Kiến tạo toàn cầu

ĐỊA CHẤT CƠ SỞ

KIẾN TA ̣ O TOÀN CẦU

CHƯƠNG 16

1 Học thuyết kiến tạo mảng

2 Từ trường Trái đất và Cổ địa từ

3 Kiến tạo mảng

4 Các kiểu ranh giới mảng

4.1 Ranh giới phân kỳ

4.2 Ranh giới hội tụ

5 Sự dịch chuyển ranh giới mảng

6 Điểm nóng và vận tốc tuyệt đối của mảng

7 Nguyên nhân kiến tạo mảng

8 Kiến tạo mảng và Vỏ trái đất

1 Thuyết kiến tạo mảng

 Thuyết kiến tạo giải thích: nguyên nhân, cơ chế, vị trí hình thành núi, động đất, núi lửa; tuổi các biến dạng, tuổi và hình dạng các lục địa và bồn

 Các thuyết vào cuối TK 19

Thuyết co rút do nguội lạnh của Trái đất hình thành

các yếu tố nén ép như đứt gãy, nếp uốn tại các đai núi nhưng không giải thích các yếu tố căng dãn, các thung lũng rift và bồn đại dương cũng như hình dạng và vị trí của các lục địa

Thuyết trương nơ do nhiệt của Trái đất: giải thích

được sự tách vỡ của các lục địa và các yếu tố căng giãn nhưng không giải thích được các yếu tố nén ép

 Alfred Wegener (nhà khí tượng học Đức vào đầu những năm 1900)

 Ông chú ý đến sự lắp ghép trùng khớp ở rìa Atlantic.

 Từ các bằng chứng về sự phân bố băng hà cổ và hóa thạch đã thúc đẩy sự hình thành thuyết, cho rằng các lục địa đã dịch chuyển trên bề mặt Trái đất Đôi khi chúng hình thành một siêu lục địa và đôi khi tách thành các lục địa riêng rẽ

 Ông đề nghị khoảng 200 triệu năm trước tất cả các lục địa là một khối lớn tên là Pangea

 Thuyết trôi dạt lục địa của Wegener

 Ông cũng cho rằng các dãy núi đã được hình thành khi Trái đất còn là quả cầu nóng chảy sau đó nguội dần gây nứt nẻ và tự nó uốn nếp.

  tất cả các dãy núi có cùng tuổi, tuy nhiên

điều này không đúng

 Cơ chế trôi dạt LĐ là do sự quay của Trái đất phát sinh lực ly tâm về phía xích đạo

 Pangea phát sinh gần cực Nam và lực ly tâm của TĐ đã làm cho siêu LĐ tách vỡ và các LĐ

di chuyển về phía xích đạo

 Nhưng lực ly tâm không đủ để làm LĐ dịch chuyển

 Vào năm 1929, Arthur Holmes đã đề cập lại học thuyết

của Wegener, và cho rằng trong manti có dòng đối lưu

nhiệt dựa trên cơ sở: khi vật chất bị nung nóng sẽ trồi lên bề mặt cho tới khi nó nguội và chìm xuống lại Hiện tượng nóng và lạnh sẽ làm cho các LĐ dịch chuyển

 Nhưng ý tưởng này không được quan tâm.

 Cho đến khi các khám phá mới ở đại dương: sống núi ngầm giữa đại dương, các dị thường từ song song với SNGĐD, các cung đảo và máng nước sâu, thì sự đối lưu mới thực sự được quan tâm.

 → Harry Hess (1962) and R.Deitz (1961) đã đề xuất thuyết tương tự dựa trên dòng đối lưu trong manti -

“tách giãn đáy đại dương” (cơ bản giống như thuyết của Holmes nhưng có nhiều bằng chứng hơn)

2 Địa từ trường và Cổ từ

Trái đất có từ tính: kim nam châm luôn chỉ hướng Bắc

Đường sức giao với mặt đất

theo các góc khác nhau

0 o ở xích đạo và 90 o ở từ cực  đo độ từ nghiêng và góc

so với từ cực có thể biết vị trí trên TĐ so với từ cực.

