Viac

10.4: Doska, pohyby tanierov a hraničné procesy doštičiek - geovedy


Kontinentálny drift a šírenie morského dna sa stali široko akceptovanými okolo roku 1965, keď čoraz viac geológov začalo uvažovať v týchto pojmoch. Napríklad tanier Juan de Fuca sú vlastne tri samostatné taniere (Gorda, Juan de Fuca a Prieskumník), ktoré sa všetky pohybujú rovnakým všeobecným smerom, ale mierne odlišnými rýchlosťami.

Rýchlosti pohybov hlavných dosiek sa pohybujú od menej ako 1 cm/r do viac ako 10 cm/r. Najrýchlejšia je Pacific Plate, za ňou nasleduje austrálska a Nazca Plates. Severoamerická doska je jednou z najpomalších, v priemere dosahuje priemer 1 cm/rok na juhu až takmer 4 cm/rok na severe.

Dosky sa pohybujú ako tuhé telesá, takže sa môže zdať prekvapujúce, že severoamerická doska sa môže na rôznych miestach pohybovať rôznymi rýchlosťami. Vysvetlenie je, že dosky sa pohybujú rotačne. Severoamerická doska sa napríklad otáča proti smeru hodinových ručičiek; euroázijská doska sa otáča v smere hodinových ručičiek.

Hranice medzi doskami sú troch typov: divergentný (t. j. od seba vzdialený), konvergentné (t.j. pohyb spolu) a transformovať (pohybujúce sa vedľa seba). Predtým, ako budeme hovoriť o procesoch na hraniciach dosiek, je dôležité zdôrazniť, že medzi doskami nikdy nie sú medzery. Dosky sú tvorené kôrou a litosférickou časťou plášťa (obrázok ( PageIndex {2} )), a napriek tomu, že sa pohybujú stále a v rôznych smeroch, nikdy nie je k dispozícii značný priestor medzi nimi. Predpokladá sa, že platne sa pohybujú pozdĺž hranice litosféry a astenosféry, pretože astenosféra je zóna čiastočného topenia. Predpokladá sa, že relatívny nedostatok pevnosti zóny čiastočného tavenia uľahčuje kĺzanie litosférických dosiek.

V centrách rozprestierania môže byť litosférický plášť veľmi tenký, pretože konvekčný pohyb materiálu horúceho plášťa smerom hore generuje teploty, ktoré sú príliš vysoké na existenciu významnej hrúbky tuhej litosféry (obrázok ( PageIndex {8} )). Skutočnosť, že platne obsahujú materiál kôry aj materiál litosférického plášťa, umožňuje, aby bol jeden tanier tvorený oceánskou aj kontinentálnou kôrou. Severoamerická doska napríklad zahŕňa väčšinu Severnej Ameriky a polovicu severného Atlantického oceánu. Podobne sa juhoamerická doska rozprestiera v západnej časti južného Atlantického oceánu, zatiaľ čo európska a africká platňa obsahujú časť východnej časti Atlantického oceánu. Pacific Plate je takmer úplne oceánska, ale zahŕňa časť Kalifornie západne od San Andreas Fault.

Divergentné hranice

Divergentné hranice šíria hranice, kde sa z magmy odvodenej z čiastočného tavenia plášťa spôsobeného dekompresiou vytvára nová oceánska kôra, pretože horúca plášťová hornina sa z hĺbky pohybuje smerom k povrchu (obrázok ( PageIndex {3} )). Trojuholníková zóna čiastočného topenia v blízkosti hrebeňového hrebeňa je hrubá približne 60 km a podiel magmy je asi 10% objemu horniny, čím vzniká kôra hrubá asi 6 km. Väčšina rozdielnych hraníc sa nachádza na oceánskych hrebeňoch (aj keď niektoré sú na súši) a kôrovcový materiál vytvorený na šíriacej sa hranici má vždy oceánsky charakter; inými slovami, je to magmatická vyvrelina (napr. čadič alebo gabro, bohatá na ferromagnézske minerály). Rýchlosť šírenia sa značne líši, od 2 cm/rok do 6 cm/rok v Atlantiku až po 12 cm/rok až 20 cm/rok v Pacifiku. (Všimnite si toho, že rozptylové rýchlosti sú typicky dvojnásobné k rýchlosti dvoch dosiek pohybujúcich sa preč od hrebeňa.)

