chương 8: Thuyết kiến tạo mảng

Sự phát triển của học thuyếtBản đồ chi tiết về các mảng kiến tạo và các vectơ di chuyển của nó Màu tím: ranh giới hội tụ, đỏ: ranh giới phân kỳ, lục: ranh giới chuyển dạng, xanh dương: đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA : SINH HỌC

BÀI THẢO LUẬN ĐỊA LÍ SINH VẬT

Đề tài : Thuyết kiến tạo mảng

Người thực hiện : Đặng Thị Tuyết

1 Sự phát triển của học thuyết

Bản đồ chi tiết về các mảng kiến tạo và các vectơ di chuyển của nó

Màu tím: ranh giới hội tụ, đỏ: ranh giới phân kỳ, lục: ranh giới chuyển

dạng, xanh dương: đới hút chìm, xám (vùng): đai tạo núi.

Thuyết kiến tạo mảng kế thừa từ giả thuyết trôi dạt lục địa doAlfred Wegener đề xuất năm 1912 và được mở rộng trong quyển sáchxuất bản năm 1915 của ông có tên gọi Nguồn gốc của các lục địa vàđại dương

Học thuyết kiến tạo mảng được phát triển vào cuối thập niên

1960 và được hầu hết các nhà khoa học trong các ngành khoa học TráiĐất chấp nhận Học thuyết góp phần phát triển các khoa học Trái đất,giải thích các hiện tượng địa chất và những ảnh hưởng của nó đến đốivới các nghiên cứu về cổ địa lý học và cổ sinh học

2 Các nguyên tắc chính

Các lớp bên ngoài của Trái Đất được chia thành thạch quyển vàquyển mềm Việc phân chia này dựa trên sự khác biệt về các đặc điểm

cơ học và phương thức truyền nhiệt trong chúng Về mặt cơ học,thạch quyển lạnh hơn và cứng hơn, trong khi đó quyển mềm thì nónghơn và dễ chảy hơn Về mặt truyền nhiệt, thạch quyển mất nhiệt do sựtruyền nhiệt trong khi đó quyển mềm cũng truyền nhiệt bởi sự đối lưu

và có gradien nhiệt độ gần như đoạn nhiệt Sự phân chia này khôngnên lẫn lộn với sự phân chia về mặt hóa học của cùng các lớp nàythành quyển manti (bao gồm cả quyển mềm và phần manti của thạchquyển) và lớp vỏ: các phần của quyển manti có thể là một phần củathạch quyển hoặc quyển mềm ở các thời điểm khác nhau, tùy thuộcvào nhiệt độ và áp suất của nó

Nguyên tắc chủ yếu của kiến tạo mảng là thạch quyển tồn tạinhư là các mảng kiến tạo tách rời và riêng biệt, trôi dạt trên quyểnmềm gần như chất lưu (chất rắn nhớt đàn hồi) Sự chuyển động củacác mảng vào khoảng 10-40 mm/năm (Sống núi giữa Đại Tây Dương;nhanh như sự phát triển của móng tay) cho tới khoảng 160 mm/năm(mảng Nazca; bằng tốc độ mọc tóc)

Các mảng kiến tạo gồm phần thạch quyển của quyển manti vàphần nằm phủ bên trên là một trong hai kiểu vật liệu lớp vỏ: lớp vỏđại dương (hay quyển sima từ ghép của silic và magiê) và lớp vỏ lụcđịa (hay quyển sial từ ghép của silic và nhôm) Thạch quyển đạidương trung bình dày khoảng 100 km; bề dày cũng phản ảnh tuổi củanó: theo thời gian nó lạnh dần và trở nên dày hơn Do nó được hình

khoảng cách nhất định trước khi bị hút chìm, độ dày thay đổi trongkhoảng từ 6 km ở sống núi giữa đại dương đến hơn 100 km tại các đớihút chìm; tùy thuộc vào khoảng cách di chuyển ngắn hơn hay dài hơn,

mà bề dày tại đới hút chìm (tính trung bình) sẽ mỏng hơn hay dàyhơn Thạch quyển lục địa điển hình dày khoảng 200 km, và cũng thayđổi giữa các bồn địa, dãy núi, và bên trong nền cổ ổn định của lục địa.Hai kiểu lớp vỏ cũng có bề dày khác nhau, lớp vỏ lục địa dày hơn lớp

vỏ đại dương (35 km so với 6 km của lớp vỏ đại dương)

