ДРЕЙФ МАТЕРИКОВ. ЛИТОСФЕРНЫЕ ПЛИТЫ

СЕЙСМИЧЕСКИЕ ПОЯСА ЗЕМЛИ — КОНТУРЫ СОВРЕМЕННЫХ ПЛИТ. Рифтовые трещины срединно-океанического хребта

ПРИНЦИПЫ ВЫДЕЛЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ И ДРЕВНИХ ГРАНИЦ ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ

Гипотеза дрейфа материков возродилась в новой фундаментальной теории тектоники литосферных плит, которая привела к бурному развитию более общей концепции глобальной тектоники, став ее составной частью. Для того чтобы принять новую теорию, надо понять те факты, на которых она основана. Материки перемещаются не сами по себе, а в составе литосферных плит. Поэтому кратко рассмотрим имеющиеся данные и построенную на их основе теорию эволюции литосферы.

Из определения литосферы как жесткой оболочки с конечной прочностью и хрупким разрушением вытекает естественное следствие: если литосфер ная плита представляет собой единую пластину, то ломаться она должна лишь по краям, и каждый такой разлом — это источник землетрясения. Следовательно, сейсмическая активность сосредоточена на границах литосферных плит в пределах сравнительно узких зон.

Давно было известно, что землетрясения распространены по поверхности Земли в виде поясов сейсмической активности, оконтуривающих обширные асейсмичные области. Более надежному выделению границ литосферных плит помогла созданная к началу 60-х годов мировая сеть стандартных сейсмологических станций. Хорошо определенные сравнительно узкие пояса современной сейсмической активности — это наиболее существенный определяющий признак для трассирования границ и, как следствие, оконтуривания самих литосферных плит ().

Развитие широкой мировой сети сейсмологических станций позволило установить преобладающие направления смещений на различных типах границ литосферных плит. Современная достаточно обоснованная кинематическая модель очага землетрясения базируется на том простом условии, что смещение происходит по разрыву, обусловленному воздействием пары сил. Согласно такой модели, от очага землетрясения будут распространяться волны сжатия и растяжения. При этом в каждой стороне от плоскости разрыва будут возникать области первичного распространения волн сжатия и растяжения. В направлении смещения каждой из плоскостей разрыва первыми будут возникать волны сжатия, в противоположном — волны растяжения ( 5). Эти четыре симметричные области — две сжатия и две растяжения — разделены двумя взаим- ноперпендикулярными (нодальными) плоскостями. Одна из них, та, по которой происходит разрыв, — главная, вторая — вспомогательная.

Как следует из модели, только по сейсмологическим данным невозможно разделить главную и вспомогательную нодальные плоскости. Выбор каждой из плоскостей для неглубоких, близ поверхностных очагов можно сделать по геоморфологическим данным, а для более глубоких — на основании геологических и геофизических критериев. Достоверное направление простирания нодальной плоскости может быть получено, как правило, только статистически, на основании достаточно большого количества решений фокальных механизмов землетрясений вдоль одной границы литосферных плит. Для разработки метода определения механизмов смещений в очагах землетрясений по сейсмологическим данным в нашей стране много сделала А. В. Введенская, а для приложения этих данных к тектонике плит — Л. Р. Сайке.

Полученные сейсмологические результаты кратко можно суммировать в следующем виде. В осевой части сре д и н но -о к е а и ически х хребтов глубина очагов землетрясений очень небольшая (максимальная — первые десятки километров). При этом по характеру механизма в очаге достаточно четко выделяются два типа землетрясений. Очаги первого типа сосредоточены в пределах очень узких зон сейсмической активности, протягивающихся вдоль гребня срединно- океанического хребта в направлении его простирания. В этих зонах возникают рои очень мелкофокусных землетрясений, глубина очагов которых, как правило, не превышает первых километров от дна . В очагах преобладают механизмы субгоризонтального растяжения в направлении, перпендикулярном простиранию осевой рифтовой трещины.

Очаги второго типа простираются также в виде достаточно узких зон, как правило перпендикулярных к генеральному простиранию рифтовой трещины срединно-океанического хребта. В таких очагах преобладают преимущественно субгоризонтальные сдвиги в направлении, ортогональном простиранию хребта. Сейсмофокаль- ные зоны со сдвиговыми механизмами в очагах землетрясений свидетельствуют о субгоризонтальном смещении краев плит. В абсолютном большинстве случаев каждая такая сейсмическая зона расположена между двумя отрезками осевой рифтовой трещины. Эта зона фиксирует собой живущий трансформный разлом, по которому и происходит смещение отдельных отрезков рифтовой оси. Глубина очагов вдоль трансформных разломов срединно-океанических хребтов невелика: в абсолютном большинстве случаев она не превышает первых десятков километров. Простирающиеся в осевой области срединно-океанических хребтов сейсмоактивные зоны маркируют собой смещения краев плит в рифтовых трещинах и по трансформным разломам.

