Литосферная плита

Литосферная плита — это крупный (до нескольких тысяч километров в поперечнике) стабильный блок земной коры и части верхней мантии (литосферы), ограниченный со всех сторон активными сейсмическими зонами — рифтами, срединно-океаническими хребтами и глубоководными желобами. Литосферные плиты являются основными элементами тектоники плит — современной геологической теории, описывающей движение, деформацию и взаимодействие верхних оболочек Земли. Верхняя граница плиты совпадает с поверхностью Земли, нижняя проходит по астеносфере — слою пониженной вязкости, по которому плиты скользят.

История концепции

Идея о движении крупных блоков земной коры возникла в начале XX века в рамках гипотезы дрейфа материков, выдвинутой немецким геофизиком Альфредом Вегенером в 1912 году. Вегенер, основываясь на сходстве очертаний береговых линий Африки и Южной Америки, а также на палеонтологических и геологических данных, предположил, что все континенты когда-то составляли единый суперконтинент Пангею, который впоследствии раскололся и его части разошлись. Однако Вегенер не смог предложить убедительного механизма движения, и его гипотеза не получила широкого признания.

В 1960-х годах, после открытия системы срединно-океанических хребтов и палеомагнитных аномалий на дне океанов, была сформулирована теория тектоники литосферных плит. Ключевой вклад внесли американские учёные Гарри Хесс, Роберт Дитц, Уильям Морган и канадский геофизик Джон Тузо Уилсон. Они установили, что океаническая кора непрерывно образуется в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов и поглощается в зонах субдукции, а континенты пассивно дрейфуют вместе с литосферными плитами. К концу 1960-х годов теория стала общепринятой в геологии.

Строение и состав

Литосферная плита состоит из двух основных слоёв:

• Земная кора — верхний, твёрдый слой. Различают два основных типа коры: континентальная (мощностью 30–70 км, состоит в основном из гранитов и осадочных пород, богата кремнезёмом и алюминием) и океаническая (мощностью 5–10 км, состоит из базальтов и габбро, богата железом и магнием). Континентальная кора значительно легче океанической, что обеспечивает её плавучесть.
• Верхняя часть мантии (литосферная мантия) — верхний, наиболее твёрдый и хрупкий слой мантии, расположенный под корой до астеносферы. Его мощность составляет от 50 до 100 км под океанами и до 200–250 км под континентами. Состоит из перидотитов — плотных ультраосновных пород.

Нижняя граница плиты определяется по переходу от хрупкого слоя литосферы к пластичной астеносфере. Этот переход не является резким, а представляет собой зону постепенного размягчения пород.

Классификация и типы границ

По составу и строению различают три основных типа литосферных плит:

• Континентальные плиты — несут в своей верхней части континентальную кору. Они толще (до 250 км), менее плотные и более древние (возраст некоторых участков достигает 4 млрд лет). Пример: Евразийская плита.
• Океанические плиты — несут океаническую кору. Они тоньше (около 50–100 км), плотнее и моложе (возраст не превышает 200 млн лет). Пример: Тихоокеанская плита.
• Смешанные плиты — содержат как континентальную, так и океаническую кору. Большинство крупных плит являются смешанными. Например, Северо-Американская плита включает как континент, так и часть Атлантического океана.

Взаимодействие плит происходит вдоль их границ, которые делятся на три типа:

Дивергентные границы (спрединг)

Здесь плиты расходятся, а в образующуюся щель поднимается вещество астеносферы, формируя новую океаническую кору. Характерны для срединно-океанических хребтов (например, Срединно-Атлантический хребет) и континентальных рифтов (Восточно-Африканская рифтовая зона). Процесс сопровождается вулканизмом и землетрясениями.

Конвергентные границы

Здесь плиты сближаются. В зависимости от типа сталкивающихся плит возможны три сценария:

• Субдукция — более тяжёлая океаническая плита погружается под более лёгкую континентальную или океаническую. В зоне субдукции образуются глубоководные желоба (например, Марианский жёлоб) и вулканические дуги (Курильские острова, Анды).
• Обдукция — фрагмент океанической коры надвигается на континентальную кору. Встречается редко, обычно в результате коллизии.
• Коллизия — столкновение двух континентальных плит. Поскольку обе плиты лёгкие, они не погружаются, а сминаются, образуя горные хребты. Пример: столкновение Индо-Австралийской и Евразийской плит, приведшее к формированию Гималаев.

