Tiến hóa điện động lực các mảng thạch quyển

Tiến hóa điện động lực các mảng thạch quyển

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA ĐỊA CHẤT

Bài tiểu luận môn học TIẾN HÓA ĐỊA ĐỘNG LỰC CÁC MẢNG

THẠCH QUYỂN

Họ và tên:

Lớp: Cao học Địa Chất khóa 2009-2011

HÀ NỘI, 2010

I Quỏ trỡnh phỏt triển của địa kiến tạo.

Địa kiến tạo cũng như địa chất học đều phải trải qua nhiều giai đoạn phỏt triển và liờn quan chặt chẽ với sự phỏt triển của khoa học - kỹ thuật Mụ̃i giai đoạn phỏt triển lại mang mụ̣t đặc trưng riờng

Giai đoạn chuõ̉n bị đặc trưng bằng sự xuất hiợ̀n cỏc quan niợ̀m về sự thành tạo Trỏi Đất và sự biến đụ̉i địa hình của nó liờn quan tới cỏc phỏ hủy thế nằm của cỏc đỏ

Giai đoạn phỏt triển thứ hai đặc trưng với sự ra đời của giả thuyết nõng đó là giả thuyết kiến tạo có ý nghĩa khoa học đõ̀u tiờn

Giai đoạn ba của địa kiến tạo với sự ra đời của học thuyết địa mỏng đỏnh dấu mụ̣t bước phỏt triển dài của địa kiến tạo

Giai đoạn thứ tư là giai đoạn khủng hoảng của địa kiến tạo lư thuyết với sự sụp đụ̉ của giả thuyết co rỳt, khỏc với thời kỳ giả thuyết nõng trồi được thay thế bằng giả thuyết

co rỳt là sẽ có mụ̣t loạt giả thuyết được đề xướng và có thể xuất phỏt từ những tiền đề hoàn toàn trỏi ngược nhau, trong những năm khủng hoảng đó, giả thuyết trụi dạt lục địa được phụ̉ biến rụ̣ng rói nhất, hình thành khi Antonio Snider- Pellegrini (1858) nói về sự tỏch vỡ và trụi dạt đi xa của “cỏc lục địa Atlantic” Giả thuyết này được nờu đõ̀y đủ nhất

và rừ ràng nhất bởi nhà địa vật lý người Đức A.Vegener (1912)

Hình 1: bản đồ chi tiết các mảng kiến tạo và hớng dịch chuyển của chúng

Vào giữa những năm 50 nhờ những thành tựu của cuụ̣c cỏch mạng khoa học-kỹ thuật con người đó mở rụ̣ng khả năng hiểu biết về cấu trỳc và sự phỏt triển của vỏ Trỏi Đất và của quyển kiến tạo nói chung Địa vật lý đó khẳng định sự tồn tại mụ̣t lớp yếu ở manti trờn – astenosphera Đồng thời với sự thay thế hợ̀ biến hoỏ tĩnh bằng hợ̀ biến hoỏ đụ̣ng dưới hình thỏi kiến tạo mảng, tất cả điều đó cho phộp nói rằng trong sự phỏt triển

của địa kiến tạo nói riờng, cũng như của địa chất học nói chung, vào đõ̀u những năm 60 của thế kỷ 20 đó xảy ra mụ̣t bước nhảy cỏch mạng thực sự, nó được biểu hiợ̀n ngay trong

sự tăng cường rừ rợ̀t của cỏc nghiờn cứu khoa học theo cỏc hướng mới

II Thuyết địa máng và những yếu điểm của nó.

II.1 Nội dung thuyết địa máng

Thuyờ́t địa mỏng được ra đời từ thờ́ kỉ 19 với khỏi niợ̀m đõ̀u tiờn của các nhà địa chṍt Mỹ J.Hall (1849) và J.Dana (1873) Từ đó nó được cỏc nhà địa chṍt nhiờ̀u nước bụ̉ sung, hoàn thiợ̀n nhờ cỏc cụng tình địa chṍt như của: E Haug (1909), A Arkhangelski (1923-1927),… Các nhà địa chṍt này đó định nghĩa tỷ mỷ, xỏc định tính chṍt và phõn chia nhiờ̀u loại hình địa mỏng và xỏc định cỏc giai đoạn khỏc nhau Thuyờ́t địa mỏng đó thụ́ng trị trong lĩnh vực địa chṍt mụ̣t thời gian rṍt dài, các quá trình địa chṍt kiờ́n tạo đờ̀u được giải thích dựa trờn các học thuyờ́t địa mỏng

Học thuyờ́t địa mỏng chia chu kỳ vận động của thạch thành 4 giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1: Ban đõ̀u từ mụ̣t thờ̉ nờ̀n, địa mỏng này bắt đõ̀u sụt vừng và mở rụ̣ng.

