РИФТОГЕНЕЗ И ЕГО РОЛЬ В ТЕКТОНИЧЕСКОМ СТРОЕНИИ ЗЕМЛИ И ЕЕ МЕЗО-КАЙНОЗОЙСКОЙ ГЕОДИНАМИКЕ

Милановский Е.Е.

Скачать *pdf

УДК 551.243

 

Излагаются представления о важнейших чертах общего тектонического плана литосферы Земли в позднем мезозое и кайнозое и роли рифтовых структур в этом плане, о глобальной кинематике тектонических движений и возможных глубинных процессах, их определяющих.

 


I

В этом сообщении кратко излагаются представления о некоторых важнейшие чертах общего тектонического плана литосферы Земли в позднем мезозое и кайнозое и роли рифтовых структур в этом плане, о глобальной кинематике тектонических движений и возможных глубинных процессах, их определяющих. Часть развиваемых ниже представлений разрабатывалась автором совместно с А.М. Никишиным и изложена в недавно опубликованной статье [Милановский и Никишин, 1988].

Рисунок 1

Исключительно важную роль в новейшей глобальной архитектуре литосферы, как известно, играет мировая система внутриокеанических рифтовых хребтов, а также межконтинентальных и внутриконтинентальных рифтовых зон, представляющих их слепые окончания или боковые ответвления. Как видно из рис. 1 и 2, главными элементами этой системы являются субширотные рифтовые пояса Южного океана, почти непрерывным кольцом окружающие Антарктический континент, и четыре субмеридиональных рифтовых пояса, которые отходят от этого кольца в северном направлении. Три из этих поясов: Срединно-Атлантический, Западно-Индоокеанский и Восточно-Тихоокеанский - хорошо известны, четвертый, Западно-Тихоокеанский, как единый тектонический элемент впервые выделен нами в уже упомянутой работе. Примечательно, что все четыре главных субмеридиональных рифтовых пояса отстоят один от другого по долготе приблизительно на 90° и что все они близ экватора испытывают резкое смещение к западу примерно на 30°, после чего продолжают следовать к северу и постепенно вырождаются и затухают на разных широтах Северного полушария: ранее других Западно-Индоокеанский пояс, затем Западно- и Восточно-Тихоокеанские и, наконец, вблизи северного полюса Земли - самый протяженный Срединно-Атлантический пояс. Эти поразительные геометрические закономерности в глобальном плане современной мировой рифтовой системы не могут быть случайными. Поэтому трудно допустить, что и в прошлом, например в палеогене или позднем мелу, главные рифтовые пояса могли располагаться на поверхности Земли хаотически. В отношении Срединно-Атлантического, Западно-Индоокеанского и, по-видимому, Западно-Тихоокеанского рифтовых поясов можно утверждать, что их взаиморасположение на лике Земли принципиально не изменилось, по крайней мере, с позднемеловой эпохи. Поэтому можно предполагать, что и четвертый рифтовый пояс - Восточно-Тихоокеанский - на протяжении этого времени сохранял более или менее стабильное положение по отношению к другим главным рифтовым поясам океанов, а не «блуждал» в тихоокеанском пространстве подобно ряду других зон спрединга, как это рисуется в геодинамических моделях, построенных в соответствии с концепцией тектоники плит.

Рисунок 2

Новейшие данные сейсмотомографии показывают, что главные рифтовые пояса Земли имеют очень глубокое заложение [Андерсон, Дзевонский, 1984; Woodhouse & Dziewonski, 1984]. Как видно из рис. 3, на глубинах около 150 км большинству главных звеньев мировой системы внутриокеанических рифтовых поясов соответствуют зоны пониженных скоростей сейсмических волн и, очевидно, относительного разогрева и разуплотнения мантийного материала, причем эти аномалии в упругих, термических и плотностных свойствах вещества в основном сохраняются в пределах почти всей верхней мантии до глубины 350-500 км; ниже, в основном на глубинах 500-700 км происходят существенные изменения глобального плана сейсмических, термических и плотностных аномалий вещества мантии. Можно предполагать, что в мезозое в Южном полушарии Земли начался процесс раздробления и общего расширения литосферы, приведший в итоге к распаду суперконтинента Гондвана на ряд отодвигавшихся один от другого блоков, между которыми возникли зоны рифтинга, а затем и спрединга, превратившиеся в итоге в широкие области с корой океанического типа. При этом, по крайней мере в самой южной части Земли, близ Антарктиды, процесс раздвигания литосферных блоков не компенсировался явлениями их сближения (коллизии), и потому он может быть объяснен лишь с позиций допущения некоторого общего расширения либо всей Земли, либо только ее Южного полушария в мезозое и кайнозое и признания постепенного смещения в ходе спрединга осей субширотных рифтовых хребтов, окружающих Антарктиду, к северу.

Рисунок 3

Аналогичные относительные смещения, постепенно убывающие к северу, должны были испытывать и оси отходящих от Циркумантарктического рифтового пояса к северу субмеридиональных рифтовых поясов (хотя угловые расстояния между ними, вероятно, существенно не изменялись). Так, например, в ходе спрединга должны были отодвигаться одна от другой оси южной части Срединно-Атлантического, Западно-Индоокеанского и южной части Западно-Тихоокеанского рифтовых поясов, разделенных соответственно древними континентальными глыбами Африки и Австралии.

В дальнейшем процессы рифтообразования и спрединга постепенно распространялись на Северное полушарие, однако здесь они пока не достигли такого масштаба, как в южном. Тем не менее мы наблюдаем в Северном полушарии не только явные признаки разрастания по простиранию (проградации) главных субмеридиональных рифтовых поясов в северном направлении (например, в зонах Аденского залива и Красного моря в Индоокеанском поясе и в Северной Атлантике и Арктическом океане в Атлантическом поясе), но и появление в кайнозое новых внутриконтинентальных рифтовых систем в Северной Америке, Европе и Азии (Кордильерская, Рейнская, Байкальская, Момская, Северо-Китайская), часть которых пока еще непосредственно не связана с мировой рифтовой системой.