Niektoré z procesov prebiehajúcich v tomto nastavení zahŕňajú:

  • Magma z plášťa tlačiaca sa hore, aby vyplnila medzery, ktoré zostali divergenciou dvoch dosiek
  • Vankúšový láv formovanie tam, kde je magma vytlačená do morskej vody (obrázok ( PageIndex {4} ))
  • Vertikálne prestierané hrádze zasahujúce do trhlín spôsobených šírením
  • Magma pomalšie chladí v spodnej časti novej kôry a vytvára gabro telá

Predpokladá sa, že šírenie sa začína v kontinentálnej oblasti so zvlnením alebo vyklenutím súvisiacim s podkladovým oblakovým plášťom alebo sériou plášťových oblakov. Vztlak materiálu plášťa vlečky vytvára v kôre kupolu, ktorá spôsobuje jej lámanie v radiálnom vzore s tromi ramenami rozmiestnenými približne v 120 ° (obrázok ( PageIndex {5} )). Keď sa pod veľkým kontinentom nachádza séria plášťových oblakov, výsledné trhliny sa môžu zarovnať a viesť k vytvoreniu priekopového údolia (ako je dnešné Údolie Veľkej priekopy vo východnej Afrike). Navrhuje sa, aby sa tento typ údolia nakoniec vyvinul do lineárneho mora (ako je súčasné Červené more) a nakoniec do oceánu (ako je Atlantický oceán). Je pravdepodobné, že až 20 plášťových oblakov, z ktorých mnohé stále existujú, bolo zodpovedných za začatie riftingu Pangea pozdĺž dnešného stredoatlantického hrebeňa (pozri obrázok ( PageIndex {10} )).

Konvergentné hranice

Konvergentné hranice, kde sa dve platne pohybujú k sebe, sú troch typov v závislosti od toho, či je na oboch stranách hranice prítomná oceánska alebo kontinentálna kôra. Typy sú oceán-oceán, oceánsky kontinent a kontinent-kontinent.

Na konvergentnej hranici oceán-oceán je jedna z platní (oceánska kôra a litosférický plášť) zatlačená alebo subdukovaná, pod druhým. Často je to staršia a chladnejšia doska, ktorá je hustejšia a subdukuje pod mladšou a teplejšou doskou. Pozdĺž hranice je obvykle priekopa oceánu. Subdukovaná litosféra klesá do horúceho plášťa v relatívne plytkom uhle blízko subdukčnej zóny, ale v strmších uhloch nižšie (až asi 45 °). Ako je uvedené v kontexte vulkanizmu súvisiaceho so subdukciou v kapitole 4, značný objem vody v subdukčnom materiáli sa uvoľňuje pri zahrievaní subdukčnej kôry. Väčšina tejto vody je prítomná v minerálnom serpentíne z vrstveného kremičitanu, ktorý pochádza zo zmeny pyroxénu a olivínu v blízkosti rozprestierajúceho sa hrebeňa krátko po vzniku horniny. Uvoľňuje sa, keď sa oceánska kôra zahrieva, a potom stúpa a mieša sa s nadložným plášťom. Pridanie vody do horúceho plášťa znižuje teplotu topenia hornín a vedie k tvorbe magmy (tavenia taviva) (obrázok ( PageIndex {6} )). Magma, ktorá je ľahšia ako okolitý materiál plášťa, stúpa cez plášť a prekrývajúcu sa oceánsku kôru na dno oceánu, kde vytvára reťazec sopečných ostrovov známy ako ostrovný oblúk. Zrelý ostrovný oblúk sa vyvíja na reťazec relatívne veľkých ostrovov (napríklad Japonsko alebo Indonézia), pretože sa vytláča stále viac sopečného materiálu a okolo ostrovov sa hromadí sedimentárne horniny.

Ako je popísané vyššie v kontexte Benioffových zón (obrázok ( PageIndex {6} )), zemetrasenia prebiehajú blízko hranice medzi subdukujúcou kôrou a prevažujúcou kôrou. Najväčšie zemetrasenia sa vyskytujú v blízkosti povrchu, kde je subdukčná doska stále studená a silná.