На отдельных участках, таких, как треугольник Афар на юге Красного моря или как северное продолжение Мексиканского залива (трансформный разлом Сан-Андреас), сейсмоактивные зоны переходят на континент, что позволяет проследить генетическое родство между океаническими и континентальными рифтовыми трещинами и трансформными разломами, например развивающимися в пределах Восточно-Африканской рифтовой системы.

В рифтовых трещинах и трансформных разломах срединно-океанических хребтов выделяется около 3% всей упругой энергии, в Альпийско- Гималайском поясе — около 15 %; почти вся остальная упругая энергия выделяется в районах островных дуг. Меньше 1 % общей энергии выделяется в очагах, расположенных в пределах самих литосферных плит; как правило, такие очаги приурочены к районам внутриплитового вулканизма (например, Гавайские острова) и реже — к пассивным переходным зонам атлантического типа.

Итак, пояса сейсмической активности служат важнейшим критерием для трассирования боковых границ современных литосферных плит. Механизмы в очагах землетрясений (при условии их статистической достоверности) позволяют определить кинематику смещения краев плит вдоль того или иного разлома и, следовательно, выделить кинематический тип этой границы. Поэтому мировая карта сейсмичности отразила контуры наиболее крупных литосферных плит. Самая крупная по площади плита — Тихоокеанская. Она целиком состоит из океанической литосферы и занимает большую часть дна от оси Восточно- Тихоокеанского поднятия до системы глубоководных желобов северного и западного обрамления этого океана. Много меньше по площади плита Наска, но все же и она может быть отнесена к главным. Состоит плита Наска только из океанической литое- феры и занимает дно Тихого океана к востоку от оси Восточно-Тихоокеанского поднятия до оси Перуано-Чилийского желоба. С севера эта плита ограничена рифтовой трещиной и трансформными разломами Галапагосского хребта, а с юга — Чилийского. По трансформному разлому Сан-Андреас Тихоокеанская плита граничит с Северо-Американской, которая с юга ограничена трансформными разломами Кайман и Барракуда. Восточная граница Северо-Американ- ской плиты проходит по оси Сре- динно-Атлантичёского хребта, а северная — по ее арктическому продолжению — оси хребта Гаккеля. Некоторые исследователи относят к Северо-Американской плите Аляску и Чукотку; нам представляется, что более правомерно включать эти области в состоящий из многих малых плит Циркумтихоокеанский планетарный пояс сжатия литосферы.

Четвертая крупная плита — Южно- Американская, граничащая с Северо-Американской по трансформному разлому Барракуда. С востока Южно- Американская плита ограничена осевой зоной Срединно-Атлантического хребта; ее южная граница проходит преимущественно но трансформным разломам, которые протягиваются от острова Буве к Южно-Сандвичевом у желобу; далее к западу эта граница проходит севернее Южно-Антильского хребта, также по трансформному разлому, вплоть до Магелланова пролива. Западную границу Южно-Америка некой плиты традиционно проводят по оси Перуанско-Чилийского желоба.

Однако анализ геоморфологических и геофизических данных позволяет нам относить Анды к Циркум- тихоокеанекому планетарному поясу сжатия литосферы.

По осевой зоне С ре д и н но - А тл а нт и - ческого хребта Южно-Американская плита граничит с Африканской. Около % общей протяженности границ Африканской плиты приходится на осевые рифтовые трещины и соединяющие их участки трансформных разломов Южно-Атлантического, Африкано-Антарктического, Запад- но-Индийско го и Аравийско-Индийского подводных хребтов, а также Аденского залива и Красного моря. С севера эта плита ограничена Азоро- Гибралтарским трансформным разломом, который к востоку переходит в конвергентную границу между Африканской плитой и западной частью А л ь п и йско - Гим ал а йско го планетарного пояса сжатия литосферы. При этом весь африканский Атлас относится к поясу сжатия, тогда как Восточное Средиземноморье — к Африканской плите; именно поддвигание океанической литосферы в Калабрии- ской и Эллинской дугах является причиной развития сейсмофокальных зон с глубинами очагов до 200 км и более.

Восьмая большая литосферная плита — Антарктическая; она почти со всех сторон окружена дивергентными и трансформными границами. Только на одном участке — под самую северную окраину Антарктического полуострова —• происходит поддвигание океанической литосферы; здесь конвергентная граница проходит по оси глубоководных Шетландского и Оркнейского желобов, находящихся между Атлантическим океаном и Северным морем.

