ГЕОДИНАМИКА Е. В. АРТЮШКОВ 1 9 7 9 АКАДЕМИЯ НАУК СССР
advertisement
АКАДЕМИЯ НАУК СССР ОРДЕНА ЛЕНИНА ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ЗЕМЛИ им. О.Ю.ШМИДТА Е. В. АРТЮШКОВ ГЕОДИНАМИКА ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА» : МОСКВА 1979 УДК 551.2/.3 А р т ю ш к о в Ε. В. Геодинамика. М., «Наука», 1979 г. Монография посвящена изложению современных представлений о природе крупномасштабных движений земной коры и мантии. Подробно проанализированы различные данные о деформационных свойствах верхних оболочек Земли и исследованы основные зако­ номерности осуществления изостатического равновесия. Рассмо­ трены глубинные процессы, создающие течения в мантии, взаимо­ действие этих течений с литосферой и происхождение вертикаль­ ных движений земной коры. Специальное внимание уделено напряжениям в литосферном слое, создаваемым различными механизмами, и оценке относи­ тельной роли этих механизмов. Рассмотрены методы расчета рас­ пределения напряжений в пространстве, а также их связь с типичными структурами коры и мантии. Показано, как под влияни­ ем этих напряжений возникают различные виды тектонических движений, в том числе крупные горизонтальные перемещения литосферных плит. Проанализирована природа больших нарушений изостатического равновесия в тектонически активных областях. Илл. 67, библ. 394 назв. Ответственный редактор член-корреспондент АН СССР В. А. Магницкий © Издательство «Наука», 1979 г. ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие От автора 3 7 I ЛИТОСФЕРА И АСТЕНОСФЕРА I.1. I.1.А. I.1.Б. I.1.В. I.2. I.2.А. I.2.Б. I.2.В. I.2.Г. I.2.Д. I.2.Е. I.3. I.3.А. I.3.Б. Некоторые данные о вязкости верхних слоев Земли . . . . Изостатическая компенсация. Понятия астеносферы и лито­ сферы Диффузионная вязкость Вязкость по граням зерен Деформационные свойства коры и мантии под Фенноскандией и Канадой Влияние распределения вязкости мантии с глубиной на фор­ му изостатических движений Послеледниковые изостатические поднятия Астеносферный слой под Фенноскандией Соотношение вязкости в астеносфере н в более глубоких слоях верхней мантии Литосферный слой под Фенноскандией Вязкость мантии под Канадой 11 12 13 16 17 17 20 24 28 30 32 36 36 I.3.B. Горизонтальные вариации свойств астеносферного слоя Распространение упругих волн в области астеносферы . . . Температура мантии в областях распространения слоя пони­ женных скоростей Горизонтальные вариации вязкости в астеносфере I.4. I.4.А. I.4.Б. I.4.В. Мощность Мощность Мощность Мощность литосферы литосферы в платформенных областях литосферы в океанических областях литосферы в тектонически активных областях 45 45 48 51 I.5. I.5.А. Вязкость литосферы Вязкость литосферы в стабильных областях на континентах по отношению к горизонтальным и вертикальным деформа­ циям Вязкость океанических частей литосферных плит 57 I.5.Б. 40 43 57 61 II УСТАНОВЛЕНИЕ ИЗОСТАТИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ II.2.1. II.2. II.2.А. II.2.Б. Уравнение изостатических движений Расчеты послеледниковых поднятий, связанных с перетека­ нием вещества в астеносфере Поднятие Фенноскандии Поднятие Канады II.3. Скорость восстановления изостазии и расположение аномаль­ ных масс, создающих изостатические аномалии II.3.А. Зависимость скорости изостатических движений от размера области нескомпенсированной нагрузки II.З.Б. Расположение крупных плотностных неоднородностей в коре и мантии II.4. II.4.A. II.4.Б. II.4.В. Гляциоизостатические движения в приледниковых областях и их последствия Деформации коры при наступании и отступании ледниковых щитов и происхождение перигляциальных отложений Расположение четвертичных приледниковых водоемов на за­ паде Русской равнины Четвертичные оледенения и трансгрессии в Сибири и на се­ вере Русской равнины 63 68 68 73 77 77 79 84 84 86 87 III ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ФОРМА ДВИЖЕНИЙ В ГЛУБОКИХ НЕДРАХ ЗЕМЛИ III.1. Современные представления о движениях земной коры и об их механизмах III.1.А. Горизонтальные движения III.1.Б. Вертикальные движения III.2. III.2.А. III.2.Б. III.2.В. III.3. III.3.A. Дифференциация по плотности на границе ядра и мантии Образование ядра как результат дифференциации по плот­ ности первичного вещества Земли Основные свойства земного ядра Плавление вещества ядра в нижней мантии и дифференциация по плотности на границе ядро-мантия Конвекция в нижней мантии Перераспределение вещества в недрах Земли и эволюция ее строения III.3.Б. Выделение энергии во внешнем ядре и происхождение гео­ магнитного поля III.3.B. Выделение энергии в нижней мантии III.3.Г. Влияние распределения плотности в нижней мантии на форму конвективных течений III.3.Д. Подъем легкого материала по каналам в неоднородной ниж­ ней мантии 92 92 98 102 102 103 104 110 110 113 114 115 117 III.3.E. Форма движений в нижней мантии по данным геотектоники и сейсмологии III.