Текст книги "Природа земли и жизни"

Глава 5. Динамика литосферы

Проблемы происхождения и возрастной эволюции Земли находят разрешение в космогенно-эндогенной геодинамике и системной геотектонике, которые выступают в значении новой концептуально-методологической парадигмы геологии [Голубев, 1992 а, б; 1994 а; 1996 б; 1999; 2000 а, б; 2005]. Системотектоника, довольно несложная в отношении ежедневной актуальной геодинамики и достаточно наглядная в облике и глубинном строении Земли устраняет противоречия концептуальной теории тектоники плит и объясняет знаковые геологические факты, не вписывающиеся в нее.

В системотектонике синтетически сходятся элементы исторически значимых геотектонических теорий: контракции и гравитационного сжатия Земли, пульсационного расширения и глубинной дифференциации, ротационной и приливной, геосинклинально-платформенной и геоблоковой, тектоники плит и нелинейной геодинамики. Единая подоплека взаимоисключающих и противоборствующих теорий продемонстрировала неоклассическую преемственность системотектоники. Первое представление о ней дают 15 положений, всесторонне освещающих ведущие факторы и механику тектогенеза.

1. Глубинная неоднородность и эксцентричность Земли. Деление литосферы на плиты обусловлено неоднородностью и асимметрией Земли, которые произведены резонансными взаимодействиями центров масс Земли, Луны и Солнца, проявляемыми затмениями. Затмение Солнца при образовании Земли в перигелии, а Луны в перигее вызвало встречное смещение их ядер, постепенно подвигавшихся при затмениях на протяжении догеологического катархея. Смещение ядра предопределило географию конвекции и выделение двух основных пар антиподальных неоднородностей мантии.

Тихоокеанская и африканская неоднородности отметили сдвиг ядра к «Восточному» полушарию в связи с затмениями в перигее. Антарктическая и арктическая неоднородности отметили сдвиг ядра к Южному полушарию в связи с затмениями в перигелии. Границы взаимовлияния четырех полушарных неоднородностей определили очертания семи основных плит: Тихоокеанской, Австралийской, Африканской, Антарктической, Южно-Американской, Северо-Американской и Евразийской. В ходе структурно-вещественных преобразований плит появились океанические («Восточное» и Южное) и континентальные («Западное» и Северное) полушария, попарно антиподальные. Эти полушария сочетаются в сводных океаническом и континентальном полушариях, которые обозначают отклонение ядра Земли к южной части Тихого океана.

2. Кинематика и динамика литосферных плит. Плиты произведены мантийной конвекцией и зафиксированы ею. Плиты не имеют непрерывных границ, так как только поворачиваются из стороны в сторону на 10–15°. Упругопластические подвижки плит при инверсиях ротационных напряжений обеспечивают целостность литосферы, не более чем растягиваемой и утончаемой в межплитных и внутриплитных подвижных поясах. Плиты изменяют направление поворота при ускорении вращения Земли в начале геодинамического (геотектонического) цикла и замедлении вращения в середине цикла.

Выделение плит есть результат перераспределения вещества и консолидации литосферы. Оно сопровождалось отколом утонченных окраин плит в виде литосферных глыб (малых плит и субплит), в большинстве ставших океаническими. Утолщенные центральные части плит тоже покололись на платформы, ставшие континентальными у всех плит, кроме великой Тихоокеанской плиты. Циклические микроповороты плит разгружаются посредством поворотов их глыб, платформ и массивов с образованием складчатых и вулканогенных поясов. Разгрузочные повороты трансформируются во все виды внутриплитной тектоники, качественно отличной на континентах и в океанах.

3. Геотектонические пояса и мантийная конвекция. Плиты разделены трансокеанским и трансконтинентальным геотектоническими поясами, которые в целом антиподальны и выделяются сейсмической и вулканической активностью. Трансокеанский пояс представлен глобальной системой вулканических срединно-океанских хребтов. А трансконтинентальный пояс представляет глобальная система складчато-глыбовых хребтов, которая обрамляет с юга Евразию и Северную Америку и имеет меридиональные ветви на западе Южной Америки и между Европой и Азией.

