Які факти доводять рух літосферних плит. Збірник завдань для підготовки до ЄДІ
Довгий час в геології переважало судження про сталість положення океанів і материків. Вважалося, що вони утворилися в давнину і з тих пір зберігали становище на планеті. Геологи були впевнені, що літосфера, тобто земна кора, переміщається тільки вертикально, завдяки чому змінюється висота континентів і рівень океану.
В наприкінці XIX століття деякі вчені стали припускати, що сучасні континенти в минулому були єдиним материком. У той час ця теорія не мала доказів і людям складно було уявити дрейф по поверхні Землі величезних ділянок суші.
На початку XX століття теорія дрейфу літосферних плит отримала велику популярність. Суть ідеї полягає в тому, що вся тверда оболонка Землі розділена на блоки. Вони постійно переміщаються на кілька сантиметрів на рік. Ці ділянки називаються плитами літосфери. Існує три види дрейфу плит: зрушення, сходження і розбіжність.
Автором цієї ідеї був німецький геофізик Альфред Вагенер. Думка про можливе переміщення континентів прийшла до нього, коли він помітив схожість берегів Америки і Африки. Дослідження в області палеонтології так само свідчили про присутність в глибокому минулому можливості сухопутного переміщення між Бразилією і Африкою. Вагенер і його прихильники почали пошук доказів теорії літосферних плит.
Першим доказом теорії стала ідентичність берегових ліній материків. Більш яскраво виражена схожість Африки і Південної Америки, менш помітно - обриси Індійського океану. Вагенер висловив припущення, що в давнину існував єдиний величезний материк - Пангея.
Теорія дрейфу плит підтверджується також єдністю рослинного і тваринного світу. Стародавні наземні і прісноводні тварини не були здатні переміщатися на великі відстані. Флора не могла розселитися по материках, якби вони розташовувалися на такому ж великій відстані, як в даний час.
Ще одним доказом дрейфу материків по поверхні Землі стало виявлення слідів дуже великого зледеніння, що сталося приблизно три сотні млн. Років тому. Сліди льодовика знайдені в Південній Америці, Південній Африці, Індії. При цьому положенні континентів складно уявити, що настільки віддалені ділянки захолонуло практично одночасно. Причому знаходяться вони зараз в екваторіальних широтах.
Поряд з послідовниками теорії, існували також і її противники. Початок сумнівів в логіці ідеї руху літосферних плит поклали геофізики. Вагенер і його прихильники так і не змогли пояснити, які сили рухають континенти по поверхні Землі. Припущення, що літосферні плити переміщаються під впливом інерції, викликаної обертанням планети, геофізики відкинули. Цією сили недостатньо, щоб подолати опір магми.
Підтвердження теорії несподівано знайшлося в області палеомагнітних досліджень. З п'ятдесятих років XX століття почалося активне вивчення океанічного дна. Вчені визначили, що розплавлене речовина мантії піднімається по тріщинах, розташованим в серединно-океанічному хребті. Згодом цей процес збільшує площу океану. Витекло речовина при застиганні намагничивается, зберігаючи цей стан на мільйони років. Вивчаючи полярність цих ділянок океану, вчені зрозуміли, що протягом всього існування планети її полюса міняли своє положення. Розглядаючи залишкову намагніченість континентів, вчені помітили, що єдиного напрямку древніх полюсів можна досягти, тільки якщо поєднати всі сучасні материки в єдине ціле.
Відкриття первинної намагніченості гірських порід сприяло відродженню і остаточному підтвердженню теорії дрейфу літосферних плит.
Шановні читачі! Якщо ви виберете ЄДІ в якості випускного або вступного іспиту з біології, то вам необхідно знати і розуміти вимоги, що пред'являються до складання цього іспиту, характер запитань і завдань, що зустрічаються в екзаменаційних роботах. На допомогу абітурієнтам у видавництві ЕКСМО вийде книга «Біологія. Збірник завдань з підготовки до ЄДІ ». Ця книга - тренувальне посібник, саме тому увійшов в неї матеріал перевищує шкільний рівень вимог. Однак тим старшокласникам, які вирішать вступати до вищих навчальні заклади на факультети, де здають біологію, такий підхід буде корисний.
У нашій газеті ми публікуємо тільки завдання частини С до кожного розділу. Вони повністю оновлені і за змістом, і за структурою викладу. Так як це посібник орієнтований на іспити 2009/2010 учбового року, То ми вирішили дати варіанти завдань частини З в значно більшому обсязі, ніж це робилося в попередні роки.
Вам пропонуються приблизні варіанти питан-сов і завдань різного рівня складності з різною кількістю елементів правильної відповіді. Це робиться для того, щоб на іспиті у вас був досить великий вибір можливих правильних відповідей на конкретне питання. Крім того, питання і завдання частини С побудовані так: дається одне питання і елементи правильної відповіді до нього, а потім пропонуються варіанти цього питання для самостійного роздуми. Відповіді на ці варіанти повинні отримати ви самі, застосовуючи як знання, отримані при вивченні матеріалу, так і знання, отримані при прочитанні відповідей на основне питання. Відповідати на всі питання слід письмово.
Значна частина завдань частини С - це завдання в малюнках. Аналогічні їм вже були в екзаменаційних роботах 2008 р даному посібнику їх набір кілька розширено.
Ми сподіваємося, що цей навчальний посібник допоможе старшокласникам не лише підготуватися до іспитів, але і дасть можливість бажаючим засвоїти основи біології за два роки навчання в 10-11-х класах.
