1 Лекция 8 Литосфера – твердая оболочка Земли 1. Строение, мощность, различия в северном и южном полушариях. 2. Основные представления об образовании материковых глыб и океанических впадин. 3. Движение литосферы. Эпейрогенез. Орогенез (тектоногенез). 4. Геохронология.

2 Состав литосферы В земной коре – верхней части литосферы – обнаружено 90 химических элементов, но только 8 из них широко распространены и составляют 97,2 %. По А. Е. Ферсману, они распределяются следующим образом: кислород – 49 %, кремний – 26 %, алюминий – 7,5 %, железо – 4,2 %, кальций – 3,3%, натрий – 2,4%, калий – 2,4%, магний – 2,4%. Из этих элементов наибольшее значение имеют кислород и кремний. Элементы образуют сложные химические соединения – минералы. Общее число минералов приближается к 2000, из них широко распространены всего 400 – 500 видов.

3 магматические осадочные метаморфические Горные породы

4 базальт, андезит, липарит, пемза. габбро, диорит, гранит. Магматические горные породы – это породы образовавшиеся из магмы при ее остывание и затвердевании. глубинные излившиеся

5 Габбро Базальт Гранит Магматические породы

6 неорганические органические Обломочные Песок, пемза, глина Химические Гипс поваренная соль Уголь, известняк, мел, ракушечник Осадочные породы Формируются на поверхности Земли при разрушении пород и минералов, а также в результате жизнедеятельности или отмирания организмов.

7 мрамор кварцит гнейс Метаморфические горные породы, образовавшиеся в результате изменения состава или свойств первоначальных пород глинистый сланец

8 известняк мрамор песчаник кварцит глина глинистый сланец гранит гнейс Метаморфические горные породы

9 Литосферные плиты Литосфера разбита глубинными разломами на крупные блоки – литосферные плиты. Крупных литосферных плит семь: Евразийская, Тихоокеанская, Африканская, Индийская, Антарктическая, Североамериканская, Южноамериканская.

10

11 Тектонические гипотезы По вопросу о механизме формирования структур земной коры существуют две группы тектонических гипотез: фиксизма (лат. fixus – неизменный) мобилизма (лат. mobilism – подвижный). Фиксисты исходят из представлений о незыблемости (фиксированности) положения континентов на поверхности Земли со времени их образования и о решающей роли вертикальных движений в тектонических деформациях пластов земной коры. Значительные перемещения блоков земной коры в горизонтальном направлении ими исключаются. Фиксизм являлся ведущим направлением в тектонике до 60-х гг. XX в.

12 Идеи мобилизма зародились давно, в XVIII в., когда было обращено внимание на сходство контуров береговой линии материков по обе стороны Атлантического океана. Наиболее полно гипотеза дрейфа материков была сформулирована немецким ученым А. Вегенером в 1912 г. Но его представления не были приняты научной общественностью. Идеи мобилизма возродились в 60-х гг. XX в. на основании новых фактов о строении земной коры и рельефе дна океана, полученных геофизиками и геологами (неомобилизм). Альфред Лотар Вегенер (нем. Alfred Lothar Wegener; ) немецкий геолог и метеоролог, создатель теории дрейфа материков

13

14 Движение литосферы Тектонические движения характеризуются различной направленностью и интенсивностью во времени и в пространстве. по направлению относительно поверхности Земли выделяют вертикальные (радиальные) и горизонтальные (тангенциальные) движения, по направленности – обратимые (колебательные) и необратимые, по скорости проявления – быстрые (землетрясения) и медленные (вековые), по времени проявления – движения отдаленного геологического прошлого, новейшие (олигоцен-четвертичные) и современные. Все типы геотектонических движений взаимосвязаны. Так, разделение тектонических движений на вертикальные и горизонтальные во многом условно. В природе, как правило, осуществляется переход горизонтальных движений в вертикальные и наоборот, так как один тип движений порождает другой: горизонтальное растяжение приводит к опусканию, горизонтальное сжатие – к смятию пород в складки и их поднятию.

15 Эпейрогенические движения Под вертикальными колебательными движениями земной коры понимают постоянные, повсеместные, обратимые движения разных масштабов по площади и по амплитуде, не создающие складчатых структур. В зарубежной литературе их называют эпейрогеническими (греч. epeiros – материк, суша, genesis – происхождение). Рельефообразующая роль этих движений огромна. Вертикальные движения высшего порядка лежат в основе формирования планетарных форм рельефа земной поверхности. Они обусловливают морские трансгрессии и регрессии и тем самым контролируют площади суши и океанов и их конфигурацию. Вертикальные движения более низкого порядка в тектонически спокойных областях (на платформах) образуют синеклизы и антеклизы, которые в случае унаследованного характера этих движений в новейшее время находят прямое отражение в рельефе в виде мега- и макроформ: низменностей и возвышенностей (Среднерусская возвышенность в основном соответствует Воронежской антеклизе, Прикаспийская низменность – Прикаспийской синеклизе).