Хотя главные рифтовые пояса океанов и образуют единую геометрически закономерную глобальную систему, они существенно различаются по структуре и кинематике движений в них. Эти различия в значительной мере обусловлены различиями в тектоническом характере тех областей, на которые наложились деформации растяжения. Среди областей, которые подверглись в мезозое и кайнозое рифтогенезу и спредингу, в грубой схеме можно различать древние континентальные области (прежде всего это суперконтинент Гондвана и в меньшей мере Лавразия), океанические области (древнее, домезозойское (?), ложе Тихого океана) и подвижные (геосинклинальные) пояса, характеризующиеся сложным сочетанием зон с корой континентального, океанического и переходных между ними типов (к ним принадлежит западная часть Циркум-Тихоокеанского подвижного пояса, простирающаяся вдоль восточных окраин Азии и Австралии).

В областях, где мезо-кайнозойский рифтогенез, а позднее спрединг привели к раздроблению, а затем и полному разобщению древних континентальных блоков, эти процессы имели сосредоточенный, концентрированный характер и в итоге в каждой из них возникла относительно устойчивая в пространстве единая зона спрединга, постепенно расширявшаяся и разраставшаяся (проградирующая) по простиранию к северу. К этому «концентрированному» типу относятся рифтовые пояса Атлантического, западной части Индийского и, в меньшем масштабе, Арктического океана.

В восточной части Тихого океана, где рифтогенезу в позднем мезозое и кайнозое подверглась не континентальная, а океаническая, вероятно, домезозойская, литосфера (поскольку почти всеми исследователями принимается древность ложа Тихого океана), спрединг носил менее концентрированный, более рассеянный характер (рис. 4). Это выражалось в гораздо большей ширине зоны, охваченной растяжением на протяжении одной более или менее длительной эпохи, в одновременном или почти одновременном существовании в ее пределах нескольких более или менее параллельных осей спрединга и их периодическом «перескакивании» (jumping) с одного места на другое. Подобный рассеянный и блуждающий характер спрединга, очевидно, причинно связан с наличием маломощной океанической коры и литосферы и высоким положением кровли горячей астеносферы в широкой зоне океана.

Рисунок 4

Наконец, в Западно-Тихоокеанском рифтовом поясе, где процессы горизонтального растяжения и новообразования океанической коры наложились в позднем мелу и кайнозое на западную часть Циркумтихоокеанского подвижного пояса, на значительной части своей площади еще не завершившую геосинклинальное развитие, кора которой характеризовалась широкой гаммой переходов от океанического типа до континентального, мы наблюдаем сложное, мозаичное сочетание участков с проявлениями рассеянного и концентрированного спрединга (преимущественно в южной и средних частях этого рифтового пояса) или рифтинга (преобладающего в северной, менее «зрелой» части пояса), а также наличие в пределах этого пояса зон сжатия, не свойственных большинству других рифтовых поясов (рис. 5). Следует подчеркнуть, однако, что общий масштаб проявлений сжатия в подобных зонах в кайнозое значительно уступал общему масштабу расширения в соответствующих сегментах этого рифтового пояса за то же время.

Рисунок 5

Помимо Западно-Тихоокеанского рифтового пояса в пределах Тихоокеанского геосинклинального кольца в позднем мезозое и кайнозое существовали две других меньших размеров рифтовых области аналогичного типа - Карибская и Южно-Антильская, в которых масштаб проявлений горизонтального растяжения и новообразования коры океанического типа также существенно превосходил масштаб проявлений сжатия.

 

II

Накопившиеся за последние годы геолого-геофизические данные свидетельствуют в пользу крупномасштабных относительных перемещений обширных блоков литосферы, с которыми связаны деформации в верхних горизонтах земной коры. Вместе с тем они позволяют поставить под сомнение некоторые догматические положения гипотезы тектоники литосферных плит, которая, возникнув 20 лет назад, продолжает оставаться ведущей тектонической концепцией, по крайней мере среди американских и западноевропейских ученых. По мнению В.Е. Хаина [Khain, 1989], первоначальные строгие постулаты этой концепции приобретают все большую гибкость, значительно усложняются, и она постепенно включает в себя элементы других, более ранних гипотез, в частности пульсационной, контракционной и ротационной. К числу фундаментальных положений «классической» модели тектоники плит, вызывающих серьезные сомнения, о которых следует упомянуть в связи с темой данного сообщения, в частности, относятся следующие.

1. Представление о скольжении относительно маломощных (несколько десятков километров под океанами, около 100 км под континентами) литосферных плит по астеносферному слою, имеющему непрерывное глобальное распространение. Данные сейсмических (в том числе сейсмотомографических), геотермических и других исследований показали, что под значительной частью площади континентов, в частности, под древними платформами и, в особенности, под их щитами, типичная астеносфера на предполагавшихся в модели тектоники плит глубинах отсутствует, а литосфера распространяется до глубин более 200-300, а может быть, и до 500-700 км. Согласно данным сейсмографии [Dziewonski, 1984; Woodhouse & Dziewonski, 1984], ниже, на глубинах от 400 до 700 км, под разными континентами относительно повышенные (для данных глубин) скорости сейсмических волн, характерные для блоков континентальной литосферы, довольно резко сменяются относительно пониженными, что может быть связано с относительно повышенными температурами и пластичностью вещества и его относительно пониженной плотностью под этими областями (рис. 6).