Sụt võng tụ́c đụ̣ lớn và được lṍp đõ̀y trõ̀m tích, đụ̀ng thời hoạt đụ̣ng đứt góy mạnh mẽ tạo nờn các phun trào và xõm nhọ̃p magma Cuụ́i giai đoạn này bắt đõ̀u xuṍt hiợ̀n uụ́n nờ́p mạnh mẽ mở đõ̀u cho hoạt đụ̣ng nghịch đảo kiờ́n tạo

Giai đoạn 2: Hoạt đụ̣ng uụ́n nờ́p mạnh mẽ, hình thành những địa vụ̀ng dạng đảo,

bắt đõ̀u hình thành trõ̀m tích thụ dạng molas Hoạt đụ̣ng phun trào yờ́u đi và chủ yờ́u là phan trào lục địa

Giai đoạn 3: Hoạt đụ̣ng tạo nỳi diờ̃n ra tích cực, nỳi được nõng lờn cao, tụ́c đụ̣

nõng lớn hơn tụ́c đụ̣ bào mòn Càng ngày hoạt đụ̣ng uụ́n nờ́p tạo núi diờ̃n ra mạnh nờn tạo thành khu vực uụ́n nờ́p tạo núi rụ̣ng lớn Đụ̀ng thời cũng hình thành nhiờ̀u vùng trũng giữa nỳi Hoạt đụ̣ng đứt góy trở lại, theo cỏc đứt góy magma phun lờn Các khoáng sản cũng được hình thành vào thời gian này

Giai đoạn 4: Giai đoạn uụ́n nờ́p nõng tạo núi chọ̃m đi và dừng lại thay vào đó là

quỏ trình bào mòn, đụ̀ng thời lỳc này cũng xuṍt hiợ̀n quá trình sụt hạ Tạo nờn mụ̣t thờ̉ nờ̀n mới

II.2 Những điểm yếu của học thuyết địa Mỏng

Học thuyờ́t địa mỏng cho rằng, sự hình thành cỏc đại dương là do sự sụt lỳn của cỏc mảng thạch quyờ̉n Ban đõ̀u, sự sụt lỳn là nhỏ, xuṍt hiợ̀n các sụt lún dạng bọ̃c thang sau đó phỏt triờ̉n dõ̀n và hình thành đại dương Như vọ̃y, khi ta nghiờn cứu đỏ của đỏy đại

dương (giả sử là đáy Đại Tây Dương) thì đá ở đây phải giống về thành phần cũng như tuổi của đá hai bên bờ (bờ Tây Phi và Đông Nam Mỹ) Nhưng thực ra không phải như vậy, đá ở đáy đại dương là rất trẻ, còn đá hai bên bờ lại rất cổ so với đá ở đáy đại dương

và thành phần thì khác nhau

Còn một loạt vấn đề về kiến tạo mà thuyết kiến tạo máng không giải thích được hoặc giải thích không thỏa đáng, gượng ép như: về cổ khí hậu băng hà Paleozoi ở lục địa Gonwana, về sự thay đổi cực từ của các cổ lục địa, sự giống nhau về phức hệ cổ sinh vật trong thời kỳ Paleozoi của lục địa Gonwana, sự giống nhau về cấu tạo của các lục địa đã tách rời (móng nền trước Cambri, những đai uốn nếp tuổi Paleozoi, lớp phủ nền, và sự tách giãn đáy đại dương), sự giống nhau về đường rìa hai phía đối nhau của các đại dương mới được hình thành, sức chứa của các đại dương là không đổi, đị thường từ tính dạng dải, số liệu địa chấn và hướng của đứt gãy sâu, sự giống nhau tương đối về thành phần -tuổi - cấu tạo của đá ở hai phía của sống núi giữa đại dương, khoảng cáh dịch chuyển của các đứt gãy chuyển dạng ở ven rìa các mảng …

III Thuyết kiến tạo mảng và các ưu điểm của nó.

III.1 Nội dung thuyết kiến tạo mảng.

III.1.1 Quá trình phát triển của học thuyết.

