NGHIÊN CỨU VỀ HỌC THUYẾT KIẾN TẠO MẢNG

Nghiên cứu Học thuyết kiến tạo mảng. Bộ môn Địa chất đại cương.

I.THUYẾT KIẾN TẠO MẢNG

Các mảng kiến tạo trên thế giới được vẽ vào nửa sau của thế kỷ 20

QUÁ TRÌNH DI CHUYỂN CỦA CÁC MẢNG LỤC ĐỊA

Kiến tạo mảng (tiếng Anh: plate tectonics; tiếng Hy Lạp: τέκτων tektōn, nghĩa là

"người xây dựng", "thợ nề") mô tả các chuyển động ở quy mô lớn của thạch quyển Trái Đất Học thuyết này hoàn thiện các quan niệm trước đây về trôi dạt lục địa do Alfred Wegener đề xuất trong các thập niên đầu thế kỷ 20 và tách giãn đáy đại dương trong thậpniên 1960

Phần ngoài cùng nhất của Trái Đất được cấu tạo bởi thạch quyển nằm trên và quyển mềm bên dưới Thạch quyển bao gồm vỏ Trái đất và phần trên cùng nhất của quyển manti Quyển mềm thuộc manti ở trạng thái rắn, nhưng có độ nhớt và ứng suất cắt tương đối thấp nên có thể chảy giống như chất lỏng nếu xét theo thời gian địa chất Phần sâu nhất của manti bên dưới quyển mềm thì cứng do chịu áp suất lớn hơn

Thạch quyển bị vỡ ra thành các mảng kiến tạo và chúng trượt trên quyển mềm Các mảng này di chuyển tương đối với nhau theo một trong ba kiểu ranh giới mảng: hội tụ hay va chạm; tách giãn, cũng được gọi là trung tâm tách giãn; và chuyển dạng Các trận

động đất, hoạt động núi lửa, sự hình thành các dãy núi, và rãnh đại dương đều xuất hiện dọc theo các ranh giới này Sự dịch chuyển sang bên của các mảng vào khoảng 50–100 mm/năm

Các mảng kiến tạo cách đây 200 triệu năm

II SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỌC THUYẾT

CÁC MẢNG KIẾN TẠO CỦA THẠCH QUYỂN

Vào cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20, các nhà địa chất cho rằng các đặc điểm chính của Trái Đất là cố định, và phần lớn các đặc trưng địa chất như các dãy núi là do chuyển động thẳng đứng của lớp vỏ theo học thuyết địa máng Các quan sát trước đây từ năm

1596 cho rằng các bờ biển đối diện nhau trên Đại Tây Dương, hay chính xác hơn là rìa các thềm lục địa, có hình dạng tương tự nhau và dường như đã từng khít vào nhau Từ

đó, một số học thuyết được đề xuất để giải thích sự tương hợp biểu kiến này, nhưng việc cho rằng Trái Đất ở thể rắn đã làm xuất hiện nhiều vấn đề khó có thể giải thích được

Việc phát hiện ra radi và đặc điểm tỏa nhiệt của nó vào năm 1896 dẫn tới sự xét lại tuổibiểu kiến của trái đất, do trước đây tuổi Trái Đất được xác định bằng tốc độ nguội lạnh của nó và bề mặt Trái Đất bức xạ giống như vật thể đen Các tính toán ngụ ý rằng, thậm chí nếu Trái Đất bắt đầu tại nhiệt của bức xạ đỏ, thì nó có thể đã giảm nhiệt độ xuống như hiện tại chỉ sau vài triệu năm Cùng với sự hiểu biết về nguồn nhiệt mới, các nhà khoa học có lý do để cho rằng tuổi của Trái Đất còn lớn hơn thế một cách đáng tin cậy,

và lõi của nó còn đủ nóng để ở thể lỏng

Thuyết kiến tạo mảng kế thừa từ giả thuyết trôi dạt lục địa do Alfred Wegener đề xuất năm 1912và được mở rộng trong quyển sách xuất bản năm 1915 của ông có tên gọi Nguồn gốc của các lục địa và đại dương Ông đề xuất rằng các lục địa hiện tại từng có thời hình thành nên một lục địa lớn và bị tách ra, điều này làm giải phóng các lục địa từ nhân của Trái Đất và so sánh chúng với "các tảng băng" granit có mật độ thấp nổi trên biển bazan đặc hơn Nhưng do không có các chứng cứ chi tiết và lực tác động đủ để gây