Рисунок 6

Следовательно, если континенты и участвовали в относительных горизонтальных перемещениях, то, вероятно, лишь в виде очень мощных (до нескольких сотен километров) блоков. Об этом же свидетельствует весь огромный опыт изучения геологии континентов и, в частности, древних щитов как обширных (до одной или нескольких тысяч километров в поперечнике) областей устойчивого воздымания на протяжении 1,5-2 млрд. лет. Если бы континенты, включая щиты древних платформ, скользили в виде тонких (порядка 100 км) литосферных плит по астеносферному слою (как это предполагается в «классической» модели глобальной тектоники), то причину, вызывающую устойчивое воздымание щита в течение исключительно длительного времени, пришлось бы искать в пределах этой несоизмеримо тонкой по сравнению с поперечником щита «плиты», что кажется невероятным. Гораздо естественнее допустить, что «мотор», вызывающий длительное воздымание щита, лежит на глубинах не менее нескольких сотен километров.

Новейшие данные сейсмотомографии, полученные для Северо-Американского континента [Grand, 1987], показывают что Северо-Американская платформа, и в особенности Канадский щит, характеризуется в целом аномально повышенными скоростями распространения продольных волн (и, по-видимому, соответственно повышенной плотностью и пониженным тепловым потоком) вплоть до глубин около 300-400 км, а под некоторыми участками Канадского щита даже до 500-600 км. Как уже говорилось, столь же глубокие «корни», но, напротив, «горячие», с относительно пониженными скоростями упругих волн и плотностью вещества имеют главные рифтовые пояса Земли в пределах океанов.

2. Представление о постоянном равенстве (в глобальном масштабе) суммарной величины приращения площади земной коры в зонах растяжения (в основном в результате новообразования коры океанского типа в зонах спрединга) и ее уменьшения в зонах конвергенции (в основном, а в первоначальной формулировке плитотектонической концепции - почти целиком в результате поглощения древней коры в зонах субдукции). Подобное равенство теоретически возможно лишь при неизменности общей площади поверхности Земли, поэтому одним из отправных положений концепции тектоники плит является постулат о неизменности размеров Земли на протяжении геологической истории [Зоненшайн и Савостин, 1979]. Однако это исходное допущение отнюдь нельзя считать доказанным, и, напротив, накапливается все больше данных, позволяющих допускать некоторые изменения размеров Земли (среднего радиуса, поверхности и объема), а возможно, и формы (геоида) в ходе ее развития, носивших либо однонаправленный (гипотезы расширения и сжатия Земли), либо более сложный, изменчивый во времени характер (гипотезы периодических пульсаций Земли, в том числе происходивших на фоне ее некоторого общего расширения или сжатия). В частности, периодические пульсационные изменения объема Земли и соответственно цикличность в общепланетарных проявлений ее эндогенной активности предполагает один из ведущих сторонников плитотектонической концепции в СССР В.Е. Хаин [Khain, 1989]. Очевидно, однако, что допущение изменений поверхности Земли во времени неизбежно нарушает глобальное равенство эффектов одновременно происходящих экспансионных и коллизионных процессов, лежащее в основе изящной геометрической картины перемещений литосферных плит на сфере. Эмпирически установленная неравномерность во времени в проявлениях как растяжения (спрединга, рифтинга), так и сокращения коры (разных форм проявления коллизии ее блоков) само по себе не получило естественного объяснения в рамках концепции тектоники плит, но могло бы хотя бы не войти с ней в противоречие лишь в том случае, если бы фазы усиления коллизионных и экспансионных процессов на Земле совпадали бы во времени.

В действительности, однако, анализ фактических данных показывает, что фазы усиления коллизионных процессов («фазы складчатости») и фазы активизации спрединга и рифтинга в глобальном масштабе не совпадают, а чередуются между собой [Милановский, 1982; 1984; Schwan, 1980], что является одним из важных аргументов в пользу пульсационной концепции. Этот вопрос более обстоятельно рассматривался в других работах автора [Милановский, 1982; 1984 и др.].

3. Представление о реальности явления субдукции и его огромной значимости как процесса, полностью или в основном компенсирующего эффект спрединга и рифтинга в рифтовых зонах Земли. Как известно, это предположение возникло не на основе анализа геологических фактов, а скорее как остроумная теоретическая конструкция, позволяющая связать идеи о спрединге и горизонтальных перемещениях литосферных блоков и постулат о неизменности размеров Земли в геологическом прошлом в единую, подкупающую своей простотой и логической стройностью концепцию тектоники плит. Заметим, однако, что далеко не везде на лике Земли можно обнаружить гипотетические зоны субдукции, которые могли бы компенсировать проявления горизонтального расширения и новообразования океанической коры в сопряженных с ними несомненных зонах спрединга. Примером может служить хотя бы активно расширяющийся рифтовый пояс, окружающий со всех сторон Антарктиду; к югу от него зоны субдукции совершенно отсутствуют, а к северу могут предполагаться лишь на отдельных участках. Другим примером является Срединно-Атлантический рифтовый пояс; к востоку (между ним и Западно-Индоокеанским рифтовым поясом) зоны субдукции также отсутствуют, а к западу от него они хотя и предполагаются (вдоль западного края Южной и Центральной Америки), но возникновение и развитие этих зон субдукции, согласно концепции тектоники плит, связывается со спредингом не в Срединно-Атлантическом, а в Восточно-Тихоокеанском рифтовом поясе. В настоящее время даже большинство сторонников концепции тектоники плит отказывается от абсолютизации гипотетического механизма субдукции как процесса, компенсирующего эффект спрединга и рифтинга в глобальном масштабе, и признает, что эта компенсация на Земле неизменного радиуса, наряду с зонами субдукции, осуществлялась также в зонах складчато-покровных деформаций (и соответственно скучивания и утолщения коры) в подвижных поясах на границах литосферных плит (в зонах активных окраин), а также в зонах аналогичных, но менее мощных внутриплатных деформаций.

