мини|десно|500п|Земљине литосферне плоче мини|десно|400п|Земљине литосферне плоче
Тектоника плоча је геолошка теорија која објашњава померања плоча Земљине коре великих размера. Теорија укључује старију хипотезу померања континената, која датира из прве половине 20. века, и концепт ширења океанског дна развијен током 1960-их година.
Спољни део Земље се састоји од два слоја: спољне љуске (литосфера) која обухвата кору и крути горњи део омотача, испод које се налази астеносфера. Иако у крутом стању, астеносфера има релативно ниску вискозност и смичућу моћ па зато има одређене карактеристике флуида (може да тече). Испод астеносфере се налази крући доњи омотач, чије је фазно стање није последица мањих температура, већ високог притиска.
Литосфера је разломљена (издељена) на тзв. литосферне плоче (тектонске плоче). Постоји седам главних и још много мањих плоча. Литосферне плоче плутају на астеносфери. Постоје три типа граница међу плочама: конвергентне границе, дивергентне границе и трансформне границе. Земљотреси, вулканска активност, издизање планинских ланаца па и обликовање океанских ровова се појављује дуж граница плоча. Бочно се померање плоча обично одвија брзинама од 0.66 до 8.50 -{cm}- годишње.
Развој идеје
Теорија тектонике плоча вуче корене из хипотезе померања континената. Концепт ширења морског дна први је пут предложио у раним 1960-им Роберт С. Дајц, иако се обично приписује Харију Хесу.
Први чврсти докази о тачности теорије били су магнетске аномалије, које су дефинисане као симетричне, паралелне пруге сличне магнетизације на морском дну, са обе стране средњоокеанског гребена. Развијање техника сеизмичких истраживања, поготово сеизмичке томографије, и њихова примена у зони Вадати-Бениоф зонама, у комбинацији с бројним другим геолошким истраживањима, врло је брзо учврстило тектонику плоча као теорију с добрим могућностима објашњавања и предвиђања различитих појава.
Проучавање дубоког океанског дна било је пресудно за развој теорије - дисциплина дубокоморске маринске геологије је буквално процветала 1960-их. Сходно томе, теорија тектонике плоча развила се током касних 1960-их, од када је универзално прихваћена од свих геонаучника. Теорија је револуционизовала геонауке због своје моћи уједињавања и објашњавања различитих геолошких појава.
Основни принципи
Подела спољних делова Земљине унутрашњости у литосферу и астеносферу заснована је на њиховим механичким разликама и начину преношења топлоте. Литосфера је хладнија и крућа, док је астеносфера топлија и механички слабија. Такође, литосфера губи топлоту кондукцијом, а астеносфера преноси топлоту конвекцијом и има готово адијабатски температурни градијент. Та се подела не би смела мешати с хемијском поделом Земље на језгро, омотач и кору. Литосфера се састоји и од коре и од дела омотача. Одређени део омотача може припадати литосфери, али и астеносфери у различитом времену, што зависи од температуре, притиска и смичуће силе. Основни је принцип тектонике плоча тај да литосфера постоји у облику одвојених и засебних плоча које плутају на вискоеластичној крутој астеносфери. Померање плоча се одвија у распону од неколико милиметара годишње (брзина раста ноктију), па до око 5 центиметара годишње (брзина раста косе).
Плоче су око 100 km дебеле и састоје се од литосферског омотача прекривеног с једним од два типа коре: океанском кором (стари назив је сима) или континенталном кором (стари назив је сиал). Ова два типа коре се разликују у дебљини - континентална је кора знатно дебља од океанске (реда величине 50 -{km}- насупрот 5 -{km}-).
Плоче се сусрећу дуж граница плоча, које су обично повезане с геолошким догађајима попут земљотреса и стварањем топографских облика као што су планине, вулкани и океански ровови. Већина активних вулкана јавља се на границама плоча, с Пацифичким ватреним прстеном као најактивнијим и најпознатијим.