ra chuyển động, học thuyết này nói chung không được chấp nhận rộng rãi: Trái Đất có thể có vỏ rắn và lõi lỏng, nhưng dường như không cách nào để lớp vỏ Trái Đất có thể di chuyển được Giới khoa học sau đó đã ủng hộ các học thuyết do nhà địa chất người Anh, Arthur Holmes, đề xuất vào năm 1920 Theo đó, các mối nối giữa các mảng có thể nằm dưới biển và đề xuất năm 1928 của Holmes cho rằng các dòng đối lưu trong quyển manti

là lực gây chuyển động chính

Chứng cứ đầu tiên rằng các mảng thạch quyển di chuyển xuất hiện cùng với sự phát hiện về hướng từ trường biến đổi trong các đá có tuổi khác nhau, lần đầu tiên được nêu ratrong hội nghị ở Tasmania năm 1956 Đầu tiên nó được học thuyết hóa thành thuyết vỏ Trái Đất giãn rộng, sự hợp tác nghiên cứu sau đó đã phát triển nó thành học thuyết kiến tạo mảng, và giải thích rằng sự tách giãn như là kết quả của sự trồi lên của các loại đá mới, nhưng không làm cho Trái Đất giãn nở thêm bởi sự có mặt của các đới hút chìm và các đứt gãy tịnh tiến bảo toàn Đây cũng là thời điểm mà học thuyết của Wegener được các nhà khoa học chấp nhận về mặt tổng quát Các công trình bổ sung về sự liên đới của tách giãn đáy đại dương và đảo cực từ trường do Harry Hess và Ron G Mason thực hiện

đã xác định cơ chế chính xác để giải thích cho sự trồi lên của các loại đá mới

Sau sự công nhận các dị thường từ gồm các dải từ hóa tương tự chạy song song và đối xứng trên đáy biển ở cả hai phía của sống núi giữa đại dương, kiến tạo mảng nhanh chóng được chấp nhận rộng rãi Các tiến bộ đồng thời trong công nghệ chụp ảnh địa chấnthời kỳ đầu tại và xung quanh các đới Wadati-Benioff cùng với các quan sát địa chất khác đã làm cho kiến tạo mảng trở thành học thuyết có sức mạnh phi thường về dự đoán

III.CÁC NGUYÊN TẮC CHÍNH

Các lớp bên ngoài của Trái Đất được chia thành thạch quyển và quyển mềm Việc phân chia này dựa trên sự khác biệt về các đặc điểm cơ học và phương thức truyền nhiệt trong chúng Về mặt cơ học, thạch quyển lạnh hơn và cứng hơn, trong khi đó quyển mềm

thì nóng hơn và dễ chảy hơn Về mặt truyền nhiệt, thạch quyển mất nhiệt do sự truyền nhiệt trong khi đó quyển mềm cũng truyền nhiệt bởi sự đối lưu và có gradien nhiệt độ gần như đoạn nhiệt Sự phân chia này không nên lẫn lộn với sự phân chia về mặt hóa họccủa cùng các lớp này thành quyển manti (bao gồm cả quyển mềm và phần manti của thạch quyển) và lớp vỏ: các phần của quyển manti có thể là một phần của thạch quyển hoặc quyển mềm ở các thời điểm khác nhau, tùy thuộc vào nhiệt độ và áp suất của nó Nguyên tắc chủ yếu của kiến tạo mảng là thạch quyển tồn tại như là các mảng kiến tạo tách rời và riêng biệt, trôi dạt trên quyển mềm gần như chất lưu (chất rắn nhớt đàn hồi)

Sự chuyển động của các mảng vào khoảng 10-40 mm/năm (Sống núi giữa Đại Tây

Dương; nhanh như sự phát triển của móng tay) cho tới khoảng 160 mm/năm (mảng Nazca; bằng tốc độ mọc tóc)

