Теорія плюмів

Прояви глибинних процесів та основні сучасні моделі глибинних процесів Землі. Гіпотеза висхідних мантійних струменів (плюмів), що виступають до поверхні в "гарячих точках", висунута в 1963 р. Дж. Вілсоном і обґрунтована в 1972 р. В. Морганом. Вона пояснює внутрішньоплитний магматизм і утворення лінійних вулканічних ланцюгів, у яких вік закономірно збільшується в міру віддалення від сучасних активних вулканів. Вона є якщо не альтернативою, то рівноправним партнером тектоніки літосферних плит. Роль плюмів є значною у розвитку літосфери і магматизму – як внутрішньоплитного, так і на дивергентних границях. Разом з тим виникає низка проблем, що не знайшли переконливого вирішення. До них належать:

• глибина зародження плюмів; їхня локалізація щодо границь літосферних плит;

• стаціонарність – абсолютна чи відносна; тривалість прояву.

І головна проблема – співвідношення конвекції, що керує кінематикою літосферних плит, з адвекцією, яка викликає підйом плюмів, які є взаємозалежними процесами. У теорії тектоніки літосферних плит як рушійний механізм задіяно мантійну конвекцію. Однак прямих доказів її реального прояву не було доти, поки сейсмічна томографія не знайшла в мантії чергування розігрітих і охолоджених ділянок, стійке збереження яких без конвекції неможливе. Але сама природа конвекції розумілася й усе ще розуміється неоднаково: одні вважають її чисто тепловою, інші відстоюють термохімічну природу. Теплова складова безсумнівно є провідною, і це підтверджує успішне комп’ютерне моделювання кінематики плит.

Однак дані сейсмотомографії вказують на такі розходження у фізичних властивостях мантійної речовини, які тільки температурними умовами пояснити не можна. Ще більші розбіжності існують у питанні про саму мантійну конвекцію – загальна вона, чи є роздільною у верхній і нижній мантії (на межі ~660 км). Цей розділ подібний до напівпроникного бар’єру для конвективних плинів. Таким чином, можливі і загальномантійна, й двоярусна конвекція, що підтверджено успішним моделюванням тієї й іншої, зокрема, двоярусної. Виявлено, що ймовірність форми конвекції залежить в основному від в’язкості мантії, а остання – від температури

Для глобальної тектоніки, як наслідку мантійної конвекції, характерним є: участь океанічної літосфери у конвективному кругообігу мантії, наявність плюмів, регульований вихід тепла з мантії, часткова ізольованість верхньої й нижньої мантії і, нарешті, наявність рухомих континентів. Теплова енергія перетворюється в механічну роботу деформації і руйнувань літосфери, внаслідок чого сформовано вигляд сучасної Землі. Для опису теплової конвекції у мантії з континентами, що плавають у ній, маємо чотири класичних закони: збереження: енергії, маси, імпульсу і моменту. Вони дозволяють розраховувати еволюцію температури у в’язкій мантії, швидкості мантійних плинів, а також дрейф континентів.

На відміну від океанічної літосфери, товщина якої не перевищує 80 км, літосферні корені континентів досягають глибини у сотні кілометрів. Але це не заважає дрейфу континентальних плит, тому що вся мантія веде себе як в’язка рідина. Варто відмітити, що підкорова літосфера континентів і океанічна літосфера є областю мантії, що відрізняється від решти мантії лише реологічними властивостями й може перемішуватися конвективними мантійними плинами.

Континенти покривають більше чверті поверхні Землі та регулюють вихід тепла з мантії, а тому повинні істотно впливати на глобальну структуру мантійної конвекції. Необхідно виділити такі риси сучасної глобальної тектоніки Землі: тектоніка плит, нестаціонарна плюмова тектоніка і тектоніка рухомих континентів. У результаті сильного перегріву речовини мантії конвекція має квазітурбулентний характер, завдяки якому на тлі, загальної циркуляції виникають окремі плюми, що виходять до поверхні гарячих осередків.