Сторонники же концепции расширения Земли в том или ином масштабе либо полностью отрицают реальность процесса субдукции, называя его мифом, как, например, С.У. Кэри [Carey, 1988], либо же, допуская его возможность, считают, что субдукция вместе с другими более достоверными процессами горизонтального сокращения земной коры лишь отчасти компенсировала раздвижение в зонах спрединга и соответственно общее расширение коры Земли в течение мезозоя и кайнозоя (X. Оуэн [Owen, 1976] и др.).

Несмотря на многочисленные сейсмические эксперименты, глубоководное бурение и другие исследования, специально поставленные для доказательства существования явления субдукции, представление о ней как реальном процессе, происходящем в сейсмофокальных зонах, не получило пока однозначного достоверного подтверждения. Следует заметить, что в отличие от современных сторонников гипотезы тектоники плит один из основоположников учения о сейсмофокальных зонах («зонах Заварицкого - Беньофа») - А.Н. Заварицкий [1946] рассматривал их не как зоны поддвига океанской литосферы под литосферу континентальной окраины, а скорее как зоны надвига последней на плиту Тихого океана, т.е. как зоны обдукции (также трактовали эти зоны Г. Штилле [1957] и П.Н. Кропоткин [Кропоткин и Шахварстова, 1965]), а другой, X. Беньоф [Benioff, 1957], предположил в свое время сдвиговый (правосдвиговый) характер смещений в этих зонах.

Реальность крупномасштабных явлений обдукции для блоков литосферы океанического типа была установлена в ряде районов, в частности в зонах широкого развития офиолитовых комплексов, таких, как Оман, Новая Гвинея и пр. Что же касается ситуации в сейсмофокальных зонах, где в лежачем (поддвинутом) крыле присутствует блок океанической коры, а в висячем (надвинутом) - блок с корой континентального или переходного типа, то структурный анализ позволяет установить лишь кинематический характер относительных взаимоперемещений литосферных блоков в подобных районах, но не их причину, т.е. не дает возможности выяснить, горизонтальное перемещение какой литосферной плиты - поддвигаемой или надвигаемой - играло основную роль активного движущего фактора при их взаимодействии в данной сейсмофокальной зоне. Последнее может быть установлено лишь с учетом общей геодинамической обстановки в соответствующем регионе Земли. Поэтому отнюдь нельзя исключать того, что в пределах многих современных сейсмофокальных зон, расположенных, в частности, по периферии Тихого океана, в действительности может осуществляться не субдукция океанской литосферы, а, напротив, обдукция надвигаемых на нее блоков литосферы обрамляющих ложе Тихого океана регионов с корой континентального или переходного типов. На западной периферии Тихого океана процесс обдукции может быть связан с существованием в Западно-Тихоокеанском рифтовом поясе мантийных диапиров, подъемом в них глубинного материала и асимметричным расширением их верхних частей в сторону ложа Тихого океана с надвиганием на литосферу последнего. Примечательно, что наклон некоторых из хорошо изученных сейсмофокальных зон этого региона, например Курило-Камчатской, начиная с глубин около 300 км увеличивается [Тараканов, 1987]. На восточной же периферии Тихого океана, на его границе с континентом Южной Америки можно предполагать надвигание последнего как литосферной плиты мощностью до 500-600 км по сейсмофокальной зоне на океанскую литосферу. В этой связи подчеркнем, что практически именно до таких глубин погружаются падающие под западный край Южно-Американского континентального блока сейсмофокальные зоны и что последние, в отличие от западной периферии Тихого океана, имеют тенденцию не становиться круче, а напротив, выполаживаться с глубиной (рис. 7).

Рисунок 7

4. Представление о наличии морфологически выраженной рифтовой долины в осевой части внутриокеанического рифтового пояса как показателе относительно малой скорости спрединга и, напротив об ее отсутствии как свидетельстве большой скорости этого процесса (см., например [Ушаков и Галушкин, 1978]). В соответствии с этим представлением сторонники гипотезы тектоники плит считают, что наибольшими в масштабе всей Земли скоростями (до 8-10 и даже 15 см/год) и общим масштабом спрединга в кайнозое отличается Восточно-Тихоокеанский рифтовый пояс [Хаин, 1985; Plate tectonic, 1984 и др.], в котором рифтовая долина не выражена и, напротив, прослеживается морфологически выраженное осевое поднятие, а общая ширина области, в которой проявился позднекайнозойский рифтогенез, очень велика по сравнению с другими рифтовыми поясами океанов. Но рифтовая долина отсутствует (и также «заменена» осевым линейным поднятием) и в самой северной части Атлантического рифтового пояса - в подводном хребте Рейкьянес, где скорость спрединга все исследователи считают незначительной по сравнению с более южными сегментами данного пояса; это вынуждены, скрепя сердце, признавать и сторонники концепции тектоники плит, считающие, однако, данный факт «исключением». Мне представляется, что наличие или отсутствие рифтовой долины во внутриокеанических рифтовых поясах должно свидетельствовать не об относительной скорости спрединга как таковой, а скорее - об интенсивности магмовыделения в соответствующем сегменте рифтового пояса (большей в районах отсутствия рифтовой долины) или о различных соотношениях между скоростью магмовыделения и скоростью спрединга, которые отнюдь не обязательно должны иметь прямой характер, иначе говоря, в рифтовых поясах океанов могут существовать зоны с относительно большой скоростью спрединга и относительно малой интенсивностью базальтовых излияний и наоборот. К примеру, о высокой интенсивности вулканического процесса в зоне хр. Рейкьянес позволяет судить его непосредственная связь с районом Исландии, где эта интенсивность исключительно велика и, вероятно, достигает максимальной величины в масштабе всей Земли.

