Ендогенні процеси земної кори

Ендогенні геологічні процеси. Тектонічні рухи. Землетруси

Тема 5.

У залежності від джерела енергії, умов і особливостей здійснення всі геологічні процеси поділяють на дві великі групи – ендогенні й екзогенні. Ендогенні відбуваються усередині Землі, а екзогенні поблизу її поверхні за рахунок енергії сонячного випромінювання.

Розподіл цей певною мірою умовний, оскільки ці групи процесів пов’язані між собою. Вони зумовлюють один одного і відбивають розмаїтість, складність та єдність сил, що діють на Землі. Ця органічна єдність складає сутність процесу саморозвитку земної кулі – геологічної форми руху матерії.

Ендогенні процеси – різні форми рухів у земній корі, магматизм і метаморфізм – є наслідком взаємодії внутрішніх оболонок Землі. Вони зароджуються в надрах планети і тому здійснюються в умовах підвищеного тиску і температури.

Усі ендогенні процеси взаємозалежні. Так, тектонічні рухи є головною причиною, що викликає і метаморфізм гірських порід і магматичні явища.

Існують різні гіпотези, що пояснюють причини еволюції Землі. Їх поділяють на фіксистські і мобілистські. Перші, як вже згадувалося у вступі, пояснюють розвиток Землі, не залучаючи до цього уявлення про горизонтальне переміщення материкових блоків літосфери (гіпотези контракційна, розширювання Землі, пульсаційна, глибинної диференціації). Інші бачать причину розвитку в горизонтальному переміщенні пластин літосфери (гіпотези дрейфу материків, глобальної тектоніки плит, гарячих точок). Детально з цими гіпотезами є змога ознайомитися у підручниках із загальної геології.

Загальною основою усіх гіпотез розвитку Землі є те, що ендогенні процеси розглядаються як наслідок безупинних фізичних і хімічних перетворень, що відбуваються у більш глибоких геосферах – у мантії і ядрі. Зазначені перетворення, на думку багатьох дослідників, є наслідком змін теплового режиму у внутрішніх оболонках планети, які у свою чергу зумовлені процесами поділу (диференціації) речовини нижньої мантії під впливом сил гравітації.

Природне запитання – чому зміни теплового режиму можуть з’явитися причиною виникнення ендогенних процесів? Пояснюється це так. Зміна температури речовини викликає збільшення чи скорочення її об’єму і щільності. Отже цей процес супроводжується переміщеннями величезних мас мантійної речовини. Крім того, зменшення чи збільшення густини речовини змушує її “спливати” чи “тонути”, тобто переміщуватися вгору чи вниз. Речовина мантії в умовах високої температури пластична, поводиться як в’язка рідина і тому такі форми рухів цілком реальні. Усі рухи мантії передаються земній корі, яка їх тільки повторює.

Однак такий висновок надто загальний. Він не пояснює багато особливостей ендогенних процесів і їх взаємозумовленість. Тому необхідно розглянути варіант найбільш імовірного розвитку земної кори, заснований на урахуванні фактичних даних із її устрою.

Головні особливості будови і складу земної кори полягають в наступному:

– земна кора системою глибинних розломів поділена на окремі блоки;

– склад гірських порід земної кори і їх положення у просторі свідчать про те, що утворення цих порід відбувалося у величезних прогинах (геосинкліналях), які згодом завдяки зворотним рухам перетворювалися у гірські споруди, а потім і в платформи;

– завдяки таким коливальним рухам земної кори в геосинкліналях утворилася континентальна кора;

– кожен період у житті Землі характеризувався своїми особливостями розподілу геосинкліналей.

Важливо зрозуміти причину нерівномірного розподілу рухливих частин земної кори, тобто геосинкліналей. Він може бути зумовлений такою ж нерівномірністю процесів диференціації мантійної речовини.

Дійсно, процес диференціації не міг бути рівномірним по всій площі зіткнення мантії з рідким зовнішнім ядром, тому що Земля має швидке осьове обертання і складну внутрішню структуру. На процеси диференціації не могли не впливати зміни швидкості обертання планети, положення осі обертання, сила і характер гравітаційної взаємодії з Місяцем, напруженість і спрямованість магнітного поля. Такі припущення дають змогу уявити подальший розвиток подій, пов’язаних із проявом усього взаємозалежного комплексу ендогенних процесів.

Фактично будь-яка частина земної кори за таких умов також набуває визначену спрямованість і швидкість руху. Тому уздовж меж сусідніх частин кори, що рухаються у різних напрямках чи з різною швидкістю, неминуче виникають напруження і, як наслідок цього, розриви в земній корі, тобто глибинні розломи. Такі розломи являють собою вертикально орієнтовані зони, шириною до декількох кілометрів, які складені порушеними, перем’ятими, стертими гірськими породами. Мережею глибинних розломів уся земна кора поділена на тектонічні блоки.

