Тақталар тектоникасы

Тақталар тектоникасы — геотектоникада литосфераның құрылымы мен қозғалысы туралы қазіргі заманғы ғылыми түсінік. Бұл тұжырым бойынша Жер қыртысы салыстырмалы түрде біртұтас блоктардан — литосфералық тақталар дан тұрады, олар бір-біріне қатысты үнемі қозғалыста болады. Сонымен бірге кеңею аймақтарында (орталық-мұхиттық жоталар мен құрлықтық рифттерде) спрединг (ағылш. seafloor spreading — теңіз түбінің таралуы) нәтижесінде жаңа мұхиттық қыртыс пайда болады, ал ескі қыртыс субдукция аймақтарында жұтылады. Тақталар тектоникасы теориясы Жер сілкіністерінің пайда болуын, жанартаулық әрекеттілікті және таулардың түзілу процестерін түсіндіреді, олардың көпшілігі тақталардың шекараларына байланысты. Астеносфера бетімен жазық бағытта үнемі қозғалып отыратын осы тақталардың ішкі өңірлері тектоникалық тұрғыдан мейілінше салғырт, ал олардың бір-бірімен жапсарласу өңірлері (шекаралары) күллі қарқынды тектоникалық қозғалыстармен сипатталады деп есептелінеді; олай болса, жер сілкіну, жанартаулар әрекеті, биік-биік тау жоталарыньң қалыптасуы сияқты табиғат кұбылыстары негізінен алғанда сонғы өңірлерден, яғни тақталардың өзара жапсарласу аймақтарынан ғана көрініс бермек. Жердің негізгі тектоникалық тақталарының картасы Дивергенттік шекаралар: * Мұхиттық рифт (спрединг орталығы) * Құрлықтық рифт (кеңею аймағы) Конвергенттік шекаралар: * Субдукция аймағы * Құрлықтардың коллизиясы (соқтығысуы) Трансформациялық шекаралар: * Оң жақты ығысу * Сол жақты ығысу Тақталар тектоникасының негізгі ұғымдары Тақталар тектоникасы теориясында геодинамикалық жағдай түсінігі маңызды орын алады. Бұл белгілі бір тақталар арасындағы қатынаспен сипатталатын геологиялық құрылым. Бір геодинамикалық жағдайда бір типті тектоникалық, магмалық, сейсмикалық және геохимиялық процестер жүреді. Тақталардың қозғалыс түрлері # Дивергенция (алыстау): #* Тақталар бір-бірінен алыстайды. #* Мұхиттық рифттер мен құрлықтық рифттерде байқалады. #* Жаңа мұхиттық қыртыс пайда болады. # Конвергенция (жақындау): #* Тақталар бір-біріне жақындайды. #* Субдукция аймақтарында бір Тақта екіншісінің астына енеді. #* Құрлықтардың соқтығысуы (коллизия) нәтижесінде таулар пайда болады. # Трансформациялық шекаралар: #* Тақталар бір-біріне параллель ығысады. #* Оң жақты немесе сол жақты ығысулар байқалады. Тақталар тектоникасының маңыздылығы Тақталар тектоникасы теориясы Жердің геологиялық процестерін түсінуге мүмкіндік береді. Ол: * Жер сілкіністері мен жанартаулардың пайда болуын, * Таулардың түзілуін, * Мұхиттар мен құрлықтардың эволюциясын түсіндіреді. Қазіргі уақытта бұл теория Жер туралы ғылымдардың негізгі тірегі болып табылады және геологиялық зерттеулердің барлық салаларында қолданылады. Теориялар тарихы XX ғасырдың басындағы теориялық геологияның негізін контракциялық гипотеза құраған. Жер пісірілген алма сияқты суиды да, оның үстінде тау жоталары түріндегі қыртыстар пайда болады. Бұл идеяларды геосинклинальдар теориясы дамытты, ол бүктелген қатпарларды зерттеу негізінде құрылды. Бұл теорияны Джеймс Дан тұжырымдады, ол контракциялық гипотезаға изостазия принципін қосты. Бұл тұжырым бойынша, Жер граниттерден (құрлықтар) және базальттардан (мұхиттар) тұрады. Жер сығылып, мұхиттардағы ойыстарда тангенциалды күштер пайда болады, олар құрлықтарға әсер етеді. Соңғылары тау жоталарына айналады, содан кейін бұзылады. Бұзылу нәтижесінде пайда болған материал ойыстарда жиналады. Бұл схемаға неміс метеорологы Альфред Вегенер қарсы шықты. 