Теңіз түбінің кеңеюі: Мұхиттың орта жоталарында жаңа қыртыс қалыптасуы, құрлықтардың қозғалуы, тақталардың тектоникасы. Геологиялық процестер туралы біліңіз!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Теңіз түбінің жайылуы — мұхит орталық тізбектерінде жүретін процесс, онда жаңа мұхиттық қыртыс вулкандық әрекет арқылы қалыптасып, кейіннен тізбектен бірте-бірте алыстай түседі.
Geological process at mid ocean ridges
Seafloor spreading, or seafloor spread, is a process that occurs at mid ocean ridges, where new oceanic crust is formed through volcanic activity and then gradually moves away from the ridge.
Зерттеу тарихы
Альфред Вегенер мен Александр дю Тойттың континенттік дрейф туралы бұрынғы теориялары, қозғалып жатқан материктердің бекітілген және жылмайтын теңіз түбінен "өте" шығуын болжаған. Теңіз түбінің өзі қозғалады және континенттерді өзімен бірге алып жүреді, орталық жарылым осінен кеңейеді деген идеяны 1960 жылдары Принстон университетінің Гарольд Хаммонд Хесс және Сан-Диегодағы АҚШ Әскери-теңіз электроника зертханасының Роберт Диц ұсынды. Бұл құбылыс бүгінде пластинкалық тектоника деп аталады. Екі пластинаның айырылысқан жерлерінде, мұхиттың орталық жоталарында, теңіз түбінің таралуы барысында жаңа теңіз түбі үнемі қалыптасады.
Earlier theories by Alfred Wegener and Alexander du Toit of continental drift postulated that continents in motion "plowed" through the fixed and immovable seafloor. The idea that the seafloor itself moves and also carries the continents with it as it spreads from a central rift axis was proposed by Harold Hammond Hess from Princeton University and Robert Dietz of the U. S. Naval Electronics Laboratory in San Diego in the 1960s. The phenomenon is known today as plate tectonics. In locations where two plates move apart, at mid ocean ridges, new seafloor is continually formed during seafloor spreading.
Маңыздылығы
Теңіз түбінің таралуы тектоникалық плиталар теориясында континенттік дрейфті түсіндіруге көмектеседі. Океандық плиталар айырылғанда, тартылыс күші литосферада жарықтардың пайда болуына себеп болады. Теңіз түбінің таралу тізбегін қозғаушы күш магма қысымы емес, субдукция аймақтарындағы тектоникалық плиталардың тартылуы, бірақ таралу тізбектерінде әдетте маңызды магмалық белсенділік болады. Субдукцияланбайтын плиталар жоғары орта мұхит тізбектерінен гравитация күшімен сығады, бұл процесс тізбек итеру деп аталады. Ең жоғары белгілі жылдамдық – Шығыс Тынық мұхитының өрлеуінде миоцен дәуірінде 200 мм/жылдан асты. 1960 жылдары Жердің магнит өрісінің геомагниттік керілулерінің бұрынғы жазбалары мұхит түбіндегі магниттік жолақтардың "аномалияларын" байқау арқылы анықталды. Бұл кеңінен көрінетін "жолақтарды" құрайды, онда теңіз бетінен немесе ұшақтан сүйретілетін магнитометрмен алынған деректерден өткен магнит өрісінің полярлығын анықтауға болады. Орта мұхит тізбегінің бір жағындағы жолақтар екінші жағындағылардың көлеңкесі болды. Белгілі бір жастағы керілуді анықтап, оның таралу ортасынан қашықтығын өлшеу арқылы таралудың жартылай жылдамдығын есептеуге болады. Кейбір жерлерде таралу жылдамдығының асимметриялық екені анықталды; тізбектің әр жағындағы жартылай жылдамдық шамамен бес пайызға өзгеше. Бұл таралу орталығына жақын мантиалық қаусыздардан астеносферадағы температура градиентіне байланысты деп есептеледі. Қыртыс аккреция аймағында 1-2 км ені бар неовулканикалық аймақ орналасқан, онда белсенді вулканизм жүреді.
