Phía bên rìa mảng thành tạo trục sống núi và các trục tách dãn các vật chất manti từ dưới sâu được phun trào lên, phía bên rìa mảng phá hủy các rãnh sâu đại dương các mảng được hình t
Trang 1Chương 2
Hình thái đáy đại dương
Với các sinh viên trong một số ngành khoa học trái đất hiện đại chưa được làm quen với khái niệm về kiến tạo mảng và sự tách dãn đáy biển, thì việc tìm hiểu các sơ đồ trên hình 2.1 và 2.2 sẽ rất khó khăn đối với họ
Hình 2.1: Sơ đồ phân bố của các mảng thạch quyển, sống núi đại dương,
máng sâu đại dương và vị trí các chấn tâm động đất trên toàn cầu Ranh
giới tương đối giữa các mảng được xác định dựa trên các kết qủa nghiên
cứu thăm dò trong một thời gian dài và thể hiện trên hình vẽ bằng các
đường đứt nét Hiện có tất cả 7 mảng lớn (ký hiệu bằng chữ cái lớn), 6
mảng nhỏ (ký hiệu bằng chữ cái nhỏ) và một số mảng rất nhỏ khác
không được minh họa ở đây Chiều dài và hướng của các mũi tên trên
Trang 2hình vẽ biểu diễn vận tốc chuyển động tương đối và hướng di chuyển
giữa các mảng với đơn vị tính là một vài triệu năm Mảng Châu Phi được
giả thiết là không chuyển động Độ dài mũi tên trong phần chú thích
tương đương với vận tốc 5cm/năm
Hình 2.2: Sơ đồ mô phỏng một số khái niệm về kiến tạo mảng Các mảng
thạch quyển hay còn gọi là quyển rắn (bao gồm vỏ đại dương, vỏ lục địa
và manti trên) phần lớn có bề dày dao động từ 100 – 250km Dưới lớp
quyển rắn là quyển mềm có độ dẻo lớn hơn Phía bên rìa mảng thành tạo
(trục sống núi và các trục tách dãn) các vật chất manti từ dưới sâu được
phun trào lên, phía bên rìa mảng phá hủy (các rãnh sâu đại dương) các
mảng được hình thành bị cuốn chìm xuống dưới manti Các mảng
thường có xu hướng trượt chờm lên nhau tại vị trí rìa thành tạo
Để giúp các bạn nhớ lại những phần lý thuyết đã học, đồng thời bổ sung thêm một số kiến thức cơ bản liên quan tới chủ đề này, trong phần tiếp theo chúng tôi sẽ trình bày ngắn gọn một số đặc điểm địa chất chính liên quan đến những qúa trình được mô phỏng ở các hình vẽ trên
1 Bề dày lớp vỏ cứng bao phủ bên ngoài trái đất hay còn gọi là thạch
quyển có thể đạt tới 250km trên lục địa và gần 100km dưới đại dương Thành
phần chính của lớp vỏ này chủ yếu là Peridotite, đó là một loại đá rắn chắc
được hình thành ở Manti trên Phần trên cùng của thạch quyển là vỏ trái đất,
phía bên dưới thạch quyển là một lớp yếu hơn, lớp này kết hợp với Manti dưới tạo thành quyển mềm, chính nhờ lớp quyển này, các mảng thạch quyển mới có thể di chuyển được
2 Trên lục địa, bề dày trung bình của vỏ trái đất là 35 km, tại khu vực núi cao bề dày này có thể đạt tới 90km Thành phần chủ yếu của lớp vỏ này là granit
3 So với vỏ lục địa, vỏ đại dương có bề dày mỏng (7 - 8km ) và mật độ lớn hơn Thành phần chính của nó là bazan (vỏ đại dương được đề cập trong chương này thuộc kiểu vỏ phun trào - chúng được hình thành từ hoạt động macma tại trục tách dãn và không bao gồm lớp trầm tích nằm trên)
Trang 34 Phần lớn các vỏ đại dương đều nằm dưới mực nước biển trong khi vỏ lục
địa nằm ở các bậc độ cao lớn hơn nhiều Theo kết qủa nghiên cứu từ trường, lớp
vỏ ngoài cùng của trái đất có xu hướng cân bằng trọng lực do sự điều chỉnh độ cao giữa các khu vực có độ nổi khác nhau
Đặc điểm hình thái nào trên hình 1.11 tương đương với rìa mảng thành tạo
và rìa mảng phá hủy được mô tả trên hình 2.1 và hình 2.2?