16 Марши и польдеры в Голландии рифты Восточной Африки

17 Орогенез Тектонические движения, приводящие к нарушению первичного горизонтального залегания пород, т. е. к формированию дислокаций, называются орогеническими, создающими горы (греч. oros – гора, genesis – происхождение).

18 Дислокации На вертикальные и горизонтальные тектонические движения земная кора реагирует деформациями пластов горных пород, приводящими к двум типам дислокаций: складчатым (пликативным) – изгибам слоев без нарушения их сплошности разрывным (дизъюнктивным), вдоль которых, как правило, происходит перемещение блоков коры в вертикальном и горизонтальном направлениях. Оба вида дислокаций свойственны подвижным поясам Земли, где образуются горы. Складчатые и разрывные дислокации находят проявление в рельефе.

19 Складчатые дислокации Складчатые дислокации ярко выражены в геосинклиналях и молодых эпигеосинклинальных областях и практически отсутствуют в чехле платформ. Сравнительно простые выпуклые складки – антиклинали обычно образуют невысокие складчатые хребты (Терский, Сунженский хребты на Северном Кавказе), а вогнутые складки – синклинали – межгорные и предгорные впадины. Более крупные и сложные по внутреннему строению выпуклые складки (антиклинории) выражены в рельефе высокими хребтами, а вогнутые складки (синклинории) – крупными, глубокими межгорными впадинами. Однако, как правило, они имеют более сложную складчато-глыбовую структуру, как, например, Главный и Боковой хребты Кавказа. Самые крупные и сложные складки образуют эпигеосинклинальные горные страны (Кавказ, Альпы и др.). Их образование сопровождается крупными сводовыми поднятиями большого радиуса, вызванными увеличением мощности земной коры, которая легче океанической и в силу закона изостазии обладает плавучестью.

20

21 Антиклинорий Омилевских гор Геологический профиль через Внутренний Дагестан

22 Разрывные дислокации Разрывные дислокации имеют место не только в пределах складчатых поясов, но и на платформах, как на суше, так и на дне Мирового океана. Так как они сопровождаются вертикальными и горизонтальными перемещениями блоков земной коры, то являются мощным фактором рельефообразования. Крупнейшими формами рельефа Земли, обусловленными разрывной тектоникой, являются рифты – глубокие, узкие впадины, ограниченные зонами разломов. Они образуются при растяжении земной коры за счет проседания осевых частей крупных волнообразных вздутий, сформировавшихся, в свою очередь, под влиянием восходящих мантийных потоков. Им свойственно уменьшение мощности земной коры и литосферы в целом, высокая сейсмичность, вулканическая активность, высокий тепловой поток. Рифты есть как на дне океанов, так и на материках. При вертикальном смещении нескольких блоков земной коры вдоль разломов вверх-вниз на приподнятых участках – горстах образуются глыбовые горы, на опущенных участках – грабенах – котловины. Глубокие грабены заняты озерами.

23 разрывные дислокации

24 Образованию куэстовых гряд и хребтов тоже нередко сопутствуют разломы, по которым один склон блока поднимается в виде уступа, а по разлому закладывается речная долина. При субгоризонтальных разломах и последующих смещениях пластов в горах один участок земной коры может быть надвинут на другой на десятки километров – это надвиги (шарьяжи). Они выражены в Альпах, Пиренеях, Гималаях и других горных сооружениях. Разломы нередко определяют очертания береговой линии материков на платформах: так называемый сбросовый тип побережий встречается на севере Кольского полуострова, на полуострове Сомали и других берегах Гондванских материков. Вдоль разломов, являющихся зонами повышенной трещиноватости пород, как в горах, так и на равнинах почти всегда закладываются речные долины. Этому способствует также концентрация в них поверхностных и подземных вод.

25 Горст

26 шарьяжи куэсты

27 Геологический профиль через куэсты Кавказа

28 Складчатые и разрывные дислокации пластов, особенно в горах, сопровождаются глубинным (интрузивным) и поверхностным (эффузивным) магматизмом и землетрясениями, которые тоже отражаются в рельефе.

