Введение к работе
Современное состояние проблемы и актуальность темы
исследования.
В последние годы основные усилия геофизиков, работающих в области тектоники плит, Направлены на изучение двух главных аспектов этой теории: кинематического и динамического. Однако, в большинстве случаев эти направления разрабатываются независимо друг от друга
Известно, что традиционный кинематический подход к описанию плитотектонических движений основан на аппроксимации литосферы ограниченным числом абсолютно жестких плит, движение которых по поверхности Земли подчинено правилам сферической геометрии. Наибольший усг.эх достигнут этим направлением при создании модели современной кинематики плит. Возможности восстановления поведения литосферных плит в прошлые эпохи ограничены естественным уменьшением объема и информативности магнитных, палеомагнйтных и геологических данных, который связан, к первую очередь, с отсутствием в океанах аномалий старше 150-160 миллионов лет.
Не менее активно решаются задачи поиска и изучения механизма плитотектонических движений. Одной из наиболее перспективных в этом плане представляется динамическая модель, в основе которой -лежит предположение о непосредственном включении литосферы в систему мантийной конвекции, что позволяет использовать для описания ее движения методы, применяемые в гидродинамике.
Актуальность Данной диссертационной работы обуславливается ограниченными возможностями кинематического подхода к моделированию движений литосферных плит и отсутствием единого метода описания глубинного механизма тектоники плит и его проявления на псл'рхноети Земли.
Дали и задачи диссертационной работы.
Основной целью работы являлась разработка гидродинамического подхода к описанию мгновенной и конечной кинематики плит.
При выполнении работы решались следующие задачи:
- Разработка методики разложения поля скоростей ма поверхности Земли по сферическим гармоническим функцитм. Оценка устой-
- 4 -чивости алгоритма и точности аппроксимации на примере современной кинематики плит.
Осуществление обратной трансформации гидродинамической модели (набор коэффициентов) в кинематическую ( векторы угловой скорости и конфигуімщия границ плит).
Применение сферического гармонического анализа для описании кинематики плит за 80 м. л. с использованием готовых наборов векторов Эйлера.
Изучение пространственно-временных закономерностей изменения числовых характеристик плитотектонических движений.
Создание количественной модели движения литосферных плит в интервале от 120 м. л. назад до 40 м. л. вперед.
Научная новизна и практическая значимость работы.
Научная новизна этих исследований заключается в расчете универсальных количественных характеристик плитотектонических движений, то есть получении набора коэффициентов разложения по еі&ерическим гармоническим функциям поля скоростей на поверхности !>?мли ь виде суммы полоидальной и тороидальной составляювдх. Несомненным достоинством такой формы описания глобального поля скоростей является то, что она содержит не только все виды границ между плитами, но и параметры векторов угловых скоростей.
Расчет серии гидродинамических моделей, охватывающей интер-ваи времени 80 м. л. , позволил получить наборы коэффициентов для нескольких эпох. Анализ временного хода коэффициентов показал, что на всем исследуемом интервале коэффициенты разложения прояв-ляк/г линейную зависимость от времени. Этот вывод позволил аппроксимировать графики коэффициентоЕ отрезками прямых линий и тем самым получить бесчисленное мноляство наборов коэффициентов , описывающих непрерывный процесс эволюции литосферы. Основываясь на априорной информации о стабильном характере взаимодействия литосферных плит в период между перестройками глобальной системы движущих сил, отмеченных формированием и распадом суперконтинентов, было сделано заключение о допустимости такой аппроксимации для ьсего промежутка времени со времен распада Пангеи до наших дней и ближайшего будущего. В реаультаге была составлена единая гидродинамическая модель для 160 м. л.
Изложенная в модели методика может быть использована в ка-ч./стис- практического инструмента изучения палеогеодинамических
- 5 -процессов, то есть для уточнения положения границ литосферных плит, координат полюсов их вращения и величин угловых скоростей в отдаленные геологические времена, когда обычные методы плито-вой тектоники, основанные на определении углов Эйлера, оказываются недостаточными. Кроме того, 'использования методики сферического гармонического анализа для аппроксимации глобального поля скоростей литосферных блоков, может иметь важное практическое значение для региональной геодинамики и сейсмотектоники, поскольку она позволяет осуществить переход от градиентов скоростей к глобальному полю тектонических напряжений и оценке распределения действующих сил.
Реализация работы.
Работа выполнялась в лаборатории главного магнитного поля Земли в рамках темы "Изучения аномального магнитного поля Земли, связанного со строением и тектоникой земной коры" (НИР N 0186. 0078173).
Апробация результатов.
Основные результаты исследования, составившие содержание диссертации, были доложены на XIII Междуведомственном совещании по изучению совремменных движений земной коры на гёодинамических полигонах (май 1991, г.Ташкент), Третьем Симпозиуме SEDI (январь 1992, Мицусава, Япония ), Всесоюзном семинаре памяти Успенского (октябрь 1992, г. Санкт-Петербург), на научных семинарах ИЗМИРАН.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 6 работ, список которых приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертационной работы.
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Объем работы составляет 105 страниц машинописного текста,' 52 рисунка, 5 таблиц и Приложение. Библиография охватывает 103 наименования.