Сучасну концепцію тектоніки плит можна розглядати як спробу об’єднання внутрішніх (гіпотеза підняття) і зовнішніх (гіпотеза контракції) факторів. У певній мірі тектоніка плит перегукується з пульсаційною гіпотезою. У ній лише формально відбивалася наявність на Землі структур стиску і розтягу. Логічно припустити, що розвиток Землі йде в пульсуючому режимі, коли періоди її розширення змінюються періодами стиску. Разом з тим залишається ще багато питань, що вимагають свого вирішення. Одне із них: як часто виникали мантійні плюми в історії Землі, і чи існує періодичність у їхньому часовому розвитку і закономірність у розташуванні на поверхні Землі. Зв’язок інверсій магнітного поля із мантійними плюмами є дуже ймовірним (пряма намагніченість відповідає високій магматичній активності і звідси зв’язок мантійних плюмів із шаром D"). Однак часовий інтервал невеликий для того, щоб робити висновки для всієї історії Землі.

Інше запитання стосується шару D", у якому, як думають, і відбувається зародження плюмів: що визначає число плюмів на поверхні Землі, і чи всі плюми, що зародилися в шарі D", досягають поверхні Землі? Однак розвиток низки плюмів показує, що такі моделі в природі реалізуються далеко не завжди. Можна припустити, що кількість вулканічних ареалів у межах плюму буде визначатися числом осередків, на яке розгалужується єдине тіло мантійного діапіру під час впровадження в літосферу на початковій стадії процесу. Лише чисельне моделювання розвитку мантійних плюмів на основі реальних, наближених до геологічного середовища параметрів, може дати позитивний результат. Ймовірно, подальший розвиток сейсмічної томографії допоможе знайти відповіді на ці питання.

У класичній мобілістичній гіпотезі А.Вегенера рушійною силою дрейфу материків є осьове обертання Землі, а дефіцит цієї сили був однією із причин відторгнення даної гіпотези геофізиками. У класичній тектоніці плит фактор обертання Землі взагалі не беруть до уваги. Надалі на його можливу роль, нехай і другорядну, стали звертати увагу, а в останні роки з’явився ряд серйозних робіт, що розглядають його вплив на кінематику плит. Прихильники впливу ротаційного фактора (сил Коріоліса) пояснюють це тим, що плин в астеносфері із заходу на схід, викликаний обертанням Землі, у першому випадку орієнтовано назустріч субдукції, а в другому – у тому же напрямку.

Тектоніка плит, зберігаючи своє значення основного інструменту аналізу історії тектонічних рухів, деформацій і магматизму, є лише частковим елементом більш загальної теорії Землі, глобальної геодинамічної моделі. Відповідно до моделі перехід від плюм-тектоніки до тектоніки плит (плейт-тектоніки) можна зобразити наступним чином. У Землі за характером переважаючих геодинамічних процесів виділяють три головні області: тектоносфера, що охоплює кору і верхню мантію з перехідною зоною, нижня мантія і ядро. У тектоносфері визначальним механізмом є тектоніка плит, у нижній мантії – плюм-тектоніка мантійних струменів і в ядрі – “тектоніка росту”, що відображає розростання внутрішнього ядра за рахунок зовнішнього. Першопричиною геодинамічних процесів, напевне, є занурення в зонах субдукції плит охолодженої океанської літосфери. Досягши границі на глибині 670 км, ці плити тут затримуються, поки матеріалу не нагромадиться стільки, що він почне ”провалюватися” у нижню мантію, досягаючи в кінцевому рахунку поверхні ядра. Занурення цього матеріалу в ядро порушує режим конвекції і викликає підйом мантійних струменів – плюмів від межі ядра. Після рівня 670 км виникає розщеплення плюмів, які, проникаючи далі у верхню мантію породжують висхідні плини, що відповідають осям спредінгу серединно-океанських хребтів або можуть утворювати відгалуження від плюмів.

Додаток В

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Сейсмічна модель будови Землі	\|	Методи геодинамічних досліджень

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.