Не только субдукция

Механизм субдукции предполагает, что при возникновении значительных горизонтальных напряжений сжатия на границе континентальной и океанической литосферы (т. е. в наиболее слабом месте - на участке резкого изменения мощности) образуется разлом, по которому более тонкая и тяжелая океаническая плита погружается под более толстую, но легкую континентальную. Этот процесс в той или иной степени тормозится неоднородным строением коры и мантии.

Рис. 40. Схема коллизии континентальных блоков литосферы (а) и обдукции плит (б)

Совершенно особая ситуация возникает, когда в погружающуюся литосферную плиту "впаян" микроконтинент или, например, островная дуга. В этом случае рано или поздно происходит столкновение, или коллизия, континентальных блоков. Смятие краев этих блоков приводит к образованию горной цепи, а в результате резкого увеличения мощности погружающейся плиты ее дальнейшее движение прекращается. Однако на внешней стороне микро континента продолжается накопление горизонтальных механических напряжений сжатия, и в результате образуется новая зона субдукции и т. д. (рис. 40, а).

Субдукция может быть затруднена и в результате неоднородностей строения астеносферы, вязкость которой может оказаться недостаточной для той скорости субдукции, которая необходима, чтобы компенсировать наращивание литосферы в рифтовой системе. В этом случае торможение субдукции приводит к выгибанию океанической плиты и ее надвиганию на континентальную литосферу в виде складки. Со временем в основании складки, в результате аккумуляции напряжений сжатия, сформируется новая зона субдукции (рис. 40, б). Если и в этом месте астеносфера окажется слишком вязкой, здесь может образоваться вторая надвинутая складка и так далее до тех пор, пока не найдется область астеносферы со свойствами, соответствующими необходимой скорости субдукции. Такой процесс складкообразования, называемый обдукцией, находит подтверждение в отдельных районах, где обнаружены складки океанических базальтов, надвинутые на древнюю континентальную кору.

По-видимому, обдукция, как и субдукция, является геодинамическим процессом, компенсирующим разрастание океанического дна в срединно-океанических хребтах. Здесь литосферные плиты непрерывно обновляются, а их наиболее древние участки постепенно погружаются в астеносферу. Как видно на рис. 41, в экваториальном сечении литосферы спрединг литосферных плит в пределах трех срединно-океанических хребтов - Срединно-Атлантического, Восточно-Тихоокеанского и Карлсберг - компенсируется субдукцией в трех желобах - Перуанском, Яванском и Тонга-Кермадекском.

Рис. 41. Схема соотношения зон спрединга и субдукции в экваториальном сечении земного шара

Необходимо отметить еще одно свойство геодинамических процессов, вытекающее из сопоставления спрединга и субдукции (обдукции). Если при первом из них происходит разрастание океанического дна - прерывистое наращивание океанической литосферы, то при субдукции осуществляется наращивание континентальной литосферы. Действительно, формирование глубинных интрузий и вулканическая деятельность за счет расплавления погружающейся плиты приводят к тому, что на периферии континентов появляется новая горно-складчатая область, сначала в виде островной дуги, а затем и за счет постепенного наращивания мощности коры окраинного моря и последующего смятия всей этой зоны в процессе коллизии.

В результате субдукции и обдукции площадь континентов непрерывно .растет; таким образом, горно-складчатые области образуются не только в центральных районах континентов (в результате столкновений континентальных блоков), но и на их периферии. Так с позиций теории литосферных плит может быть объяснено происхождение и внутри континентальных складчатых сооружений - Центрально-Азиатского складчатого пояса, Гималаев - и складчатых областей на окраинах континентов - Кордильер Северной Америки, Анд Южной Америки.

В целом теория литосферных плит вполне удовлетворительно объясняет имеющиеся геологические данные об особенностях строения и развития океанической и континентальной литосферы. Мобилистские представления позволяют дать убедительное толкование кардинальных проблем геологии - о различиях строения континентов и океанического дна, о природе складчатых сооружений, о распределении возраста океанического фундамента, о природе и распределении вулканов и землетрясений и т. д. Решение этих проблем имеет не только огромное научное значение, но и способствует более целенаправленному поиску месторождений полезных ископаемых.

В рамках теории литосферных плит, кроме того, объяснен и механизм формирования других структур, осложняющих океанические литосферные плиты, и прежде всего вулканических хребтов.

Действительно, эти крупные валообразные структуры, часто имеющие четкую линейную форму и протягивающиеся на тысячи километров, таят в себе много непонятного. Прежде всего трудно объяснить, почему они обычно ориентированы перпендикулярно к срединно-океаническим хребтам, т. е. вдоль направления перемещения плит. Во-вторых, еще труднее объяснить, почему активный вулканизм сосредоточен, как правило, только на одной периклинали хребта, той, которая расположена ближе к срединно-океаническому. По мере удаления от этой активной периклинали хребет образован конусами более древних потухших вулканов и сложен соответственно более древними породами.

Все эти факты получили объяснение в системе представлений, называемых гипотезой горячих точек. В соответствии с ней в астеносфере существуют области аномально высокой температуры, где сосредоточено мантийное вещество в жидком состоянии. Тепловой поток над этой областью чрезвычайно велик, что приводит к расплавлению сравнительно тонкой океанической литосферы и образованию здесь подводных вулканов. По мере прерывистого перемещения литосферной плиты эта "горячая точка" астеносферы буквально "прожигает" литосферную плиту в направлении, обратном ее перемещению. При этом первые вулканы затухают и отодвигаются к глубоководному желобу, а над "горячей точкой" образуется новый вулкан и т. д. В целом весь этот ряд вулканических конусов и образует хребет, который своими отдельными вершинами может возвышаться над поверхностью океана, создавая вулканические острова. Форма хребта соответствует направлению перемещения плиты, и если это направление меняется, то возникают хребты нелинейные, сложной формы.

Таковы современные представления о природе Гавайского вулканического хребта, в пределах которого активный вулканизм "перемещается" с северо-запада на юго-восток, т. е. в направлении, обратном направлению перемещения Тихоокеанской плиты; имеются и другие примеры возможного проявления "горячих точек". По существу, эта гипотеза является третьей гипотезой, которая наряду с представлениями о спрединге и субдукции входит в состав теории литосферных плит.

Теперь несколько слов о природе несейсмичных, пассивных океанических хребтов. Происхождение их может быть различным. Во-первых, это могут быть затухшие активные хребты - либо бывшие вулканические, либо бывшие срединно-океанические, прекратившие свое существование в качестве активных геодинамических структур и превратившиеся в пассивные элементы поверхности океанического дна. И наконец, асейсмичные хребты могут образовываться в результате горизонтального сжатия плит, нарушенных разломами. В этом случае хребты имеют глыбовое строение и представляют собой горсты - блоки литосферы, выдавленные вверх горизонтальным сжатием.