Địa chất kiến tạo mảng

Từ năm 1885 trong cuốn ‘Bộ mặt của Trái đất’, Edward Suess – nhà địa chất người Áo lần đầu tiên đề xuất cái tên Gondwana cho một siêu lục địa bao gồm các lục địa phía nam như Ấn Độ, Na

(Delft hydraulics, 2005) Bãi biển Penang, Malaysia 26/12/2004

Chương: KIẾN TẠO MẢNG

ĐỊA CHẤT ĐẠI CƯƠNG

 Sóng thần tấn công và phá hủy bờ biển của Thái Lan, Inđônêxia, Malayxia, Srilanca, Ấn Độ, Xômalia, Mianma,

và Maldivia

Hàng năm có khoảng 1 triệu vụ động đất làm rung

chuyển các khu vực khác nhau của Trái đất

Trận động đất 6,6 độ richter xảy ra 26/12/2003 tại Bam, Iran làm thiệt mạng khoảng 43.000 người, mất tích gần 30.000 người và làm 75.000 người mất nhà cửa

9

http://www.ciai-s.net

Núi lửa phun dung nham nóng chảy và tro bụi vào

không trung  phá hủy, chôn vùi các làng mạc, khu dân cư và gây ô nhiễm môi trường,

 Núi lửa Pinatubo – Philipin hoạt động ngày 15/6/1991 làm 364 người chết và gần 200.000 người sinh sống xung quanh phải di tản

 Ngoài ra, theo thời gian nhiều dãy núi ngày càng được nâng cao: ví dụ như đỉnh Everest – năm 1852 đo được 8840 m, năm 1955 đo được 8848 m, năm 1999 đo được 8850 m

(Adventure Thirdpole Treks)

thuyết kiến tạo mảng

Học thuyết này cung cấp cơ sở lý luận thống nhất và đơn giản để giải thích các tai biến địa chất như: động đất, núi lửa, sóng thần, sự tạo núi, sự thành tạo và

phân bố của nhiều loại khoáng sản, cũng như một loạt các hiện tượng địa chất khác

11

 Giải thích nguyên nhân gây ra các tai biến thiên nhiên như núi lửa, động đất, sóng thần vv… để phòng ngừa giảm thiểu thiệt hại,

 Các nhà địa chất sử dụng học thuyết này để giải thích các cơ chế thành tạo khoáng sản và sự phân bố của chúng Qua đó tìm kiếm chúng có hiệu quả hơn,

Từ năm 1885 trong cuốn ‘Bộ mặt của Trái đất’, Edward

Suess – nhà địa chất người Áo lần đầu tiên đề xuất cái

tên Gondwana cho một siêu lục địa bao gồm các lục

địa phía nam như Ấn Độ, Nam Phi, Úc, Nam Mỹ,

Năm 1910, Frank Taylor - nhà địa chất người Mỹ đã

công bố cuốn sách giải thích sự hình thành các dãy núi như là kết quả của sự chuyển động ngang của các lục địa

Ông cho rằng các lục địa ngày nay là những phần của các lục địa lớn hơn ở cực bị vỡ rời ra và di chuyển về phía xích đạo,

2.1 LÝ THUYếT CủA WEGENER

Alfred Wegener – nhà khí tượng học người Đức được

công nhận là người đã phát triển giả thuyết về sự trôi

dạt lục địa,

Năm 1915, trong cuốn sách ‘Nguồn gốc các lục địa và

đại dương’, ông cho rằng: phần đất liền của vỏ Trái đất

có nguồn gốc ban đầu là một siêu lục địa duy nhất, rất

rộng – có tên Pangea,

Lục địa này bao gồm phần phía nam (trước đó gọi là

Gondwana) và phần phía bắc (sau này gọi là Laurasia),

Chúng bị tách thành nhiều mảnh vào khoảng đầu

Mezozoi, các mảng này trôi trên bề mặt Trái đất cho đến Pleistocen thì đạt đến vị trí như hiện nay,

15

Wegener thu thập hàng loạt bằng chứng về địa chất,

cổ sinh, cổ khí hậu, vv… để chứng minh cho giả

thuyết của mình,

Nhà địa chất Nam Phi- Alexander du Toit phát triển

hơn nữa các luận cứ của Wegener và tập hợp thêm các bằng chứng địa chất và cổ sinh để ủng hộ cho giả thuyết trôi dạt lục địa,