Большая ширина Восточно-Тихоокеанского рифтового пояса, по мнению автора, может быть связана не с огромной скоростью и суммарным результатом кайнозойского спрединга в нем, а скорее - с его рассеянным характером, т.е. с наличием внутри этого пояса нескольких (по крайней мере до трех почти в любом его сечении) взаимопараллельных и отчасти диагональных и почти поперечных одна к другой зон спрединга, «работавших» попеременно, а возможно, почти одновременно, которые в целом как бы «блуждали» по широкой поверхности этого пояса (см. рис. 4). Идентификация линейных магнитных аномалий в пределах этого пояса вызывает серьезные затруднения, и потому представления о возрасте базальтового «фундамента» (кровли второго слоя) для многих его участков ненадежны. Против предполагаемого большого горизонтального расширения литосферы в Восточно-Тихоокеанском рифтовом поясе говорит и тот факт, что в его северной части, где он почти целиком скрывается под Северо-Американской литосферной плитой, будучи, согласно плитотектонической концепции, субдуцированным под нее, общая амплитуда горизонтального расширения коры за неоген-антропоген, судя по анализу структуры Кордильерской рифтовой системы, не превышает 100 или первых сотен километров, а средняя скорость расширения не достигает 1 см/год, т.е. уступает таковой в Срединно-Атлантическом рифтовом поясе. Кроме того, предположениям об огромных масштабах и скоростях спрединга в Восточно-Тихоокеанском рифтовом поясе противоречит тот факт, что этот пояс довольно быстро вырождается по простиранию в северном направлении и затухает уже между 50 и 60° с.ш., тогда как Срединно-Атлантический рифтовый пояс продолжается еще на несколько тысяч километров далее к северу, проникая в пределы Арктического океана и пересекая его.

Сказанное позволяет высказать предположение, что Срединно-Атлантический рифтовый пояс, отличающийся от Восточно-Тихоокеанского большей протяженностью и сосредоточенным характером спрединга, ось которого в течение весьма длительного времени устойчиво сохраняла медианное положение относительно флангов рифтового пояса, не только не уступал в скорости и масштабе спрединга Восточно-Тихоокеанскому поясу, но, напротив, превосходил его.

5. Одним из частных, но весьма важных для темы данной статьи положений концепции тектоники плит является представление о происходящем в кайнозое поддвигании под литосферные плиты Северной и отчасти Южной Америки сначала океанической плиты Фараллон, составлявшей восточный фланг Восточно-Тихоокеанского рифтового пояса, а затем (в олигоцене - миоцене) - субдукции под Северо-Американскую литосферную плиту северной части осевой зоны последнего (см., например, [Зоненшайн и др., 1984]). Это предположение кажется мне по меньшей мере крайне сомнительным. Непонятно, каким образом внутриокеанический рифтовый пояс, причем считающийся наиболее быстро расширяющимся и энергетически наиболее мощным, способным в ходе разрастания отодвигать от себя на многие тысячи километров огромную Тихоокеанскую литосферную плиту, двигающуюся в западном направлении со скоростью до 8-10 см/год, может в то же время сам пододвигаться и «нырять» своей осевой спрединговой зоной и даже частью своего западного фланга под вытянутый под острым углом к его простиранию край Северо-Американского континентального блока? Как известно, согласно концепции тектоники плит субдукция порождается спредингом в осевом рифтовом поясе и компенсирует расширение литосферы в нем. Что же заставляло саму зону спрединга в северной части Восточно-Тихоокеанского рифтового пояса сначала сближаться с западным краем Северо-Американской литосферной плиты, а затем и скрыться под ее западным флангом, т.е. под мезозойским сооружением Кордильер? С позиций структурного анализа и просто здравого смысла гораздо естественнее допустить, что не северное окончание Восточно-Тихоокеанского рифтового пояса было субдуцировано под Северо-Американский литосферный блок, а наоборот, сам этот блок был косо надвинут (обдуцирован) на северный участок рифтового пояса (позднее примерно вдоль фронта этого глубинного надвига возникла зона диагонального сдвига Сан-Андреас, который, несмотря на большую протяженность, по-видимому, не достигает нижних горизонтов коры). Если это так, то что в этом случае могло служить причиной надвигания (обдукции) мощных литосферных блоков Северной, а также Южной Америки на ложе Тихого океана, в том числе на северную часть Восточно-Тихоокеанского рифтового пояса?

Можно предположить, что эти процессы были обусловлены длительным, происходившим с середины мезозоя до современности почти непрерывным спредингом в Срединно-Атлантическом рифтовом поясе, по своей интенсивности превосходившим спрединг в северной части Восточно-Тихоокеанского рифтового пояса и подавлявшим эффект расширения в последнем. Такому предположению, казалось бы, противоречит широко распространенное мнение о значительно большей скорости и суммарном масштабе спрединга в Восточно-Тихоокеанском рифтовом поясе по сравнению с Атлантическим. Однако выше уже говорилось о недостаточной обоснованности этого мнения и о том, что скорее всего дело обстоит наоборот. Мы предполагаем, что в связи с мощным и длительным спредингом в Срединно-Атлантическом поясе его западный фланг вместе с зоной пассивных окраин в западной части Атлантики, а также примыкающими к ней с запада очень мощными континентальными литосферными блоками Северной и Южной Америки относительно смещались к западу, а западные края этих континентальных блоков в свою очередь постепенно надвигались на различные зоны ложа восточной части Тихого океана (см. рис. 7).

