Тектоника плит и динамика мантии

Жесткая внешняя оболочка Земли разделена на плиты, которые движутся над конвектирующей мантией, взаимодействуя на срединно-океанических хребтах, в глубоководных желобах и на трансформных разломах, что приводит к большинству землетрясений, вулканизма и горообразования на планете.

Definition

Тектоника плит — это теория, согласно которой литосфера Земли разделена на жесткие плиты, движущиеся относительно друг друга над астеносферой, при этом деформации концентрируются на их границах, движимые силами, возникающими в результате конвекции мантии.

Scope

Эта тема охватывает теорию тектоники плит и ее связь с динамикой мантии: кинематику движения жестких плит по сфере, три типа границ (дивергентные, конвергентные и трансформные), спрединг океанического дна и субдукцию, а также описание относительного движения плит с помощью эйлеровых полюсов. Рассматриваются силы, движущие плиты, особенно силы оттягивания погружающейся плиты (slab pull) и силы выталкивания срединно-океанического хребта (ridge push), цикл Уилсона открытия и закрытия океанов, а также связь между движением поверхностных плит и подстилающим мантийным потоком. Акцент делается на кинематике и динамике движения плит.

Core questions

• Как кинематически описывается движение жестких плит по сфере?
• Какие процессы происходят на дивергентных, конвергентных и трансформных границах плит?
• Какие силы движут плиты, и насколько важны силы оттягивания погружающейся плиты (slab pull) по сравнению с силами выталкивания срединно-океанического хребта (ridge push)?
• Как движение поверхностных плит связано с конвекцией в мантии?

Key concepts

• Литосферные плиты и астеносфера
• Дивергентные, конвергентные и трансформные границы
• Спрединг океанического дна и субдукция
• Эйлеровы полюса и относительное движение плит
• Силы оттягивания погружающейся плиты (slab pull), силы выталкивания срединно-океанического хребта (ridge push) и цикл Уилсона

Key theories

Кинематика жестких плит на сфере

Маккензи и Паркер, а независимо от них Морган, показали, что движения плит могут быть описаны как жесткие вращения вокруг эйлеровых полюсов на сфере, что обеспечило точную кинематическую основу, объединившую спрединг океанического дна, трансформные разломы и континентальный дрейф в тектонику плит.

Силы оттягивания погружающейся плиты (slab pull) и движущие силы плит

Доминирующей силой для большинства плит является гравитационное притяжение холодных, плотных субдуцирующих плит, дополняемое силой выталкивания срединно-океанического хребта (ridge push) от приподнятых центров спрединга, что интегрирует движение плит с нисходящими потоками мантийной конвекции.

Mechanisms

Новая литосфера образуется и распространяется на срединно-океанических хребтах, охлаждаясь и утолщаясь по мере старения, пока, став достаточно плотной, не погружается в зонах субдукции; отрицательная плавучесть погружающейся плиты оттягивает заднюю часть плиты, в то время как приподнятый хребет толкает ее сзади, и эти силы, в сочетании с вязким мантийным потоком, определяют скорости плит, при этом деформация и сейсмичность концентрируются на границах между жесткими внутренними частями плит.

Clinical relevance

Тектоника плит объясняет глобальное распределение землетрясений, вулканов и горных хребтов, формирует долгосрочную сейсмическую и вулканическую опасность и объясняет расположение многих месторождений полезных ископаемых, углеводородов и геотермальных ресурсов.

History

Основываясь на теории континентального дрейфа Вегенера и спрединга океанического дна Хесса, признание трансформных разломов Уилсоном в середине 1960-х годов и формулировки жестких плит Маккензи, Паркера, Моргана и Ле Пишона за несколько лет утвердили тектонику плит как объединяющую теорию твердой Земли.

Key figures

• Dan McKenzie
• Jason Morgan
• John Tuzo Wilson
• Xavier Le Pichon

Seminal works

• mckenzie1967
• morgan1968
• turcotte2014

Frequently asked questions

Каковы три основных типа границ плит?

Дивергентные границы, где плиты расходятся и образуется новая кора, как на срединно-океанических хребтах; конвергентные границы, где плиты сталкиваются и одна может субдуцировать под другую; и трансформные границы, где плиты скользят друг относительно друга горизонтально, как вдоль разлома Сан-Андреас.

Почему большинство землетрясений происходит на границах плит?

Внутренние части плит относительно жесткие и движутся почти как единое целое, поэтому относительное движение происходит в основном по их краям, где накапливаются и высвобождаются напряжения в виде землетрясений; это концентрирует сейсмичность в узких поясах, которые прослеживают границы плит.