Nơi hai mảng gặp nhau được gọi là ranh giới mảng, và các ranhgiới mảng thường liên quan đến các hoạt động động đất và tạo thànhcác dạng địa hình như dãy núi, núi lửa, sống núi giữa đại dương vàrãnh đại dương Các hoạt động núi lửa chính xuất hiện dọc theo cácranh giới mảng, trong đó ranh giới mảng hoạt động mạnh nhất vàđược biết đến nhiều nhất là vành đai lửa Thái Bình Dương của mảngThái Bình Dương Các ranh giới này sẽ được nêu chi tiết ở các mụcsau

Các mảng kiến tạo có thể chỉ bao gồm lớp vỏ lục địa hay lớp vỏđại dương, hoặc cả hai Ví dụ, mảng châu Phi bao gồm lớp vỏ lục địa

và các phần của đáy biển Đại Tây Dương và Ấn Độ Dương Sự phânchia giữa lớp vỏ đại dương và lớp vỏ lục địa dựa trên cơ chế hìnhthành của chúng Vỏ đại dương được hình thành ở trung tâm tách giãnđáy biển và vỏ lục địa được hình thành từ hoạt động của cung núi lửa

và từ sự lớn dần của các địa thể từ các quá trình kiến tạo; mặc dù một

số dạng địa thể này có thể chứa các chuỗi ophiolit, là các mảnh của vỏđại dương, và chúng vẫn được xem là một phần của lục địa khi chúngthoát khỏi chu trình chuẩn của sự hình thành và các trung tâm táchgiãn cũng như sự hút chìm bên dưới các lục địa Vỏ đại dương nặng

hơn vỏ lục địa do chúng khác nhau về thành phần cấu tạo như vỏ đạidương chứa ít silic và nhiều các nguyên tố nặng ("mafic") hơn so với

vỏ lục địa ("felsic") Như là kết quả của phân tầng theo tỷ trọng, vỏđại dương thường nằm bên dưới mực nước biển (hầu hết mảng TháiBình Dương dưới mực nước biển), trong khi vỏ lục địa nổi cao hơnmực nước biển (xem đẳng tĩnh giải thích về nguyên lý này)

3 Các kiểu ranh giới mảng

Ba kiểu ranh giới mảng.

1-Quyển mềm; 2-Thạch quyển; 3-Điểm nóng; 4-Vỏ đại dương; Mảng hút chìm; 6-Vỏ lục địa; 7-Đới tách giản trên lục địa; 8-Ranh giới hội tụ; 9-Ranh giới phân kỳ; 10-Ranh giới chuyển dạng; 11-Núi lửa dạng khiên; 12-Sống núi giữa đại dương; 13-Ranh giới mảng hội

5-Có ba kiểu ranh giới mảng đặc trưng cho các phương thứcchuyển động tương đối giữa chúng Các kiểu này cũng liên quan đếncác hiện tượng xảy ra trên mặt đất Các kiểu ranh giới khác nhau là:

- Ranh giới chuyển dạng

Xuất hiện khi các mảng trượt tương đối theo mặt phẳng nằmngang dọc theo các đứt gãy chuyển dạng Chuyển động tương đốigiữa hai mảng hoặc là phay ngang trái (sang bên trái về phía ngườiquan sát) hoặc là phay ngang phải (sang bên phải về phía người quansát) Đứt gãy San Andreas ở California là một ví dụ của ranh giới loạinày

- Ranh giới phân kỳ

Xuất hiện ở nơi mà hai mảng di chuyển xa ra nhau Các sốngnúi giữa đại dương (như sống núi Trung Đại Tây Dương) và các đớiđang có hoạt động tách giãn (như thung lũng tách giãn Lớn ở châuPhi) là các ví dụ về kiểu ranh giới này

- Ranh giới hội tụ (hay các rìa chủ động)

Xuất hiện khi hai mảng trượt về phía nhau tạo thành đới hútchìm (nếu một mảng chui xuống dưới mảng kia) hoặc va chạm lục địa(nếu hai mảng đều là vỏ lục địa) Các rãnh đại dương sâu thường liênquan đến đới hút chìm Các phiến đang hút chìm mang theo cáckhoáng vật chứa nước, chúng sẽ giải phóng nước khi bị nung nóng;lượng nước này sau đó làm cho manti chảy lỏng để tạo ra các hoạtđộng núi lửa Các ví dụ về dãy núi Andes ở Nam Mỹ và cung núi lửaNhật Bản