У геосинкліналях кора опускається протягом звичайно 200 – 300 млн. років, внаслідок чого формуються прогини (западини) глибиною до 20 – 30 км. Блоки земної кори, які розташовані у центральних частинах западин, випробують найбільше занурення. Рух усіх блоків переривчасто-поступовий, із тривалими зупинками. Тому середню швидкість опускання кожного блоку можна визначити, якщо розділити величину його загального занурення на тривалість цього процесу. Вона вимірюється десятими частками міліметра за рік. У періоди активізації процесів опускання чи підняття швидкості можуть сягати 3 см за рік.

Утворення западини супроводжується виникненням на її площі морської водойми і накопичуванням у ній різноманітних осадків, що надходять з навколишніх територій головним чином завдяки річковому стоку. У даний час такі западини приурочені до регіонів Каспійського, Чорного, Середземного, Охотського, Японського і багатьох інших морів. У западині, де розташоване Каспійське море, наприклад, вже накопичилося до 20-25 км осадових порід, у западині Чорного – близько 10 км.

У межах западини, одночасно з її формуванням, у верхній мантії періодично виникають магматичні осередки, утворення яких пов’язане з глибинними розломами. Це відбувається на глибинах, де температура сягає 1300-1500°С. Розплавлювання твердих мантійних порід і перетворення їх у магму в цих місцях стає можливим завдяки зниженню тиску поблизу розломів, що зумовлюється загальним розтяганням земної кори при зануренні її блоків у западині.

Магма, як і будь-яка рідина, займає більший об’єм у порівнянні з твердою речовиною, з якої вона виникла. Це призводить до підвищення тиску усередині магматичного осередку, що видавлює магму нагору уздовж розломів. На шляху свого руху вона заповнює порожнечі і тріщини, впроваджується між шарами порід і, якщо вистачає енергії осередку, виливається на поверхню у вигляді вулканічних вивержень лави. Глибинний магматичний осередок протягом 10-15 тис. років остигає, магма кристалізується і перетворюється в інтрузивні тіла. Таким чином, крім осадових порід морського походження западина заповнюється магматичними виверженими породами. І в цьому випадку діяльність ендогенних і екзогенних процесів має однакову спрямованість.

Третя складова ендогенних процесів – метаморфізм порід. У западині він починає виявлятися внаслідок занурювання порід на таку глибину, де температура і тиск зумовлюють процес перетворення мінералів. Природно, що інтенсивність метаморфізму наростає з глибиною і це знаходить відбиток у складі нових мінералів, які при цьому утворюються. За цією ознакою в метаморфічних породах виділяють відповідні стадії чи зони метаморфізму.

Природна система, яка виведена з рівноважного стану, завжди розвивається хвилеподібно, за принципом маятника. Не є виключенням і процеси в мантії. Надалі вони зумовлюють підйом кори в межах западини і утворення на її місці гірських споруд, які згодом поступово руйнуються екзогенними процесами. Далі вся територія перетворюється у так звану “платформу”. При цьому формування западини і перетворення порід, що її заповнюють у гірські споруди в цілому називається геосинклінальним процесом. Він завжди супроводжується загальним збільшенням потужності кори за рахунок того, що амплітуда підйому дна западини набагато менше амплітуди її занурення. Це може бути викликане тим, що підйому на подолання дії сил гравітації потрібно більше енергії.

Така схема наростання кори у кожну епоху історії Землі мала свої специфічні риси, але в цілому універсальна для всіх континентів. У морських западинах у свій час утворилися породи, що складають сучасні Уральські гори, Кавказ, Карпати та інші гірські споруди. Були такі западини у протерозої і в районі нашого Середнього Наддніпрів’я. А у відносно молодій Дніпровсько-Донецькій западині (PZ-MZ віку) розташовані вугільні басейни Центрального і Західного Донбасу.

В історії утворення земної кори дослідники встановили у масштабах усієї планети зміну етапів її активного – геосинклінального розвитку й етапи, з переважно платформними умовами. Виділено десять таких геотектонічних циклів чи епох складкоутворення (тектогенезу): саамську, біломорську, карельську, сатпурську (закінчилися до початку пізнього протерозою), байкальську (від середини протерозою до початку кембрію), каледонську (від пізнього протерозою до силуру-девону), герцинську (з ордовика-девона до пізнього тріасу), мезозойську (з кінця палеозою до пізньої крейди), альпійську і тихоокеанську (з пермі до нашого часу).

Більшість геосинклінальних систем перетворилася в платформи. У даний час збереглися тільки два геосинклінальних пояси – Середземноморський, що проходить через Карибське море, Середземномор’я, Карпати, Крим, Кавказ, Малу Азію, Індію й Океанію і Тихоокеанський пояс, що оточує западину Тихого океану.