Границы плит из-за их поворотов сдвиговые, но из-за конвективного подъема или погружения мантийных выплавок в межплитных зонах являются сдвиго-раздвиговыми (дивергентными) в трансокеанском поясе и сдвиго-содвиговыми (конвергентными) в трансконтинентальном поясе. Астеносферные подток и субдукция придают трансокеанскому и трансконтинентальному поясам конструктивно-деструктивный и деструктивно-конструктивный характер соответственно. Двухъярусная термохимическая конвекция стимулируется усилением пульсаций Земли при циклических подвижках лунно-земного барицентра и земного ядра, колебаниях скорости ее вращения и наклона.

4. Срединно-океанские хребты и астеносферная тектоника. Трансокеанский горный пояс олицетворяет тектономагматическую деструкцию литосферы в зонах подъема мантийных конвективных потоков на дивергентных границах плит, где в связи с поворотами главенствуют сдвиго-раздвиги и вулканическая деятельность. Легкие компоненты мантии поднимались под будущими срединно-океанскими хребтами и расползались под еще тонкой субконтинентальной литосферой, подращивая ее снизу и формируя доплитные неоднородности за счет перераспределения вещества.

Протоокеанические платформы, широкими полосами окаймившие зоны мантийного подтока, в связи с его циклическим усилением подплавлялись и дегранитизировались, а под подпором расходящихся астеносферных потоков приподнимались, испытывая денудацию «гранитного» слоя. Гидротермально обогащенные кремнеземом и щелочами потоки задавливались током мантийной конвекции в зоны астеносферной субдукции под протоконтиненты, утолщая их и гранитизируя. В итоге литосфера континентов стала толще в 2–3 раза, чем в океанах, где она утончается от окраин к срединным хребтам.

5. Зоны перехода от континента к океану и астеносферная субдукция. Погружение астеносферных потоков под активные окраины континентов обозначено наклонными сейсмофокальными зонами. Они считаются зонами субдукции литосферных плит, но наверху пологие и «размазанные», а оформляются только с глубины 50–100 км – с кровли океанической астеносферы. Цепи глубоководных желобов и вулканических островных дуг подразумевают разделение потоков на широкие струи. Высочайшая сейсмическая и вулканическая активность, тепловой поток и гравитационные аномалии вокруг Тихоокеанской плиты свидетельствуют об активной астеносферной субдукции.

Тихоокеанское кольцо андезитового вулканизма означает воздымание островных дуг и проплавление кромок континентальных плит астеносферными струями. Вулканогенные пояса и базальты задуговых морей подразумевают астеносферный диапиризм, сопровождающий субдукцию струй. Пассивные окраины континентов означают зоны пассивной астеносферной субдукции, которые обусловлены слабыми астеносферными струями и выражены периокеанскими прогибами, гравитационными и магнитными аномалиями. Астеносферный диапиризм в этом случае проявлен траппами, а также «базальтовыми окнами» под крупными осадочными впадинами шельфа.

6. Складчато-глыбовые пояса и сдвиговая тектоника. Трансконтинентальный геотектонический пояс олицетворяет геосинклинальное утолщение литосферы на конвергентных границах плит в результате их циклических поступательно-возвратных поворотов. Общая инверсия поворотов в середине геодинамического цикла (геоцикла) объясняет смену рифтогенного этапа геосинклинального развития орогенным. Преобразования земной коры обусловлены сдвиговыми напряжениями окраинных для плит платформ и массивов, испытывающих постоянные микроповороты. Таким образом разгружаются напряжения от поворотов плит и определяется сегментарное строение складчатых областей. То же самое относится к внутриплитным подвижным поясам.