Vào những năm 1950 phát hiện: các khoáng vật có từ tính nguội < nhiệt Curie sẽ định hướng song song với từ trường TĐ lúc bấy giờ.

Vì từ tính của KV sẽ theo hướng từ trường lúc nguội  có thể xác định hướng từ trường lúc đá chứa KV từ tính đông nguội dưới nhiệt độ Curie

Hình thành khoa học nghiên cứu cổ từ (lịch sử của từ trường TĐ

Magnetite là KV từ tính phổ biến nhất của Vỏ TĐ và có

nhiệt độ Curie 580 o C

3 Tách giãn đáy đại dương

 Trước 1950, biết rất ít về

đáy đại dương

 Trong Thế chiến II, các

nhà địa chất nghiên cứu

đáy biển, phát hiện 2 yếu

tố quan trọng:

Sống núi ngầm giữa đại

dương Atlantic và phần

phía đông TBD

Máng nước sâu dọc theo

các rìa LĐ và quanh

an area where new plate is constantly being created

 Ng/c khác liên quan đến từ trường cho thấy: dị thường từ trên đáy đại dương, với từ trường cao chạy dọc theo SNGĐD và các dải từ cao- thấp song song ở hai bên SBGĐD

 Cổ địa từ- các khám phá về sự đảo cực của từ trường trái đất

 Ng/c các dòng dung nham ở LĐ, các nhà ĐVL phát hiện rằng có những giai đoạn từ trường đảo cực ngắn hạn (Từ cực bắc trở thành từ cực Nam) Bằng cách xác định tuổi phóng xạ và đối sánh sự đảo cực trên toàn thế giới có thể lập thang thời gian từ

Vỏ ĐD mới và thạch quyển được hình thành ở SNGĐD do magma xâm nhập và phun trào Khi magma nguội sẽ nhiễm từ theo từ trường TĐ lúc đó Khi từ cực TĐ thay đổi, vỏ ĐD là thạch quyển mới được hình thành ở SNGĐD sẽ nhiễm hướng từ cực khác  đặc trưng từ trường của đá sẽ giúp các nhà ĐC chứng minh sự tách giãn đáy đại dương

4 Kiến tạo mảng

Tách giãn đáy đại

dương

Địa chấn toàn cầu Trôi dạt lục địa

Thuyết kiến tạo mảng

Giải thích sự dịch chuyển vỏ TĐ

Các mảng là Vỏ cứng và phần trên manti trên dày

khoảng 100 km, nổi trên quyển mềm dẻo

Các mảng ứng xử như là các thể cứng với vài nơi linh hoạt, và biến dạng xảy ra ở ranh giới các mảng

Các mảng kiến tạo

5 Các kiểu ranh giới mảng

Ranh giới mảng phân ky

Tại SNGDD do magma đi lên

và nóng chảy gây phun

trào và xâm nhập magma

basalt hình thành vỏ ĐD

mới

Vỏ ĐD mới bị đẩy về 2 phía

đối xứng nhau qua

SNGĐD → tuổi vỏ ĐD sẽ

cổ hơn khi đi xa SNGĐD

về 2 phía

Quá trình này đang xảy ra

trên toàn thế giới và hình

thành khoảng 17km 2 vỏ

ĐD mới mỗi năm.

 Do VĐD bị hút chìm nên tuổi của bồn ĐD tương đối trẻ VĐD già nhất ở nơi xa nhất so với SNGĐD Ở ĐTD, vỏ ĐD già nhất ở gần Bắc Mỹ và châu Phi có tuổi khỏang 180 triệu năm

 Ở TBD, vỏ ĐD già nhất khoảng Jura và ở ngoài biển Nhật Bản

  Do có tuổi trẻ nên vỏ ĐD chứa ít trầm tích

 Bề dày trầm tích gia tăng ở cả 2 phía xa với SNGĐD Vỏ ĐD già nhất sẽ có bề dày lớn nhất

