб и преддуговый прогиб.

За островной дугой расположен задуговый бассейн в котором также может происходить спрединг.

Коллизия континентов. Столкновение континентальных плит приводит к смятию коры и образованию горных цепей. Это неустойчивая структура, она интенсивно разрушается поверхностной и тектонической эрозией. В коре с резко увеличенной мощностью идёт выплавка гранитов из метаморфизованных осадочных и магматических пород. Так образовались крупнейшие батолиты, напр., Ангаро-Витимский Трансформные границы.

Там, где плиты двигаются параллельным курсом, но с разной скоростью, возникают трансформные разломы - грандиозные сдвиговые нарушения, широко распространённые в океанах и редкие на континентах.
Трансформные разломы.
В океанах трансформные разломы идут перпендикулярно срединно-океаническим хребтам (СОХ) и разбивают их на сегменты шириной в среднем 400 км. Между сегментами хребта находится активная часть трансформного разлома. На этом участке постоянно происходят землетрясения и горообразование, вокруг разлома формируются многочисленные оперяющие структуры - надвиги, складки и грабены. В результате, в зоне разлома нередко обнажаются мантийные породы.

По обе стороны от сегментов СОХ находятся неактивные части трансформных разломов. Активных движений в них не происходит, но они чётко выражены в рельефе дна океанов линейными поднятиями с центральной депрессией.
Трансформные разломы формируют закономерную сетку и, очевидно, возникают не случайно, а в силу объективных физических причин. Совокупность данных численного моделирования, теплофизических экспериментов и геофизических наблюдений позволила выяснить, что мантийная конвекция имеет трёхмерную структуру. Кроме основного течения от СОХ, в конвективной ячейке за счёт остывания верхней части потока, возникают продольные течения. Это остывшее вещество устремляется вниз вдоль основного направления течения мантии. В зонах этого второстепенного опускающегося потока и находятся трансформные разломы. Такая модель хорошо согласуется с данными о тепловом потоке: над трансформными разломами наблюдается его понижение.

Сдвиги на континентах.

Спрединг – раздвигание морского дна.

91.Древние и молодые платформы, их строение и развитие; примеры.

ПЛАТФОРМЫ – относительно устойчивые участки земной коры, в которых вертикальные тектонические движения сравнительно слабые и малоконтрастные, слои осадочных пород лежат почти горизонтально и лишь местами образуют пологие складки. Обширные, преимущественно равнинные участки земной коры обычно неправильной многоугольной формы.

Строение двухэтажное.

Нижний слой - ФУНДАМЕНТ - сформировался в доплатформенный этап развития, состоит из сильно дислоцированных метаморфизированных ГП, пронизанных интрузиями (геологическое тело, сложенное из магматических ГП, закристаллизованных в глубине земной коры) и глубокими разломами.

Когда фундамент выступает на поверхность – ЩИТ. Когда фундамент погружен на глубину и покрыт осадочным чехлом – ПЛИТА. На плитах выделяют АНТЕКЛИЗЫ – пологие поднятия и СИНЕКЛИЗЫ – впадины, которые могут осложняться впадинами, валами, сводами, авлакогенами (желобообразные тектонические впадины, линейно ориентированные и ограниченные параллельными глубинными разломами).

Верхний слой – ЧЕХОЛ – залегает несогласно и почти горизонтально, сложен осадочными ГП.

По возрасту складчатого фундамента платформы разделяются на ДРЕВНИЕ(докембрийский фундамент; Восточно-Европейская, Африканская, Сибирская) и МОЛОДЫЕ(палеозойский фундамент; Западно-Сибирская, Средне-Европейская).

Развитие платформ в каждом тектоническом цикле проходит в два этапа. 1)платформы прогибаются, начинается трансгрессия моря, накопление морских осадков, дробление фундамента разрывами и перемещение отдельных глыб с различной скоростью, начинается формирование синеклизы и прерывистых складок, отражающих движение блоков фундамента. Платформы начинают испытывать поднятие, море отступает. В отдельных прогибах образуются заливы, лагуны, частично или полностью отшнурованные от моря. В них местами накапливаются угленосные (во влажном климате) или соленосные (в аридном). В конце каждого тектонического цикла платформа испытывает поднятие и почти полное осушение. 2)завершается формирование различных платформенных складок.