Загальна біологія (частина С)
Завдання цієї частини розподілені по розділах: цитологія, генетика, еволюційна теорія, екологія. У кожному з розділів пропонуються завдання всіх рівнів ЄДІ. Така побудова общебиологической частині посібника дозволить вам більш повно і системно підготуватися до здачі іспиту, тому що частина С включає в себе в узагальненому вигляді практично весь матеріал частин А і В.
Завдання групи С1 (підвищений рівень)
На все завдання групи С необхідно давати письмові відповіді з поясненнями.
Питання по цитології
Відповідь на це питання має бути коротким, але точним. Головними в цьому питанні є слова - «рівні організації» і «наукове підгрунтя». Рівень організації - це спосіб і форма існування живих систем. Наприклад, клітинний рівень організації включає клітини. Отже, необхідно з'ясувати те спільне, що дозволило виділити рівні організації. Таким загальним є системність організації живих тіл і їх поступове ускладнення (ієрархія).
Елементи правильної відповіді
Науковими підставами для поділу живих систем на рівні служать наступні положення.
1. Живі системи ускладнюються в міру розвитку: клітина - тканина - організм - популяція - вид і т.д.
2. Кожна більш високо організована жива система включає в себе попередні системи. Тканини складаються з клітин, органи з тканин, організм з органів і т.д.
Дайте відповідь самостійно на наступні питання
Якими загальними властивостями володіють всі рівні організації життя?
Що спільного і відмінного між клітинним та популяцій рівнями життя?
Доведіть, що на клітинному рівні виявляються всі властивості живих систем.
Елементи правильної відповіді
1. До моделі можна застосувати впливу, непридатні до живих тіл.
2. Моделювання дозволяє змінювати будь-які характеристики об'єкта.
Дайте відповідь самостійно
Як би ви пояснили висловлювання І.П. Павлова «Спостереження збирає те, що йому пропонує природа, досвід же бере у природи те, що він хоче»?
Наведіть два приклади використання експериментального методу в цитології.
За допомогою яких методів дослідження можна розділяти різні клітинні структури?
Елементи правильної відповіді
1. Полярність молекули води визначає її здатність розчиняти інші гідрофільні речовини.
2. Здатність молекул води до утворення і розриву водневих зв'язків між ними забезпечує воді теплоємність і теплопровідність, перехід з одного агрегатного стану в інші.
3. Малі розміри молекул забезпечують їх здатність проникати між молекулами інших речовин.
Дайте відповідь самостійно
Що станеться з клітиною, якщо концентрація солей в ній буде вище, ніж поза кліткою?
Чому в фізіологічному розчині клітини не зморщуються і не лопаються від набухання?
Елементи правильної відповіді
1. Вчені з'ясували, що молекула білка має первинну, вторинну, третинну і четвертинних структури.
2. Вчені з'ясували, що молекула білка складається з безлічі різних амінокислот, пов'язаних пептидними зв'язками.
3. Вчені встановили послідовність амінокислотних залишків в молекулі рибонуклеази, тобто її первинну структуру.
Дайте відповідь самостійно
Які хімічні зв'язки беруть участь в утворенні молекули білка?
Які чинники можуть призвести до денатурації білка?
Які особливості будови і функцій ферментів?
У яких процесах проявляються захисні функції білків?
Елементи правильної відповіді
1. Зазначені органічні сполуки виконують будівельну (структурну) функцію.
2. Зазначені органічні сполуки виконують енергетичну функцію.
Дайте відповідь самостійно
Чому їжу, багату целюлозою, призначають для нормалізації роботи кишечника?
У чому полягає будівельна функція вуглеводів?
Елементи правильної відповіді
1. ДНК побудована за принципом подвійної спіралі відповідно до правила комплементарності.
2. ДНК складається з повторюваних елементів - 4 видів нуклеотидів. Різна послідовність нуклеотидів кодує різну інформацію.
3. Молекула ДНК здатна до самовідтворення, а отже, до копіювання інформації та її передачі.
Дайте відповідь самостійно
Які факти доводять індивідуальність ДНК окремої особини?
Що означає поняття «універсальність генетичного коду»; які факти підтверджують цю універсальність?
У чому полягає наукова заслуга Д. Уотсон і Ф. Крик?
Елементи правильної відповіді
1. Відмінності в назви ДНК і РНК пояснюються складом їх нуклеотидів: в нуклеотидах ДНК вуглевод дезоксирибоза, а в РНК - рибоза.
2. Відмінності в назвах видів РНК (інформаційна, транспортна, рибосомальная) пов'язані з виконуваними ними функціями.
Дайте відповідь самостійно
Які дві умови повинні бути постійними, щоб зв'язки між двома комплементарними ланцюгами ДНК не руйнувалися мимовільно?
У чому полягає різниця ДНК і РНК за будовою?
До складу яких ще з'єднань входять нуклеотиди і що ви про них знаєте?
Елементи правильної відповіді
1. Клітинна теорія встановила структурну і функціональну одиницю живого.
2. Клітинна теорія встановила одиницю розмноження і розвитку живого.
3. Клітинна теорія підтвердила спільність будови і походження живих систем.
Дайте відповідь самостійно
Чому, незважаючи на очевидні відмінності в будові і функціях клітин різних тканин, кажуть про єдність клітинної будови живого?
Назвіть основні відкриття в біології, що дозволили сформулювати клітинну теорію.