5 Hệ thống các rìa thành tạo hay nói cách khác, hệ thống các trục tách dãn
đáy biển là tiền thân của các gờ sống núi đại dương Đó là các dải sống núi trải dài liên tục qua tất cả các đại dương lớn trên thế giới và là nơi lớp thạch quyển
đại dương sinh ra
6 Đa số các máng sâu đại dương và vòng cung đảo (phần lớn tập trung ở
Thái Bình Dương) là nơi mảng đại dương bị hút chìm và chui xuống manti Sự
hình thành của dãy núi cao Ampine - Himalayan có thể coi là bằng chứng về sự xung đột giữa các mảng lục địa và các pha hút chìm mới xảy ra gần đây tính theo thang tuổi địa chất (trong vòng khoảng 150 triệu năm)
7 Cứ sau vài trăm nghìn năm đến vài triệu năm, các cực từ trường của trái
đất lại bị đảo và qúa trình này liên tiếp xảy ra trong suốt quãng thời gian kéo dài ít nhất là gần 100 triệu năm (trước đó, chu kỳ thời gian xảy ra đảo từ biến
đổi ít có quy luật hơn) Sự biến đổi luân phiên liên tục giữa qúa trình “thuận từ”
và “nghịch từ” là nguyên nhân hình thành các dải “sọc từ” song song với hướng phát triển của các rìa thành tạo trên đáy đại dương Dựa vào những biến đổi đảo
từ, người ta có thể xác định được tuổi tương đối của vỏ đại dương và so sánh thời gian hình thành của trục tách dãn đáy biển trong các đại dương khác nhau
8 Rất ít khi có thể tìm thấy vỏ đại dương có tuổi già hơn 160 triệu năm trong phần lớn các đại dương Điều đó chứng tỏ các đại dương ngày nay có tuổi trẻ hơn rất nhiều so với tuổi của trái đất (4.600 triệu năm) và chúng không ngừng bị biến đổi bởi nhiều nguyên nhân khác nhau:
(a) Những thay đổi về hình dạng và kích thước đại dương do qúa trình di chuyển của các mảng Ngày nay, ấn Độ Dương (AĐD) và Đại Tây Dương (ĐTD) vẫn liên tục được mở rộng bởi hoạt động của các trục tách dãn nhưng không có qúa trình hút chìm Riêng đối với Thái Bình Dương (TBD) thì ngược lại, càng ngày TBD càng bị thu hẹp do tốc độ các qúa trình hút chìm xảy ra nhanh hơn qúa trình tách dãn Nếu tính theo thang tuổi địa chất thì các qúa trình di chuyển này xảy ra với tốc độ khá lớn, trung bình có thể đạt tới vài cm/năm như trên ví dụ hình 2.1
(b) Những biến đổi về độ sâu của đáy đại dương do các các hoạt động như (i)
sự co lại của đất đá khi bị nguội lạnh (xem mục 2.3.2) hoặc (ii) sự tích tụ và trầm
đọng của trầm tích lục nguyên, hoặc (iii) sự xói mòn và hình thành các canhon ngầm do tác động của dòng bùn hoặc (iv) sự cân bằng đẳng tĩnh
Trang 4Hình 2.3 (a) Qúa trình phun trào của các vật chất manti từ quyển mền tại
trục sống núi đại dương là nguồn gốc sinh thành ra lớp thạch quyển đại
dương mới Do các chuyển dịch ngang xảy ra trong quá trình này, nhiệt
độ nóng chảy của dung nham phun trào sẽ bị giảm dần khi vượt qua
điểm bức xạ của các khoáng vật điện từ có trong đất đá và “đông” lại
theo hướng các đường từ lực Trái đất
2.1 Đặc điểm chính của đáy Đại dương
Hình 2.4: Sự phân bố các bậc độ cao - sâu của bề mặt trái đất (a) Biểu
đồ thể hiện các bậc độ cao - sâu hiện tại (b) Cao đồ đường cong: xây
dựng trên cơ sở đường cong luỹ tích Đây không phải hình vẽ mặt cắt
qua bề mặt trái đất, mà là đường cong biểu diễn độ chênh lệch phần
trăm giữa các mực độ cao - sâu khác nhau trên bề mặt trái đất
Hình 2.4 cho thấy gần một nửa địa hình bề mặt trái đất nằm ở các bậc độ cao là 0-1km và độ sâu là 4-5km, phần còn lại chủ yếu nằm ở các bậc độ sâu khoảng vài trăm m dưới mực nước biển
Trang 5Câu hỏi 2.1 (a) Phần địa hình bề mặt trái đất nằm dưới mực nước biển chiếm bao nhiêu phần trăm?
(b) Dựa vào độ chênh lệch phần trăm giữa các bậc độ cao - sâu của địa hình
bề mặt trái đất trong sơ đồ trên Hãy cho biết những hậu qủa có thể xảy ra khi nước biển dâng cao 100m?
(c) Giả sử bán kính trung bình của trái đất là 6370km (R) thì tổng các bậc
địa hình bề mặt trái đất nằm trên trục tung sẽ bằng bao nhiêu % R?