Các mảng kiến tạo gồm phần thạch quyển của quyển manti và phần nằm phủ bên trên

là một trong hai kiểu vật liệu lớp vỏ: lớp vỏ đại dương (hay quyển sima từ ghép của silic

và magiê) và lớp vỏ lục địa (hay quyển sial từ ghép của silic và nhôm) Thạch quyển đại dương trung bình dày khoảng 100 km]; bề dày cũng phản ảnh tuổi của nó: theo thời gian

nó lạnh dần và trở nên dày hơn Do nó được hình thành từ sống núi giữa đại dương và tách giãn về hai phía, bề dày của nó cũng dùng để đo đạc khoảng cách từ vị trí hiện tại của chúng đến sống núi giữa đại dương Thạch quyển đại dương phải di chuyển một khoảng cách nhất định trước khi bị hút chìm, độ dày thay đổi trong khoảng từ 6 km ở sống núi giữa đại dương đến hơn 100 km tại các đới hút chìm; tùy thuộc vào khoảng cách

di chuyển ngắn hơn hay dài hơn, mà bề dày tại đới hút chìm (tính trung bình) sẽ mỏng hơn hay dày hơn Thạch quyển lục địa điển hình dày khoảng 200 km, và cũng thay đổi giữa các bồn địa, dãy núi, và bên trong nền cổ ổn định của lục địa Hai kiểu lớp vỏ cũng

có bề dày khác nhau, lớp vỏ lục địa dày hơn lớp vỏ đại dương (35 km so với 6 km của lớp vỏ đại dương)

Nơi hai mảng gặp nhau được gọi là ranh giới mảng, và các ranh giới mảng thường liên quan đến các hoạt động động đất và tạo thành các dạng địa hình như dãy núi, núi lửa, sống núi giữa đại dương và rãnh đại dương Các hoạt động núi lửa chính xuất hiện dọc

theo các ranh giới mảng, trong đó ranh giới mảng hoạt động mạnh nhất và được biết đến nhiều nhất là vành đai lửa Thái Bình Dương của mảng Thái Bình Dương Các ranh giới này sẽ được nêu chi tiết ở các mục sau

Các mảng kiến tạo có thể chỉ bao gồm lớp vỏ lục địa hay lớp vỏ đại dương, hoặc cả hai

Ví dụ, mảng châu Phi bao gồm lớp vỏ lục địa và các phần của đáy biển Đại Tây Dương

và Ấn Độ Dương Sự phân chia giữa lớp vỏ đại dương và lớp vỏ lục địa dựa trên cơ chế hình thành của chúng Vỏ đại dương được hình thành ở trung tâm tách giãn đáy biển và

vỏ lục địa được hình thành từ hoạt động của cung núi lửa và từ sự lớn dần của các địa thể

từ các quá trình kiến tạo; mặc dù một số dạng địa thể này có thể chứa các chuỗi ophiolit,

là các mảnh của vỏ đại dương, và chúng vẫn được xem là một phần của lục địa khi chúngthoát khỏi chu trình chuẩn của sự hình thành và các trung tâm tách giãn cũng như sự hút chìm bên dưới các lục địa Vỏ đại dương nặng hơn vỏ lục địa do chúng khác nhau về thành phần cấu tạo như vỏ đại dương chứa ít silic và nhiều các nguyên tố nặng ("mafic") hơn so với vỏ lục địa ("felsic") Như là kết quả của phân tầng theo tỷ trọng, vỏ đại dương thường nằm bên dưới mực nước biển (hầu hết mảng Thái Bình Dương dưới mực nước biển), trong khi vỏ lục địa nổi cao hơn mực nước biển (xem đẳng tĩnh giải thích về

nguyên lý này)

IV.CÁC MẢNG KIẾN TẠO CHÍNH

Việc xác định các ranh giới mảng giúp người ta phân chia vỏ thạch quyển của Trái Đấtthành 7 mảng kiến tạo chính:

 Mảng châu Phi gồm toàn bộ châu Phi – mảng lục địa

 Mảng Nam Cực gồm toàn bộ châu Nam Cực - mảng lục địa

 Mảng Ấn-Úc, được chỉ ra như là phần phân chia giữa mảng Ấn Độ và mảng Australia

 Mảng Á-Âu gồm toàn bộ châu Á và châu Âu - mảng lục địa

 Mảng Bắc Mỹ gồm toàn bộ Bắc Mỹ và đông bắc Siberi - mảng lục địa

 Mảng Nam Mỹ gồm toàn bộ Nam Mỹ - mảng lục địa

 Mảng Thái Bình Dương gồm toàn bộ Thái Bình Dương – mảng đại dương

Bên cạnh đó còn có các mảng nhỏ như mảng Ả Rập, mảng Caribe, và mảng Juan de Fuca, mảng Cocos, mảng Nazca, mảng Philippin và mảng Scotia