Елементи правильної відповіді
1. Речовини проникають в клітку шляхом дифузії.
2. Речовини проникають в клітку завдяки активному транспорту.
3. Речовини проникають в клітку шляхом піноцитозу і фагоцитозу.
Дайте відповідь самостійно
Чим відрізняється активний транспорт речовин через клітинну мембрану від пасивного?
Які речовини і як виводяться з клітки?
Елементи правильної відповіді
1. У прокаріотів в клітці відсутній ядро, мітохондрії, апарат Гольджі і ендоплазматична мережа.
2. У прокаріотів немає справжнього статевого розмноження.
Дайте відповідь самостійно
Чому зрілі еритроцити або тромбоцити не відносять до Прокаріотних клітинам, незважаючи на відсутність у них ядер?
Чому віруси не відносять до самостійних організмів?
Чому еукаріотичні організми більш різноманітні за своєю будовою і рівнем складності?
Елементи правильної відповіді
1. За хромосомному набору тварини можна визначити його вид.
2. За хромосомному набору тварини можна визначити його стать.
3. За хромосомному набору тварини можна визначити наявність або відсутність спадкових захворювань.
Дайте відповідь самостійно
У кожній чи клітці багатоклітинного організму існують хромосоми? Відповідь доведіть прикладами.
Як і коли можна побачити хромосоми в клітці?
Елементи правильної відповіді
Структурними елементами комплексу Гольджі є:
1) трубочки;
2) порожнини;
3) бульбашки.
Дайте відповідь самостійно
Яке будова хлоропласта?
Яке будова мітохондрії?
Що повинно міститися в мітохондріях, щоб вони могли синтезувати білки?
Доведіть, що і мітохондрії, і хлоропласти можуть розмножуватися.
Елементи правильної відповіді
Слід зазначити відмінності в:
1) характер обміну речовин;
2) терміни життя;
3) розмноженні.
Дайте відповідь самостійно
Як позначиться на одноклітинному організмі пересадка йому ядра від іншого організму?
Елементи правильної відповіді
1. Наявність подвійної мембрани з характерними ядерними порами, за рахунок чого забезпечується зв'язок ядра з цитоплазмою.
2. Наявність ядерець, в яких синтезується РНК і формуються рибосоми.
3. Наявність хромосом, що є спадковим апаратом клітини і забезпечують поділ ядра.
Дайте відповідь самостійно
Які клітини не містять ядер?
Чому без'ядерні клітини прокаріотів розмножуються, а без'ядерні клітини еукаріот - ні?
Елементи правильної відповіді
1. Більшість клітин схоже по основних елементів будівлі, життєвим властивостям і процесу поділу.
2. Клітини відрізняються один від одного наявністю органоїдів, спеціалізацією по виконуваних функцій, інтенсивністю обміну речовин.
Дайте відповідь самостійно
Наведіть приклади відповідності будови клітини її функції.
Наведіть приклади клітин з різним рівнем інтенсивності обміну речовин.
Елементи правильної відповіді
1. В результаті синтезу утворюються більш складні речовини, ніж вступили в реакцію; реакція йде з поглинанням енергії.
2. При розпаді утворюються більш прості речовини, ніж вступили в реакцію; реакція йде з виділенням енергії.
Дайте відповідь самостійно
Які функції ферментів в реакціях обміну речовин?
Чому в біохімічних реакціях бере участь понад 1000 ферментів?
17. В які види енергії перетворюється світлова енергія при фотосинтезі і де відбувається це перетворення? |
Елементи правильної відповіді
1. Світлова енергія перетворюється в хімічну та теплову енергію.
2. Всі перетворення відбуваються в Тилакоїди гран хлоропластів і в їх матриксі (у рослин); в інших фотосинтезуючих пігментах (у бактерій).
Дайте відповідь самостійно
Що відбувається в світловий фазі фотосинтезу?
Що відбувається в темновой фазі фотосинтезу?
Чому експериментально важко виявити процес дихання рослин в денний час?
Елементи правильної відповіді
1. Код «триплети» означає, що кожна з амінокислот кодується трьома нуклеотидами.
2. Код «однозначний» - кожен триплет (кодон) кодує тільки одну амінокислоту.
3. Код «виродилися» означає, що кожна амінокислота може кодуватися більш ніж одним кодоном.
Дайте відповідь самостійно
Навіщо потрібні «розділові знаки» між генами і чому їх немає всередині генів?
Що означає поняття «універсальність коду ДНК»?
У чому полягає біологічний сенс транскрипції?
Елементи правильної відповіді
1. Прикладами організмів, у яких відбувається чергування поколінь, можуть бути мохи, папороті, медузи і інші.
2. У рослин відбувається зміна гаметофіта і спорофіта. У медуз чергуються стадії поліпа і медузи.
Дайте відповідь самостійно
У чому полягають основні відмінності між митозом і мейозом?
У чому різниця між поняттями «клітинний цикл» і «мітоз»?
Елементи правильної відповіді
1. Ізольовані клітини організму, що живуть в штучному середовищі, називаються клітинною культурою (або культурою клітин).
2. Клітинні культури використовують для отримання антитіл, лікарських речовин, а також для діагностики захворювань.
Елементи правильної відповіді
1. Интерфаза необхідна для запасання речовин і енергії при підготовці до мітозу.
2. В інтерфазі відбувається подвоєння спадкового матеріалу, що згодом забезпечує його рівномірний розподіл по дочірнім клітинам.