Có thể nói, hai đặc điểm địa hình nổi bật nhất trên đáy đại dương là hệ thống các trục sống núi với thung lũng địa hào kéo dài gần như liên tục qua tất cả các đại dương lớn trên thế giới và hệ thống các máng sâu (đặc biệt là ở TBD) Dọc theo trục sống núi (còn gọi là trục tách dãn), thạch quyển đại dương mới liên tục được hình thành và bị đẩy ra xa trục Sau đó, chúng sẽ lần luợt bị cuốn xuống dưới quyển mềm khi tiến tới gần vị trí các máng sâu do sức căng bề mặt trái đất bị níu nghiêng thành đới hút chìm
Nằm xen giữa trục sống núi và máng sâu là các bồn trầm tích bằng phẳng với sự nhô lên của những dãy núi ngầm đơn lẻ và nhiều dạng hình đồi núi và khối nâng khác, một số trong đó có đỉnh ngoi lên mặt nước tạo thành đảo Bao quanh các lục địa là thềm lục địa, được hình thành do qúa trình tích tụ dày của trầm tích Độ sâu phổ biến của thềm lục địa là 200m, đôi khi thấp hơn, nhưng chiều rộng của chúng thì không giống nhau, có nơi thì khá rộng, có nơi thì rất hẹp
Một đặc điểm tương đối quan trọng khác cần chú ý chính là độ sâu của các
đại dương và giá trị độ sâu trung bình của tất cả đại dương lớn thế giới được đề cập trong bảng 2.1 Hình 2.5 là sơ đồ mặt cắt địa chấn kéo dài từ phía nam ĐTD tới Nam Mỹ (tham khảo thêm hình 1.11), trên đó thể hiện đầy đủ các dạng địa hình chiếm diện tích lớn (xem bảng 2.1) Trong các mục tiếp theo, chúng tôi sẽ có
sự mô tả kỹ hơn từng yếu tố địa hình trên đáy đại dương, bắt đầu từ rìa lục địa
Bảng 2.1: Các thông số đặc trưng của đáy đại dương
Đại dương
thế giới Diện tích đại dương
của thềm và sườn lục địa
Trang 6Hình 2.5: Mặt cắt bề mặt trái đất khu vực nằm giữa Nam Mỹ và Châu Phi
Hình phóng đại 100 lần theo chiều đứng
2.2 Rìa lục địa
Có hai kiểu rìa lục địa đã được xác định trước khi thuyết kiến tạo mảng ra
đời Đó là kiểu rìa Đại Tây Dương và rìa Thái Bình Dương
Các rìa lục địa kiểu ĐTD nhìn chung đều có phần thềm lục địa tương đối rộng và phần chân lục địa trải dài (hình 2.5 và bảng 2.1) Các hoạt động kiến tạo
ở đây xảy ra ít, do vậy chúng được gọi là rìa ổn định hoặc rìa thụ động Kiểu
rìa này thường xuất hiện khi xảy ra qúa trình phân tách lục địa và hình thành
đại dương mới Lục địa bị chia tách và đáy đại dương liền kề đều nằm trong cùng một mảng kiến tạo Những phần vỏ lục địa nếu bị tách rời độc lập sẽ hình thành
các tiểu lục địa Một số tiểu lục địa có thể nằm hoàn toàn dưới mực nước biển
(khi lớp vỏ lục địa bị mỏng hơn bình thường như các khu vực Rockall Bank và Seychelles Plateau), hoặc hình thành các khối đảo lớn như đảo Madagascar
Đặc trưng của rìa lụa địa kiểu TBD là sự thế chỗ của các máng sâu dưới chân sườn lục địa (hình 2.5) Kết qủa thống kê trong bảng 2.1 cho thấy, diện tích phần chân lục địa quanh TBD rất nhỏ trong khi diện tích các máng sâu lại rất
Trang 7lớn và lớn hơn nhiều so với các đại dương khác Ngày nay, kiểu rìa này đã được
xác nhận và được gọi là rìa địa chấn hay rìa tích cực do sự xuất hiện thường
xuyên của các hoạt động địa chấn (ví dụ như động đất) Đây là kiểu rìa được hình thành bởi sự va chạm giữa mảng đại dương với mảng lục địa tại đới hút chìm, trong trường hợp này, lục địa và đáy đại dương liền kề thuộc hai mảng khác nhau Các rìa địa chấn xuất hiện vòng cung đảo được hình thành tại ranh giới giữa hai mảng đại dương – ví dụ điển hình sẽ được chúng tôi đề cập ở phần tiếp theo Rìa lục bao quanh AĐD chủ yếu thuộc kiểu rìa ĐTD, ngoại trừ khu vực máng sâu Java nằm ở phía đông bắc (hình 1.11 và 2.1)
2.2.1 Rìa lục địa ổn định
Kiểu rìa này phát triển do sự dãn căng của vỏ trái đất dẫn đến qúa trình phân tách lục địa và tích tụ trầm tích sau đó Mặt cắt qua một vùng rìa ổn định gần tương tự như trong hình 2.6 Theo đó, kiểu rìa này có hình thái một thung lũng nguyên sinh, trên mặt cắt ngang hình dạng của chúng được xác định nhờ tập hợp các đứt gẫy tạo ra sự sụt lún của lớp vỏ và sự che phủ của trầm tích hình thành nên đới thềm, sườn và chân lục địa Tất cả những dấu hiệu nhận biết trên mặc dù được xem là đặc điểm chung của kiểu rìa ổn định, nhưng vẫn có thể gặp những biến thể khác nhau ở từng khu vực khiến các loại rìa thuộc kiểu này không bao giờ giống nhau hoàn toàn nếu xét chi tiết
Hình 2.6: Mặt cắt ngang qua một vùng rìa lục địa ổn định được phóng
đại theo chiều đứng Các chi tiết của mặt cắt bề mặt sẽ được mô tả ở
hình 2.7 và phần bài viết liên quan
Câu hỏi 2.2 (a) Tại các vùng rìa ổn định vỏ lục địa mỏng hơn bình thường Vậy tại sao lớp vỏ này lại có thể bị lún xuống?