Ranh giới mảng hội tụ

Khi mảng của quyển mềm đại

dương di chuyển va chạm với

mảng đối diện, một trong 2 mảng

sẽ hút chìm dưới mảng kia tại

màng nước sâu hình thành đáy

biển và mảng bị hút chìm trở

thành đới hút chìm – theo độ sâu

khoảng 700km trước khi mảng

hút chìm nóng lên và mất khả

năng biến dạng dòn

Khi mảng ĐD hút chìm, nó bắt

đầu nóng lên và gây biến chất

Các phản ứng khử nước giải

phóng nước từ quyển mềm bên

trên làm giảm nhiệt độ nóng chảy

và hình thành magma andesit

Magma này đi lên bề mặt và hình

thành cung núi lửs song song với

máng nước sâu.

Nếu hút chìm xảy ra ở dưới vỏ

ĐD, cung đảo được hình thành trên bề mặt (như các đảo Nhận Bản và Aleutian, Philippine hay các đảo Caribbean

 Nếu hút chìm xảy ra ở dưới vỏ LĐ, cung đảo lục địa được hình thành (Cascades of ở Tây Hoa Kỳ, núi Andes mountains Nam Mỹ)

Nơi các mảng trượt bằng hình

thành các đứt gãy biến dạng

Động đất xảy ra dọc theo các đứt

gãy biến dạng có tâm nông.

Các ranh giới mảng biến dạng

Hầu hết các đứt gãy biến dạng nơi SNGĐD bị dịch chuyển trên đáy ĐD Một ranh giới biến dạng lớn nhất xảy ra dọc theo Nam Mỹ và mảng TBD- đứt gãy San Andreas Tại đây đứt gãy biến dạng cắt ngang qua vỏ LĐ

6 Điểm nóng và vận tốc tương đối của các

mảng

 Vận tốc mảng xác định từ vận tốc của tách giãn đáy ĐD hay bằng việc đo ngang qua ranh giới mảng nếu ta giả định là mảng kế cận không dịch chuyển.

 Ở TBD, nơi mà các đảo Hawaii là một phần của các dải đảo Đảo Lớn của Hawaii ở phía Đông Nam là đảo duy nhất núi lửa đang hoạt động Đảo được hình thành do mảng TBD dịch chuyển trên điểm nóng, nơi mà trong manti vật liệu nóng từ trong TĐ đi lên Giả sử điểm nóng là trạm cố định thì có thể tính được vận tốc tuyệt đối của mảng TBD khi dịch chuyển trên điểm nóng

 Từ các điểm nóng vận tốc tuyệt đối của mảng được xác định Mảng Phi châu gần như là trạm cố định (vì mảng Phi châu bị bao quanh bởi SNGĐD, và SNGĐD ĐTD dịch chuyển về phía Tây Ngoài ra, ĐTD ngày càng lớn hơn và TBD ngày càng nhỏ đi

7 Nguyên nhân kiến tạo mảng

 Quyển mềm ở dạng dẻo, ngay cả dưới dạng rắn thì nó cũng có thể “chảy” dưới áp suất và ứng xử như dung dịch → có sự đối lưu (là phương thức truyền nhiệt nơi mà nhiệt dịch chuyển theo vật liệu) Sự đối lưu là do vật liệu ở dưới sâu bị nung nóng đến giãn nở và nhẹ hơn vật liệu bên trên nó → trồi lên Trong không gian bị nén ép, vật liệu nóng đi lên sẽ bị nguội và trở nên nặng hơn xung quanh → chìm xuống → sự đối lưu với dòng nóng trồi lên và nguội chuồi xuống

 Nếu trong quyển mềm vật chất đối lưu thì đây là

cơ chế của kiến tạo mảng Dòng vật liệu nóng xảy ra bên dưới SNGĐD

 Magma xâm nhập vào sống núi sẽ đẩy thạch quyển về 2 bên sống núi Khi vỏ ĐD mới nguội, nó sẽ trượt khỏi địa hình cao do sự trồi lên của manti và cuối cùng trở nên nguội và cứng rắn Vỏ cứng này có khuynh hướng kéo phần còn lại của vỏ cứng xuống Một tổ hợp kéo vỏ dọc đỉnh dòng đối lưu, sống núi đẩy, trượt và kéo, tất cả là nguyên nhân gây ra kiến tạo mảng