Năm 1937, trong cuốn ‘Các lục địa trôi dạt của chúng

ta’ A du Toit đề cập tới một vùng đất phía bắc –

Laurasia bao gồm Bắc Mỹ, Greenland, Châu Âu,

Châu Á (không tính Ấn Độ) ngày nay,

Các lục địa khác khi dịch sát vào

nhau cũng có đường bờ biển gần

khớp với nhau,

Tuy nhiên, theo Edward Bullard –

nhà địa vật lý Anh (1965) thì các lục

địa rất khớp với nhau theo đường

viền của thềm lục địa ở độ sâu 2000

m dưới mực nước biển dọc theo

sườn lục địa nơi mà hiện tượng xói

mòn nhỏ nhất

19

(Thomson & Turk, 1997)

Nhiều dãy núi cổ chấm dứt

một cách đột ngột tại ranh giới

nhiều đọan khi các lục địa

(James S Monroe)

Hóa thạch của loài dương xỉ -Glossopteris hiện diện trên cả

5 lục địa với khí hậu rất đa dạng: nhiệt đới, ôn đới, cực

Chúng có thành phần rất đồng nhất và khác hẳn với hệ thực vật hiện đại và không đồng nhất của Nam Bán Cầu ngày nay

Hóa thạch của loài bò sát nước ngọt Mesosaurus, được tìm thấy trong đá tuổi Pecmi muộn ở Nam Mỹ và Nam Phi, và hóa thạch của loài Lystrosaurus được tìm thấy ở Châu Phi,

Ấn Độ và Nam Cực

Wegener cho rằng: tính đồng nhất của loài dương xỉ

Glossopteris không thể có được trên một vùng không

gian rộng lớn cách biệt bởi các đại dương như hiện nay

Các loài bò sát này không thể nào làm một cuộc hành

trình băng qua các đại dương rộng lớn ngăn cách các lục địa để hiện diện trên các lục địa này

Điều này chỉ có thể giải thích được khi cho rằng những vùng đất hiện nay cách xa nhau phải là một vùng thống nhất trước kia và chỉ có một lục địa với hệ động, thực vật đồng nhất Sau đó lục địa này bị tách ra thành nhiều lục địa nhỏ hơn và di chuyển đến vị trí hiện tại

(Thomson & Turk)

hậu vẫn như thế và do đó vành đai khí hậu xưa kia

cũng song song với xích đạo và hướng về phía hai cực,

(Thomson & Turk)

 Hiện nay các rạn san hô chỉ có ở vùng biển ấm nước trong, phân bố từ 30 o B đến 30 o N

 Nếu cho rằng các rạn san hô cổ cũng tồn tại trong điều kiện tương tự thì ta thấy vùng phân bố của các rạn san hô cổ

(đến giữa mezosoi) trong quá khứ không trùng với vị trí

phân bố hiện nay

 Điều này chỉ có thể giải thích là san hô cổ từng sinh trưởng

ở vùng xích đạo như hiện nay nhưng do các lục địa di

chuyển đã mang di tích của chúng đến vị trí nằm ngoài xích đạo mà ngày nay chúng ta tìm ra.

các vết trầy xước do băng tích di

chuyển để lại các đá bên dưới,

Khi vẽ bản đồ vết xước trên các

vỉa đá ở Úc, Ấn Độ, Nam Mỹ cho

thấy hướng di chuyển của băng

tích từ phía biển vào đất liền,

Nếu các lục địa đứng yên trong

quá khứ thì không thể giải thích

được vì sao băng tích có hướng

di chuyển từ biển vào đất liền và

vì sao băng tích lục địa lại được

hình thành ở xích đạo

Phi thì hướng di chuyển của băng

tích trong Paleozoi muộn lại hợp lý

Trong khu vực khí hậu cực, băng

tích có bề dầy lớn sẽ di chuyển lan

tỏa ra từ vùng trung tâm ra bên

ngoài rìa có bề dầy mỏng hơn

27

(James S Monroe)

Tuy nhiên, đến năm 1925, các tính toán của Harold

Jeffreys về độ bền của Trái đất và trị số lực cần có để

làm chuyển động các lục địa đã cho thấy:

 Lực thủy triều và lực hướng tâm không thể là nguyên nhân gây ra hiện tượng trôi dạt lục địa,

 Cơ chế gây hiện tượng trôi dạt lục địa đã hoàn toàn bị phản bác bởi các kết quả tính toán của Harold,

Từ sau năm 1928, sự đối lập với quan điểm của

Wegener ngày càng lan rộng do không giải thích được

cơ chế gây nên sự di chuyển của các lục địa

Giả thuyết về sự trôi dạt lục địa được hồi sinh vào những năm 50 của thế kỷ 20 nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật

29

 Câu hỏi: Ai là tác giả của giả thuyết về sự trôi dạt lục địa?