29 Интрузивные тела Интрузивные тела бывают разные по форме и величине. Крупные интрузии, особенно батолиты, имеющие удлиненную форму, протягиваются на сотни километров (Чилийский батолит в Андах имеет длину свыше 1300 км, батолит в Кордильерах Канады – более 2000 км), достигают ширины до 100 км и мощности до 10 км. Батолиты вызывают нарушения в залегании перекрывающих их пород. Эти нарушения могут носить как складчатый, так и разрывной характер. Батолиты, сложенные обычно гранитами, образуют центральные поднятия многих горно- складчатых областей. В результате последующей денудации они нередко оказываются на поверхности, слагая массивные, труднодоступные осевые хребты гор (Сьерра-Невада, Береговой хребет в Канаде). Интрузии в виде лакколитов куполовидной или караваеобразной формы придают такую же форму перекрывающим их породам и образуют группы или одиночные горы, такие, как, например, горы Железная, Машук, Бештау и другие в районе Пятигорска на Северном Кавказе, гора Аю-Даг в Крыму. Обнажившимися интрузиями являются Хибинский и соседние с ним массивы высотой более 1000 м. Пластовые интрузии выражаются в рельефе в виде ступеней. Отпрепарированные (полуглубинные) интрузии и базальтовые эффузивы в виде огромных покровов (траппов) широко распространены на плато и плоскогорьях в пределах древних платформ (например, на Среднесибирском плоскогорье).

30 лакколит батолит

31 Трапп Путорана р. Снейк

32 Плато Путорана

33 Своеобразный рельеф создает эффузивный магматизм, или вулканизм. В зависимости от характера выводных отверстий различают площадные, линейные и центральные извержения. Площадные и линейные извержения преобладали в геологическом прошлом. Они образовали ложе океанов, обширные лавовые плато и нагорья (Колумбийское плато, плато Фрезер, Мексиканское и Эфиопское нагорья и др.). В историческое время значительные излияния лав происходили в Исландии, на Гавайских островах, весьма характерны они и для срединно- океанических хребтов. В современную геологическую эпоху на континентах наиболее распространены извержения центрального типа, когда магма поднимается по узкому каналу, возникающему обычно на пересечении разломов. При этом образуются конусовидные или щитовидные горы – вулканы с воронкообразным расширением наверху, называемым кратером. Форма вулканов зависит от состава магмы, вязкости и быстроты ее застывания. Многие вулканы состоят из рыхлых продуктов извержений, переслаивающихся с застывшей лавой. Это Ключевская Сопка, Фудзияма, Эльбрус, Арарат, Везувий, Кракатау, Чимбарасо и другие вулканы. У некоторых потухших вулканов имеются крупные циркообразные впадины с крутыми стенками и ровным дном, называемые кальдерами. Они образуются из-за провала вершины вулкана вследствие быстрого опустошения вулканической камеры. Одной из самых больших является кальдера Нгоронгоро западнее горы Килиманджаро в Танзании. Она представляет собою огромную чашу, на дне которой расположены озеро и зеленый луг. Диаметр днища 22 км. Стенки кратера поднимаются на 600–700 м. Здесь находится уникальный заповедник с тысячами диких животных. Этот природный зоопарк называют «Африканский ковчег». Для мест затухания вулканической деятельности (например, Йеллоустонский национальный парк в США) характерны горячие источники, в том числе периодически фонтанирующие, – гейзеры, выбросы газов из кратеров и трещин, грязевые вулканы, которые свидетельствуют об активных процессах в глубине недр.

34

35

36

37 Долина гейзеров Камчатка

38 К эндогенным процессам относят также землетрясения – внезапные подземные удары, сотрясения и смещения пластов и блоков земной коры. Очаги землетрясений приурочены к зонам разломов. В большинстве случаев центры землетрясений, т. е. гипоцентры, находятся на глубине первых десятков километров в земной коре. Однако иногда они располагаются в верхней мантии на глубине до 600–700 км, например вдоль побережья Тихого океана, в Карибском море и других районах. Возникающие в очаге упругие волны, достигая поверхности, вызывают образование трещин, колебания ее вверх-вниз, смещение в горизонтальном направлении. Наибольшие разрушения наблюдаются в эпицентре землетрясений, расположенном над гипоцентром. Интенсивность землетрясений оценивается по двенадцатибалльной шкале на основании деформации слоев Земли и степени повреждения зданий. Ежегодно на Земле регистрируются сотни тысяч землетрясений, так что мы живем на беспокойной планете. При катастрофических землетрясениях в считанные секунды изменяется рельеф, в горах происходят обвалы и оползни, разрушаются города, гибнут люди. Землетрясения на побережьях и дне океанов вызывают волны – цунами. К числу катастрофических землетрясений последних десятилетий относятся Ашхабадское (1948), Чилийское (1960), Ташкентское (1966), в Китае (1976), в Мехико (1985), Армянское (1988), Японское (1995), Турецкое (1999), Индийское (2001). Извержения вулканов тоже сопровождаются землетрясениями, которые носят ограниченный характер. В целом эндогенные процессы выполняют конструктивную роль по отношению к рельефу: при тектонических поднятиях любого генезиса поверхность Земли повышается, рельеф испытывает восходящее развитие, отметки его увеличиваются, что способствует накоплению масс в верхней («рельефной») части земной коры. Очевидно, что эндогенные