Хотя структура Срединно-Атлантического рифтового пояса в плане кажется квазисимметричной, расширение в этом поясе, особенно в его северной части, по-видимому, в основном происходило в западном направлении. Подобно Антарктиде мощная литосферная глыба Африки почти со всех сторон, кроме северной, окружена спрединговыми поясами. Наиболее активно расширявшиеся из них обрамляют Африканскую глыбу с запада и востока.

Внутри Африканской литосферной глыбы существуют континентальные мезозойские и кайнозойские рифтовые зоны и длительно сохранявшие свое положение субизометричные «горячие пятна» - мантийные диапиры (Ахаггар, Тибести, Камерун и др.). Какие-либо зоны сжатия, которые могли хотя бы частично компенсировать расширение в обрамляющих Африканскую глыбу океанических рифтовых поясах, внутри нее (как и в пределах Антарктической литосферной глыбы) отсутствуют. Такая ситуация позволяет предполагать, что Африканская литосферная глыба была в течение позднего мезозоя и кайнозоя малоподвижной и, вероятно, испытывала лишь некоторое смещение к северу или северо-востоку, сторону Средиземноморского подвижного пояса, а осевые зоны соседних с ней внутриокеанических рифтовых поясов в ходе спрединга в них постепенно отодвигались от Африканской глыбы: осевая зона Западно-Индоокеанского пояса смещалась в общем северо-северо-восточном направлении, а осевая зона Срединно-Атлантического - еще более интенсивно смещалась к западу.

Поскольку мощные литосферные глыбы Южной и Северной Америки сочленяются с ложем Атлантического океана через зоны пассивных окраин, эти глыбы в ходе его «раскрытия» должны были относительно отодвигаться от Африки к западу на расстояние, примерно равное суммарной амплитуде мезо-кайнозойского рифтинга и спрединга в соответствующих поперечных сегментах или широтных сечениях Атлантики.

Если не считать, подобно С.У. Кэри [Carey, 1988] и некоторым другим сторонникам гипотезы весьма значительного увеличения поверхности и объема нашей планеты, что раздвигание ложа всех океанов в мезо-кайнозое приблизительно эквивалентно общему увеличению поверхности Земли вследствие ее расширения, и, напротив, предполагать, что оно должно было частично компенсироваться различными явлениями коллизии литосферных блоков, в частности сжатием и смятием некоторых их зон и надвиганием одного блока на другой, то мы должны допустить, что расширение ложа Атлантического океана в процессе мезо-кайнозойского рифтинга и спрединга и вызванное им отодвигание литосферных глыб Южной и Северной Америки сопровождалось общим сжатием и «окучиванием» вещества литосферы их западных зон (Андско-Кордильерского подвижного пояса) и надвиганием (обдукцией) этих глыб на восточную часть ложа Тихого океана. Как говорилось выше, надвигание этих мощных литосферных глыб, по предположению автора, происходило, а на западной окраине Южной и Центральной Америки продолжает происходить по сейсмофокальным зонам, которые уходят под континент Южной Америки, постепенно выполаживаясь с глубиной, до 500-650 км (см. рис. 7).

Рисунок 8

То обстоятельство, что расширение ложа Атлантического океана, по-видимому, происходит в основном в западном направлении и в эту же сторону смещаются ось Срединно-Атлантического рифтового хребта и литосферные глыбы Южной и Северной Америки (с вдвое большей скоростью, чем ось этого хребта), возможно, причинно связано с вращением Земли и проскальзыванием Американских литосферных пластин (мощностью до 500-600 км), обладающих несколько меньшей угловой скоростью вращения по сравнению с их субстратом и как бы дрейфующих относительно последнего к западу. С этим предположением согласуются изменения в расположении сейсмических и термических аномалий в мантии под континентами на глубинах 500-600 км. Вместе с тем такая гигантская неоднородность Земли, как область Тихого океана (за исключением ее западной окраины), согласно новейшим данным сейсмотомографических исследований [Morelli & Dziewonski, 1987], судя по свойственным ей относительно пониженным скоростям прохождения сейсмических волн, прослеживается без существенных смещений на площади до гораздо больших глубин, через всю верхнюю и нижнюю мантию вплоть до поверхности ядра, в рельефе которой ей соответствует обширный выступ - до 6 км относительно среднего уровня поверхности ядра и до 10-12 км относительно крупнейших понижений этой поверхности (рис. 8). Интересно отметить также, что и другим океаническим впадинам, Атлантической и Индоокеанской, в рельефе поверхности ядра отвечают столь же отчетливые выступы, а большинству континентов (кроме небольшой Австралии), а также Западно-Тихоокеанскому поясу - его главные понижения. Впервые предположение о существовании подобных неровностей в рельефе поверхности внешнего ядра около 30 лет назад высказал по результатам изучения отражений сейсмических волн от этой поверхности А. Фогель [Vogel, 1960]. Таким образом, рельеф поверхности ядра подобно поверхности Мохо в очень грубых чертах как бы зеркально отражает рельеф земной поверхности. Эти поразительные корреляции между поверхностными и сверхглубокими структурами земного шара, которые непросто совместить с ортодоксальной плитотектонической концепцией, еще ждут интерпретации, однако уже сейчас становится очевидной глобальная взаимосвязь крупнейших структур на разных уровнях литосферы, мантии и даже ядра Земли и формирующих их глубинных процессов.