Príkladmi konvergenčných zón oceán-oceán sú subdukcia tichomorskej platne pod Severoamerickou doskou južne od Aljašky (Aleutské ostrovy) a pod filipínskou doskou západne od Filipín, subdukcia indickej platne pod euroázijskou doskou južne od Indonézie a subdukcia atlantickej platne pod karibskou doskou (pozri obrázok ( PageIndex {1} )).

Na konvergentnej hranici oceán-kontinent je oceánska platňa zasunutá pod kontinentálnu dosku rovnakým spôsobom ako na hranici oceánu a oceánu. Usadeniny, ktoré sa nahromadili na kontinentálny svah je vrazený do akrečného kolena a kompresia vedie k vrazeniu do kontinentálnej dosky (obrázok ( PageIndex {7} )). Mafická magma produkovaná v blízkosti subdukčnej zóny stúpa k základni kontinentálnej kôry a vedie k čiastočnému roztaveniu kôrovej kôry. Výsledná magma stúpa kôrou a vytvára horský reťazec s mnohými sopkami.

Príkladmi konvergentných hraníc medzi kontinentom a oceánom sú subdukcia dosky Nazca pod Južnou Amerikou (ktorá vytvorila pohorie Andy) a subdukcia dosky Juan de Fuca pod Severnou Amerikou (vytváranie hôr Garibaldi, Baker, St. Helens, Rainier, Hood a Shasta, súhrnne známe ako Cascade Range).

Ku kolízii kontinent-kontinent dochádza vtedy, keď sa kontinent alebo veľký ostrov, ktorý bol presunutý spolu s subdukujúcou oceánskou kôrou, zrazí s iným kontinentom (obrázok ( PageIndex {8} )). Zrážajúci sa kontinentálny materiál nebude subdukovaný, pretože je príliš ľahký (t. J. Pretože je zložený prevažne z ľahkých kontinentálnych hornín [SIAL]), ale koreň oceánskej platne sa nakoniec odlomí a ponorí do plášťa. Dochádza k obrovskej deformácii už existujúcich kontinentálnych hornín a k vytváraniu hôr z tejto skaly, zo všetkých sedimentov, ktoré sa nahromadili pozdĺž brehov (tj. V geosynklinách) oboch kontinentálnych hmôt, a zvyčajne tiež z nejakej oceánskej kôry a horného plášťa materiál.

Príkladmi konvergentných hraníc kontinent-kontinent sú kolízia indickej dosky s euroázijskou doskou, vznik Himalájskych hôr a kolízia africkej dosky s euroázijskou doskou, ktorá vytvára sériu rozsahov siahajúcich od Álp v Európe po Zagros. Hory v Iráne. Skalnaté hory v B.C. a Alberta sú tiež výsledkom kolízií kontinent-kontinent.

Hranice transformácie existujú tam, kde sa jedna doska posúva okolo druhej bez produkcie alebo zničenia kôrového materiálu. Ako je vysvetlené vyššie, väčšina porúch transformácie spája segmenty stredooceánskych hrebeňov, a teda ide o hranice platní oceán-oceán (obrázok ( PageIndex {11} )). Niektoré poruchy transformácie spájajú kontinentálne časti platní. Príkladom je San Andreas Fault, ktorý siaha od južného konca hrebeňa Juan de Fuca k severnému koncu East Pacific Rise (hrebeň) v Kalifornskom zálive (obrázky 10,28 a 10,29). Časť Kalifornie západne od San Andreas Fault a celá Baja California sa nachádzajú na tichomorskej doske. Chyby transformácie nespájajú iba rozdielne hranice. Porucha kráľovnej Charlotte napríklad spája severný koniec hrebeňa Juan de Fuca, začínajúceho na severnom konci ostrova Vancouver, s aleutskou subdukčnou zónou.

Cvičenie 10.4 Odlišný typ poruchy transformácie

Táto mapa ukazuje dosky Juan de Fuca (JDF) a Explorer pri pobreží ostrova Vancouver. Vieme, že doska JDF sa pohybuje smerom k severoamerickej doske približne 4 centimetre ročne až 5 centimetrov ročne. Myslíme si, že doska Explorer sa pohybuje tiež na východ, ale nepoznáme rýchlosť a existujú dôkazy o tom, že je pomalšia ako doska JDF.