1912 жылы 6 қаңтарда ол Неміс геологиялық қоғамының жиналысында құрлықтардың дрейфі туралы баяндама жасады. Теорияны құрудың бастапқы тұжырымы Африканың батыс жағалауы мен Оңтүстік Американың шығыс жағалауының сәйкес келуі болды. Егер бұл құрлықтарды біріктірсе, олар бір праматериктен бөлінген сияқты сәйкес келеді. Вегенер жағалаулардың сәйкес келуімен шектелмеді (бұл одан бұрын да байқалған), ал теорияны дәлелдеу үшін қарқынды ізденіс бастады. Ол екі құрлықтың геологиясын зерттеді және сәйкес келетін көптеген геологиялық кешендерді тапты. Теорияны дәлелдеудің басқа бағыты палеоклиматтық реконструкциялар, палеонтологиялық және биогеографиялық дәлелдер болды. Көптеген жануарлар мен өсімдіктер Атлант мұхитының екі жағында шектелген ареалдарға ие. Олар өте ұқсас, бірақ көптеген километр су кеңістігімен бөлінген, олардың мұхитты кесіп өтуі мүмкін емес. Сонымен қатар, Вегенер геофизикалық және геодезиялық дәлелдерді іздеді. Бірақ сол кезде бұл ғылымдардың деңгейі құрлықтардың қозғалысын тікелей бақылау үшін жеткіліксіз болды. 1930 жылы Вегенер Гренландияға сапар барысында қайтыс болды, бірақ қайтыс болғанға дейін ғылыми қоғамның оның теориясын қабылдамағанын білді. Бастапқыда құрлықтардың дрейфі теориясы ғылыми қоғамда қолдау тапты, бірақ 1922 жылы бірнеше танымал мамандар оны қатаң сынады. Теорияға қарсы негізгі дәлел тақталарды қозғалатын күш туралы мәселе болды. Вегенер құрлықтардың мұхит түбіндегі базальттар бойымен қозғалатынын болжады, бірақ бұл үшін үлкен күш қажет болды, ал бұл күштің көзі белгісіз болды. тақталардың қозғалысы үшін Кориолис күші, тасқындық құбылыстар және басқалары ұсынылды, бірақ қарапайым есептеулер олардың үлкен құрлықтық блоктарды қозғату үшін жеткіліксіз екенін көрсетті. Вегенер теориясын сынаушылар құрлықтарды қозғалатын күш мәселесін басты мәселе етіп, теорияны дәлелдейтін көптеген фактілерді елемеді. Шын мәнінде, олар жаңа концепцияның әлсіз болған жалғыз мәселені тауып, конструктивті сынсыз негізгі дәлелдерді жоққа шығарды. Альфред Вегенер қайтыс болғаннан кейін құрлықтардың дрейфі теориясы қабылданбай, маргиналды ғылым ретінде қалды, ал зерттеулердің басым көпшілігі геосинклинальдар теориясы аясында жалғастырылды. Алайда, оған да жануарлардың құрлықтарда таралу тарихын түсіндіруге тура келді. Ол үшін құрлықтарды біріктірген, бірақ теңіз тереңдіктеріне батқан құрлықтық көпірлер туралы түсінік ұсынылды. Бұл Атлантида туралы аңыздың тағы бір тууы болды. Кейбір ғалымдар әлемдік беделді мамандардың шешімін қабылдамай, құрлықтардың қозғалысын дәлелдеу үшін ізденісін жалғастырды. Мысалы, Александр дю Туа Гималай тауларының пайда болуын Үндістан мен Еуразия тақталарының соқтығысуымен түсіндірді. Үлкен көлденең қозғалыстардың жоқтығын дәлелдейтін фиксисттер мен құрлықтардың қозғалатынын мойындайтын мобилисттер арасындағы баяу күрес 1960-жылдарда қайта жанданды, ол кезде мұхит түбін зерттеу нәтижесінде Жер деп аталатын «машинаны» түсінудің кілттері табылды. 