(b) Dựa vào hình 2.7, hãy xác định ranh giới tương đối giữa vỏ lục địa và vỏ
đại dương ?
Hình 2.6 cho thấy phần lớn các trầm tích cấu thành thềm lục địa đều nằm lại trên lớp vỏ lục địa bị dãn mỏng (tham khảo câu hỏi 2.2 (b)) Chiều rộng của thềm lục địa có thể đạt tới 1500km, địa hình bề mặt của chúng nhìn chung khá bằng phẳng với građien góc nghiêng trung bình là 0,10 (hình 2.7) Trên bề mặt thềm ở một vài nơi, có thể quan sát thấy những sóng cát nhấp nhô, đôi khi cao tới một vài m do ảnh hưởng của dòng chảy, nhưng đó chỉ là những dạng địa hình tạm thời
Trang 8Độ sâu của thềm lục địa – tại vị trí thềm đổ – như trên hình 2.7 – là từ 20 – 500m, trung bình là khoảng 130m Chiều rộng của chúng dao động từ 20 – 100km, độ sâu phần chân sườn nằm trong khoảng 1,5 – 3,5km So với thềm lục
địa, sườn lục địa có građien độ dốc lớn hơn nhiều, trung bình khoảng 40 và là dạng địa hình ngầm dốc nhất trên đáy đại dương - nơi mà có độ nghiêng nhỏ hơn nhiều so với bề mặt đất Đối với các rìa lục địa trẻ mới hình thành, sườn lục địa gần như dựng đứng bởi góc dốc ban đầu bao giờ cũng khá lớn Ví dụ như sườn lục
địa trong vịnh California có độ dốc lớn hơn 200, đây là một vịnh trẻ mới được hình thành cách đây khoảng 4 triệu năm nên nó chưa bị tác động bởi các qúa trình xói mòn và trầm tích xảy ra ven rìa ĐTD suốt hơn 100 triệu năm qua
ở nhiều khu vực, chẳng hạn như vùng Western Approaches (nằm ở phía nam và tây của bán đảo nước Anh), bề mặt sườn lục địa bị chia cắt bởi các canhon ngầm Các canhon này đóng vai trò giống như các kênh dẫn trầm tích xuống vùng đáy sâu của đại dương Phần lớn các canhon có đỉnh nằm trên thềm lục địa và đa số trong chúng là cửa của các con sông lớn trên lục địa Nhìn chung các canhon đều có trắc diện ngang hình chữ V, trông gần giống như các thung lũng sông trên đất liền, song chúng được hình thành do hoạt động xói mòn của các dòng trầm tích bùn Đó là loại dòng chảy chứa nước và trầm tích xáo trộn với nhau, do vậy chúng có tỉ trọng nặng hơn nước biển nên có thể trượt trên bề mặt các sườn thoải với một vận tốc đủ lớn để có thể cào mòn thành các canhon
Khi các dòng bùn chạm tới chân của sườn lục địa, vận tốc của chúng bị suy giảm và bắt đầu chuyển sang qúa trình tích tụ tạo thành các nêm trầm tích - hình thành chân lục địa Độ dốc của dạng địa hình này nhỏ hơn nhiều so với sườn lục địa, trung bình là 10 Chiều rộng của chúng phụ thuộc vào chiều dài, cường độ hoạt động của các dòng bùn và năng lượng xói mòn của các dòng chảy trong hoàn lưu đại dương, cực đại có thể đạt tới 600km Đôi khi trên bề mặt chân lục địa vẫn quan sát thấy những rãnh nhỏ còn sót lại do các dòng bùn tiếp tục kéo lê tới vùng nước sâu đại dương (hình 2.7)
2.2.2 Rìa lục địa địa chấn và các cung đảo
Qúa trình hình thành của các rìa địa chấn bao giờ cũng liên quan đến hoạt
động của các máng sâu đại dương, nơi vỏ đại dương bị hút chìm xuống quyển mềm Vì vậy các rìa này được gọi là rìa phá hủy
Những vị trí thường phát triển các máng sâu là:
1 Tại các rìa lục địa có các dãy núi lửa nằm ven bờ, nơi thạch quyển đại dương chui xuống bên dưới lục địa
2 Tại các vòng cung đảo, nơi một mảng thạch quyển đại dương chui xuống bên dưới mảng đại dương khác
Dựa trên những kiến thức vừa được cung cấp, theo bạn điều gì có thể xảy ra khi dòng bùn mang trầm tích tới các rìa địa chấn và sườn lục địa tại các rìa địa chấn khác gì so với sườn lục địa tại các rìa ổn định?