Дайте відповідь самостійно
Однакові або різні за своїм генетичним складом гамети, вироблені організмом? Наведіть докази.
Які організми мають еволюційну перевагу - гаплоїдні або диплоїдні? Наведіть докази.
Завдання рівня С2
Елементи правильної відповіді
Помилки допущені в пропозиціях 2, 3, 5.
У реченні 2 зверніть увагу на один з елементів, що не належить до макроелементів.
У реченні 3 один з перерахованих елементів помилково віднесений до мікроелементів.
У реченні 5 помилково вказано елемент, що виконує названу функцію.
2. Знайдіть помилки в наведеному тексті. Вкажіть номери пропозицій, в яких допущені помилки, поясніть їх. 1. Білки - це нерегулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. 2. Залишки мономерів з'єднані між собою пептидними зв'язками. 3. Послідовність мономерів, підтримувана цими зв'язками, формує первинну структуру білкової молекули. 4. Наступна структура - вторинна, підтримується слабкими гідрофобними хімічними зв'язками. 5. Третинна структура білка представляє собою скручену молекулу у вигляді глобули (кулі). 6. Підтримується така структура водневими зв'язками. |
Елементи правильної відповіді
Помилки допущені в пропозиціях 1, 4, 6.
У реченні 1 невірно вказані мономери білкової молекули.
У реченні 4 невірно вказані хімічні зв'язки, що підтримують вторинну структуру білка.
У реченні 6 невірно вказані хімічні зв'язки, що підтримують третинну структуру білка.
Відповідно до сучасної теорії літосферних плит вся літосфера вузькими і активними зонами - глибинними розломами - розділена на окремі блоки, що переміщаються в пластичному шарі верхньої мантії відносно один одного зі швидкістю 2-3 см на рік. Ці блоки називаються плитами літосфери.
Особливість літосферних плит - їх жорсткість і здатність при відсутності зовнішніх впливів тривалий час зберігати незмінними форму і будову.
Плити літосфери рухливі. Їх переміщення по поверхні астеносфери відбувається під впливом конвективних течій в мантії. Окремі плити літосфери можуть розходитися, зближатися або ковзати один щодо одного. У першому випадку між плитами виникають зони розтягування з тріщинами уздовж кордонів плит, у другому - зони стиснення, супроводжувані надвиганием однієї плити на іншу (насування - обдукція; поддвіганіе - субдукция), в третьому - зсувні зони - розломи, уздовж яких відбувається ковзання сусідніх плит .
У місцях сходження континентальних плит відбувається їх зіткнення, утворюються гірські пояси. Так виникла, наприклад, на кордоні Євразійської і Індо-Австралійської плити гірська система Гімалаїв (рис. 1).
Мал. 1. Зіткнення континентальних літосферних плит
При взаємодії континентальної і океанічної плит, плита з океанічною земною корою підсувається під плиту з континентальної земною корою (рис. 2).
Мал. 2. Зіткнення континентальної і океанічної літосферних плит
В результаті зіткнення континентальної і океанічної літосферних плит утворюються глибоководні жолоби і острівні дуги.
Розбіжність літосферних плит і утворення в результаті цього земної кори океанічного типу показано на рис. 3.
Для осьових зон серединно-океанічних хребтів характерні рифт (Від англ. rift - ущелина, тріщина, розлом) - велика лінійна тектонічна структура земної кори протяжністю в сотні, тисячі, шириною в десятки, а іноді і сотні кілометрів, що утворилася головним чином при горизонтальному розтягуванні кори (рис. 4). Дуже великі рифти називаються рифтовими поясами, зонами або системами.
Так як плита літосфери є єдиною пластину, то кожен її розлам - це джерело сейсмічної активності і вулканізму. Ці джерела зосереджені в межах порівняно вузьких зон, вздовж яких відбуваються взаємні переміщення і тертя суміжних плит. Ці зони одержали назву сейсмічних поясів. Рифи, серединно-океанічні хребти і глибоководні жолоби є рухомими областями Землі і розташовуються на межах літосферних плит. Це свідчить про те, що процес формування земної кори в цих зонах в даний час відбувається дуже інтенсивно.
Мал. 3. Розбіжність літосферних плит в зоні серед нно-океанічного хребта
Мал. 4. Схема освіти рифту
Найбільше розломів літосферних плит на дні океанів, де земна кора тонша, проте зустрічаються вони і на суші. Найбільший розлом на суші розташовується на сході Африки. Він простягнувся на 4000 км. Ширина цього розлому - 80-120 км.
В даний час можна виділити сім найбільш великих плит (рис. 5). З них найбільша за площею - Тихоокеанська, яка цілком складається з океанічної літосфери. Як правило, до великих відносять і плиту Наска, яка в кілька разів менше за розмірами, ніж кожна з семи найбільших. При цьому вчені припускають, що насправді плита Наска набагато більшого розміру, ніж ми бачимо її на карті (див. Рис. 5), так як значна частина її пішла під сусідні плити. Ця плита також складається тільки з океанічної літосфери.
Мал. 5. Літосферні плити Землі
Прикладом плити, яка включає як материкову, так і океанічну літосферу, може служити, наприклад, Індо-Авст- ралійская плита літосфери. Майже цілком складається з материкової літосфери Аравійська плита.
Теорія літосферних плит має важливе значення. Перш за все, вона може пояснити, чому в одних місцях Землі розташовані гори, а в інших - рівнини. За допомогою теорії літосферних плит можна пояснити і спрогнозувати катастрофічні явища, що відбуваються на кордонах плит.