LƯỢC ĐỒ CÁC MẢNG KIẾN TẠO

1

Mảng châu Phi

  Mảng châu Phi, có màu cam hơi hồng trong bản đồ này

Mảng châu Phi là một mảng kiến tạo bao gồm lục địa châu Phi cũng như lớp vỏ đại dương nằm giữa châu lục này và các sống đại dương khác nhau bao quanh

Mặt phía tây của mảng châu Phi là ranh giới phân kỳ với mảng Bắc Mỹ ở phía bắc và mảng Nam Mỹ ở phía nam hợp thành phần trung tâm và phần phía nam của sống núi giữa Đại Tây Dương Mảng châu Phi có ranh giới về phía đông bắc với mảng Ả Rập, phía đông nam là với mảng Ấn-Úc, phía bắc là mảng Á-Âu và mảng Anatolia, còn phía nam là mảng Nam Cực Tất cả các ranh giới này đều là ranh giới phân kỳ hay tách giãn với ngoại lệ là ranh giới phía bắc với mảng Á-Âu (trừ phần ngắn gần quần đảo Azores trong Đại Tây Dương là lũng hẹp Terceira)

Mảng châu Âu bao gồm vài khối lục địa hay nền cổ, là các khối lục địa cổ ổn định chứa các loại đá cổ, hợp lại cùng nhau để tạo ra lục địa châu Phi trong thời gian tổ hợp ra siêu lục địa Gondwana khoảng 550 triệu năm trước (Ma) Theo thứ tự từ phía nam tới phía bắc thì các nền cổ này là Kalahari, Congo, Sahara và nền cổ Tây Phi Mỗi một nền

cổ này lại có thể chia tiếp thành các khối nhỏ hơn hay các địa thể, được ráp nối dọc theo các vành đai kiến tạo sơn tiền-Gondwana

Mảng châu Phi đang đẩy xa nhau trong phần phía đông dọc theo lũng hẹp Đông Phi Đới lũng hẹp này chia tách tiểu mảng Nubia ở phía tây ra khỏi tiểu mảng Somalia ở phía đông Một giả thuyết đề xuất rằng sự dâng lên của các khối mácma dạng lông chim trong lớp phủ phía dưới khu vực Afar, trong khi giả thuyết ngược lại cho rằng sự tách giãn này chỉ đơn thuần là khu vực có độ suy yếu lớn nhất trong đó mảng châu Phi bị biến dạng do phần mảng ở phía đông của nó chuyển động nhanh hơn về phía bắc

Tốc độ dịch chuyển của mảng châu Phi ước tính khoảng 2,15 cm/năm Nó đã chuyển động trong khoảng trên 100 triệu năm qua, theo hướng chính là hướng đông bắc Điều này đã đưa nó lại gần mảng Á-Âu, tạo ra sự hút chìm của lớp vỏ đại dương bên dưới lớp

vỏ lục địa (chẳng hạn các phần của trung và đông Địa Trung Hải) Tại miền tây Địa

Trung Hải, chuyển động tương đối của hai mảng Á-Âu và châu Phi tạo ra sự kết hợp của các lực nén ép bên, tập trung trong khu vực gọi là đới phay Azores-Gibraltar Dọc theo rìa phía đông bắc của nó, mảng châu Phi có giới hạn là lũng hẹp Hồng Hải trong đó mảng

Ả Rập đang chuyển động ra xa khỏi mảng châu Phi.Điểm nóng New England trong Đại Tây Dương có lẽ đã tạo ra một dãy ngắn các núi ngầm có niên đại từ giữa tới cuối kỷ Đệ Tam trên mảng châu Phi nhưng dường như hiện nay không còn hoạt động

2.

Mảng Nam Cực

  Mảng Nam Cực, phần màu lam sẫm trên bản đồ

Mảng Nam Cực là một mảng kiến tạo che phủ lục địa Nam Cực và trải dài ra ngoài nằm dưới các đại dương bao quanh Mảng Nam Cực có ranh giới với các mảng kiến tạo như mảng Nazca, mảng Nam Mỹ, mảng châu Phi, mảng Ấn-Úc, mảng Scotia và có ranh giới kiểu ranh giới phân kỳ với mảng Thái Bình Dương tạo thành sống đại dương Thái Bình Dương-Nam Cực

Mảng Nam Cực có diện tích khoảng 16,9 triệu km² (khoảng 6,528 triệu dặm vuông Anh)

Nó là mảng kiến tạo có diện tích lớn hàng thứ 5 trên thế giới.Chuyển động của mảng Nam Cực được ước tính ít nhất khoảng 1 cm/năm về phía Đại Tây Dương

3.