Seafloor spreading helps explain continental drift in the theory of plate tectonics. When oceanic plates diverge, tensional stress causes fractures to occur in the lithosphere. The motivating force for seafloor spreading ridges is tectonic plate slab pull at subduction zones, rather than magma pressure, although there is typically significant magma activity at spreading ridges. Plates that are not subducting are driven by gravity sliding off the elevated mid ocean ridges a process called ridge push. The highest known rate was over 200 mm/yr during the Miocene on the East Pacific Rise. In the 1960s, the past record of geomagnetic reversals of Earth's magnetic field was noticed by observing magnetic stripe "anomalies" on the ocean floor. This results in broadly evident "stripes" from which the past magnetic field polarity can be inferred from data gathered with a magnetometer towed on the sea surface or from an aircraft. The stripes on one side of the mid ocean ridge were the mirror image of those on the other side. By identifying a reversal with a known age and measuring the distance of that reversal from the spreading center, the spreading half rate could be computed. In some locations spreading rates have been found to be asymmetric; the half rates differ on each side of the ridge crest by about five percent. This is thought due to temperature gradients in the asthenosphere from mantle plumes near the spreading center. Within the crustal accretion zone is a 1–2 km wide neovolcanic zone where active volcanism occurs.
Бастапқы таралу
Жалпы алғанда, теңіз түбінің жайылуы континенттік құрлықтағы жарылыс ретінде басталады, бүгінгі Қызыл теңіз – Шығыс Африка жарылыс жүйесіне ұқсас. Бұл процесс континенттік қабықтың негізінде қызудан басталады, ол оның пластикалыққа айналуына және тығыздығының төмендеуіне себеп болады. Тығыздығы төмен денелер тығыз денелерге қатысты көтерілетіндіктен, қыздырылатын аймақ кең дөңгелекке айналады (изостазияны қараңыз). Қабық жоғары қарай иілгенде, жарықтар пайда болады, олар біртіндеп жарылыстарға өседі. Типик жарылыс жүйесі шамамен 120 градус бұрышта орналасқан үш жарылыс қолдан тұрады. Бұл аймақтар үштік түйісу деп аталады және оларды бүкіл әлемде кездестіруге болады. Континенттердің бөлінген жиектері пассивті жиектерге айналу үшін дамиды. Гесс теориясы бойынша, жаңа теңіз түбі магманың жоғары қарай итерілуі нәтижесінде пайда болады. Егер таралу жоғарыда сипатталған бастапқы кезеңнен кейін де жалғасса, онда екі жарылыс қолдары ашылады, ал үшінші қол ашылмай қалып, «сәтсіз жарылыс» немесе аулакогенге айналады. Екі белсенді жарылыс ашыла берген сайын, континенттік қабық созылатын шегіне дейін әлсірейді. Осы кезде базальттік мұхит қабығы және жоғарғы мантия литосферасы бөлініп бара жатқан континенттік фрагменттердің арасында қалыптаса бастайды. Жарылыстардың бірі барлық мұхитқа ашылғанда, жарылыс жүйесі теңіз суымен толтырылып, жаңа теңізге айналады. Қызыл теңіз – жаңа теңіз саласының мысалы. Шығыс Африка жарылысы басқа екі қолға қарағанда баяу ашылып жатқан сәтсіз қол деп есептелді, бірақ 2005 жылы Эфиопияның Афар геофизикалық литосфералық эксперименті 2005 жылдың қыркүйегінде Афар аймағында 60 км жарық сегіз метрге дейін ашылғанын хабарлады. Бұл бастапқы толқындау кезеңінде жаңа теңіз климаттың өзгеруіне және эвстазияға сезімтал. Нәтижесінде, жаңа теңіз бірнеше рет буланып (ішінара немесе толықтай) жарылыс ойпатының биіктігі теңіздің тұрақтанатын деңгейге дейін төмендегенше. Осы кезеңде жарылыс ойпатында ірі булану шөгінділері қалыптасады. Кейіннен бұл шөгінділер көмірсутектердің тығыздауыштарына айналуы мүмкін және мұнай геологтары үшін ерекше қызығушылық тудырады. Теңіз түбінің жайылуы процесте тоқтауы мүмкін, бірақ егер ол континенттің толық бөлінуіне дейін жалғасса, жаңа мұхит алабы пайда болады. Қызыл теңіз әлі Арабияны Африкадан толық бөліп қоймаған, бірақ Африканың екінші жағында толық бөлініп кеткен ұқсас құрылым бар. Оңтүстік Америка бұрын Нигер дельтасының аумағына сәйкес келген. Нигер өзені үштік түйісудің сәтсіз жарылыс қолында қалыптасқан.