Мал. 6. Обриси материків дійсно видаються сумісними
Теорія дрейфу материків
Теорія літосферних плит бере свій початок з теорії дрейфу материків. Ще в XIX в. багато географи відзначали, що при погляді на карту можна помітити, що берега Африки і Південної Америки при зближенні здаються сумісними (рис. 6).
Поява гіпотези руху материків пов'язують з ім'ям німецького вченого Альфреда Вегенера (1880-1930) (рис. 7), який найбільш повно розробив цю ідею.
Вегенер писав: «У 1910 р мені вперше прийшла в голову думка про переміщення материків ..., коли я був вражений схожістю обрисів берегів по обидва боки Атлантичного океану». Він припустив, що в ранньому палеозої на Землі існували два великих материка - Лавразия і Гондвана.
Лавразия - це був північний материк, який включав території сучасної Європи, Азії без Індії та Північної Америки. південний материк - Гондвана об'єднував сучасні території Південної Америки, Африки, Антарктиди, Австралії та Індії.
Між Гондваною і Лавразию знаходиться перший морс - Тетіс, як величезну затоку. Інший простір Землі було зайнято океаном Панталасса.
Близько 200 млн років тому Гондвана і Лавразия були об'єднані в єдиний континент - Пангею (Пан - загальний, Ге - земля) (рис. 8).
Мал. 8. Існування єдиного материка Пангеї (біле - суша, точки - неглибоке море)
Приблизно 180 млн років тому материк Пангея знову почав розділятися на складові частини, які перемішалися але поверхні нашої планети. Поділ відбувалося наступним чином: спочатку знову з'явилися Лавразия і Гондвана, потім розділилася Лавразия, а потім розкололася і Гондвана. За рахунок розколу і розбіжності частин Пангеї утворилися океани. Молодими океанами можна вважати Атлантичний і Індійський; старим - Тихий. Північний Льодовитий океан відокремився при збільшенні суші в Північній півкулі.
Мал. 9. Розташування та напрямки дрейфу континентів в крейдяний період 180 млн років тому
А. Вегенер знайшов багато підтверджень існування єдиного материка Землі. Особливо переконливим здалося йому існування в Африці і в Південній Америці залишків стародавніх тварин - лістозавров. Це були плазуни, схожі на невеликих гіпопотамів, що жили тільки в прісноводних водоймах. Значить, проплисти величезні відстані по солоній морській воді вони не могли. Аналогічні докази він знайшов і в рослинному світі.
Інтерес до гіпотезі руху материків в 30-ті роки XX ст. дещо знизився, але в 60-ті роки відродився знову, коли в результаті досліджень рельєфу і геології океанічного дна були отримані дані, що свідчать про процеси розширення (спрединга) океанічної кори і «піднирювання» одних частин кори під інші (субдукції).
тектоніка плит (plate tectonics) - сучасна геодинамическая концепція, заснована на положенні про великомасштабні горизонтальних переміщеннях щодо цілісних фрагментів літосфери (літосферних плит). Таким чином, тектоніка плит розглядає руху і взаємодії літосферних плит.
Вперше припущення про горизонтальному русі блоків кори було висловлено Альфредом Вегенером в 1920-х роках в рамках гіпотези «дрейфу континентів», але підтримки ця гіпотеза в той час не отримала. Лише в 1960-х роках дослідження дна океанів дали незаперечні докази горизонтальних русі плит і процесів розширення океанів за рахунок формування (спрединга) океанічної кори. Відродження ідей про переважну роль горизонтальних рухів відбулося в рамках «мобілістіческого» напряму, розвиток якого і спричинило розробку сучасної теорії тектоніки плит. Основні положення тектоніки плит сформульовані в 1967-68 групою американських геофізиків - У. Дж. Морганом, К. Ле Пишона, Дж. Олівером, Дж. Айзексом, Л. Сайксом в розвиток більш ранніх (1961-62) ідей американських вчених Г. Хесса і Р. Дігца про розширення (спрединге) ложа океанів
Основні положення тектоніки плит
Основні положення тектоніки плит можна звести до декільком основним
1. Верхня кам'яна частина планети розділена на дві оболонки, що істотно розрізняються по реологическим властивостями: жорстку і тендітну літосферу і подстилающую її пластичну і рухливу астеносферу.
2. Літосфера розділена по плити, постійно рухаються по поверхні пластичної астеносфери. Літосфера ділиться на 8 великих плит, десятки середніх плит і безліч дрібних. Між великими і середніми плитами розташовуються пояси, складені мозаїкою дрібних корови плит.
Межі плит є областями сейсмічної, тектонічної і магматичної активності; внутрішні області плит слабо сейсмічні і характеризуються слабкою прояви ендогенних процесів.
Більше 90% поверхні Землі припадає на 8 великих літосферних плит:
Австралійська плита,
Антарктична плита,
Африканська плита,
Євразійська плита,
Індостанська плита,
Тихоокеанська плита,
Північно-Американська плита,
Південно-Американська плита.
Середні плити: Аравійська (субконтинент), Карибська, Філіппінська, Наска і Кокос і Хуан де Фука і ін ..
Деякі плити літосфери складені виключно океанічної корою (наприклад, Тихоокеанська плита), інші включають фрагменти і океанічної і континентальної кори.