1960-жылдардың басына қарай Әлемдік мұхит түбінің рельефі картасы құрылды, ол мұхиттардың ортасында абиссальді жазықтардан 1,5-2 км биіктікте орналасқан орталық мұхит жоталары бар екенін көрсетті. Бұл деректер 1962-1963 жылдары Р. Дитц пен Г. Хесс спрединг гипотезасын ұсынуға мүмкіндік берді. Бұл гипотеза бойынша, мантияда жылына 1 см жылдамдықпен конвекция жүреді. Конвекциялық ұяшықтардың көтерілу тармақтары орталық-мұхиттық жоталар астында мантиялық материалды шығарады, ол 300-400 жылда бір рет жотаның өзектік бөлігінде мұхит түбін жаңартады. Құрлықтар мұхиттық қыртыс бойымен жүзіп жүрмейді, ал литосфералық тақталарға «пайдаланылып», мантия бойымен қозғалады. Спрединг концепциясы бойынша, мұхиттық алаптар — тұрақсыз, орнықсыз құрылымдар, ал құрлықтар — тұрақты. 1963 жылы спрединг гипотезасы мұхит түбіндегі магниттік аномалия лардың ашылуына байланысты күшті қолдау тапты. Олар Жердің магнит өрісінің инверсияларының жазбасы ретінде түсіндірілді, ол мұхит түбіндегі базальттардың магниттелгендігінде бекітілген. Осыдан кейін Тақталар тектоникасы теориясы Жер туралы ғылым теорияларында жеңді. Көптеген ғалымдар фиксизм концепциясын қорғауға уақыт жұмсағаннан гөрі, жаңа теория тұрғысынан планетаға қарап, ең күрделі жер процестерін нақты түсіндіруді бастау керек екенін түсінді. Қазіргі уақытта тақталар тектоникасы квазарлар дан шыққан сәулеленудің интерферометриясы және GPS спутниктік навигациялық жүйелері арқылы Тақталардың жылдамдығын тікелей өлшеу арқылы расталды. Көп жылдық зерттеулердің нәтижелері тақталар тектоникасы теориясының негізгі қағидаларын толығымен растады. Тақталар тектоникасының қазіргі жағдайы Өткен онжылдықтар ішінде тақталар тектоникасы өз негізгі қағидаларын айтарлықтай өзгертті. Қазір оларды келесідей тұжырымдауға болады: * Жердің қатты қабаты үзілгіш литосфераға және икемді астеносфераға бөлінеді. Астеносферадағы конвекция — тақталардың қозғалуының негізгі себебі. * Қазіргі литосфера 8 ірі тақтаға, ондаған орташа тақталарға және көптеген кіші тақталарға бөлінеді. Кіші тақталар ірі тақталар арасындағы белдеулерде орналасқан. Сейсмикалық, тектоникалық және магмалық белсенділік тақталардың шекараларында шоғырланған. * Литосфералық тақталар бірінші жуықтауда қатты денелер ретінде сипатталады, ал олардың қозғалысы Эйлердің айналу теоремасына бағынады. * Тақталардың салыстырмалы қозғалысының үш негізгі түрі бар: # алыстау (дивергенция), рифтинг пен спрединг арқылы көрінеді; # жақындау (конвергенция), субдукция және коллизия арқылы көрінеді; # трансформациялық геологиялық жарылымдар бойынша ығысу қозғалыстары. * Мұхиттардағы спрединг олардың перифериясындағы субдукция мен коллизиямен өтеледі, ал Жердің радиусы мен көлемі планетаның термиялық сығылуына дейін тұрақты (кез келген жағдайда Жердің терең қойнауының орташа температурасы миллиардтаған