Начальные для геоцикла сдвиго-раздвиги формируют геосинклинали, а возвратные сдвиго-содвиги во второй половине геоцикла производят орогенную складчатость и эпиплатформенную орогению. Динамотермальная разгрузка напряжений выливается в региональный метаморфизм и магматизм складчатых систем, а астеносферный диапиризм создает вулканогенные пояса. Фронтальные для геосинклинали массивы под напором диапиров испытывают подплавление и денудацию, диффузный спрединг и базальтовый вулканизм и после десерпентинизации оседают как глубоководные моря.

7. Магнитные аномалии океанов и диффузно-полосовый спрединг. Полосовые аномалии наложены на мозаичное магнитное поле протоокеанической коры, фиксируя зоны диффузно-полосового спрединга и финальные импульсы их платобазальтового вулканизма. Альпийский лавовый потоп, отмеченный на континентах полями траппов и заливший треть Земли, воплотил усиление ее пульсаций и конвекции с деструкцией астеносферными потоками предельно истонченной субконтинентальной литосферы. Возникновение диффузно-полосового спрединга есть эволюционно новый эффект пульсирующих потоков, которые упираются в уступы основания тонкой литосферы и выдавливаются наверх по разломным зонам, проплавляя их и выплескиваясь лавами.

По мере залечивания лавами периферийных полос спрединга и прогрева литосфера десерпентинизируется и океанизируется. Скорость образования океанической коры пропорциональна мощи (скорости) астеносферных потоков и обратно пропорциональна толщине протоокеанической литосферы. Мощные потоки над смещенным к Тихоокеанской плите земным ядром предопределили ее первоочередную и всеохватную океанизацию. Перегретые текучие потоки воплотились в пологих Южно-Тихоокеанском и Восточно-Тихоокеанском поднятиях, а интенсивный подток гидротерм, промывающих субконтинентальную кору, сложил покровы железомарганцевых конкреций и корок.

8. Инверсии и перемещения полюсов магнитного поля Земли. Спрединговые аномалии вообще запечатлели инверсии магнитного поля при замедлении вращения Земли (базовая обратная полярность) и при ускорении (прямая полярность). Инверсия скорости вызывается радиальной подвижкой субъядра в расплаве оболочки вследствие серии точнейших затмений и сопровождается инерционным проворотом субъядра. Отклонение центра тяжести и изменение наклона Земли ведет к сдвигу оси магнитного диполя, сохраняющего ориентацию к солнечному ветру. Смещения магнитных полюсов вкупе с поворотами плит, платформ и блоков поясняют невязки палеомагнитных данных.

Полосовые магнитные аномалии зафиксировали всплески базальтового вулканизма, которые означают усиление мантийной конвекции и разогрев магматических очагов при инверсии скорости вращения Земли и усилении теллурических токов. Обрывки мезозойских аномалий отметили первоначальные области спрединга, асимметричные океанам из-за большего подплавления литосферы в их западной части. Кайнозойская серия аномалий выказала сужение областей вулканизма к срединно-океанским хребтам при залечивании лавами крайних полос спрединга со стиранием первичных аномалий.

9. Динамика спрединга и трансформных разломов. Позднемеловое-кайнозойское сужение областей спредингового вулканизма обусловлено перемещением двух основных эпицентров астеносферного подтока в связи с замедлением вращения и подвижкой ядра Земли. Тем самым отметилось начало орогенного этапа альпийского геодинамического цикла. Инверсия ротационных напряжений с экваториальным сжатием и полярным растяжением сопровождалась сдавливанием субмеридиональных зон диффузно-полосового спрединга и раскрытием субширотных трансформных разломов.

Трансформные разломы являются обыкновенными вырождающимися сдвигами с раздвиговой и содвиговой составляющими, которые компенсируют сдвиго-раздвиги в срединно-океанских хребтах и расширение океанических платформ за счет застывающей в трещинных зонах магмы. Поступательное увеличение в обе стороны от хребтов возраста вулканических гор, отмечающих пересечение спрединговых аномалий и трансформных разломов, подчеркивает очередность залечивания полос спрединга. Трансформы проходят на континенты, но утрачивают там выразительность и специфику, и представляют собой океанические элементы сети планетарной трещиноватости.