3. Розрізняють три типи відносних переміщень плит: розбіжність (дивергенція), сходження (конвергенція) і зсувні переміщення.
Відповідно, виділяються і три типи основних меж плит.
дівергентние кордону - межі, уздовж яких відбувається розсування плит.
Процеси горизонтального розтягування літосфери називають рифтогенезом. Ці кордони приурочені до континентальних рифтам і серединно-океанічних хребтах в океанічних басейнах.
Термін «рифт» (від англ. Rift - розрив, тріщина, щілина) застосовується до великих лінійним структурам глибинного походження, утвореним в ході розтягування земної кори. У плані будови вони представляють собою грабенообразниє структури.
Закладатися рифти можуть і на континентальній, і на океанічної корі, утворюючи єдину глобальну систему, орієнтовану щодо осі геоїда. При цьому еволюція континентальних Рифт може привести до розриву суцільності континентальної кори і перетворенню цього рифту в рифт океанічний (якщо розширення рифту припиняється до стадії розриву континентальної кори, він заповнюється опадами, перетворюючись в авлакоген).
Процес розсування плит в зонах океанських Рифт (серединно-океанічних хребтів) супроводжується утворенням нової океанічної кори за рахунок магматичних базальтових розплав надходять з астеносфери. Такий процес утворення нової океанічної кори за рахунок надходження мантійних речовини називається спрединг(Від англ. Spread - розстеляти, розгортати).
Будова серединно-океанічного хребта
В ході спрединга кожен імпульс розтягування супроводжується надходженням нової порції мантійних розплавів, які, застигаючи, нарощують краю розходяться від осі СОХ плит.
Саме в цих зонах відбувається формування молодої океанічної кори.
конвергентні кордону - межі, уздовж яких відбувається зіткнення плит. Головних варіантів взаємодії при зіткненні може бути три: «океанічна - океанічна», «океанічна - континентальна» і «континентальна - континентальна» літосфера. Залежно від характеру стикаються плит, може протікати кілька різних процесів.
субдукції - процес поддвига океанської плити під континентальну або іншу океанічну. Зони субдукції приурочені до осьовим частинам глибоководних жолобів, сполучених з острівними дугами (які є елементами активних околиць). На субдукціонним кордону припадає близько 80% протяжності всіх конвергентних кордонів.
При зіткненні континентальної і океанічної плит природним явищем є поддвига океанічної (важчій) під край континентальної; при зіткненні двох океанічних занурюється давніша (тобто більш остившая і щільна) з них.
Зони субдукції мають характерну будову: їх типовими елементами служать глибоководний жолоб - вулканічна острівна дуга - задугових басейн. Глибоководний жолоб утворюється в зоні вигину і поддвига субдуцірует плити. У міру занурення ця плита починає втрачати воду (що знаходиться в достатку в складі опадів і мінералів), остання, як відомо, значно знижує температуру плавлення порід, що призводить до утворення вогнищ плавлення, що живлять вулкани острівних дуг. В тилу вулканічної дуги зазвичай відбувається деяке розтягнення, що визначає освіту задугових басейну. У зоні задугових басейну розтягнення може бути настільки значним, що призводить до розриву кори плити і розкриття басейну з океанічною корою (так званий процес задугових спрединга).
Занурення субдуцірует плити в мантію трасується вогнищами землетрусів, що виникають на контакті плит і всередині субдуцірует плити (холоднішою і внаслідок цього більш крихкою, ніж навколишні мантійні породи). Ця сейсмофокальной зона отримала назву зона Беньофа-Заварицкого.
У зонах субдукції починається процес формування нової континентальної кори.
Значно більш рідкісним процесом взаємодії континентальної і океанської плит служить процес обдукція - насування частини океанічної літосфери на край континентальної плити. Слід підкреслити, що в ході цього процесу відбувається розшарування океанської плити, і насувається лише її верхня частина - кора і кілька кілометрів верхньої мантії.
При зіткненні континентальних плит, кора яких легша, ніж речовина мантії, і внаслідок цього не здатна в неї зануритися, протікає процес колізії. В ході колізії краю стикаються континентальних плит дробляться, мнуть, формуються системи великих насувів, що призводить до зростання гірських споруд зі складним тваринний надвіговим будовою. класичним прикладом такого процесу служить зіткнення Індостанської плити з Євразійською, що супроводжується зростанням грандіозних гірських систем Гімалаїв і Тибету.
Модель процесу колізії
Процес колізії змінює процес субдукції, завершуючи закриття океанічного басейну. При цьому на початку колізійного процесу, коли краю континентів вже зблизилися, колізія поєднується з процесом субдукції (триває занурення під край континенту залишків океанічної кори).
Для колізійних процесів типові масштабний регіональний метаморфізм і інтрузивний гранітоїдная магматизм. Ці процеси призводять до створення нової континентальної кори (з її типовим гранито-гнейсовой шаром).
Трансформаційний кордону - межі, уздовж яких відбуваються зсувні зміщення плит.
Межі літосферних плит Землі
1 – дівергентние кордону ( а -серединно-океанські хребти, б -континентальні Рифт); 2 – трансформаційний кордону; 3 – конвергентні кордону ( а -островодужние, б -активні континентальні околиці, в -колізійні); 4 – напрямку і швидкості (см / рік) руху плит.
4. Обсяг поглиненої в зонах субдукції океанської кори дорівнює обсягу кори, що виникає в зонах спрединга. Це положенні підкреслює думку про сталість обсягу Землі. Але така думка не є єдиним і остаточно доведеним. Не виключено, що обсяг плани змінюється Пульсаційні, або відбувається зменшення його зменшення за рахунок охолодження.