In the general case, seafloor spreading starts as a rift in a continental land mass, similar to the Red Sea East Africa Rift System today. The process starts by heating at the base of the continental crust which causes it to become more plastic and less dense. Because less dense objects rise in relation to denser objects, the area being heated becomes a broad dome (see isostasy). As the crust bows upward, fractures occur that gradually grow into rifts. The typical rift system consists of three rift arms at approximately 120 degree angles. These areas are named triple junctions and can be found in several places across the world today. The separated margins of the continents evolve to form passive margins. Hess' theory was that new seafloor is formed when magma is forced upward toward the surface at a mid ocean ridge. If spreading continues past the incipient stage described above, two of the rift arms will open while the third arm stops opening and becomes a 'failed rift' or aulacogen. As the two active rifts continue to open, eventually the continental crust is attenuated as far as it will stretch. At this point basaltic oceanic crust and upper mantle lithosphere begins to form between the separating continental fragments. When one of the rifts opens into the existing ocean, the rift system is flooded with seawater and becomes a new sea. The Red Sea is an example of a new arm of the sea. The East African rift was thought to be a failed arm that was opening more slowly than the other two arms, but in 2005 the Ethiopian Afar Geophysical Lithospheric Experiment reported that in the Afar region, September 2005, a 60 km fissure opened as wide as eight meters. During this period of initial flooding the new sea is sensitive to changes in climate and eustasy. As a result, the new sea will evaporate (partially or completely) several times before the elevation of the rift valley has been lowered to the point that the sea becomes stable. During this period of evaporation large evaporite deposits will be made in the rift valley. Later these deposits have the potential to become hydrocarbon seals and are of particular interest to petroleum geologists. Seafloor spreading can stop during the process, but if it continues to the point that the continent is completely severed, then a new ocean basin is created. The Red Sea has not yet completely split Arabia from Africa, but a similar feature can be found on the other side of Africa that has broken completely free. South America once fit into the area of the Niger Delta. The Niger River has formed in the failed rift arm of the triple junction.
Ұдайы таралу және субдукция
Жаңа теңіз түбі пайда болып, орта мұхит қыртысынан алшақтағанда, уақыт өте келе баяу салқындайды. Сондықтан, ескі теңіз түбінің температурасы жаңа теңіз түбінен төмен, ал ескі мұхит алабы изостазия салдарынан жаңа мұхит алабынан терең болады. Егер Жердің диаметрі жаңа қыртыс пайда болуына қарамастан салыстырмалы түрде тұрақты болса, онда қыртыстың де жойылу механизмі болуы керек. Мұхит қыртысының жойылуы субдукция аймақтарында жүзеге асады, онда мұхит қыртысы континенттік немесе мұхит қыртысының астына итеріледі. Бүгінде Атлантика бассейні Атлантика орта қыртысында белсенді түрде таралуда. Атлантикада пайда болған мұхит қыртысының тек шағын бөлігі ғана субдукцияланады. Алайда, Тынық мұхитын құрайтын плиталар өздерінің көптеген шекараларында субдукцияға ұшырайды, бұл Тынық мұхитының «От сақинасы» деп аталатын вулкандық белсенділігіне себеп болады. Тынық мұхиты сондай-ақ, Тынық және Наска плиталары арасында жылдамдығы сағатына 145 ± 4 мм-ге жететін әлемдегі ең белсенді таралу орталықтарының біріне (Шығыс Тынық мұхит тіктеп тұруы) үй иесі болып табылады. Атлантика орта қыртысы – баяу таралатын орталық, ал Шығыс Тынық мұхит тіктеп тұруы – жылдам таралатын орталық. Баяу және орташа жылдамдықпен таралатын орталықтарда жарылыс аңғары байқалады, ал жылдам жылдамдықпен қыртыс аккреция аймағында осьтік биіктік кездеседі. Жаңа мұхит алабы ескі мұхит алабынан жас болғандықтан, теңіз түбінің белсенді таралу кезінде әлемдік мұхит алабының жалпы сыйымдылығы төмендейді. Атлант мұхитының ашылуы кезінде теңіз деңгейі соншалықты жоғары болды, Солтүстік Америкада Мексика шығанағынан Солтүстік Мұзды мұхитқа дейін Батыс Ішкі теңіз жолы пайда болды.