10. Планетарная трещиноватость и геоматрица. Древность планетарной сети трещиноватости свидетельствует о генеральной неизменности положения оси вращения Земли и осей поворотов плит. Регулярная сеть зафиксировала циклические повторяющиеся ротационные упругие напряжения литосферы и траектории затменных воздействий, которые размечены небесной механикой и последовательно возбуждают элементы сети. Ортогональная и диагональная системы разломов формируют ромбоидную подструктуру земной коры, а «оперяющие» дуговые разломы придают ромбоидам округлые очертания, коренящиеся в пластичной нижней коре. Шаг между разломными зонами разного ранга составляет 7740, 6300, 5160, 3780, 2580, 1740, 1200, 540, 225, 85, 63, 42, 21, 10 км и менее, причем шаг имеет определенную кратность. Шаг повторяется в глубинном расслоении Земли, тоже связанном с ее неровным вращением.

Ротационные сдвиговые напряжения разгружаются поворотами и вертикальными движениями блоков коры разного масштаба, в результате чего из правильных элементов сети складываются различные по рисунку разломы. Своеобразие рисунка рельефа и разломов каждого континента и океана отразило кинематику кайнозойских поворотов соответствующих плит, а черты зеркальной симметрии напряжений сдвига создали иллюзию раздвижения континентов. Подчиненность структурного плана литосферы, атмосферы, гидросферы, биосферы и геофизических полей ранжированной структуре сети трещиноватости придает ей значение матрицы динамического поля Земли.

11. Геополе и георитмы. Фундаментальное геодинамическое поле (геополе) генерируется земным ядром, тонко дрожащим в ультракоротком ритме. Георитм исходит с субатомного уровня и по-своему воспроизводит алгоритм галактической эволюции, который был заложен в пульс ядра при образовании Земли и направляет ее возрастную эволюцию. Энергоинформационное гравитомагнитное геополе действует вместе с производными от него гравитационным и электромагнитным полями, непосредственно регулирующими энергетику и тектономагматическую активность Земли. Часовым механизмом эволюции служит небесная механика, обусловленная эксцентричностью центров масс и орбит космических тел и цикличностью их резонансных взаимодействий.

Алгоритм энергоинформационных динамических полей Вселенной, Галактики и Солнца переносится космическим излучением, которое модулирует по амплитуде, частоте и фазе ультракороткие и короткие колебания ядра Земли, в итоге пульсирующей в общем ритме. Суточные и месячные, годичные и многолетние, вековые и тысячелетние георитмы связаны с приливами Луны и активностью Солнца, причем экстрем-точки георитмов раскрывают механику актуальной геодинамики и геотектоники. Остронаправленные гравитомагнитные волны затмений циклически проходят по узлам геоматрицы, возбуждая земное ядро и разгружая упругие напряжения литосферы. В механике сейсмической активности преломляются все факторы системной геотектоники.

12. Геохронологическая шкала и геотектонические циклы. В стратиграфии и геохронологии отражена многоуровневая цикличность резонансного движения тел Солнечной системы и затменных лунно-солнечных воздействий, которая вершится циклом обращения вокруг ядра Галактики. Фазы аномалистического и сидерического периодов обращения по 190 и 215 млн лет размечают рубежи геологических периодов и эпох, причем схождение начальных точек галапериодов 4,5 млрд лет назад (Галактический резонанс) объясняет образование Земли. Интерференция галапериодов выражена в геодинамических циклах по 155–195 млн лет, которые означают обращение солнечно-галактического барицентра и контролируют жизнь Земли во всех ее сферах.

Такие геоциклы фанерозоя начинаются в середине кембрия, конце девона, триаса и неогена и отвечают каледонскому, герцинскому, альпийскому геотектоническим циклам и началу неотектонического цикла. Из геоциклов и их четырех фаз слагаются эры палеозоя, мезозоя и кайнозоя. Волновое колебание амплитуды геоциклов и геодинамической активности с периодом 1550–1700 млн лет соотносится с надэрами катархея (половинной), архея, протерозоя и фанерозоя. Экстрем-точки геоциклов и мегациклов отмечены революционными преобразованиями геосферы и биосферы.