Trang 9Tại rìa địa chấn, trầm tích mà các dòng bùn vận chuyển ra vùng đáy sâu đại dương sẽ bị giữ lại trong các máng sâu nằm ở chân sườn lục địa Do vậy sườn lục
địa ở đây thường có địa hình dốc hơn so với sườn lục địa của rìa ổn định (điều này giải thích vì sao diện tích phần chân lục địa của TBD rất hẹp – xem bảng 2.1)
Điểm khác nhau này có thể quan sát rất rõ trên hệ thống máng sâu Peru - Chile, một đới hút chìm được hình thành do qúa trình hút chúi của mảng đại dương Nazca và một phần mảng Nam Cực xuống bên dưới bờ biển phía tây của Nam Mỹ (hình 2.1) kèm theo sự dâng trồi của dãy Andes nằm ven bờ Những biểu hiện đặc trưng cho qúa trình này là sự gia tăng của các hoạt động địa chấn, núi lửa và những biến đổi bất thường của địa hình theo trọng lực (ví dụ địa hình
âm là các máng sâu, địa hình dương là các vòng cung núi lửa) tạo nên đặc điểm riêng của kiểu rìa mảng phá hủy Hình 2.8 cho thấy máng sâu Peru- Chi lê là một hệ thống kéo dài không liên tục, theo một số nhà nghiên cứu, sự gián đoạn này là không bình thường, có thể nguyên nhân chính là do sự sụt lún sâu của một số đỉnh núi ngầm hoặc các dãy núi địa chấn nhỏ nằm gần đó (mục 2.5.2, 2.5.4)
Câu hỏi 2.3 Xét hình 2.8 và 2.9
(a) Chiều rộng thềm lục địa và hình thái sườn lục địa tại khu vực rìa địa chấn có đặc điểm như thế nào?
(b) Theo bạn sườn lục địa có phải là dạng địa hình dốc nhất so với các yếu tố
địa hình khác trên rìa ổn định hay không?
ở một vài trường hợp (ví dụ như mặt cắt 1 và 2 trên hình 2.9) sự khác nhau
về độ sâu và độ rộng của lòng máng có thể liên quan đến tốc độ hút chìm, chẳng hạn tốc độ hút chìm càng lớn thì lòng máng càng sâu và càng hẹp Ngoài ra, sự khác nhau của ba mặt cắt cũng có thể do những nguyên nhân khác
Vậy theo suy luận riêng của bạn, nguyên nhân nào có thể gây ra sự khác nhau giữa mặt cắt 2 và 3 trên hình 2.9?
Nhiều khả năng cường độ bồi lấp của các qúa trình trầm tích là nguyên nhân chính dẫn đến lòng máng phẳng và rộng trên mặt cắt 3 Nhưng một câu hỏi được đặt ra là tại sao những mặt cắt khác không có các đặc điểm tương tự trong khi tất cả các mặt cắt đều nằm ở những vị trí khá thuận lợi cho việc thu nhận trầm tích từ địa hình dương nằm trên như dãy Andes chẳng hạn?
Chưa có câu trả lời chính xác cho câu hỏi trên, nhưng rất có thể vấn đề này liên quan đến điều kiện khí hậu hiện tại:
Vùng sa mạc Atacama thuộc phần phía bắc của Chile là nơi có lượng mưa trung bình hàng năm nhỏ hơn 0.01m, vì vậy khối lượng trầm tích mang ra đại dương hầu như không đáng kể, độ sâu của vùng lòng máng trên mặt cắt 2 chỉ xấp xỉ khoảng 8 km Nếu càng tiến về phía nam lượng mưa trung bình hàng năm sẽ càng tăng và tăng tới 4m nên lượng trầm tích được mang tới và đổ dồn
Trang 10xuống lòng máng khá lớn và gần như lấp đầy tại những vùng lòng máng nằm trong khoảng vĩ độ 500nam
Nói chung, cấu tạo trầm tích trong các lòng máng đều thể hiện những dấu hiệu biến dạng bởi ảnh hưởng của các chuyển động kiến tạo tích cực Cụ thể là
sự xuất hiện của hệ thống các đứt gãy kéo dài trên bề mặt thành máng ngoài giáp đại dương do sự uốn cong của mảng đại dương khi bị chúi xuống đới hút chìm Thành máng trong do có sự lưu bám của các lớp trầm tích ngoằn ngoèn
được cào ra từ mảng đại dương nên có xu hướng nghiêng ra phía đại dương Những đặc điểm này có thể quan sát thấy trên mặt cắt địa chấn hình 2.10
Tuy nhiên, khối lượng trầm tích thuộc mảng đại dương được lưu lại trên thành máng bên trong chỉ là một lượng nhỏ không đáng kể, những phần còn lại
đều bị đẩy xuống Manti theo mảng hút chìm Tỉ lệ tương đối giữa hai phần trầm tích này nói chung không giống nhau ở tất cả mọi nơi Chính qúa trình hút chìm
và nóng chảy của các vật chất cấu thành mảng đại dương cùng lớp trầm tích nằm trên đã dẫn đến sự ra đời và phát triển của các dãy núi lửa trên bờ lục địa (ví dụ dãy Andes)
Câu hỏi 2.4 Quan sát hình 2.10 bạn sẽ thấy trần tích đáy đại dương bị bào
ra thành từng lát kế tiếp nhau Vậy theo bạn các lát trầm tích được nạo ra trước
sẽ nằm ở phần trên hay phần dưới thành máng bên trong?