8 Kiến tạo mảng và Vỏ LĐ

Vỏ LĐ chia thành 2 đơn vị kiến trúc:

 Craton (khiên nền cổ) là nhân của các lục địa Các phần này của Vỏ LĐ ổn định, được hình thành và bị biến dạng vào giai đoạn sớm của lịch sử TĐ và là những phần cổ nhất của LĐ

 Đai núi là những đai dạng tuyến của đá biến dạng và bao chung quanh các khiên nền cổ- ở dạng các gốc bị xâm thực của các đai núi trước đó do sự va chạm giữa LĐ và LĐ Chỉ có các phần trẻ nhất tồn tại dạng dãy núi trẻ

Continuity of Precambrian rocks There is good correlation between these geological units when the continents are fitted along their opposing margins The immense periods of time over which these Archaean and Precambrian units were formed (>2 Ga) indicate that South America and Africa had together formed a single land mass for a considerable part of the Earth's history (Adapted from Hallam, 1975)

Rìa LĐ hội tụ (Continental Convergent Margins)

- nơi rìa của LĐ trùng khớp với ranh giới hội tụ

 Sự hút chìm của thạch quyển ĐD bên dưới vỏ LĐ hình thành cung núi lửa LĐ phun trào magma andesit Trầm tích dọc rìa bị biến dạng thành melange và một cặp đai biến chất phát triển bên dưới rìa LĐ gần sát với rìa mảng: tướng đá biến chất- đá phiến xanh và bên dưới cung đảo núi lửa là tướng đá phiến lục và amphibolite

 Cặp đá biến chất là bằng chứng cho vùng trước đây là rìa LĐ hội tụ (Rìa LĐ hội tụ hiện nay dọc bờ biển TBD của Nam Mỹ và dãy Cascade ở Tây Hoa Kỳ)

 Rìa LĐ va mảng ( Continental Collision Margins) - nơi 2 mảng L Đ va nhau, đặc trưng là

các nếp uốn, đai núi chờm nghịch dọc theo đới

va mảng Núi Hymalayas đại diện cho rìa LĐ va mảng – kết quả của va mảng giữa Ấn và mảng Eurasia

 Sự va mảng vẫn đang xảy ra và kết quả là gắn kết 2 mảng rời nhau lại Sự hiện diện của đai núi uốn nếp chờm nghịch như Appalachian (Mỹ), dãy Urals (Nga), và núi Alps (Châu Âu) là bằng chứng của rìa LĐ va mảng cổ

 Rìa đứt gãy biến

Fault Margins) nơi rìa LĐ trùng khớp với ranh giới mảng đứt gãy biến dạng của rìa LĐ như đứt gãy San Andreas Fault

Andreas Fault phát triển từ Trung sinh khi sống núi tách rời 2 mảng bị hút chìm.

Rìa mảnh bồi kết (Accreted Terrane Margins) – rìa hội tụ cũ hay rìa đứt gãy biến

dạng đã bị thay đổi bởi sự bồi kết thêm vào của nhiều khối vỏ đã gắn vào rìa LĐ

Mảnh là một tổ hợp các đá có lịch sử địa tầng và kiến trúc rõ ràng, xuất hiện hình thành tại những nơi khác với vị trí hiện tại Tây bắc Bắc Mỹ cấu tạo bởi các mảnh bồi kết vào lục địa Rìa mảnh bồi kết hiện diện gần ranh giới mảng vì nó từng là rìa mảng hội tụ hay biến dạng

t

Cách nay 250 tr.n

Trias Cách nay 200 tr.n

Jura

Cách nay 145 tr.n

Kreta Cách nay 65 tr.n

Hiện tại