13. Эволюция литосферы и выделение плит. Возрастные структурно-вещественные преобразования Земли обеспечиваются мантийной конвекцией, которая стимулируется подвижками лунно-земного барицентра и центробежной сепарацией и циклически усиливается. Вследствие этого Земля расслаивалась, несколько сжимаясь, а в итоге приобретала мантийную и литосферную неоднородность. К архею сложилась субконтинентальная земная кора трансглобальной Прекембрии. Литосфера постепенно подращивалась веществом астеносферных потоков и связывала за счет рассеянной серпентинизации ультрабазитов ювенильную воду, экранируемую затвердевшей корой.

При перераспределении литосферы ее доплитные неоднородности изменялись: их центральные платформы утолщались и гранитизировались, а окраинные платформы наоборот утончались и дегранитизировались. Только приближенная к земному ядру тихоокеанская неоднородность полностью утончалась и уплотнялась. Начальное разделение уже неоднородной и консолидированной литосферы на плиты запечатлено панафриканским диастрофизмом, который ознаменовал усиление пульсаций Земли с фанерозоя. С каледонского геоцикла выделились Тихоокеанская и Африканская плиты, а с герцинского геоцикла – другие плиты, и тем самым обособились протоконтиненты. С альпийского геоцикла плиты перешли к собственно океанизации и континентализации.

14. Океанизация и континентализация. Появление океанов есть результат астеносферной проработки протоокеанических субконтинентальных платформ. Предельно утонченные и дегранитизированные платформы разогревались под толщей океанических базальтов. Они покрыли денудированную древнюю метаморфическую кору и вкупе с дайковым комплексом составили второй океанический слой. Остатки низов «гранитного» слоя былой коры, полосчато замещенные габброидами, стали третьим океаническим слоем. «Базальтовый» слой коры подвергся десерпентинизации с подъемом раздела Мохоровичича и отошел из состава коры в астеносферу.

Кора преобразовывалась по мере зонального отступания спредингового вулканизма к срединно-океанским хребтам и наступления фронтов океанизации со ступенчатым и всё большим оседанием литосферы, всё полнее десерпентинизируемой. Уплотняющаяся литосфера оседала в астеносферу на слой высвобожденной из серпентинитов воды, причем для наполнения океанов достаточно литосферного объема серпентинитов 20–25 %. Сейсмостратиграфическая кривая запечатлела ход оформления океанов. Вместе с ними оформлялись континенты, гранитизированные и изостатически всплывающие. С этим согласуются ступени склонов континентов, океанских хребтов и микроконтинентов, осадочный слой океанов и находки там древних пород, теневые признаки толстой коры.

15. Ход образования и неотектоника Мирового океана. Океаны формировались со стадийностью альпийского геодинамического цикла и как провинции единого океана. С начала цикла (с юры) на своих окраинах закладывается мелкий Тихий океан, углубляющийся на западе со второй стадии цикла (с раннего мела). Тогда же закладываются мелкие Атлантический и Индийский океаны и Арктический миниокеан. Они вместе с Тихим океаном углубляются на своих окраинах с третьей стадии цикла (с позднего мела). С четвертой стадии цикла (с эоцена) океаны прирастают от окраин к срединным хребтам и углубляются, и тогда же закладываются глубоководные моря.

Смена альпийского геоцикла неотектоническим (поздний миоцен) сопровождалась тотальным оседанием океанизируемой литосферы и углублением океанов в среднем на 2 км с затоплением срединных и поперечных хребтов. Оформление Мирового океана и континентов засвидетельствовало окончательное разделение литосферы на океаническую и континентальную. Основными геоструктурами стали трансокеанский и трансконтинентальный геотектонические пояса, разделяющие плиты, и внутриплитные подвижные пояса (складчатые и вулканические), разделяющие континентальные и океанические платформы. Обновление геотектонического режима утвердило переход Земли на океаническую ступень развития и значение системотектоники.