Hình 2.10: Mặt cắt địa chấn qua vùng máng sâu Trung Mỹ (nằm ở phần
phía bắc máng Peru-Chile) với những đường cắt thể hiện rõ đã cho thấy
hướng kéo dài của các đứt gãy dọc theo chiều nghiêng của thành máng
ngoài và hướng xô dịch của các đứt gãy ngang trên thành máng trong
Hình phóng đại 1,5 lần theo trục đứng
Vòng cung đảo là dạng địa hình gần giống như các dãy núi kiểu Andes,
nhưng là sản phẩm của qúa trình hút chúi của một mảng đại dương xuống dưới một mảng dại dương khác Kết qủa cuối cùng là sự ra đời của các cung đảo núi lửa phía trên đới hút chìm và máng sâu Điều quan trọng là sự xuất hiện của các cung đảo bao giờ cũng kèm theo qúa trình hình thành một đáy đại dương mới nằm xen giữa cung đảo với lục địa và được gọi là biển rìa hay biển sau cung đảo
Đây là một qúa trình tách dãn đáy biển do tác động của môi trường nén ép sinh
ra bởi sự hội tụ của hai mảng Qúa trình này đồng thời cho thấy chuyển động các mảng luôn có mối quan hệ với sự tương tác phức tạp giữa các lực và các hoạt
động Macma, nhưng cụ thể diễn ra như thế nào thì vẫn còn là vấn đề cần nghiên
Trang 11cứu thêm ở nhiều khu vực phía tây của TBD, người ta tìm thấy một vài hệ thống các cung đảo và biển rìa là sản phẩm của quá trình phân tách liên tục của các cung đảo có tuổi già hơn
Trong phần tiếp theo, chúng tôi sẽ mô tả các đặc điểm hình thái vùng đáy sâu đại dương để giúp bạn đọc hình dung được diễn biến của qúa trình tách dãn
đáy biển và sự hình thành của lớp vỏ đại dương mới
2.3 Sống núi đại dương
Các sống núi đại dương được xem là một đặc điểm địa hình quan trọng nhất trên đáy đại dương vì đó là nơi hình thành lớp vỏ đại dương mới - rìa xây dựng Dựa vào giới hạn ngoài tương đối của chúng, người ta xác định được tỉ lệ diện tích của hệ thống sống núi đại dương hiện tại có thể chiếm tới 33% tổng diện tích của đáy đại dương (bảng 2.1) và chúng chiếm một thể tích lớn trong đáy đại dương (hình 2.5)
Dọc theo đới trung tâm của các trục sống núi có thể quan sát thấy sự xâm nhập và phun trào của vật liệu macma bazan do tác động của qúa trình phân tách các mảng ở hai bên sườn Tốc độ của qúa trình tách dãn đáy biển có thể đối xứng hoặc không đối xứng qua trục sống núi, nhưng tốc độ dịch chuyển trung bình của các mảng thì giống nhau và hướng tách dãn của chúng thì gần như vuông góc với các trục sống núi
2.3.1 Hình thái của các sống núi đại dương
Nói chung các đặc trưng hình thái của sống núi đại dương đều có liên quan tới tốc độ tách dãn Hình 2.11 là mặt cắt hình thái của sống núi có tốc độ tách dãn chậm (khoảng 1-2cm/năm như trục sống núi ngầm giữa ĐTD) và tốc độ tách dãn nhanh (khoảng 6-8cm/năm như trục sống núi phía đông TBD)
Hình 2.11: Mặt cắt hình thái (theo hướng đông – tây) vùng sống núi nằm
giữa ĐTD và đông TBD (xem câu hỏi 2.5) Hình phóng đại 50 lần
Câu hỏi 2.5 Các đặc điểm chính của hai sống núi nói trên sẽ được tóm tắt ở phần dưới Sau khi đọc xong phần tóm tắt và tham khảo thêm mặt cắt trên hình 2.11, hãy trả lời câu hỏi a và d
Hệ thống sống núi giữa ĐTD có phần thung lũng trung tâm rộng khoảng 30km và sâu khoảng 1-2km, nhưng đối với hệ thống sống núi đông TBD thì đặc
25-điểm này không lặp lại Độ dốc sườn núi tính từ đỉnh núi giảm dần theo tỉ lệ 1 0
Trang 12trên 100m đối với sống núi giữa ĐTD và 1 trên 500m đối với sống núi đông TBD
(a) Mặt cắt nào mô tả sống núi ĐTD và sống núi đông TBD?
(b) Hệ thống sống núi nào có bề mặt địa hình ghồ ghề hơn?
(c) Độ dốc trung bình của sườn sống núi so với rìa lục địa như thế nào?
(d) Sống núi Carlsberg ở phía bắc AĐD có tốc độ tách dãn trung bình là 2cm/năm Vậy mặt cắt nào trên hình 2.11 sẽ tương tự với mặt cắt qua hệ thống sống núi này?