 

III

Попытаемся в предварительной форме высказать предположения о возможном глубинном механизме крупнейших тектонических движений литосферы Земли в мезозое и кайнозое, которые вытекают из изложенных выше представлений и соображений о ведущей роли рифтогенеза, порождаемого процессами в самих глубоких недрах планеты. Предлагаемая концепция является мобилистской (умеренно мобилистской), но в отличие от концепции тектоники плит она не связана с догмами о неизменности размеров Земли на протяжении ее геологической истории и об обязательной полной (или почти полной) компенсации спрединга и рифтинга в рифтовых поясах и зонах одновременной с ними субдукцией в зонах конвергенции литосферных плит в глобальном масштабе. Она допускает разнообразие форм проявления коллизии литосферных блоков (обдукция, общее скучивание и, может быть, субдукция на более локальных участках и в ограниченном масштабе) и признает вероятность горизонтальных перемещений континентальных блоков в виде гораздо более мощных (толщиной до 500-600 км) пластин, чем маломощные литосферные плиты, фигурирующие в модели тектоники плит. Это не исключает возможности горизонтальных перемещений значительно более тонких литосферных пластин в зонах широкого развития типичной, хорошо выраженной астеносферы с кровлей на глубинах в несколько десятков - сотню километров, в частности в пределах океанов и некоторых термически активных участков континентов. С позиций предположения о существовании в мантии Земли двух «ярусов» конвекции можно было бы допустить, что, если в термически активных областях Земли, в частности в океанах, конвекция осуществляется на обоих «ярусах», т.е. в верхней и нижней мантии, то в пределах более холодных областей континентов с мощной (до нескольких сотен километров) литосферой конвекция происходит лишь на нижнем из этих «ярусов», и соответственно, главные горизонтальные перемещения относительно кровли нижней мантии испытывают мощные блоки или плиты коры и верхней мантии.

Согласно предлагаемой гипотезе, ведущим глубинным тектоническим процессом на Земле в мезо-кайнозое является рифтогенез, и в частности его наиболее зрелая и крупномасштабная форма - спрединг, осуществлявшийся в зонах подъема и распространения в стороны глубинного мантийного материала в условиях начавшегося (или возобновившегося) в мезозое и продолжавшегося до современности некоторого общего расширения Земли. Это расширение, по-видимому, связанное с распространявшимися из глубоких недр Земли несколькими мощными импульсами тепловыделения, неравномерно проявлялось на ее поверхности; оно началось раньше и достигло наибольшего масштаба в Южном (Гондванском) полушарии Земли но позднее распространилось и на ее Северное полушарие, приведя в итоге к новообразованию Индийского, Атлантического, а затем и Арктического океанов с их внутриокеаническими рифтовыми поясами, к обновлению и тектономагматической переработке ложа более древнего Тихого океана, а также к формированию межконтинентальных и многочисленных внутриконтинентальных рифтовых зон и их систем. Главные внутриокеанические рифтовые пояса Земли, постепенно сформировавшиеся в зонах наиболее интенсивного растяжения и раздвигания в пределах суперконтинента Гондвана, а также Северо-Атлантического складчатого пояса, Западно-Тихоокеанского подвижного пояса и восточной и юго-восточной частей ложа Тихого океана, несмотря на некоторые перестройки, в основном сохраняли на протяжении позднего мезозоя и кайнозоя закономерное расположение относительно оси вращения Земли, ее южного полюса (как «эпицентра» области наибольшего расширения литосферы), относительно экватора, близ которого происходит смещение к западу всех долготных рифтовых поясов в Северном полушарии по сравнению с их положением в Южном полушарии, а также относительно друг друга, хотя линейные расстояния между ними постепенно несколько увеличивались в связи с расширением Земли, особенно в Южном полушарии, где оно было относительно более значительным. Граничащие с впадинами Атлантического и Индийского океанов по зонам «пассивных окраин» континентальные литосферные блоки в виде мощных пластин, включающих кору и всю верхнюю мантию (или значительную ее часть), относительно отодвигались от осей разрастающихся рифтовых поясов, а некоторые из этих блоков (в частности, Южно- и Северо-Американский) надвигались по наклонным сейсмофокальным зонам на окраины Тихого океана, либо временами кое-где поддвигались под них или под Средиземноморский подвижный пояс. При этом в Южном полушарии, где расширение Земли было наибольшим, эти континентальные блоки, как правило, отдалялись один от другого, тогда как в Северном полушарии, где масштаб общего расширения снижался и оно постепенно сходило на нет, в ряде районов, в частности в Средиземноморско-Гималайском подвижном поясе, в результате перемещения к северу континентальных блоков Африки, Аравии, Индии и др. имела место их коллизия с Евразиатским литосферным континентальным блоком, по-видимому, почти не смещавшимся относительно субстрата, и происходили сложные и разнообразные деформации сжатия в литосфере подвижного пояса, местами распространявшиеся и далеко за его границы (Тянь-Шань и пр.). В северо-восточной части Тихого океана до середины кайнозоя происходило надвигание Северо-Американского континентального блока к западу на северное окончание Восточно-Тихоокеанского рифтового пояса, вызванное тем, что расположенный к востоку от Северо-Американского блока Срединно-Атлантический рифтовый пояс, испытывал более интенсивное расширение (главным образом к западу), чем Восточно-Тихоокеанский. Масштаб мезо-кайнозойского расширения во вторичных океанах был значительно меньшим, чем это предполагается в плитотектонических моделях, поскольку спрединг происходил лишь в их внутренних зонах, тогда как в широких окраинных зонах и на участках сужения вторичных океанов, в частности на окраинах и в северной части Атлантического и западной части Индийского океана, в основном имели место раздробление, растяжение и неравномерное утоньшение подвергшейся деструкции и переработке континентальной коры и сохранялись многочисленные слабо переработанные ее блоки («микроконтиненты»). Соответственно существенно меньшими, чем в этих моделях, были и амплитуды горизонтального перемещения обрамляющих расширяющиеся вторичные океаны мощных литосферных глыб континентов, а также амплитуды их надвигания (и частично поддвигания) на (под) активные окраины океанов и окраину Средиземноморского подвижного пояса.