3.1 Ranh giới mảng chuyển dạng

John Tuzo Wilson nhận ra rằng do ma sát các mảng không thểtrượt qua nhau một cách đơn giản Thay vì thế, một ứng suất tạo ra

trong cả hai mảng và khi nó đạt tới mức vượt qua ngưỡng sức căngcủa đá trên một trong hai mặt đứt gãy thì thế năng đã tích lũy sẽ đượcgiải phóng ở dạng sức căng Sức căng mang yếu tố tích lũy và/hoặctức thời tùy thuộc vào tính lưu biến của đá; lớp vỏ dễ dát mỏng bêndưới và manti tích lũy biến dạng từ từ qua ứng suất cắt trong khi đóphần vỏ bên trên giòn dễ tạo thành đứt gãy, hoặc giải phóng áp lực tứcthời gây ra sự chuyển động dọc theo đứt gãy Bề mặt dễ dát mỏng củađứt gãy cũng có thể giải phóng ngay lập tức khi mức độ sức căng làquá lớn Năng lượng được giải phóng từ ứng suất sức căng này gâynên các trận động đất, là một hiện tượng phổ biến dọc theo các ranhgiới chuyển dạng

Ví dụ điển hình của loại ranh giới này là đứt gãy San Andreas ở

bờ biển phía tây Bắc Mỹ, và là một phần của hệ thống đứt gãy cực kỳphức tạp trong khu vực này Ở đây, mảng Thái Bình Dương di chuyển

về hướng tây bắc còn mảng Bắc Mỹ di chuyển về hướng đông nam.Các ví dụ khác như là đứt gãy Alpine ở New Zealand và đứt gãy BắcAnatolia ở Thổ Nhĩ Kỳ Các đứt gãy chuyển dạng cũng được tìm thấy

ở dạng vuông góc với sống núi giữa đại dương (như đới đứt gãyMendocino ngoài khơi bắc California)

3.2 Ranh giới phân kỳ

Cầu bắc qua thung lũng tách giãn Álfagjá ở tây nam Iceland, ranh giới

giữa các mảng lục địa Á-Âu và Bắc Mỹ.

Ở các ranh giới phân kỳ, hai mảng di chuyển ra xa nhau vàkhoảng không giữa chúng dần dần được lấp đầy bởi vật liệu lớp vỏmới từ nguồn macma nóng chảy bên dưới Nguồn gốc của các ranhgiới phân kỳ mới ở điểm nối ba đôi khi liên quan đến hoạt động củacác điểm nóng Ở đây, các vòng đối lưu cực kỳ lớn mang một lượngrất lớn vật chất của quyển mềm nóng lên gần bề mặt và động năng nàycũng đủ để phá vỡ thạch quyển ra thành các phần nhỏ Điểm nóng cóthể xuất hiện vào thời điểm ban đầu tạo hệ thống sống núi giữa ĐạiTây Dương, hiện tại nằm bên dưới Iceland với tốc độ mở rộng khoảngvài xentimet một năm

Ranh giới phân kỳ trên thạch quyển đại dương tạo ra sự táchgiãn của hệ hống sống núi đại dương bao gồm sống núi giữa Đại TâyDương và đới nâng đông Thái Bình Dương, và trên thạch quyển lụcđịa tạo ra các thung lũng tách giãn như Thung lũng tách giãn LớnĐông Phi Các ranh giới phân kỳ có thể tạo ra các đới đứt gãy lớn

trong hệ thống sống núi đại dương Sự mở rộng thường không đồngđều, do vậy nơi nào có tốc độ mở rộng của các khối sống núi cận kề làkhác nhau thì sẽ tạo ra các đứt gãy chuyển dạng lớn Chúng là các đớiđứt gãy, nhiều trong số đó có tên gọi, và là nguồn gây ra các trận độngđất lớn dưới biển Bản đồ đáy biển thể hiện một bức tranh khác về cáccấu trúc khối tảng bị phân chia bởi các yếu tố tuyến tính vuông gócvới trục sống núi Nếu nhìn đáy biển giữa các đới đứt gãy như là cácdây đai buộc vào sống núi và kéo về hai phía từ trung tâm tách giãnthì sẽ thấy các yếu tố hoạt động của hệ thống này rõ ràng hơn Độ caochỏm của các sống núi cổ chạy song song với trung tâm tách giãn hiệntại sẽ trở nên già hơn và chìm sâu hơn (giảm nhiệt độ và lún chìm)