1-Hình 2.12: Mặt cắt mô tả chi tiết hình thái phần thung lũng trung tâm của
sống núi giữa ĐTD ở 47 0 và 22 0 bắc (mặt cắt 1,2), sống núi Gorda ở đông
bắc TBD (3) và sống Carlsberg ở tây bắc AĐD (4) Hình phóng đại gấp 5
lần theo trục đứng
Xét mặt cắt qua ba sống núi trên (hình 2.12) cho thấy thành bên trong của vùng thung lũng trung tâm được hình thành bởi các đứt gãy có bề mặt nghiêng
về phía trục Thành bên ngoài hay còn gọi là sườn núi có bề mặt các đứt gãy cắm
ra phía ngoài trục (ví dụ phần cuối bên phải của mặt cắt 2, 3) Hoạt động của các
đứt gãy đoạn tầng là nguyên nhân làm cho bề mặt hình thái của lớp vỏ sống núi trở nên thô ráp và ghồ ghề
2.3.2 Mối tương quan tuổi và độ sâu của các sống núi đại dương
Một trong những đặc điểm quan trọng nhất của hệ thống sống núi đại dương
là độ sâu của chân núi tăng theo tuổi lớp thạch quyển nằm dưới (hình 2.13) và khoảng cách của nó so với trục sống núi Mối tương quan này có được là do tính chất biến đổi của lớp thạch quyển khi bị đẩy ra khỏi trục sống núi, nơi nó sinh
Trang 13ra Nói chung, các thạch quyển nằm gần trục bao giờ cũng có nhiệt lượng lớn hơn
so với những thạch quyển nằm xa trục, vì vậy chúng thường rất nhẹ và xốp nên
có độ nổi cao hơn so với thạch quyển đã bị mất nhiệt và xẹp xuống sau hàng triệu năm hình thành Người ta có thể dựa vào sơ đồ đường cong biểu diễn mối quan hệ tuổi - độ sâu để xác định tuổi tương đối của lớp vỏ đại dương nằm ở một
độ sâu nhất định, từ đó làm cơ sở thành lập các bản đồ cổ độ sâu phục vụ cho qúa trình nghiên cứu đáy đại dương
Tuy nhiên xung quanh mối tương quan này vẫn còn một vài bấp cập:
1 Mối tương quan tuổi - độ sâu không thể cho biết tuổi của lớp thạch quyển
đại dương già hơn 100 triệu năm vì các lớp này đã bị mất đi gần hết lượng nhiệt
được hình thành và đạt tới trạng thái cân bằng nhiệt, biểu hiện ở sự kéo ngang của đường cong
2 Bản thân các sống núi có độ sâu biến đổi theo tốc độ tách dãn (các sống tách dãn nhanh thường sâu hơn các sống tách dãn chậm) Độ sâu trung bình của trục sống núi phía đông TBD khoảng 2,7km, và trục sống núi giữa ĐTD là 2,5km
Hình 2.13: Đường cong biểu diễn mối tương quan giữa tuổi và độ sâu
của lớp vỏ đại dương theo lý thuyết và theo thực tế Đường liền nét thể
hiện các kết qủa nghiên cứu qua các điểm khảo sát Đường đứt nét là
đường cong lý thuyết được tính toán dựa trên giả thiết về sự tăng giảm
nhiệt của lớp thạch quyển khi các mảng thạch quyển bị nguội dần khi
Trang 14rời xa trục sống núi Một số dị thường từ thể hiện qua các dãy sọc từ
trên đáy đại dương được xắp xếp đối xứng qua trục sống núi
2.4 Đứt gãy biến dạng và đới nứt vỡ
Các trục sống núi có thể bị xô lệch so le theo hướng phát triển của các đứt gãy biến dạng (hình 1.11) hình thành do qúa trình trượt ngang của hai mảng đại dương với nhau Do vậy, hướng kéo dài của mỗi đứt gãy có dạng cung vòng tròn nhỏ có tâm là đỉnh trục xoay tương đối giữa hai mảng và có hướng song song với hướng dịch chuyển của các mảng (hình 2.14) Những đứt gãy này được gọi là biến dạng vì chúng là đoạn nối giữa hai điểm đầu và cuối của các đoạn sống núi liên tiếp, nơi mà các chuyển động tách dãn bắt đầu chuyển sang các chuyển động trượt ngang
Do chuyển động của các mảng là sự cọ sát giữa hai bên thành nên các đứt gãy xuất hiện ở đây được xếp vào loại hoạt động địa chấn tích cực Một vấn đề cần chú ý là, các đứt gãy này chỉ xuất hiện tại ranh giới giữa các mảng và kết thúc tại hai đầu kết nối với các đoạn trục sống núi so le Những khu vực kế cận chịu ảnh hưởng phát triển kéo dài của đứt gãy biến dạng nằm trong giới hạn một mảng đơn, không có các chuyển động ngang và không có cường độ hoạt động
địa chấn mạnh được gọi là đới nứt vỡ (hình 2.14)
Hình 2.14: Các đứt gãy biến dạng và đới nứt vỡ đều là những cung tròn