Hranicou medzi týmito dvoma doskami je Nootka Fault, čo je miesto častých malých až stredných zemetrasení (zhruba do 5 magnitúdy), ako ich znázorňujú červené hviezdy. Vysvetlite, prečo je chyba Nootka chybou transformácie, a ukážte príbuzný zmysel pre pohyb pozdĺž poruchy s dvoma malými šípkami.

Pozrite si Prílohu 3 pre Cvičenie 10,4 odpovedí.

Ako pôvodne popísal Wegener v roku 1915, súčasné kontinenty boli kedysi súčasťou superkontinentu, ktorý nazval Pangea (význam celá zem). Novšie štúdie kontinentálnych zápasov a magnetického veku hornín oceánskeho dna nám umožnili zrekonštruovať históriu rozpadu Pangey.

Okolo 200 Ma sa Pangea začala rozpadať pozdĺž línie medzi Afrikou a Áziou a medzi Severnou Amerikou a Južnou Amerikou. V tom istom období sa medzi severnou Afrikou a Severnou Amerikou začal otvárať Atlantický oceán a India sa odtrhla od Antarktídy. Medzi 200 a 150 Ma sa začalo rifting medzi Južnou Amerikou a Afrikou a medzi Severnou Amerikou a Európou a India sa presťahovala na sever do Ázie. Do roku 80 Ma sa Afrika oddelila od Južnej Ameriky, väčšina Európy sa oddelila od Severnej Ameriky a India sa oddelila od Antarktídy. Do 50 Ma sa Austrália oddelila od Antarktídy a krátko na to sa India zrazila s Áziou. Ak sa chcete načasovať na tieto procesy, presvedčte sa o tom s časovým odstupom kontinentálnych pohybov.

Za posledných niekoľko miliónov rokov prebiehalo rifting v Adenskom zálive a Červenom mori a tiež v Kalifornskom zálive. Začínajúce rifting sa začal pozdĺž údolia Veľkej priekopy vo východnej Afrike, siahajúceho od Etiópie a Džibuti po Adenský záliv (Červené more) až na juh až do Malawi.

V priebehu nasledujúcich 50 miliónov rokov je pravdepodobné, že dôjde k plnému rozvoju roztržky vo východnej Afrike a vytvoreniu nového dna oceánu. Nakoniec sa Afrika rozpadne. Pokračovať bude aj severný pohyb Austrálie a Indonézie. Západná časť Kalifornie (vrátane Los Angeles a časti San Franciska) sa oddelí od zvyšku Severnej Ameriky a nakoniec sa bude plaviť priamo pri západnom pobreží ostrova Vancouver, na ceste na Aljašku. Pretože oceánska kôra vytvorená šírením sa na stredoatlantickom chrbte nie je v súčasnosti subdukovaná (okrem Karibiku), Atlantický oceán sa pomaly zväčšuje a Tichý oceán sa zmenšuje. Ak to bude pokračovať bez zmeny ďalších niekoľko sto miliónov rokov, vrátime sa tam, kde sme začali, s jedným superkontinentom.

Pangea, ktorá existovala od asi 350 do 200 ma, nebol prvým superkontinentom. Predchádzala tomu Pannotia (600 až 540 Ma), Rodinia (1 100 až 750 Ma) a ďalšie predtým.

V roku 1966 Tuzo Wilson navrhol, aby prebiehala nepretržitá séria cyklov kontinentálneho rifovania a zrážok; to znamená rozpad superkontinentov, driftovanie, kolízia a tvorba ďalších superkontinentov. V súčasnosti sa Severná a Južná Amerika, Európa a Afrika pohybujú so svojimi časťami Atlantického oceánu. Nazýva sa východný okraj Severnej a Južnej Ameriky a západný okraj Európy a Afriky pasívne marže pretože pozdĺž nich neprebieha subdukcia.

Táto situácia však nemusí trvať príliš dlho. Keď sa dno Atlantického oceánu zaťaží okolo svojich okrajov veľkou hrúbkou kontinentálnych sedimentov (tj. Geosynklín), bude tlačené stále ďalej do plášťa a nakoniec sa oceánska litosféra môže odtrhnúť od kontinentálnej litosféry (obrázok ( PageIndex {12} )). Vyvinie sa subdukčná zóna a oceánska platňa začne klesať pod kontinent. Akonáhle sa to stane, kontinenty sa už nebudú ďalej oddeľovať, pretože šírenie na stredoatlantickom chrbte bude zachytené subdukciou. Ak bude šírenie pozdĺž stredoatlantického hrebeňa naďalej pomalšie než šírenie v Tichom oceáne, Atlantický oceán sa začne zatvárať a nakoniec (o 100 miliónov rokov alebo viac) dôjde k stretu Severnej a Južnej Ameriky s Európou a Afrikou.