Thập kỉ 60 của thế kỉ 20 là thời kỳ cách mạng trong địa chất học bởi sự ra đời của học thuyết kiến tạo mảng Trỏi Đất của chúng ta được coi là một hành tinh có thạch quyển luôn vận động, được cấu thành từ các mảng khác nhau cơ động trên quyển mềm Ngày nay các nhà địa chất đã xác định được rằng chính sự tương tác của các mảng quyết định hình thái, vị trí của các lục địa và đại dương trong quá khứ, hiện tại và tương lai Cũng chính sự tương tác của các mảng là nguyên nhân tạo ra các dãy núi cổ và trẻ khác nhau trên bề mặt hành tinh, và cũng là thủ phạm gây ra các trận động đất có sức tàn phá nghiêm trọng Hơn thế nữa, sự tương tác giữa các mảng cũng tác động đến chuyển động của các dòng hoàn lưu khí quyển và như vậy chúng tác động luôn đến khí hậu toàn cầu Cũng từ những nguyên lí của học thuyết kiến tạo mảng, các nhà địa chất đã xác định được mối liên quan giữa kiến tạo mảng với sự phân bố tài nguyên thiên nhiên và sự phân bố sự sống với

sự phát triển của chúng từ khi có mặt sự sống trên bề mặt hành tinh chúng ta Như vậy kiến tạo mảng khống chế toàn bộ các quá trình tiến hoá của Trái Đất và vì vậy việc vận dụng những nguyên lí của học thuyết kiến tạo mảng vào nghiên cứu địa chất học hiện đại cũng như tiếp tục bổ sung, hoàn thiện học thuyết kiến tạo này là nhiệm vụ trước mắt và lâu dài của các nhà địa chất đương đại

III.1.2 Theo thuyết kiến tạo mảng chu kỳ vận động của thạch quyển được chia thành 7 giai đoạn.

Giai đoạn 1: Từ một thể nền ban đầu xuất hiện rift (là những khe nứt hoặc đứt gãy

sâu cấp hành tinh) Với cơ chế chuyển động ngang làm cho các đứt gãy này càng mở rộng sau đó lớp vỏ lục địa dần bị biến mất và xuất hiện lớp vỏ đại dương Lúc này magma chưa xuất hiện trên bề mặt của lớp vỏ đai dương Ứng với giai đoạn này là rift Đông Phi hiện nay

Giai đoạn 2: Càng ngày các rift càng mở rộng tạo nên các đứt gãy thuận sụt bậc.

Đến khi magma phun lên theo các đứt gãy sâu này sẽ xuất hiện một đại dương mới giống như Hồng Hải ngày nay

Giai đoạn 3: Dưới tác dụng của lực chuyển động ngay, magma ngày càng phun

lên nhiều hơn, đẩy phần lục địa tách ra về các phía, đại dương mới được hình thành ngày càng mở rộng Lúc này sống núi giữa đại dương xuất hiện, đứt gãy chuyển dạng cũng phát triển mạnh trong thời kì này Lúc này ở rìa mảng nơi giáp ranh với các lục đia chưa xuất hiện ranh giới hội tụ Giống như Đại Tây Dương hiện nay

Giai đoạn 4: Trong giai đoạn này chúng ta không thấy sự xuất hiện của sống núi

giữa đại dương nữa, đại dương được mở rộng Tại rìa đại dương là các ranh giới mảng hội tụ, mảng đại dương chui xuống mảng lục địa, hình thành các máng biển sâu (Trench) Khi mảng đại dương chui xuống dưới, vật liệu bị tái nóng chảy và theo các đứt gãy phun lên tạo thành các cung đảo núi lửa Đây là những nơi chiếm đa số các hoạt động núi lửa và động đất của hành tinh Ứng với giai đoạn này là Thái Bình Dương

Giai đoạn 5: Quá trình tách dãn đến thời kì nào đó thì dừng lại Các mảng lục địa

tiến lại gần nhau Đại dương dần bị đóng, càng ngày đại dương càng bị thu hẹp Địa Trung Hải hiện nay là một ví dụ cho giai đoạn này

Giai đoạn 6: Khi đại dương hoàn toàn biến mất, các mảng lục địa va chạm và xô

húc vào nhau hình thành núi, như Hymalaya hiện nay

Giai ®o n 7 ạn 7 : Quá trình hình thành núi dừng lại, thay vào đó là quá trình bóc mòn, dần dần hình thành một nền mới