nhỏ có tâm nằm trên đỉnh trục xoay tương đối giữa các mảng Tốc độ
tách dãn liên quan đến vận tốc góc quay và khoảng cách so với đỉnh
trục xoay Tốc độ tách dãn tỉ lệ với khoảng cách so với đỉnh trục xoay và
độ dài của mũi tên trong hình vẽ
Nếu phần thũng lũng nguyên sinh được hình thành giữa hai lục địa có hướng phát triển lệch góc với hướng chuyển động của hai mảng thì các trục tách dãn sẽ có xu hướng phân chia thành các đoạn trục song song và so le với nhau như trên hình minh họa 2.15 Sự xuất hiện của những đới nứt vỡ yếu xuất hiện trên các mảng tách dãn có thể tác động tới sự phát triển của những đứt gãy lớn
Trang 15tại vị trí đó, chẳng hạn như sự tách rời của mảng lục địa Nam Mỹ ra khỏi mảng Châu Phi đã chi phối sự hình thành của Đại Tây Dương qua xích đạo
Hình 2.15: Qúa trình phân tách của một lục địa với những vết nứt mảnh
ban đầu tạo điều kiện cho những đứt gãy lớn phát triển Các đứt gãy này
nằm ngang giữa các đoạn sống núi và tạo nên đới nứt vỡ bao quanh
phía ngoài đới tách dãn Nói chung các trục sống núi đều có xu hướng
nằm vuông góc với hướng tách dãn mặc dù không phải lúc nào cũng
vậy
Hình 2.16: Độ cao của đáy biển ở hai cánh của đứt gãy và đới nứt vỡ có
sự chênh lệch nhau và điều này đã dẫn đến sự hình thành của các bề
mặt vách dốc đứng
Sự có mặt của đứt gãy biến dạng và đới nứt vỡ trên đáy đại dương được coi là những dạng địa hình độc lập và được mô tả là các vách và bề mặt dốc đứng ngầm Dựa vào mối quan hệ tuổi-độ sâu ở mục 2.3.2, người ta có thể lý giải được
Trang 16nguồn gốc ủa chúng (hình 2.16) Đó là do sự chênh lệch về tuổi của các thạch quyển nằm ở hai phía của một đứt gãy hoặc đới nứt vỡ đã dẫn đến sự khác nhau
về độ sâu của bề mặt đáy đại dương Đới nứt vỡ hoàn toàn không phải là đới hoạt
động địa chấn vì chẳng qua đó là kết qủa của qúa trình hạ thấp không đều nền
đáy đại dương ở hai bên đới nứt vỡ do tốc độ nguội lạnh và sụt lún khác nhau của các mảng thạch quyển sau khi được hình thành Nói chung, đới hoạt động này chỉ sinh ra những động đất có cường độ rất nhỏ Các hoạt động sụt lở kèm theo rung chuyển nhỏ có thể xảy ra dọc theo đới nứt vỡ nằm gần rìa lục địa bởi
sự chênh lệch về khối lượng trầm tích ở hai cánh đới nứt vỡ do khối lượng tải khác nhau của các con sông
Về cơ bản, đứt gãy biến dạng trên đáy đại dương khác hẳn với kiểu đứt gãy
xê dịch ngang trên lục địa: những chuyển động chính xảy ra dọc theo đứt gãy biến dạng luôn có sự đối ngược biểu hiện qua sự sắp đặt đối xứng so le của các
đoạn sống núi (hình 2.14 và 2.16)
Những đứt gãy biến dạng lớn lại chính là rìa mảng ổn định (ví dụ đứt gãy San Andreas nằm ở phía đông bắc của nước Mỹ hay đứt gãy Alpine ở New Zealand, hình 2.1) bởi vì tại đó không có các đới hút chìm hay qúa trình tách dãn bên lề Ngoài trừ một số khu vực đặc biệt đã được biết đến như phần ranh thuộc
ĐTD của hai mảng Châu âu và Châu Phi vẫn được xem là một đứt gãy biến dạng lớn (hình2.1) mặc dù không thuộc kiểu rìa ổn định Tại đuôi của đứt gãy này ở hướng tây, giáp hệ thống sống núi giữa ĐTD, xuất hiện một bộ phận tách dãn nhỏ với kiểu xê dịch ngang, nhưng kèm theo sự tách mở khe nứt làm xuất lộ phần macma ở manti trên dẫn đến qúa trình phun trào dung nham lava dọc theo đứt gãy Do đó, người ta đã đặt tên cho nó là “biến dạng khe hở” Càng tiến
về phía đông (gần Gibraltar), hoạt động của hệ thống đứt gãy càng giống kiểu rìa mảng ổn định với các chuyển dịch ngang đơn thuần chiếm ưu thế Tại những khu vực thuộc Địa Trung Hải mà đứt gãy này cắt qua luôn tìm thấy dấu vết của
đới hút chìm trên hệ thống các chuyển động ngang Với những đứt gãy quy mô nhỏ hơn cũng có thể xuất hiện những đặc điểm riêng đáng chú ý, song điển hình nhất vẫn là sự phát triển của bộ phận tách dãn nhỏ Kiểu đứt gãy biến dạng khe
hở nói chung không phổ biến ở trục sống núi đại dương (hình 2.17)