39

40 Геохронология Байкальская складчатость, произошедшая в конце протерозоя (рифей) – начале палеозоя (кембрий), примерно млн. лет назад, затронула краевые части геосинклинальных поясов (Восточный Саян, Прибайкалье и Забайкалье и др.) и частично внутриплатформенные области (Бразилия, Аравия, Африка). В результате к древним платформам присоединились участки байкальских складчатых сооружений. На месте Сибирской платформы за счет южного обрамления байкалид возник материк Ангарида.

41 Каледонская складчатость Каледонская складчатость проявилась в раннем палеозое, в основном в ордовике-силуре, млн. лет назад, в Северо- Атлантическом геосинклинальном поясе (Северные Аппалачи, Великобритания, Скандинавия и др.); в Урало-Монгольском геосинклинальном поясе (Алтае-Саянская область, Кузнецкий Алатау, Тува, Западный Казахстан, Центральная Монголия, Центральное Забайкалье и др.), частично в Средиземноморском геосинклинальном поясе (Наныпань и др.) и по периферии Тихоокеанского пояса (Юго-Восточный Китай, Юго-Восточная Австралия). В результате каледонской складчатости Северо- Американская платформа спаялась с Восточно-Европейской в единый материк – Лавруссию (Северо-Атлантический материк) и существенно сократился в размерах Урало-Монгольский пояс. Ангарида за счет присоединения к ней каледонид увеличилась в размерах.

42 Герцинская складчатость Герцинская складчатость, произошедшая в позднем палеозое, в основном в карбоне- перми, млн. лет назад, охватила огромные пространства на Земле. Почти полностью закрылись геосинклинальные пояса: Арктический (Канадский Арктический архипелаг); Урало- Монгольский (Урал, Западная Сибирь, Тянь-Шань, восточный Казахстан и Западный Алтай, Монголия, Северный Китай и т. д.); Северо-Атлантический пояс (Южные Аппалачи, береговые Приатлан-тическая и Примексиканская низменности); Средиземноморский пояс (Центральная, т. н. герцинская Европа, Пиренейский полуостров, юг Восточно-Европейской равнины, Туранская равнина, в Центральной Азии – Куньлунь, хребет Циньлин, который «спаял» Восточно-Китайскую и Южно-Китайскую платформы в одну). В Тихоокеанском геосинклинальном поясе герцинская складчатость проявилась в Австралии – Центральный Водораздельный хребет. Па юге Африки к герцинидам относятся Капские горы, на севере – Атлас. Таким образом, в течение палеозоя на месте четырех геосинклинальных поясов возникли эпигеосинклинальные складчатые горные сооружения, увеличившие площадь континентов на Земле. К концу палеозоя на месте каледонид, а затем герцинид появились первые молодые платформы. За счет слияния Лаврус-сии с Ангаридой и единой Китайской платформой образовалась Лавразия – антипод Тондваны. На короткое время в сомом конце палеозоя – начале мезозоя суперконтиненты Гондвана и Лавразия в районе современного Западного Средиземноморья даже объединялись в гигантский суперконтинент – Пангею II (в отличие от рифейского суперконтинента Пангеи I) К началу мезозоя на Земле был один океан – палео-Тихий, по окраинам которого размещались Западно-Тихоокеанский и Восточно-Тихоокеанский геосинклинальные пояса.