Тектонске плоче могу укључивати континенталну или океанску кору, али обично једна плоча садржи обе. Нпр. Афричка плоча укључује и континент и делове Атлантског и Индијског океана. Разлика између континенталне и океанске коре заснована је на густини минерала који их изграђују - океанска је кора гушћа од континенталне због различитих удела разних елемената, и силицијума. Океанска кора (базична) је гушћа јер има мање силиција и више тешких елемената од континенталне коре (фелзичне). Резултат тога је да океанска кора лежи испод нивоа мора (нпр. већина Пацифичке плоче), док је континентална кора избачена изнад нивоа мора (због принципа изостазије).
Типови граница плоча
мини|десно|350п|Три типа граница плоча: (1) астеносфера (2) литосфера (3) врућа тачка (4) океанска кора (5) субдукцијска плоча (6) континентална кора (7) континентална рифтна зона (млада граница плоча) (8) конвергентна граница плоча (9) дивергентна граница плоча (10) трансформна граница плоча (11) вулкански штит (12) ширећи океански гребен (13) конвергентна граница плоча (14) стратовулкан (15) острвски лук (16) плоча (17) астеносфера (18) јарак
Постоје три типа граница плоча, који су окарактерисани начином на који се плоче померају релативно једна према другој, а повезане су с различитим површинским феноменима. То су: Трансформне границе, које се јављају на месту где плоче клизе једна поред друге дуж трансформног раседа. Релативно померање две плоче је или синистрално (налево у односу на посматрача) или декстрално (надесно у односу на посматрача). Дивергентне границе се јављају на месту где се две плоче одмичу једна од друге (то су средњоокеански гребени и активне зоне цепања као што је Источноафричка бразда). Конвергентне границе (или активне ивице) се јављају на месту где се две плоче померају једна према другој обично стварајући зону субдукције (ако једна плоча тоне под другу) или континенталне колизије (ако обе плоче садрже континенталну кору). Дубокоморски јаркови су типични за зоне субдукције. Због трења и загревања субдуковане плоче, готово су увек везане са вулканизмом. Најбољи примери за ове процесе су Анди у Јужној Америци и јапански острвски лук.
Трансформне (конзервативне) границе
Због трења плоче не могу једноставно клизити једна поред друге. Тачније, притисак се повећава у обе плоче све док се не достигне степен прекорачења прага деформације стена, када се акумулирана потенцијална енергија ослобађа у виду деформације на обе стране раседа. Деформација је акумулативна и тренутна, и зависи од реологије стене - растегљива доња кора и омотач акумулирају деформацију постепено путем смицања, при чему крхка горња кора реагује ломљењем или тренутним отпуштањем притисака, које изазива кретање дуж раседа. Растегљива површина раседа може такође отпустити притисак када је степен деформације превелик. Енергија отпуштена тренутним притиском је узрок потреса, учесталог феномена дуж трансформних граница.
Добар пример овог типа границе плоча јесте расед Сан Андреас, који се налази на западној обали Северне Америке и део је изузетно сложеног система раседа на том подручју. На овој се локацији Пацифичка и Северноамеричка плоча померају једна према другој на такав начин да се Пацифичка плоча помера према северозападу у односу на Северноамеричку. Други примери трансформних раседа укључују Алпски расед на Новом Зеланду, и Северноанатолијски расед у Турској. Трансформни раседи се налазе и као изданци на крестама средњоокеанског гребена.
Дивергентне (конструктивне) границе мини|десно|200п|Мост преко Алфагја бразда близу Гриндавика на полуострву Рејкјанес на југозападу Исланда. Граница Евроазијске и Северноамеричке континенталне тектонске плоче.