As new seafloor forms and spreads apart from the mid ocean ridge it slowly cools over time. Older seafloor is, therefore, colder than new seafloor, and older oceanic basins deeper than new oceanic basins due to isostasy. If the diameter of the earth remains relatively constant despite the production of new crust, a mechanism must exist by which crust is also destroyed. The destruction of oceanic crust occurs at subduction zones where oceanic crust is forced under either continental crust or oceanic crust. Today, the Atlantic basin is actively spreading at the Mid Atlantic Ridge. Only a small portion of the oceanic crust produced in the Atlantic is subducted. However, the plates making up the Pacific Ocean are experiencing subduction along many of their boundaries which causes the volcanic activity in what has been termed the Ring of Fire of the Pacific Ocean. The Pacific is also home to one of the world's most active spreading centers (the East Pacific Rise) with spreading rates of up to 145 ± 4 mm/yr between the Pacific and Nazca plates. The Mid Atlantic Ridge is a slow spreading center, while the East Pacific Rise is an example of fast spreading. Spreading centers at slow and intermediate rates exhibit a rift valley while at fast rates an axial high is found within the crustal accretion zone. Since the new oceanic basins are shallower than the old oceanic basins, the total capacity of the world's ocean basins decreases during times of active sea floor spreading. During the opening of the Atlantic Ocean, sea level was so high that a Western Interior Seaway formed across North America from the Gulf of Mexico to the Arctic Ocean.
Талқылау және механизмді іздеу
Атлантикалық ортаңғы жотаның (және басқа да мұхит жоталарының) ортасында жоғарғы мантияның материалы мұхиттық тақталардың арасындағы жарықтар арқылы көтеріліп, тақталар бір-бірінен алыстағанда жаңа қыртыс түзеді, бұл құбылыс алғаш рет континенттік дрейф ретінде байқалды. Альфред Вегенер 1912 жылы континенттік дрейф гипотезасын алғаш ұсынғанда, континенттер мұхиттық қыртыстың ішінде жылғанын айтқан. Бұл мүмкін емес еді, себебі мұхиттық қыртыс материктік қыртысқа қарағанда тығыз және берік. Сондықтан Вегенердің теориясы, әсіресе Америка Құрама Штаттарында, көпке дейін қабылданылмады. Бастапқыда таралудың қозғаушы күші мантиядағы конвекциялық ағындар деп есептелді. Кейіннен континенттердің қозғалысы теңіз түбінің таралуымен байланысты екені, ал бұл процеске жер қыртысының өзі де қатысқан конвекция арқылы жүзеге асырылатыны дәлелденді. Бұны үстел үстіндегі аз үйкеліспен жатқан кілемге теңеуге болады: кілемнің бір бөлігі үстелден түскенде, оның салмағы кілемнің қалған бөлігін де бірге төмен тартады. Дегенмен, Атлантикалық ортаңғы жотаның өзі, Кіші Антиль аралдары мен Скотия аркасындағы шағын субдукциядан басқа, субдукция аймақтарына тартылатын тақталармен шектелмейді. Бұл жағдайда тақталар мантияның көтерілуі кезінде жотадан сығалап жылжиды, немесе субдукция жоқ аймақтарда мантияның жарты кеңістігінде жылжиды.
At the Mid Atlantic Ridge (and in other mid ocean ridges), material from the upper mantle rises through the faults between oceanic plates to form new crust as the plates move away from each other, a phenomenon first observed as continental drift. When Alfred Wegener first presented a hypothesis of continental drift in 1912, he suggested that continents plowed through the ocean crust. This was impossible: oceanic crust is both more dense and more rigid than continental crust. Accordingly, Wegener's theory wasn't taken very seriously, especially in the United States. At first the driving force for spreading was argued to be convection currents in the mantle. Since then, it has been shown that the motion of the continents is linked to seafloor spreading by the theory of plate tectonics, which is driven by convection that includes the crust itself as well. This can be thought of as analogous to a rug on a table with little friction: when part of the rug is off of the table, its weight pulls the rest of the rug down with it. However, the Mid Atlantic ridge itself is not bordered by plates that are being pulled into subduction zones, except the minor subduction in the Lesser Antilles and Scotia Arc. In this case the plates are sliding apart over the mantle upwelling in the process of ridge push. or mantle half space in areas without significant subduction.