Hình 2: chu trình kiến tạo Wilson

III.1.3 Động lực học cỏc mảng

Từ khi phỏt hiợ̀n ra quyển mềm, cỏc nhà địa chất đó chứng minh được thạch quyển được ghộp với nhau bằng cỏc mảng lớn nhỏ khỏc nhau cơ đụ̣ng trờn quyển mềm Người ta cũng nhận thấy rằng sự biến dạng tích cực được biểu thị bằng cường đụ̣ địa chấn định vị dọc theo cỏc tuyến hẹp, đó là ranh giới giữa cỏc mảng Trờn hình 1 người ta nhận thấy rằng trờn mụ̣t số tuyến rất hẹp cỏc chấn tiờu đụ̣ng đất được định vị dọc theo mụ̣t ranh giới rất mảnh, dó là trường hợp của sống nỳi giữa Đại Tõy Dương hoặc của cỏc đới hỳt chìm ven rìa Thỏi Bình Dương Trong cỏc vựng khỏc mật đụ̣ đụ̣ng đất được phõn bố trờn diợ̀n tích lớn hơn như ở khu vực Địa Trung Hải hoặc ở Bắc Himalaya, chỳng tương ứng với cỏc dải lục địa bị biến dạng mạnh trờn diợ̀n rụ̣ng

Hình 3: Lực gây chuyển động

a Hướng vận động tương đối:

+ Phương của cỏc đứt góy chuyển dạng cắt cỏc sốn g nỳi đại dương thường song song với vộctơ vận đụ̣ng tương đối của cỏc mảng Trong số cỏc yếu tố cấu tạo trờn cỏc

bản đồ đo sõu đại dương thì cỏc đứt góy chuyển dạng là đỏng chỳ ý nhất Mụ̣t số cỏc đứt góy chuyển dạng có đụ̣ phõn cắt sõu xuống đến tận quyển mềm trở thành ranh giới mảng

+ Cơ chế cỏc chấn tõm đụ̣ng đất cũng cho ta những thụng tin về hướng vận đụ̣ng tương đối của cỏc mảng Xuất phỏt từ cơ chế chấn tõm, người ta có thể tính đựơc vectơ dịch trượt tức là phương và chiều vận đụ̣ng Thí dụ trờn hình 11-4 biểu diễn cỏc vectơ dịch trượt dọc theo cỏc mỏng biển sõu khỏc nhau bao quanh mảng Philipin

Hình 4 Các dịch chuyển tuyệt đối hiện đại đợc tính

theo Gordon và Jurdy (1986)

b Tốc độ vận động tương đối

Cỏc dải dị thường từ đối xứng qua sống nỳi giữa đại dương là mụ̣t dấu hiợ̀u quan trọng để chỳng ta tính được tốc đụ̣ vận đụ̣ng tương đối của cỏc mảng Tốc đụ̣ trung bình được tính cho mụ̣t giai đoạn ba triợ̀u năm diễn ra trờn đỏy đại dương theo mụ̣t khoảng cỏch nào đó Trong cỏc giai đoạn lõu dài, tốc đụ̣ dịch chuyển rất ít thay đụ̉i

Cỏc dị thường từ cho phộp dựng lại khung cảnh cụ̉ kiến tạo từ kỉ Jura và sự dịch chuyển của cỏc mảng lớn đó được định cỡ từ giai đoạn này Khi đó người ta gọi là chuyển đụ̣ng xỏc định (cinộmatique finie) Chỳng ta cõ̀n phải biết chuyển đụ̣ng này để định cỏc mốc giới hạn hợp lí trong khụng gian và thời gian xung quanh những hợ̀ thống biến dạng

mà chỳng ta nghiờn cứu

Hình 5: Tốc độ dịch chuyển của mảng tính đợc thông qua tính

tuổi của đá ở dải núi ngầm Thái Bình Dơng

c Mụ tả hỡnh thỏi cỏc chuyển dịch trờn hỡnh cầu

Tốc đụ̣ tỏch gión dọc theo cỏc sống nỳi đại dương tăng dõ̀n khi xa cực Tại cực thì nó bằng 0 và đụ̉i dấu thành ranh giới hụ̣i tụ khi chuyển sang phõ̀n đối diợ̀n bờn kia cuả cực

Hình 6 Hình học ơle, trục và cực xoay, các vòng tròn nhỏ

(Theo L.Jolivet, 1995)

III.1.4 Ranh giới chớnh của cỏc mảng thạch quyển

Hình 7: bản đồ ranh giới các mảng thạch quyển

a Ranh giới tỏch gión, cỏc sống nỳi đại dương và cỏc rift nội lục

+ Sống nỳi giữa Đại Tõy Dương

phõn cỏch hai mảng Chõu Phi và Nam Mỹ Điểm chạc ba Chõu Phi-Bắc Mỹ-Âu ỏ là vựng Asores còn điểm chạc ba Bắc Mỹ-Nam Mỹ-Chõu Phi thì bị phõn tỏn hơn nhiều