Ở sống núi giữa đại dương, người ta cũng tìm thấy một dấuhiệu quan trọng về lực tác động được chấp nhận trong học thuyết táchgiãn đáy biển Các khảo sát địa từ trường từ trên không cho thấy kiểumẫu kỳ dị của đảo cực từ đối xứng hai bên trung tâm sống núi Kiểumẫu này là quá cân đối để có thể coi là trùng hợp ngẫu nhiên do bềrộng của các dải đối diện là gần như trùng khớp với nhau Các nhàkhoa học đã từng nghiên cứu đảo cực từ và liên kết đã được Lawrence

W Morley, Frederick John Vine và Drummond Hoyle Matthews đưa

ra trong giả thuyết Morley-Vine-Matthews Các dải từ trùng khớp vớicác thời kỳ đảo cực từ của Trái Đất Điều này được xác nhận bằng các

đo đạc về tuổi của đá nằm trong các dải từ này Dải từ vẽ nên một bản

đồ thời gian và không gian về cả tốc độ tách giãn và các kỳ đảo cực

từ

3.3 Ranh giới hội tụ

Bản chất của ranh giới hội tụ tùy thuộc vào kiểu thạch quyểncủa các mảng tham gia vào sự va chạm Ở nơi một mảng đại dươngđặc va vào một mảng lục địa ít đặc hơn, mảng đại dương thường sẽchui xuống dưới do sức nổi nhỏ hơn thạch quyển lục địa, tạo ra đớihút chìm Trên bề mặt, các dạng địa hình được thành tạo như rãnh đạidương nằm về phía đại dương và dãy núi ở phía lục địa Một ví dụ vềđới hút chìm đại dương-lục địa là khu vực dọc theo bờ biển phía tâyNam Mỹ, ở đây mảng đại dương Nazca bị hút chìm dưới mảng lục địaNam Mỹ

Hoạt động núi lửa bề mặt (các núi lửa dưới đáy biển hoặc trênlục địa) thường xuất hiện bên trên các vùng nóng chảy được hìnhthành do các mảng bị hút chìm Vấn đề này vẫn còn đang tranh luậntrong giới địa chất để giải thích cơ chế sinh ra hiện tượng này Tuynhiên, quan điểm được số đông đồng ý về hiện tượng này là do sự giảiphóng các chất khí Khi một mảng bị chìm xuống, nhiệt độ của nótăng lên sẽ tạo ra nhiều chất khí (hầu hết là hơi nước) được chứa tronglớp vỏ đại dương xốp rỗng Khi lượng nước này tăng lên trong manti,

nó làm giảm nhiệt độ nóng chảy của các phần xung quanh manti tạo ramacma chứa một lượng lớn khí hòa tan Macma này dâng lên trên bềmặt và cũng là nguồn của hầu hết các núi lửa phun nổ trên Trái Đất vìchúng chứa một thể tích lớn các chất khí bị nén ở áp suất cao (như núi

St Helens) Macma dâng lên trên mặt và nguội dần tạo ra một chuỗicác núi lửa trên đất liền từ thềm lục địa và song song với thềm lục địa.Lục địa phía tây Nam Mỹ thì đặc với kiểu hình thành các dãy núi lửa

từ sự hút chìm của mảng Nazca Ở Bắc Mỹ, dãy núi Cascade, mở rộng

về phía bắc của Sierra Nevada, California cũng thuộc loại này Các

núi lửa này được đặc trưng bởi các chu kỳ phun trào và yên tĩnh, vàthường bắt đầu bằng hoạt động phun khí và các hạt tro núi lửa mịndạng thủy tinh và tro dạng sương, theo sau là các pha phun mácma.Toàn bộ ranh giới Thái Bình Dương được bao bọc bởi các dãy núi lửa

và thường được gọi là vành đai núi lửa Thái Bình Dương

Ở nơi mà hai mảng lục địa va nhau làm cho các mảng bị biếndạng và chịu nén, kết quả là hoặc một mảng chui xuống hoặc trượt lêntrên (trong một số trường hợp) và sẽ tạo nên các dãy núi rộng lớn.Dấu hiệu dễ nhận thấy nhất là rìa phía bắc của mảng Ấn Độ chuixuống dưới một phần của mảng Á-Âu, nâng nó lên để tạo ra dãy núiHimalaya và cao nguyên Thanh Tạng nằm phía sau Nó cũng có thểđẩy các phần cận kề của lục địa châu Á dịch về phía đông

Khi hai mảng đại dương và lục địa va vào nhau, chúng sẽ tạonên cung đảo khi đó mảng đại dương sẽ chui xuống bên dưới mảnglục địa Cung đảo được hình thành từ các núi lửa phun trào trên mảngnằm trên do mảng nằm dưới bị nóng chảy phía dưới nó Sở dĩ cungđảo có dạng cung là do bề mặt cầu của Trái Đất Rãnh đại dương nằmphía trước các cung này thuộc về phía mảng bị hút chìm xuống dưới

Ví dụ điển hình của kiểu mảng hội tụ này là Nhật Bản và quần đảoAleutia ở Alaska

Lục địa/Lục địa.