 Trả lời: từ cuối thế kỷ 19 đã có nhiều nhà khoa học đề cập tới sự trôi dạt lục địa Tuy nhiên Alfred Wegener được công nhận là tác giả của giả

thuyết này nhờ các công trình có ý nghĩa do ông thực hiện vào đầu thế kỷ 20

 Câu hỏi: Dựa vào những cơ sở nào để chứng minh cho giả thuyết về sự trôi dạt lục địa?

 Trả lời:

 Bằng chứng về hình dáng khớp nhau của đường bờ biển, đặc biệt là

đường viền thềm lục địa ở độ sâu 2000 m

 Bằng chứng về sự liên tục của cấu trúc địa chất các dải núi hai bên bờ các đại dương

Trái đất được coi là một thanh nam châm lớn có cường

độ từ trường mạnh nhất tại 2 cực địa từ, cường độ

giảm dần và đạt giá trị tối thiểu tại xích đạo từ,

Từ trường của Trái đất gồm 2 thành phần chính:

 Trường bên ngoài được sinh ra bởi họat động của Mặt trời – không ổn định,

 Trường bên trong sinh ra do các nguồn trong lòng Trái đất – ít thay đổi hơn và được chia ra 2 phần:

Trường cơ bản là một trường lưỡng cực, nó phân bố ở vùng ngoại vi trung tâm Trái Đất và có trục nghiêng một góc 11,5o so với trục quay của Trái Đất

Tuy nhiên, từ trường của Trái đất không phải bắt

nguồn từ vật chất từ hóa ở dưới sâu hay ở gần mặt đất, bởi vì:

 Tất cả các khoáng vật sắt chuyển sang trạng thái không nhiễm từ ở một nhiệt độ nhất định – nhiệt độ Curie nên

từ tính chỉ hiện hữu thường xuyên ở độ sâu < 25 km,

 Cường độ trung bình từ hóa của Trái đất lớn hơn cường

độ từ hóa của đá tạo thành vỏ Trái đất,

 chuyển động đối lưu do sự khác nhau về tỷ trọng và sự

chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp,

 chuyển động quay của Trái đất làm tốc độ quay của nhân ngoài và manti khác nhau,

Do phần nhân ngoài được coi là chất lỏng có thành

phần chủ yếu là sắt nên dẫn điện tốt và rất linh động

Vì vậy các chuyển động này làm phát ra dòng điện và khuếch đại bởi các vận động trong dòng chảy có tính dẫn điện để tạo ra từ trường,

35

Các đặc điểm từ tính của Trái Đất trong các giai đoạn lịch

sử cổ xưa được gọi là cổ từ

Khi từ manti trào ra bề mặt Trái Đất, magma bị nguội lạnh

và đến lúc nhiệt độ của nó thấp hơn điểm Curie (kể từ

nhiệt độ đó vật chất sẽ mất từ tính) thì magma bị từ hóa

Các khoáng vật sắt trong đá magma được định vị về

cường độ và hướng theo từ trường của Trái Đất tại thời điểm đó

Tiếp theo, nếu đá không bị nung nóng vượt trên điểm

Curie thì đặc điểm của từ tính sẽ được bảo tồn - từ dư

Dựa vào từ dư, dung nham cổ sẽ giúp ta xác định về

hướng, cường độ từ trường của Trái Đất tại thời điểm

magma kết tinh

chúng vạch ra quỹ đạo di chuyển theo thời gian,

Phân tích dung nham ở tất cả các lục địa cho thấy mỗi lục địa lại có cực từ di chuyển theo một quỹ đạo riêng

Câu hổi đặt ra: tại sao lại có hiện

tượng này khi lý thuyết tính toán

về từ trường Trái Đất đã khẳng

định rằng: không có từ cực riêng

cho từng lục địa,

39

Quỹ đạo di chuyển có thể của cực Bắc

địa từ qua các thời kỳ khác nhau

của Bắc Mỹ (xanh) và Châu Âu (đỏ)

Khi ta cho các rìa lục địa khớp với nhau để cho tư liệu

cổ từ của các lục địa hướng về cùng một vị trí thì các lọat đá, băng tích phù hợp với nhau, các bằng chứng

cổ sinh cũng phù hợp với khung cảnh cổ địa lý được tái dựng,

Như vậy, các cực địa từ

không bị dịch chuyển mà

là các lục địa bị dịch chuyển

41

(James S Monroe)

 Câu hỏi: nguồn gốc từ tính của trái đất?