Okolo Atlantického oceánu existujú silné dôkazy o tom, že k tomuto procesu už došlo. Korene starých horských pásov, ktoré sa nachádzajú pozdĺž východného okraja Severnej Ameriky, západného okraja Európy a severozápadného okraja Afriky, ukazujú, že tieto pevniny sa kedysi zrazili a vytvorili horský reťazec, možno rovnako veľký ako Himaláje. Zjavná línia kolízií prebieha medzi Nórskom a Švédskom, medzi Škótskom a Anglickom, cez Írsko, cez Newfoundland a Maritimes, cez severovýchodné a východné štáty a cez severný koniec Floridy. Keď sa riflovanie Pangea začalo približne na 200 mA, štiepenie prebiehalo odlišne od línie predchádzajúcej zrážky. Preto je možné niektoré z horských reťazcov vytvorených počas predchádzajúcej kolízie vystopovať z Európy do Severnej Ameriky a z Európy do Afriky.

Že k roztržke v Atlantickom oceáne mohlo dôjsť približne na tom istom mieste počas dvoch oddelených udalostí s odstupom niekoľko sto miliónov rokov, zrejme nie je náhoda. Séria horúcich miest, ktorá bola identifikovaná v Atlantickom oceáne, môže existovať aj niekoľko stoviek miliónov rokov, a preto mohla prispieť k riftingu na zhruba rovnakom mieste najmenej pri dvoch rôznych príležitostiach (obrázok ( PageIndex {13} )).

Cvičenie 10.5 Spoznávanie tanierov a ich hraníc

Táto mapa ukazuje hranice medzi hlavnými doskami. Bez ohľadu na mapu platní na obrázku ( PageIndex {1} ) alebo akékoľvek iné zdroje napíšte názvy toľkých platní, koľko môžete. Začnite s hlavnými doskami a potom pracujte na menších. Nerobte si starosti, ak ich nemôžete všetky pomenovať.

Keď pomenujete väčšinu tanierov, nakreslite šípky, aby ste ukázali všeobecné pohyby tanierov. Nakoniec pomocou zvýrazňovača alebo farebnej ceruzky označte čo najviac hraníc ako rozdielne, konvergentné alebo transformujúce.

Pozrite si Prílohu 3 pre Cvičenie 10,5 odpovedí.