Некоторые исследователи к крупным плитам причисляют Аравийскую, которая почти целиком состоит из материковой литосферы, хотя она пока не очень далеко удалилась от своей «родительницы» — Африканской. Последняя, продолжая раскалываться буквально на наших глазах, по системе рифтовых впадин разделяется на две: западную — Сомалийскую и восточную — собственно Африканскую, или Нубийскую. Еще одна плита — Кокос, которая состоит целиком из океанической литосферы и иногда причисляется к крупным (Зоненшайн, Савостин, 1979). Западная граница этой плиты фиксируется узкой сейсмоактивной зоной, приуроченной к рифтовой оси подводного поднятия Альбатрос, южная — аналогичной по своей природе зоной, проходящей вдоль оси Галапагосского хребта. Северо-восточная граница плиты Кокос проходит по оси глубоководного Центрально-Американского желоба.

Итак, в настоящее время можно выделить лишь семь наиболее крупных плит. Это Тихоокеанская, Северо- Американская, Южно - Америка некая, Африканская, Евразиатская, Индийская (Индостанская, Индо-Австралийская) и Антарктическая. В несколько раз меньше по размерам плита Наска, но она также, как правило, причисляется к крупным плитам. Как свидетельствует анализ «мгновенной» кинематики плит, Наска перемещается с достаточно большой скоростью. Также со значительной скоростью перемещаются еще две плиты — Кокос и Аравийская, площадь каждой из них почти в 3 раза меньше, чем плиты Наска. Из семи крупных плит выделяются две самые большие — Тихоокеанская и Африканская (вместе с Сомалийской). Они имеют в плане округлую форму и расположены ан- типодально. Все остальные крупные плиты имеют очертания ближе к эллипсовидным.

За последнее десятилетие кроме названных выше плит выделено несколько десятков более мелких, из которых самые крупные — Филиппинская, Скоша и Карибская по площади соизмеримы с плитами Аравийской или Кокос. Почти все малые плиты входят в состав Альпийско-Ги- малайского и Циркумтихоокеанского планетарных поясов сжатия литосферы. Все эти малые плиты объединены некоторой общей геодинамической особенностью: они подчинены границам сжимающих их более крупных плит.

Кроме того, малые плиты (отличные по своей геодинамической природе от рассмотренных выше) могут быть реликтами более крупных в области сближения дивергентных и конвергентных границ, например океаническая малая плита Хуан-де-Фука, расположенная близ западного края Северо-Американской плиты между 40 и 50° с. ш.

Завершая рассмотрение закономерностей пространственного расположения поясов сейсмической активности на поверхности Земли, необходимо отметить антиподальность и ортогональность главных поясов сейсмичности. Первый сейсмический пояс характеризуется механизмами растяжения и протягивается по рифтовым трещинам Атлантики, Красного моря, Аденского залива, Аравийско-Индийского и Центрально-Индийского хребтов и далее к востоку вдоль осевых рифто- вых трещин Австралийско-Антарктического, Южно- и Восточно-Тихоокеанского поднятий к Калифорнийскому заливу. Второй наиболее сейсмоактивный пояс Земли, ортогональный к первому, простирается в пределах Альп, Гималаев и по периферии Тихого океана; механизмы в его очагах свидетельствуют о преобладании сжатия — это поистине планетарный пояс сжатия литосферы.

К этим ортогональным и антиподальным поясам сейсмической активности, маркирующим границы главных литосферных плит, приурочены: к первым — дивергентным — рифтовые трещины, а также подводные хребты (обычно называемые средин- но-океаничеекими); ко вторым — конвергентным — глубоководные желоба, островные дуги и складчато-глыбовые горные цепи на континентах. Подавляющее большинство молодых вулканических процессов также сосредоточено вдоль вполне определенных границ плит. Прежде и больше всего вулканические процессы имеют место в рифтовых трещинах Мирового океана, меньше — в континентальных рифтовых областях. Из конвергентных границ наибольшей вулканической активностью обладают те, под которыми сейсмофокальные зоны достигают глубины 150—200 км и более. Наглядным примером тому может служит все тихоокеанское «огненное» кольцо, а также вулканические дуги: Яванская в Индийском океане, Малая Антильская и Южно-Сандвичева в Атлантическом, Калабрийская и Эллинская в Средиземном море. Иными словами, почти вся тектоническая и магматическая активность приурочена к боковым границам литосферных плит.

Само пространственное положение двух дивергентных планетарных поясов, от которых большие литосфер- ные плиты расходятся, и двух планетарных поясов сжатия литосферы заставляет задуматься о механизме, управляющем движением всего ансамбля литосферных плит. Такое упорядоченное расположение главных границ плит в виде двух ортогональных друг другу поясов наводит на мысль о двухъячеистой (или близкой к ней) структуре конвективных течений, охватывающих всю мантию Земли. При этом рифтовые трещины будут образовываться в областях, где преобладают восходящие потоки, тогда как планетарные пояса сжатия литосферы возникают над нисходящими потоками. Конечно, из-за жесткости и прочности литосферы не будет полного совпадения дивергентных и конвергентных границ плит с осями восходящих и нисходящих потоков в мантии, но генеральная связь должна иметь место.