Mảng Ấn-Úc

  Mảng Ấn-Úc, được chỉ ra như là phần phân chia giữa mảng Ấn Độ và mảng

Australia

Mảng Ấn-Úc, mảng Ấn Độ-Úc hay mảng Ấn Độ-Australia là các tên gọi khác nhaucủa một mảng kiến tạo lớn, bao gồm châu Úc và vùng đại dương bao quanh, kéo dài về phía tây bắc để bao gồm cả tiểu lục địa Ấn Độ và các vùng nước cận kề Các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng mảng Ấn-Úc có thể đang trong quá trình tách ra thành hai mảng tách biệt chủ yếu là do các ứng suất sinh ra từ va chạm của mảng Ấn-Úc với mảng Á-Âu dọc theo dãy Himalaya .Hai tiền mảng hay tiểu mảng này nói chung được gọi là mảng Ấn Độ

và mảng Australia.Niên đại trầm tích của nhóm núi Barren trên mép phía nam của nền cổYilgarn và phân tích nguồn gốc ziricon hỗ trợ cho giả thuyết cho rằng va chạm giữa các nền cổ Pilbara–Yilgarn và Yilgarn–Gawler đã hợp thành lục địa tiền-Australia vào

4.

Mảng Á-Âu

  Mảng Á-Âu, phần màu xanh lục, sẫm và nhạt

Mảng Á-Âu là một mảng kiến tạo bao gồm phần lớn đại lục Á-Âu (vùng đất rộng lớn bao gồm hai châu lục là châu Âu và châu Á), với các biệt lệ lớn đáng chú ý là trừ đi tiểu lục địa Ấn Độ, tiểu lục địa Ả Rập, cũng như khu vực ở phía đông của dãy núi Chersky tạiĐông Siberi Nó còn bao gồm cả một phần lớp vỏ đại dương trải dài về phía tây tới tận sống núi ngầm giữa Đại Tây Dương và về phía bắc tới sống núi ngầm Gakkel.

SỰ DỊCH CHUYỂN CỦA MẢNG Á-ÂU VÀ MẢNG ẤN ĐỘ

Rìa phía đông của nó là ranh giới với mảng Bắc Mỹ ở phía bắc và ranh giới với mảng Philippin ở phía nam, và có thể là với mảng Okhotsk cũng như là với mảng Amur (nếu hai mảng này được coi là tách biệt) Rìa phía nam là ranh giới với mảng châu Phi ở phía tây, mảng Ả Rập ở đoạn giữa và mảng Ấn-Úc ở phía đông Rìa phía tây là ranh giới phân

kỳ với mảng Bắc Mỹ để hình thành nên phần đầu phía bắc của sống núi ngầm giữa Đại Tây Dương, với đảo đáng chú ý nhất nằm trên đó chính là Iceland

5.

Mảng Bắc Mỹ

  Mảng Bắc Mỹ, phần màu nâu trên bản đồ này

Mảng Bắc Mỹ là một mảng kiến tạo che phủ phần lớn Bắc Mỹ, Greenland và một số phần của Siberi thuộc Nga Nó kéo dài về phía đông tới sống núi giữa Đại Tây Dương và

về phía tây tới dãy núi Chersky ở miền đông Siberi Mảng kiến tạo này bao gồm cả vỏ lục địa và vỏ đại dương Phần bên trong của khối đất lục địa chính bao gồm một lõi granit lớn gọi là nền cổ Dọc theo phần lớn các rìa của nền cổ này là các mảnh vật liệu lớp vỏ gọi là các địa thể, phát triển dần lên xung quanh nền cổ bởi các tác động kiến tạo trong một khoảng thời gian địa chất dài Người ta cho rằng phần lớn của dãy núi Rocky ởmiền tây Bắc Mỹ là sự hợp thành của các địa thể như thế

6.

Mảng Nam Mỹ

  Mảng Nam Mỹ, có màu tím tía trên bản đồ

Mảng Nam Mỹ là một mảng kiến tạo che phủ lục địa Nam Mỹ và trải dài về phía đông tới sống núi ngầm giữa Đại Tây Dương