Popisy obrázkov

Obrázok ( PageIndex {1} ) popis obrázku: Popisy 15 rôznych platní a ich pohybov.
Názov tanieraPopis tanieraOhraničujúce dosky (zoradené od najdlhšieho po najkratší)Popis pohybu
Africký tanierTáto doska obsahuje celú Afriku a okolitý oceán vrátane východného Atlantického oceánu, okolitého Antarktického oceánu a západného Indického oceánu.Tanier Južnej Ameriky, Antarktický tanier, Eurázijský tanier, Severný Americký tanier, Arabský tanier, Indický tanier, Austrálsky tanierTáto doska sa pohybuje na severovýchod smerom k doskám Arábie a Eurázie.
Antarktická doska.Táto doska tvorí celú Antarktídu a veľkú časť okolitého oceánu.Tichomorský tanier, austrálsky tanier, africký tanier, Scotia tanier, tanier Nazca, tanier Južnej Ameriky.Časť dosky okolo dosky Južnej Ameriky sa pohybuje na sever a trochu na východ. Časť platne okolo austrálskej platne sa pohybuje na juh.
Arabský tanierTáto doska obsahuje celú Saudskú Arábiu a veľkú časť Levanty (až po Irak a Sýriu).Eurázijský tanier, africký tanier, indický tanierTáto doska sa pohybuje na severovýchod smerom k doske Eurázie.
Austrálsky tanierTáto doska obsahuje Austráliu a veľkú časť okolitého oceánu. Nová Guinea a severné časti Nového Zélandu sú súčasťou austrálskeho taniera. Oceánska oblasť pozdĺž južnej Ázie až po indickú dosku je tiež súčasťou austrálskej dosky.Antarktická doska, Pacfic tanier, Eurázia tanier, India tanier, Afrika tanier.Táto doska sa pohybuje na severovýchod smerom k doske Eurázie a tichomorskej doske.
Karibský tanierTento tanier je malý. Zahŕňa krajiny centrálneho Karibiku a prebieha pozdĺž severného okraja Južnej Ameriky.Severná Amerika tanier, Južná Amerika tanier, Kokosový tanier.NIE
Kokosový tanierTento tanier je malý. Vedie pozdĺž západného pobrežia Mexika a západných karibských krajín.Platňa Nazca, tichomorská tanier, tanier Severnej Ameriky, karibský tanier.Táto doska sa pohybuje na severovýchod smerom k Karibiku a Severnej Amerike.
Eurázijský tanierTáto doska obsahuje severovýchodnú časť Atlantického oceánu, celú Európu, celé Rusko (okrem jeho najvýchodnejšej časti) a dole juhovýchodnou Áziou vrátane Číny a Indonézie.Severná Amerika, Afrika, Austrália, Arabia, India, Filipínsky tanier.Táto doska sa otáča v smere hodinových ručičiek smerom k tichomorskej doske.
Filipínsky tanierTáto doska obsahuje ostrovy, ktoré tvoria Filipíny, a sever, ktorý zahŕňa časti južného Japonska.Eurázijský tanier, tichomorský tanier.Táto doska sa pohybuje na severozápad smerom k doske Eurázie.
Indický tanierTáto doska obsahuje Indiu a okolitý Indický oceán.Austrálsky tanier, Eurázijský tanier, Africký tanier, Arabský tanier.Táto doska sa pohybuje na sever severovýchod k doske Eurázie.
Tanier Juan de FucaTento tanier je malý. Vedie pozdĺž severozápadného pobrežia USA a južného pobrežia Britskej Kolumbie.Tichomorská doska, Severná Amerika.NIE
Nazca tanierTáto doska je v Tichom oceáne medzi Tichomorskou doskou a Južnou Amerikou.Tanier Južnej Ameriky, Tichomorský tanier, Antarktický tanier, Kokosový tanierTáto doska sa pohybuje priamo na východ k doske Južnej Ameriky.
Severná Amerika tanierTáto doska obsahuje celú Severnú Ameriku, Grónsko, najvýchodnejšiu časť Ruska, severné Japonsko a severozápadnú časť Atlantického oceánu.Eurasijský tanier, tichomorský tanier, africký tanier, karibský tanier, tanier Južnej Ameriky, kokosový tanier, tanier Juan de FucaTáto doska sa otáča proti smeru hodinových ručičiek smerom k tichomorskej doske.
Tichomorský tanierTáto doska tvorí väčšinu Tichého oceánu.Severná Amerika, Austrália, Antarktída, Nazca, Filipínska, Kokosová, Juan de FucaTáto doska sa pohybuje na severozápad smerom k doskám Austrálie, Filipín a Eurázie.
Scotia tanierTento tanier je malý. Tiahne sa od špičky Južnej Ameriky na východ a tvorí bariéru medzi antarktickou doskou a platňou Južnej Ameriky.Antarktická doska, doska Južnej Ameriky.NIE
Tanier Južnej AmerikyTáto doska začína na západnom okraji Južnej Ameriky a tiahne sa na východ do juhozápadnej časti Atlantického oceánu.Africký tanier, tanier Nazca, Scotia tanier, karibský tanier, antarktický tanier, tanier Severnej AmerikyTáto doska sa pohybuje na sever a mierne na západ smerom k karibskej doske a Severnej Amerike.

Atribúty médií

  • Obrázok ( PageIndex {1} ): „Plates tect2 en“ od USGS. Prispôsobil Steven Earle. Verejná doména.
  • Obrázky 10.4.2, 10.4.3, 10.4.5, 10.4.6, 10.4.7, 10.4.8, 10.4.9, 10.4.10, 10.4.11, 10.4.12, 10.4.13, 10.4.14: © Steven Earle. CC BY.
  • Obrázok ( PageIndex {4} ): © Steven Earle. CC BY. Podľa Keary and Vine, 1996, Global Tectonics (2ed), Blackwell Science Ltd., Oxford.