жылдар бойы баяу төмендейді). * Литосфералық тақталардың қозғалысы астеносферадағы конвекциялық ағындар арқылы жүзеге асырылады. * Жер қыртысының екі принципиалды түрі бар — құрлықтық қыртыс (ежелгі) және мұхиттық қыртыс (200 миллион жылдан аспайды). Кейбір литосфералық тақталар тек мұхиттық қыртыстан тұрады (мысалы, ең үлкен Тынық мұхит тақтасы), ал басқалары құрлықтық қыртыс блогынан және мұхиттық қыртысқа біріктірілгеннен тұрады. Жердің негізгі тектоникалық плиталарының картасы Конвергентті шекаралар: Трансформациялық шекаралар: Қазіргі заманғы дәуірде Жер бетінің 90%-дан астамы 8 ірі литосфералық тақтамен қамтылған: * Австралия тақтасы * Антарктика тақтасы * Африка тақтасы * Еуразия тақтасы * Үндістан тақтасы * Тынық мұхит тақтасы * Солтүстік Америка тақтасы * Оңтүстік Америка тақтасы Орташа өлшемді тақталардың ішінде Араб тақтасын, сондай-ақ Кокос тақтасы мен Хуан де Фука тақтасы н атауға болады, олар Тынық мұхит түбінің айтарлықтай бөлігін құраған, бірақ қазір Солтүстік және Оңтүстік Америкалар астындағы субдукция аймағында жоғалып кеткен Фаралон тақтасы ның қалдықтары болып табылады. Тақталарды жылжытушы күштер Тақталардың көлденең қозғалысы мантиядағы жылу-гравитациялық ағындардың — конвекция ның нәтижесінде жүреді. Бұл ағындардың энергия көзі Жердің орталық аймақтары мен оның бетінің температурасы арасындағы айырмашылық болып табылады. Орталық аймақтар өте жоғары температураға ие (ядроның температурасы шамамен 5000 °C деп есептеледі), ал Жер бетінің температурасы анағұрлым төмен. Орталық аймақтарда қызған тау жыныстары кеңейеді (термиялық кеңею ді қараңыз), олардың тығыздығы азаяды және олар жоғары көтеріледі, ал салқындаған және тығыздығы жоғарырақ массалар олардың орнын алады. Бұл жылуды тасымалдау процесі (жеңіл ыстық массалардың көтерілуі мен ауыр салқын массалардың түсуінің нәтижесі) үздіксіз жүреді, нәтижесінде конвективті ағындар пайда болады. Бұл ағындар өздерін-өздері жауып, тұрақты конвективті ұяшықтарды құрайды және көрші ұяшықтардың ағындарымен үйлесімді болады. Ұяшықтың жоғарғы бөлігінде заттың ағыны дерлік көлденең жазықтықта жүреді, дәл осы бөлік тақталарды көлденең бағытта үлкен күшпен тартады, бұл мантиялық заттың өте жоғары тұтқырлығына байланысты. Егер мантия толығымен сұйық болса (мысалы, су сияқты), онда төмен тұтқырлығы бар мұндай зат арқылы көлденең сейсмикалық толқындар өте алмас еді. Ал Жер қыртысы мұндай заттың ағынымен салыстырмалы түрде аз күшпен тартылар еді. Бірақ, жоғары қысымның әсерінен Мохоровичич беті нің төменгі температурасында мантиялық заттың тұтқырлығы өте жоғары (сондықтан жылдар масштабында мантиялық зат — сұйық (ағынды), ал секундтар масштабында — қатты). Қыртыстың астындағы тұтқыр мантиялық заттың ағынын қозғайтын күш — мантияның еркін бетінің көтерілу және түсу аймақтары арасындағы биіктік айырмашылығы. Бұл биіктік айырмашылығы, изостазиядан ауытқу шамасы деп атауға болады, бұл сәл ыстық (көтерілу бөлігінде) және сәл салқын заттардың тығыздығының айырмашылығынан туындайды, өйткені ыстық және салқын бағандардың салмағы теңдестікте бірдей (әртүрлі