На дивергентним се границама две плоче размичу и на тај начин стварају простор који се пуни новим материјалом коре, који потиче од магме накупљене испод. Порекло је нове дивергентне границе на троструком чвору, за који се сматра да је повезан с феноменом познатим као вруће тачке. То су места на којима неизмерно велике конвекцијске ћелије доносе јако велике количине врућег астеносферског материјала близу површине, па се стога сматра да је кинетичка енергија на тим местима довољна за разламање литосфере. Врућа тачка која је подстакнула стварање система Средњоатлантског гребена тренутно се налази испод Исланда који се проширује брзином од неколико центиметара у једном веку.
Дивергентне границе су представљене у океанској литосфери системом океанских гребена, као што су Средњоатлантски гребен и Источнопацифичко узвишење, а у континенталној литосфери долинама браздања као што је позната Источноафричка бразда. Дивергентне границе могу створити масивне зоне раседања у систему средњоокеанског гребена. Генерално, ширење није униформно па се масивни трансформни раседи појављују тамо где су различите брзине ширења суседних блокова стена. То су пукотинске зоне а главни су извор подморских потреса. Карте морског дна показују врло чудан образац блоковитих структура које су одељене линеарним елементима управним на осу гребена. Овај процес постаје јаснији ако посматрамо морско дно између пукотинских зона као покретну траку која односи гребен од средишта ширења на свакој страни јаруге. Креста старијих гребена, паралелна тренутном центру ширења, биће старија и дубља (због термалне контракције и тоњења).
мини|десно|200п|Промена магнетног поларитета Управо је на средњоокеанским гребенима нађен један од кључних принципа који је узроковао прихватање хипотезе ширења морског дна. Ваздушна геомагнетна истраживања показала су необичан узорак симетричних пруга промена магнетног поларитета на супротним странама оса гребена. Узорак је био превише правилан да би се могао сматрати случајним јер су се ширине наспрамних трака превише добро поклапале. Научници су проучавали поларне промене и направили везу. Магнетне су се траке директно поклапале са Земљиним поларним променама, што је потврђено мерењем старости стена у свакој траци. Те нам траке пружају карту у времену и простору помоћу којих се могу одредити и брзина ширења и поларна померања.
Конвергентне (деструктивне) границе
Природа конвергентних граница зависи од типа литосфере плоча које се сударају. На месту где се густа океанска плоча судара с мање густом континенталном плочом, океанска плоча се по правилу подвлачи због већег узгона континенталне литосфере, обликујући зону субдукције. На површини, топографски приметан обично океански јарак на океанској страни и планински ланац на континенталној страни. Пример зоне субдукције океан-континент је подручје дуж западне обале Јужне Америке где се океанска плоча субдукује под континенталну Јужноамеричку плочу.
Док је процес непосредно повезан са стварањем растопа изнад тонуће плоче, због чега долази до површинског вулканизма, још увек предмет расправа у геолошкој заједници, општеприхваћени консензус истраживања која су у току указује на то да главни допринос дају волатили. Како плоча која се субдукује тоне, њена температура расте због чега отпушта волатиле (од којих је најважнија вода) заробљене у порозној океанској кори. Вода се издиже у омотач належуће плоче, смањује температуру растопа околних стена па производи растоп (магму) с великим количинама отопљеног гаса. Овај се растоп уздиже до површине и извор је неких од најексплозивнијих вулкана на Земљи због велике запремине екстремно стиснутих гасова (нпр. Етна, Везув). На овај се начин обликују дуги вулкански ланци у унутрашњости континенталног шелфа и паралелно њему. Континентална кичма Јужне Америке обилује овим типом вулканског издизања планина због субдукције Назца плоче. У Северној Америци је планински ланац Каскадних планина, који се протеже јужно од Сијера Неваде у Калифорнији, такође овог типа. Такви вулкани окарактерисани су променљивим периодима мировања и епизодним ерупцијама које започињу испуштањем експлозивних гасова са финим честицама стакластог вулканског пепела и сунђерастог материјала. Целом ивицом Пацифичког океана протежу се вулкани па је познат под називом Ватрени појас Пацифика.