+ Cỏc sống nỳi của ấn Đụ̣ Dương, biển Hồng Hải và rift Đụng Phi

Nước của ấn Đụ̣ Dương phủ trờn ba mảng chính: mảng Sụmali, mảng Ân - Uc và mảng Nam Cực Sống nỳi phía tõy nam tỏch gión rất chậm, tốc đụ̣ khụng vượt quỏ 1,6cm/ năm, nhưng sống nỳi phía đụng nam và phía tõy tỏch gión lại nhanh hơn, ở phía nam Australia, tốc đụ̣ đạt đến 7,5cm/năm nhưng khi tiến gõ̀n đến cực quay ấn - ỏ đặt ở vựng Địa Trung Hải thì tốc đụ̣ này lại giảm đi nhanh chóng Vào đến cửa vịnh Ađen, tốc đụ̣ tỏch gión khụng còn vượt quỏ 2cm/năm nữa Sống nỳi này đi vào vịnh Ađen rồi sau đó chìm xuống biển Hồng Hải ở phía nam của sống nỳi này, gặp rift Đụng Phi tại điểm chạc

ba Somali-Arap-Chõu Phi trong vựng Afar

phõn cỏch hai mảng Chõu Phi và Nam Mỹ Điểm chạc ba Chõu Phi-Bắc Mỹ-Âu ỏ là vựng Asores còn điểm chạc ba Bắc Mỹ-Nam Mỹ-Chõu Phi thì bị phõn tỏn hơn nhiều

+ Cỏc sống nỳi của ấn Đụ̣ Dương, biển Hồng Hải và rift Đụng Phi

Nước của ấn Đụ̣ Dương phủ trờn ba mảng chính: mảng Sụmali, mảng Ân - Uc và mảng Nam Cực Sống nỳi phía tõy nam tỏch gión rất chậm, tốc đụ̣ khụng vượt quỏ 1,6cm/ năm, nhưng sống nỳi phía đụng nam và phía tõy tỏch gión lại nhanh hơn, ở phía nam Australia, tốc đụ̣ đạt đến 7,5cm/năm nhưng khi tiến gõ̀n đến cực quay ấn - ỏ đặt ở vựng Địa Trung Hải thì tốc đụ̣ này lại giảm đi nhanh chóng Vào đến cửa vịnh Ađen, tốc đụ̣

tách giãn không còn vượt quá 2cm/năm nữa Sống núi này đi vào vịnh Ađen rồi sau đó chìm xuống biển Hồng Hải ở phía nam của sống núi này, gặp rift Đông Phi tại điểm chạc

ba Somali-Arap-Châu Phi trong vùng Afar

+ Sống núi Đông Thái Bình Dương

Sống này tạo nên ranh giới phía đông nam của mảng Thái Bình Dương Tốc độ tách giãn của nó thay đổi nhanh chóng từ 6cm/năm ở phía nam đến 17cm/năm ở phía bắc bờ biển Nam Mỹ Dọc theo sống núi này người ta gập hai điểm chạc ba đó là Nam Cực-Thái Bình Dương-Nazca (NC-TBD-NZC) và Nazca-Cocos-Cực-Thái Bình Dương (NZC-COC-TBD Sống núi Đông Thái Bình Dương kết thúc ở phía bắc trong vịnh California bằng một loạt các bồn bị xếp lệch đi dạng bậc thang do các trượt bằng phải dọc theo đứt gãy San Andreas

Hình 8: ranh giới phân kỳ

b Các ranh giới hội tụ

Các ranh giới hội tụ trước hết là các đới hút chìm (subduction zones), ở đó thạch quyển đại dương bị hút xuống dưới manti Sự hội tụ cũng có thể dẫn đến các mảng xô húc nhau (Collitsion) Một phần đáng kể của sự hội tụ bị dồn vào các đới xô húc, ở đó xẩy ra các quá trình biến dạng nội lục rất mạnh mẽ

+ Các đới hút chìm rìa mảng Thái Bình Dương

Tất cả các đới hút chìm rìa mảng Thái Bình Dương hấp thu thạch quyển đại dương của mảng này hoặc các mảng phụ khác như Nazca và Cocos với tốc độ hội tụ tương đối cao, thường đạt và vượt 10cm/năm

+ Các đới hút chìm ở ấn Độ Dương

Có hai đới hút chìm đang hoạt động trong ấn Độ Dương đó là máng biển sâu + Các đới hút chìm ở Đại Tây Dương

Có hai đới hút chìm khá ngắn hoạt động trong Đại Tây Dương dọc theo máng biển