Трансформные границы

Здесь плиты скользят горизонтально друг относительно друга. Ни кора не создаётся, ни не уничтожается. Характерны для трансформных разломов, пересекающих срединно-океанические хребты. Классический пример на суше — разлом Сан-Андреас в Калифорнии (США), где Тихоокеанская и Северо-Американская плиты движутся друг относительно друга.

Основные литосферные плиты

В современной геологии выделяют от 7 до 15 крупных и множество мелких плит. Наиболее значимые крупные плиты:

Кроме того, выделяют более мелкие плиты: Аравийская, Карибская, Филиппинская, Кокос, Наска, Сомалийская, Хуан-де-Фука и другие.

Движение плит

Литосферные плиты движутся относительно друг друга со скоростью от 1 до 15 см в год (в среднем 2–5 см/год). Скорость движения измеряется с помощью спутниковой геодезии (GPS) и геологических методов (палеомагнетизм, датирование пород).

Основной движущей силой тектоники плит считается конвекция в мантии Земли. Горячее и менее плотное вещество астеносферы поднимается вверх, растекается под литосферой, увлекая за собой плиты, а затем, остывая, опускается вниз. Дополнительными механизмами являются:

• Тяга плиты — сила, возникающая при погружении тяжёлой океанической плиты в мантию в зоне субдукции. Эта сила считается основной для движения плит.
• Отталкивание от хребта — сила, возникающая из-за приподнятого положения срединно-океанических хребтов, под действием которой плита скользит вниз по склону.

Значение и геологические процессы

Тектоника литосферных плит объясняет большинство крупных геологических явлений на Земле:

• Землетрясения — возникают в основном на границах плит из-за накопления и снятия упругих напряжений. Наиболее сейсмически активные зоны — Тихоокеанское огненное кольцо, Средиземноморско-Гималайский пояс, срединно-океанические хребты.
• Вулканизм — связан с подъёмом магмы в зонах спрединга (вулканы Исландии) и субдукции (вулканы Камчатки, Курил, Анд).
• Горообразование — результат коллизии континентальных плит (Гималаи, Альпы, Уральские горы) и субдукции (Анды, Кордильеры).
• Формирование океанов и континентов — раскол континентов (рифтинг) и образование новых океанов (Атлантический океан) или закрытие старых (Тетис).
• Распространение полезных ископаемых — месторождения нефти и газа часто приурочены к пассивным окраинам континентов, а рудные месторождения — к зонам субдукции и коллизии.

Тектоника плит на других планетах

Тектоника литосферных плит в том виде, в котором она существует на Земле, является уникальным явлением в Солнечной системе. На других планетах земной группы (Меркурий, Венера, Марс) она либо не обнаружена, либо проявляется в сильно редуцированной форме. На Венере предполагается наличие «стагнирующей» тектоники, при которой литосфера является единой толстой плитой, а на Марсе следы древней тектоники плит спорны. На спутниках планет-гигантов (например, Европа, спутник Юпитера) наблюдается тектоника ледяной коры, которая по некоторым признакам напоминает земную.

Источники

1. Хаин В. Е., Ломизе М. Г. Тектоника с основами геодинамики. — М.: Издательство МГУ, 1995.
2. Короновский Н. В., Ясаманов Н. А. Геология. — М.: Академия, 2003.
3. Condie, K. C. Plate Tectonics and Crustal Evolution. — 4th ed. — Butterworth-Heinemann, 1997.
4. Kearey, P., Klepeis, K. A., Vine, F. J. Global Tectonics. — 3rd ed. — Wiley-Blackwell, 2009.
5. Turcotte, D. L., Schubert, G. Geodynamics. — 2nd ed. — Cambridge University Press, 2002.