5. Основною причиною руху плит служить мантийная конвекція , Обумовлена \u200b\u200bмантійними теплогравітаціоннимі течіями.
Джерелом енергії для цих течій служить різниця температури центральних областей Землі і температури блізповерхностних її частин. При цьому основна частина ендогенного тепла виділяється на кордоні ядра і мантії в ході процесу глибинної диференціації, що визначає розпад первинного хондрітових речовини, в ході якого металева частина спрямовується до центру, нарощуючи ядро \u200b\u200bпланети, а силікатна частина концентруються в мантії, де далі піддається диференціації.
Нагріті в центральних зонах Землі породи розширюються, щільність їх зменшується, і вони спливають, поступаючись місцем опускається більш холодними і тому більш важким масам, вже віддали частину тепла в блізповерхностних зонах. Цей процес перенесення тепла йде безперервно, в результаті чого виникають впорядковані замкнуті конвективні осередки. При цьому у верхній частині осередку протягом речовини відбувається майже в горизонтальній площині, і саме ця частина течії визначає горизонтальне переміщення речовини астеносфери і розташованих на ній плит. В цілому, висхідні гілки конвективних комірок розташовуються під зонами дівергентних кордонів (СОХ і континентальними Рифт), спадні - під зонами конвергентних кордонів.
Таким чином, основна причина руху літосферних плит - «волочіння» конвективними течіями.
Крім того, на плити діють ще радий факторів. Зокрема, поверхню астеносфери виявляється дещо піднятою над зонами висхідних гілок і більш опущеною в зонах занурення, що визначає гравітаційне «зісковзування» плит літосфери, що знаходиться на похилій пластичної поверхні. Додатково діють процеси затягування важкої холодної океанської літосфери в зонах субдукції в гарячу, і як наслідок менш щільну, астеносферу, а також гідравлічного расклинивания базальтами в зонах СОХ.
Малюнок - Сили, що діють на літосферні плити.
До підошві внутріплітового частин літосфери прикладені головні рушійні сили тектоніки плит - сили мантійного "волочіння" (англ. Drag) FDO під океанами і FDC під континентами, величина яких залежить в першу чергу від швидкості астеносферних течії, а остання визначається в'язкістю і потужністю астеносферних шару. Так як під континентами потужність астеносфери значно менше, а в'язкість значно більше, ніж під океанами, величина сили FDCмайже на порядок поступається величиною FDO. Під континентами, особливо їх древніми частинами (материковими щитами), астеносфера майже виклінівается, тому континенти як би виявляються "сидять на мілині". Оскільки більшість літосферних плит сучасної Землі включають в себе як океанську, так і континентальну частини, слід очікувати, що присутність у складі плити континенту в загальному випадку має "гальмувати" рух всієї плити. Так воно і відбувається в дійсності (швидше за все рухаються майже чисто океанські плити Тихоокеанська, Кокос і Наска; найповільніше - Євразійська, Північно-Американська, Південно-Американська, Антарктична і Африканська, значну частину площі яких займають континенти). Нарешті, на конвергентних межах плит, де важкі і холодні краї літосферних плит (слябів) занурюються в мантію, їх негативна плавучість створює силу FNB(Індекс в позначенні сили - від англійського negative buoyance). Дія останньої призводить до того, що субдуцірует частина плити тоне в астеносфері і тягне за собою всю плиту, збільшуючи тим самим швидкість її руху. Очевидно, сила FNBдіє епізодично і лише в певних геодинамічних обстановках, наприклад у випадках описаного вище обвалення слябів через розділ 670 км.
Таким чином, механізми, що приводять в рух літосферні плити, можуть бути умовно віднесені до таких двох груп: 1) пов'язані з силами мантійного "волочіння" ( mantle drag mechanism), Прикладеними до будь-яких точках підошви плит, на рис. 2.5.5 - сили FDOі FDC; 2) пов'язані з силами, прикладеними до країв плит ( edge-force mechanism), На малюнку - сили FRPі FNB. Роль того чи іншого рушійного механізму, а також тих чи інших сил оцінюється індивідуально для кожної плит літосфери.
Сукупність цих процесів відображає загальний геодинамічний процес, що охоплюють області від поверхневих до глибинних зон Землі.
Мантійна конвекція і геодинамічні процеси
В даний час в мантії Землі розвивається двух'ячейковая мантийная конвекція з закритими осередками (відповідно до моделі сквозьмантійной конвекції) або роздільна конвекція у верхній і нижній мантії з накопиченням слябів під зонами субдукції (згідно двох'ярусної моделі). Ймовірні полюси підйому мантійного речовини розташовані в північно-східній Африці (приблизно під зоною зчленування Африканської, Сомалі і Аравійської плит) і в районі острова Пасхи (під серединним хребтом Тихого океану - Східно-Тихоокеанським підняттям).
Екватор опускання мантійного речовини проходить приблизно по безперервного ланцюга конвергентних кордонів плит по периферії Тихого і східній частині Індійського океанів.
Сучасний режим мантійної конвекції, що почався приблизно 200 млн. Років назад розпадом Пангеї і породив сучасні океани, в майбутньому зміниться на одноячейковий режим (за моделлю сквозьмантійной конвекції) або (по альтернативної моделі) Конвекція стане сквозьмантійной за рахунок обвалення слябів через розділ 670 км. Це, можливо, призведе до зіткнення материків і формування нового суперконтиненту, п'ятого за рахунком в історії Землі.