З.Ж. Некоторые другие схемы химической конвекции III.3.3. Движение легкого материала вдоль границы ядро-мантия. III.4. Конвекция в верхней мантии и неоднородности ее строения. III.4.A. Дифференциация легкого материала в верхней мантии. III.4.Б. Подъем легкого материала в верхней мантии и неоднородно­ сти астеносферы III.4.B. Движения в астеносфере, возникающие в результате диффе­ ренциации III.4.Г. Роль тепловой конвекции III.4.Д. Развитие конвекции во времени 121 123 124 127 127 128 132 134 137 IV ПРИРОДА ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ IV.1. Взаимодействие легкого материала с неоднородностями мощ­ ности литосферы IV.1.A. Аномальная мантия в верхних слоях Земли IV.1.Б. Движение легкого материала вдоль подошвы литосферы. IV. I.В. Эволюция неоднородностей мощности литосферы и взаимо­ действие с ними потока легкого материала IV.2. IV.2.А. IV.2.B. IV.2.B. IV.2.Г. IV.2.Д. IV.3. IV.3.A. IV.3.B. IV.3.B. IV.З.Г. IV.4. IV.4.A. IV.4.Б. IV.4.B. IV.5. IV.5.A. IV.5.Б. Восходящие движения Щиты платформ Области тектонической активизации Горные сооружения Альпийского геосинклинального пояса Евразии Островные дуги Срединно-океанические хребты 141 141 143 149 150 150 153 158 162 163 Осадочные бассейны в платформенных областях 165 Плотностные изменения в коре и мантии при образовании осадочного бассейна на месте кристаллического щита .................. 165 Глубина осадочного бассейна 166 Погружение коры при уплотнении мантии в ловушке под щитом 169 Погружение при уплотнении в базальтовом слое коры . 169 Внутренние моря и пассивные окраины океанов 173 Разрушение базальтового слоя под осадочными бассейнами на платформах при контакте с аномальной мантией 173 Образование внутренних морей как результат эклогитизации базальтового слоя 176 Погружения коры на пассивных океанических окраинах........ 181 Унаследованность вертикальных движений и изостатическая компенсация 185 Природа унаследованного характера вертикальных движе­ ний земной коры 185 Расположение аномальных масс, компенсирующих рельеф........ 187 V ПРИРОДА БОЛЬШИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ЛИТОСФЕРЕ И ЕЕ РАВНОВЕСНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ V.1. V.2.Г. Напряжения, обусловленные неоднородностями мощности коры и слоя аномальной мантии Большие напряжения в литосфере как движущая сила текто­ нических движений Физическая природа напряжений, связанных с неоднородно­ стями мощности коры и аномальной мантин Напряжения в слое переменной толщины и постоянной плот­ ности, плавающем на невязкой жидкости Напряжения в литосфере, плавающей на астеносфере....... V.2. V.2.A. V.2.Б. Конвекция в мантии и гравитационное сползание Вязкое трение между литосферой н астеносферой Гравитационное сползание 202 202 204 V.3. V.3.A. V.3.Б. 207 207 V.3.В. V.3.Г. Погружение в мантию плит океанической литосферы ................ Погружение плиты в аномальную мантию Взаимодействие погружающейся плиты с окружающей ман­ тией Причина наклонного погружения плит Сила тяги, развиваемая погружающимися плитами V.4. V.4.A. V.4.Б. V.4.B. Отклонения земной коры от изостазии 222 Физическая природа нарушений изостазии 222 Равновесие вязкого слоя, плавающего на невязкой жидкости 225 Равновесие литосферного слоя с постоянной вязкостью................. 230 V.1.A. V.1.Б. V.1.В. V.II. 190 190 192 194 198 211 215 220 Приложение. Равновесное положение литосферы Земли............. 234 VI ПРОИСХОЖДЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ ЛИТОСФЕРЫ И СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ VI.1. VI.1.А. VI.1.Б. VI.1.В. VI.1.Г. Большие горизонтальные перемещения литосферных плит Сила, действующая в океанической литосфере Разрастание дна океана и дрейф континентов Землетрясения на активных окраинах Происхождение силы, действующей на океанические котлови­ ны со стороны срединных хребтов VI.2. Напряжения, деформации и землетрясения в континенталь­ ных областях Континентальные платформы Поднятия, характеризующиеся растягивающими напряже­ ниями Рифтогенез Образование краевых морей Области сжатия литосферы 260 265 268 272 Соотношения между вертикальными и горизонтальными дви­ жениями 279 VI.2.А. VI.2.Б. VI.2.B. VI.2.Г. VI.2.Д. VI.3. 242 242 248 253 255 253 258 VI.3.А. VI.3.Б. VI.3.В. Правомерность введения понятия «литосферная плита» . . . Образование горных сооружений и деформации сжатия лито­ сферы Сжатие литосферы и пододвигание континентальных плит литосферы 279 280 283 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ГЛОБАЛЬНАЯ СХЕМА ТЕКТОГЕНЕЗА VII.1. VII.2. VII.3. Движения в мантии Земли Вертикальные движения литосферы Горизонтальные движения литосферы 288 291 294 Литература 300 Предметный указатель 314