43 Мезозойская складчатость Мезозойская складчатость проявилась млн. лет назад, в основном именно в этих поясах на Северо-Востоке Азии, в хребте Сихотэ-Алинь, на полуострове Индокитай и в Кордильерах Северной Америки (за исключением береговых хребтов). В начале мезозоя (триас) начался распад Пангеи II в связи с образованием нового геосинклинального пояса – океана Тетиса, который протягивался в широтном направлении от Центральной Америки через Средиземное море и Гималаи до Индокитая и Индонезии (южнее палеозойского палео-Тетиса). В мезозое окончательно произошел распад Гондваны, обусловленный раскрытием новых океанов – Индийского и Атлантического (сначала его южной половины, потом северной). В результате Северная Америка отделилась от Евразии. Таким образом, с начала мезозоя начался важный этап развития структуры земной коры – этап становления современных океанов и обособления современных континентов. По предложению академика И.П. Герасимова, мезозойско-кайнозойский этап выделяют в качестве особого геоморфологического этапа развития Земли ( млн. лет). В это время, в мезозое, на месте разрушенных палеозойских складчатых структур, на материках продолжали формироваться молодые платформы на гетерогенном (греч. heteros – другой, соответствует русскому «разно») складчатом основании с осадочным чехлом мезозойского и в дальнейшем кайнозойского возраста, т. е. эпипалеозойские платформы. Крупнейшая среди них – Западно-Сибирская платформа-плита. С конца мезозоя и позднее мезозойские складчатые структуры подверглись денудации. В результате суша к началу олигоцена (37 млн. лет назад) характеризовалась более или менее выровненным рельефом, за исключением невысоких гор в основном в областях мезозойской складчатости. Современных горных систем еще не существовало. Сохранялись три геосинклинальных пояса – на месте океана Тетис и два вокруг Тихого океана.

44 Альпийская (кайнозойская) эпохи В кайнозое начался качественно новый этап в развитии земной коры и Земли в целом, который, по предложению Н.И. Николаева, получил название неотектонического этапа. Н.И. Николаев, а затем и И.П. Герасимов считали его по времени неоген-четвертичным (25 млн. лет назад), а по современным представлениям (В.Е. Хаин и др.), он начался раньше – в олигоцене. Тектонические движения этого этапа называются новейшими. Неотектонический этап – это время последней на Земле альпийской (кайнозойской) эпохи складчатости, которая достигла кульминации в конце неогена – начале антропогена (последние 5 млн. лет). Она охватила океан Тетис, т. е. Альпийско-Гималайский геосинклинальный пояс (Альпы, Пиренеи, Апеннины, Карпаты, Кавказ, Гиндукуш, Западный Памир, Гималаи и другие горы), Восточно- Тихоокеанский геосинклинальный пояс (Анды, Береговые Кордильеры) и Западно- Тихоокеанский геосинклинальный пояс (Камчатка, Сахалин и др.) В результате складчатости и воздымания восточная часть Тетиса (на территории Азии) перестала существовать, а на ее месте возникли молодые эпигеосинклинальные горы с земной корой материкового типа. Современные гипотезы объясняют это столкновением континентальных масс частей Гондваны и Евразии. Это столкновение привело к сжатию и скучиванию осадочных и вулканических толщ океана Тетис, особенно против Аравийского выступа и Индостанского блока Гондваны, и к образованию высочайших гор от Кавказа до Гималаев.

45 В неотектонический этап началась тектоническая активизация платформ, усиленное поднятие континентов, рост всех ныне существующих горных сооружений. Под влиянием импульсов со стороны океана Тетис и Тихого океана огромный район Центральной и Восточной Азии оказался вовлеченным во вторичный, эпиплатформенный орогенез резонансного типа. Это было повторное горообразование не складчатого, а глыбового характера. Подобный процесс в определенной степени охватил и другие континенты. В неотектонический этап произошло заложение на платформах молодых континентальных рифтовых систем, отличающихся повышенной подвижностью, высокой сейсмичностью и вулканизмом. Все они имеют большую протяженность при небольшой ширине: Восточно-Африканская рифтовая система, соединяющаяся с рифтом Красного моря и Аденского залива, Байкальская рифтовая система, Рейнский грабен с высокими бортами, получившими название гор Вогезы и Шварцвальд, и другие. В ряде случаев континентальные рифты являются продолжением рифтов срединно-океанических хребтов – район Аденского залива, Калифорнийского залива и др. Наконец, неотектонический этап – это время активной перестройки структурного плана дна океанов, возникновение современной системы развивающихся с мезозоя срединно-океанических хребтов и глубоководных желобов. Таким образом, неотектонический этап – это период формирования современной конфигурации материков и океанов, горных систем и равнин – на суше, срединно-океанических хребтов и впадин – на дне Океана, то есть современного лика Земли.

46 Тектонические карты Древние платформы (девять крупных и несколько мелких) окрашены в красноватые тона: более яркие на щитах, менее яркие – на плитах. Области байкальской складчатости показаны сине-голубым цветом, каледонской – сиреневым, герцинской – коричневым, мезозойской – зеленым, кайнозойской – желтым.