 Trả lời: Từ trường của Trái đất có nguồn gốc điện từ, nó được sinh ra do các chuyển động trong lòng Trái đất (liên quan tới chuyển động đối lưu hay chuyển động quay của Trái đất)

 Câu hỏi: dựa vào đâu mà xác định được cực cổ từ?

 Trả lời: từ dư – cho phép xác định cường độ và hướng của từ trường Trái đất tại thời điểm đá kết tinh

 Câu hỏi: điểm Curie là gì?

 Trả lời: nhiệt độ mà tại đó khoáng vật chứa sắt bị mất từ tính

 Câu hỏi: việc nghiên cứu cổ từ có ý nghĩa như thế nào?

 Trả lời: cho phép xác định vị trí của từ cực cổ cho mỗi lục địa và sự dịch chuyển của chúng theo thời gian để từ đó đi đến kết luận rằng các cực địa từ không bị dịch chuyển mà là các lục địa bị dịch chuyển

Âu-Á

Ấn-Úc Châu Phi

Bắc Mỹ

Nam Mỹ Nazca

(US Geology Survey, 2000)

Các đới địa chấn chính phân bố chủ yếu dọc theo ranh giới giữa các mảng thạch quyển

Giai đọan 1990-2000

Việt Nam

3.5 PHÂN Bố NÚI LửA HOạT ĐộNG

Hơn 90% núi lửa đang họat động phân bố dọc theo rìa của các mảng thạch quyển Chúng tập trung vào các miền ven rìa đại dương, các miền đại dương và biển

45

Điều đó chứng tỏ rằng các mảng

di chuyển bên trên điểm nóng theo hướng từ phía núi lửa trẻ đến phía núi lửa già hơn

47

Điểm nóng Hawai tạo nên dải núi lửa trong quá trình mảng Thái Bình

Dương chúi xuống bên dưới mảng Bắc Mỹ

Câu hỏi: hướng di chuyển của mảng Thái Bình Dương

49

(James S Monroe)

4.1 CÁC SốNG NÚI GIữA ĐạI DƯƠNG

Quá trình lập bản đồ đáy đại dương vào thập niên 1960

đã phát hiện hệ thống núi ngầm dài 65000km,

Dọc theo các sống núi giữa đại dương đều có một máng sâu kéo dài liên tục được gọi là rift,

Rift thường được bao quanh bằng các đứt gãy căng

đang hoạt động, nơi mà hiện tượng phun trào núi lửa

theo khe nứt dưới biển thường xuyên xảy ra,

Theo mặt cắt ngang, rift bị nhiều đứt gẫy chuyển dạng chia xẻ thành nhiều đoạn phức tạp và đứt gẫy chuyển dạng là nguyên nhân gây ra các trận động đất dưới biển

51

4.2 TÁCH GIÃN ĐÁY ĐạI DƯƠNG

Học thuyết về sự tách giãn đáy đại dương do Harry

Hess đề xuất năm 1962 để giải thích về sự di chuyển lục địa, ông cho rằng:

 Vỏ lục địa không di chuyển xuyên qua vỏ đại dương mà chúng di chuyển đồng thời,

 Đáy biển tách rời từ các sống núi đại dương, nơi mà vỏ mới được hình thành do sự xuyên lên của magma,

 Khi magma nguội thì vỏ đại dương mới này sẽ chuyển dịch ngang từ sống núi ngầm

53

Magma xuyên nhập vào khe đứt gẫy tạo thành vỉa,

mạch cũng như phủ trên nền địa hào

Hiện nay, tại các sống núi đại dương diễn ra hiện

tượng giãn nở móng đại dương trên một bề rộng từ 1 đến 2 km Khoảng không gian tách mở này luôn được vật liệu magma từ manti trồi lên lấp đầy liên tục,

Nhờ quá trình tách giãn-bồi tụ mà vỏ đại dương mới đã

được thành tạo với tốc độ từ 1 đến 20 cm/năm tùy theo từng sống núi đại dương;