тығыздықта). Шын мәнінде, еркін беттің орнын өлшеу мүмкін емес, оны тек есептеуге болады (Мохоровичич бетінің биіктігі + Мохоровичич бетінің үстіндегі жеңіл қыртыс қабатының салмағына эквивалентті мантиялық зат бағанының биіктігі). Бұл қозғаушы күш (биіктік айырмашылығы) қыртыстың серпімді көлденең сығылу дәрежесін анықтайды, бұл мантиялық ағынның қыртысқа түсіретін тұтқыр үйкеліс күшінің нәтижесі. Бұл сығылу шамасы мантиялық ағынның көтерілу аймағында аз болады және ағынның түсу аймағына жақындаған сайын артады (көтерілу орнынан түсу орнына қарай қатты қыртыс арқылы сығылу кернеуінің таралуы нәтижесінде). Түсетін ағын үстіндегі қыртыстағы сығылу күші соншалықты үлкен болады, ол уақыт өте келе қыртыс беріктігін асып кетеді (ең аз беріктік пен ең көп кернеу аймағында), қыртыста серпімсіз (пластикалық, морт) деформация — Жер сілкінісі пайда болады. Бұл кезде қыртыстың деформацияланатын жерінен тау жоталары, мысалы, Гималайлар (бірнеше кезеңде) шығарылады. Серпімсіз (морт) деформация кезінде қыртыстағы кернеу өте тез азаяды (Жер сілкінісі кезіндегі қыртыстың ығысу жылдамдығымен). Бірақ серпімсіз деформация аяқталғаннан кейін бірден Жер сілкінісінің үзілген өте баяу кернеу өсуі (серпімді деформация) қайта басталады, бұл келесі Жер сілкінісін дайындау циклын бастайды. Осылайша, тақталардың қозғалысы — Жердің орталық аймақтарынан өте тұтқыр магма арқылы жылуды тасымалдау нәтижесі. Бұл жағдайда жылу энергиясының бір бөлігі үйкеліс күшін жеңуге арналған механикалық жұмысқа айналады, ал бір бөлігі қыртыс арқылы өтіп, қоршаған кеңістікке шығарылады. Осылайша, біздің планетамыз бір мағынада жылу қозғалтқышы болып табылады. Жердің терең қойнауының жоғары температурасының себептері Жердің терең қойнауының жоғары температурасының себептері туралы бірнеше гипотеза бар. XX ғасырдың басында бұл энергияның радиоактивті табиғаты туралы гипотеза танымал болды. Бұл гипотеза жоғарғы қыртыстың құрамын бағалау арқылы расталды деп болжалды, бірақ кейін қыртыстағы радиоактивті элементтер дің мөлшері байқалатын жылу ағынын қамтамасыз ету үшін жеткіліксіз екені анықталды. Ал қыртыс астындағы затта (мұхит түбінің базальттарына ұқсас) радиоактивті элементтердің мөлшері өте аз. Дегенмен, бұл планетаның орталық аймақтарында жылу тудыратын ауыр радиоактивті элементтердің жоғары мөлшерін жоққа шығармайды. Геонейтрино зерттеулері бұл гипотезаны растайды. Басқа модель Жердің химиялық дифференциациясы арқылы қызуды түсіндіреді. Бастапқыда планета силикатты және металды заттардың қоспасы болды. Бірақ планетаның қалыптасуымен бірге ол бөлек қабықшаларға бөліне бастады. Тығыз металды бөлік планетаның орталығына қарай бет алды, ал силикаттар жоғарғы қабықшаларда шоғырланды. Бұл жағдайда жүйенің потенциалдық энергиясы азайып, жылу энергиясына айналды. Басқа зерттеушілер планетаның қызуы аккреция нәтижесінде метеориттердің пайда болып жатқан аспан денесінің бетіне соғылуынан пайда болды деп есептейді. Бұл түсіндіру күмән тудырады — аккреция кезінде жылу негізінен бетте бөлініп, ол тез арада ғарышқа шығып кетеді, ал жердің ортасына емес. Дереккөздер