1-Vỏ lục địa; 2-Thạch quyển; 3-Quyển mềm; 4-Vỏ đại dương cổ;

5-dãy núi; 6-Cao nguyên

Đại dương/Lục địa.

1-Vỏ đại dương; 2-Thạch quyển; 3-Quyển mềm; 4-Vỏ lục địa; 5-Cung

núi lửa; 6-Rãnh đại dương

Đại dương/Đại dương

1-Vỏ đại dương; 2-Thạch quyển; 3-Quyển mềm; 4-Vỏ lục địa; 5-Rãnh

đại dương; 6-Cung đảo núi lửa

Các mảng thường va chạm theo một góc khác 90 độ hơn là đốiđầu nhau (như một mảng chuyển động về phía bắc, mảng còn lại vềphía đông nam), và có thể tạo nên đứt gãy ngang dọc theo đới vachạm, và có thể là hút chìm hoặc nén ép

Không phải tất cả ranh giới mảng đều dễ dàng xác định như cácmảng có dạng đai với hướng di chuyển không rõ ràng Một ví dụ làranh giới Địa Trung Hải-Anpơ, là ranh giới liên quan đến hai mảnglớn và một số mảng nhỏ Bên cạnh đó, ranh giới của các mảng khôngphải lúc nào cũng trùng với ranh giới của các lục địa, ví dụ như, mảngBắc Mỹ bao phủ không chỉ lục địa Bắc Mỹ mà còn trãi rộng đến tây

Tuổi của vỏ đại dương, trung tâm màu đỏ có tuổi trẻ nhất

Thạch quyển bị vỡ ra thành các mảng kiến tạo và chúng trượttrên quyển mềm Các mảng này di chuyển tương đối với nhau theomột trong ba kiểu ranh giới mảng: hội tụ hay va chạm; tách giãn, cũngđược gọi là trung tâm tách giãn; và chuyển dạng Các trận động đất,hoạt động núi lửa, sự hình thành các dãy núi, và rãnh đại dương đềuxuất hiện dọc theo các ranh giới này Sự dịch chuyển sang bên của cácmảng vào khoảng 50–100 mm/năm

4 Các mảng kiến tạo chính

Bản đồ kiến tạo mảng

Việc xác định các ranh giới mảng giúp người ta phân chia vỏthạch quyển của Trái Đất thành 8 mảng kiến tạo chính:

- Mảng châu Phi gồm toàn bộ châu Phi – mảng lục địa

- Mảng Nam Cực gồm toàn bộ châu Nam Cực - mảng lục địa

- Mảng Australia gồm toàn bộ Australia - mảng lục địa

- Mảng Ấn Độ gồm toàn bộ tiểu lục địa Ấn Độ và một phần của

Ấn Độ Dương - mảng lục địa

- Mảng Á-Âu gồm toàn bộ châu Á và châu Âu - mảng lục địa

- Mảng Thái Bình Dương gồm toàn bộ Thái Bình Dương –mảng đại dương

Bên cạnh đó còn có các mảng nhỏ như mảng Ả Rập, mảngCaribe, và mảng Juan de Fuca, mảng Cocos, mảng Nazca, mảngPhilippin và mảng Scotia

5 Lực gây chuyển động

Lực gây chuyển động.

Các mảng kiến tạo có thể di chuyển do mật độ tương đối củathạch quyển đại dương và độ yếu tương đối của quyển mềm Quátrình mất nhiệt từ manti được xem như nguồn gốc gây kiến tạo mảng.Theo quan điểm hiện tại, mặc dù vẫn còn tranh cãi, mật độ quá lớncủa thạch quyển đại dương đang chìm xuống trong đới hút chìm lànguyên nhân chính gây chuyển động mảng Khi thạch quyển đạidương hình thành ở các sống núi giữa đại dương, nó ít đặc hơn so vớilớp quyển mềm bên dưới, nhưng nó sẽ trở nên đặc (nặng) hơn khi nó