57

trầm tích lâu hơn làm bề dầy trầm tích tăng theo,

Nếu coi cực địa từ gần trùng với cực địa lý là bình

thường thì trong lịch sử địa chất đã có thời kỳ từ trường Trái Đất bị đảo ngược

Hiện tượng này không những được phát hiện trong dung nham trên vỏ lục địa, mà còn được phát hiện trong đá

magma ở vỏ đại dương

Tuy nhiên sự đảo từ của các đá magma trên vỏ đại

dương song song và đối xứng với nhau qua sống núi

giữa đại dương, còn sự đảo từ ở các đá magma trên lục địa thì lại theo các lớp nằm xen kẽ trên dưới

Sự đảo từ ở lớp vỏ đại dương đã xác nhận lý thuyết của Hess về đáy đại dương bị tách giãn về 2 sự mở rộng

đáy biển Như vậy mảng được tạo thành từ các sống núi giữa đại dương

59

Nam

Bắc

Nam Nam

Bắc

4.5 TUổI CủA Vỏ ĐạI DƯƠNG

 Vỏ đại dương ở hai bên sống núi giữa đại dương có

tuổi đối xứng với nhau Nhìn chung thì vỏ đại dương trẻ nhất nằm ở gần sống núi giữa đại dương và càng rời xa sống núi thì càng cổ,

Tư liệu tuổi phóng xạ cho thấy tuổi của vỏ đại dương cổ nhất ~ 180 triệu năm, trong khi tuổi của vỏ lục địa cổ

nhất ~ 3,96 tỷ năm  Vỏ đại dương khá trẻ và được tái sinh liên tục,

Vỏ đại dương cổ hơn bị đẩy theo chiều ngang ra xa

sống núi đại dương,

4.6 VAI TRÒ CủA QUYểN MềM

Nhờ phương pháp địa chấn mà người ta phát hiện ra quyển mềm (asthenosphere) – một quyển địa chất

nhớt, thành phần vật chất mềm và dẻo,

Quyển mềm có vị trí được xác định từ độ sâu 100 - 700

km, (ở đáy đại dương quyển mềm ở độ sâu 50 – 60 km, còn ở lục địa phải ở bề sâu tới 100 km mới gặp quyển mềm)

Quyển mềm là nơi dự trữ năng lượng cho mọi họat

động của núi lửa, là đới có các dòng đối lưu vận động liên tục và mạnh mẽ

Việc phát hiện ra quyển mềm xóa đi sự nghi ngờ về sự trôi ngang của các mảng và làm luận cứ để giải thích

Thuyết này tiêu biểu cho trường phái kiến tạo động,

nhìn nhận sự vận động uốn nếp, tạo núi liên quan tới sự dịch chuyển của các mảng

Nó xem xét các quá trình phát triển địa chất trong mối quan hệ hữu cơ giữa sự vận động trong quyển mềm và biểu hiện của chúng trên bề mặt

 Câu hỏi: Sống núi giữa đại dương là gì? Giải thích quá trình hình thành

 Trả lời: Là hệ thống núi ngầm giữa đại dương, nơi diễn ra hiện tượng giãn nở móng đại dương làm các mảng bị đẩy ra xa khỏi nhau Dọc theo sống núi đại dương là các rift và đứt gẫy chuyển dạng chia cắt sống núi gây ra động đất Sống núi giữa đại dương hình thành do quá trình tách giãn-bồi tụ magma xảy ra tại khu vực rift dọc theo sống núi giữa đại

dương.

 Câu hỏi: Bằng chứng nào cho thấy đáy đại dương bị tách giãn?

 Trả lời:

 Hiện tượng đảo từ,

 Tuổi của vỏ đại dương,

 Bề dầy trầm tích biển sâu,

 Câu hỏi: Ý nghĩa của thuyết tách giãn đáy đại dương?

 Trả lời: Thuyết tách giãn đáy đại dương đã thuyết phục được các ý kiến phản bác về sự trôi dạt lục địa do giải thích được cơ chế gây nên sự di chuyển của các lục địa,

 Câu hỏi: Xác định tuổi của vỏ đại dương cho thấy điều gì ?

 Trả lời: Vỏ đại dương ở hai bên sống núi giữa đại dương có tuổi đối

xứng với nhau, gần sống núi thì trẻ, xa sống núi thì cổ Điều này chứng

tỏ là vỏ đại dương đang di chuyển xa khỏi sống núi hay đồng nghĩa là đáy đại dương đang được mở rộng từ sống núi giữa đại dương,

67