6. Переміщення плит підпадають під дію законів сферичної геометрії і можуть бути описані на основі теореми Ейлера. Теорема обертання Ейлера стверджує, що будь-який обертання тривимірного простору має вісь. Таким чином, обертання може бути описана трьома параметрами: координати осі обертання (наприклад, її широта і довгота) і кут повороту. На підставі цього положення може бути реконструйовано положення континентів в минулі геологічні епохи. Аналіз переміщень континентів привів до висновку, що кожні 400-600 млн. Років вони об'єднуються в єдиний суперконтинент, що піддається надалі розпаду. В результаті розколу такого суперконтиненту Пангеї, що сталося 200-150 млн. Років тому, і утворилися сучасні континенти.
Деякі докази реальності механізму тектоніки літосферних плит
Удревненіе віку океанічної кори в міру віддалення від осей спрединга (Див. Рисунок). У цьому ж напрямку відзначається наростання потужності і стратиграфической повноти осадового шару.
Малюнок - Карта віку порід океанічного дна Північної Атлантики (по У. Пітмену і М. Тальвані, 1972). різним кольором виділені ділянки океанського дна різних вікових інтервалів; цифрами вказано вік в мільйонах років.
Геофізичні дані.
Малюнок - Томографічний профіль через Еллінський жолоб, острів Крит і Егейське море. Сірі гуртки - гіпоцентри землетрусів. Синім кольором показана пластина занурюється холодної мантії, червоним - гаряча мантія (за даними В. Спекмена, 1989)
Залишки величезної плити Фаралон, зниклої в зоні субдукції під Північною і Південною Америками, що фіксуються у вигляді слейбов «холодної» мантії (розріз поперек Сівши. Америки, по S-хвилях). За Grand, Van der Hilst, Widiyantoro, 1997, GSA Today, v. 7, No. 4, 1-7
Лінійні магнітні аномалії в океанах були виявлені в 50-х роках при геофізичному вивченні Тихого океану. Це відкриття дозволило в 1968 році Хессу і Діцу сформулювати теорію спрединга океанічного дна, яка виросла в теорію тектоніки плит. Вони стали одним з найбільш вагомих доказів правильності теорії.
Малюнок - Освіта смугових магнітних аномалій при спрединге.
Причиною походження смугових магнітних аномалій є процес народження океанічної кори в зонах спрединга серединно-океанічних хребтів, що вилилися базальти при охолодженні нижче точки Кюрі в магнітному полі Землі, набувають залишкову намагніченість. Напрямок намагніченості збігається з напрямом магнітного поля Землі, проте внаслідок періодичних інверсій магнітного поля Землі ізлівшіеся базальти утворюють смуги з різним напрямком намагніченості: прямим (збігається з сучасним напрямком магнітного поля) і зворотним.
Малюнок - Схема освіти смуговий структури магнітоактивного шару і магнітних аномалій океану (модель Вайна - Метьюз).
Є два типи літосфери. Океанічна літосфера має океанічну кору товщиною близько 6 км. Вона в основному покрита морем. Материкову літосферу покриває материкова кора товщиною від 35 до 70 км. Здебільшого ця кора виступає над, утворюючи сушу.
плити
Гірські породи і мінерали
рухомі плити
Плити земної кори постійно переміщаються в різних напрямках, хоча і дуже повільно. Середня швидкість їх руху дорівнює 5 см в рік. Приблизно з такою ж швидкістю ростуть ваші нігті. Оскільки всі плити щільно прилягають один до одного, рух будь-який з них діє на навколишні плити, змушуючи і їх поступово переміщатися. Плити можуть переміщатися по-різному, що можна бачити на їхніх кордонах, але причини, що викликають рух плит, вченим поки невідомі. Мабуть, цей процес може не мати ні початку, ні кінця. Проте деякі теорії стверджують, один тип руху плит може бути, так би мовити, «первинним», а від нього вже приходять в рух всі інші плити.
Один з типів руху плит - це «подниріваніе» однієї плити під іншу. Деякі ученью вважають, що саме цей тип руху викликає всі інші переміщення плит. На деяких межах розплавлена \u200b\u200bпорода, пробиваючись на поверхню між двома плитами, твердне за їх краях, розштовхуючи ці плити. Цей процес теж може викликати переміщення всіх інших плит. Вважається також, що, крім первинного поштовху, рух плит стимулюють гігантські теплові потоки, що циркулюють в мантії (див. Статтю ««).
дрейфують материки
Вчені вважають, що з часу утворення первинної земної кори рух плит змінювало положення, обриси і розміри материків і океанів. Цей процес назвали тектоникой плит. Наводяться різні докази цієї теорії. Наприклад, обриси таких материків, як Південна Америка і Африка, виглядають так, ніби вони колись складали єдине ціле. Виявилося і безсумнівну подібність в будові і вік гірських порід, що складають древні гірські ланцюги на обох материках.
1. На думку вчених, масиви суші, нині утворюють Південну Америку та Африку, понад 200 млн. Років тому були з'єднані один з одним.
2. Мабуть, дно Атлантичного океану поступово розширювалася, коли на кордонах плит формувалася нова порода.
3. Зараз Південна Америка і Африка віддаляються один від одного зі швидкістю близько 3,5 см в рік через рух плит.