Особая роль в позднемезозойско-кайнозойской тектонике Земли принадлежит Западно-Тихоокеанскому рифтовому поясу, наложенному на одноименный древний подвижный пояс; его тектоническое развитие в позднем мелу и кайнозое представляло своеобразное взаимосочетание геосинклинального и рифтового процессов при ведущей роли последнего. В этом поясе имели место рифтинг континентальной коры, а также спрединг и новообразование коры океанического и субокеанического типа, хотя и в несколько меньшем масштабе, чем в других главных рифтовых поясах, но, в отличие от них горизонтальное расширение происходило резко асимметрично, в целом в восточном направлении, приводя к последовательному образованию новых рифтовых и спрединговых зон в его восточной части (например, в Филиппинском море) и обдукции его восточного фланга на Тихоокеанскую плиту по ряду сейсмофокальных зон.

 

Список литературы

1. Андерсон Д.Л., Дзевонский А.М. Сейсмическая томография // В мире науки. 1984. № 12. С. 16-25.

2. Заварицкий А.Н. Некоторые факты, которые следует учитывать при тектонических построениях // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1946. № 2.

3. Зоненшайн Л.П., Савостин Л.А. Введение в геодинамику. М.: Недра, 1979. 311 с.

4. Зоненшайн Л.П.. Савостин Л.А., Седов А.П. Глобальные палеогеодинамические реконструкции для последних 100 млн. лет // Геотектоника. 1984. № 3. С. 3-16.

5. Кропоткин П.Н., Шахварстова К.А. Геологическое строение Тихоокеанского подвижного пояса. М.: Наука, 1965. 369 с.

6. Милановский Е.Е. Расширяющаяся и пульсирующая Земля // Природа. 1982. № 8. С. 46-59.

7. Милановский Е.Е. Пульсационная гипотеза геотектоники, ее становление и значение для понимания закономерностей развития Земли // Научное наследие М.А. Усова и его развитие: очерки по истории геологических знаний. Новосибирск: Наука, 1984. Вып. 23. С. 107-142.

8. Милановский Е.Е., Никишин А.М. Западно-Тихоокеанский рифтовый пояс // Бюл. МОИП. Отд. геол. 1988. № 4. С. 3-16.

9. Тараканов Р.З. О возможной роли сейсмофокальных зон в формировании и развитии структур островной дуги // Строение сейсмофокальных зон / Отв ред. Ю.М. Пущаровский. М.: Наука, 1987. С. 11-29.

10. Ушаков С.А., Галушкин Ю.И. Литосфера Земли. Ч. 1. Кинематика плит и океаническая литосфера // Итоги науки и техники. Сер. физика Земли. М.: ВИНИТИ. Т. 3. С. 272.

11. Хаин В.Е. Региональная геотектоника. Океаны. Синтез. М.: Недра. 1985. 292 с.

12. Штилле Г. Современные деформации земной коры в свете изучения деформаций, происходивших в более ранние эпохи // Земная кора / Под ред. А. Полдеварта. М.: ИЛ., 1957. С. 187-208.

13. Benioff Н. Circum-Pacific tectonics // The mechanics of faulting (a Simposium) // Ottawa: Publ. Domin. Observ. 1957. V. 20. № 2.

14. Carey S. W. Theories of the Earth and the Universe. Stanford: California Univ. Press, 1988. 414. p.

15. Dziewonski A.M. Mapping the lower mantle: determination of later heterogeneity in P. velocity up to degree and order 6 // J. Geophys. Res. 1984. V. 89. P. 5929-5952.

16. Dziewonski A.M., Woodhouse I.H. Global images of the Earth’s interior // Science. 1987. V. 236. P. 37-48.

17. Grand S.P. Tomographic inversion shear velocity beneath the North American plate // J. Geophys. Res. 1987. V. 92. № B13, P. 14065-14090.

18. Khain V.E. On the present state and further development of plate tectonics // 28-th lnt. Geol. Congr. Abstracts. Wash. USA, 1989. V. 2. P. 181-182.

19. Morelli A., Dziewonski A.M. Topography of the core-mantle boundary and lateral homogeneity of the liquid core // Nature. 1987. № 325. P. 678-683.

20. Owen H.G. Continental displacement and expansion of the Earth during the Mesozoic and Cenozoic // Philos. Trans. Roy. Soc. London. 1976. V. 281. № 1303. P. 223-291.

21. Plate tectonic map of the Circum-Pacific region. Pacific basin Sheet / General coordinators W.O. Addicott, P.W. Richards / Amer. Assoc. Petrol. Geol. Tulusa; Oklahoma, 1984.

22. Schwan W. Geodynamic peaks in alpinotype orogenesis and changes in ocean-floor spreading during late Jurassic - Late Tertiary time // Amer. Assoc. Petrol. Geol. Bull. 1980. V. 64. № 3. P. 359-373.

23. Vogel A. Über Unregelmäpigkeiten der äuβeren Begrenzung des Erdkerns auf Grund von am Erdkern reflektierten Erdbebenwellen // Gerlands Beiträge zur Geophysik. 1960. V. 69. № 3. S. 150-174.

24. Woodhouse J.H., Dziewonski A.M. Mapping the upper mantle: there dimensional modelling of Earth structure by inversion of seismic wave forms // J. Geophys. Res. 1984. V. 89. P. 5953-5986.

 

 

 

Ссылка на статью:

Милановский Е.Е. Рифтогенез и его роль в тектоническом строении Земли и ее мезо-кайнозойской геодинамике // Геотектоника. 1991. № 1. С. 3-20.

 



 



eXTReMe Tracker


Flag Counter

Яндекс.Метрика

Hosted by uCoz