Гипотеза плюмов и горячих полей

Гипотеза плюмов, выступающих на поверхность в “горячих точках”, выдвинута в 1963 г. Дж.Вилсоном и обоснована в 1972 г. В.Морганом. С ее помощью объясняется внутриплитный магматизм, и в особенности образование линейных вулканических цепей, в которых возраст построек закономерно увеличивается по мере удаления от современных активных вулканов. Эта плюм-тектоника с каждым годом все более популярна. Она становится если не альтернативной, то почти равноправным партнером тектоники литосферных плит. Доказывается, в частности, что глобальный масштаб выноса глубинного тепла через “горячие точки” превосходит тепловыделение в зонах спрединга срединно-океанских хребтов.

Мантийные плюмы(или просто плюмы) представляют собой сравнительно узкие колонны разогретого вещества, поднимающиеся из глубоких слоев мантии. Плюмы, скорее всего, зарожда­ются на глубине не менее 700 км . По некоторым оценкам диаметр их составляет от 100 до 240 км, а скорость подъема 2 м/год. Плюмы порождают купола диаметром до 1000 км, центральные участки которых возвышаются на 1-2 км над окружающей местностью.

Горячие точкиопределяются как участки земной поверхности с необычно высокой вулкани­ческой активностью в настоящее время или проявлявшейся в прошлом. Иногда под горячей точ­койпонимают участок внутри мантии, температура которого выше средней температуры на этой глубине. Существование горячей точки устанавливается непосредственно из наблюдений за вулкани­ческой активностью рассматриваемой области, тогда как вывод о существовании плюмов - ре­зультат интерпретации, и прямое наблюдение недоступно (рис.4).

Классический пример современной “горячей точки” - о.Исландия, расположенный на пересечении оси спрединга Срединно-Атлантического хребта и зоны поперечных разломов. Действие плюма в Северной Атлантике началось на рубеже мела и палеогена, а в районе Исландии он сфокусировался в миоцене. Мощность коры океанского типа под этим островом достигает 40 км. Палеоаналоги Исландии - океанские плато, распространенные в Тихом и Индийском океанах: поднятия Шатского, Хесса, Онтонг-Джава, Кергелен и др. Область концентрации вулканических островов и подводных вулканов в центрально-западной части Тихого океана, выделенная в свое время Г.Менардом, - поднятие Дарвина - после работы американского геофизика Р.Ларсона рассматривается как проявление гигантского суперплюма, “работавшего” в середине раннего мела. Наши исследователи Л.Зоненшайн и М.Кузьмин обозначили этот регион в качестве “горячего пятна”, а не отдельной точки, современную же проекцию суперплюма усматривают в юго-западной части океана, в Полинезии. Последнее подтверждается и данными сейсмотомографии. Второй подобный современный суперплюм, по тем же данным, существует под Восточной Африкой и смежной частью Индийского океана. Имеются серьезные основания предполагать, что корни суперплюмов достигают самых низов мантии.

Не подлежат сомнениям реальность существования, а следовательно и значительная роль плюмов в развитии литосферы и магматизма как внутриплитного, так и на дивергентных (расходящихся) границах плит (Исландия только один из примеров). Эта роль была, вероятно, особенно высока на ранних стадиях истории планеты. Вместе с тем возникает ряд проблем, пока не нашедших убедительного решения. К ним относятся: глубина заложения плюмов (иначе говоря, положение их корней в мантии); их локализация относительно границ литосферных плит и внутри последних; стационарность - абсолютная или относительная; длительность проявления. И главная проблема - соотношение конвекции, управляющей кинематикой литосферных плит, с адвекцией, вызывающей подъем плюмов. Они уже в принципе не могут быть независимыми процессами.

Прежде всего нужно заметить, что с выявлением положения корней плюмов дело обстоит сложнее, чем с выявлением слэбов субдуцируемой литосферы, поскольку каналы, по которым поднимаются мантийные струи, более узкие. Примером возникающих трудностей может служить та же Исландия. Первоначально указывалось, что Исландский плюм имеет корни в нижней мантии, однако в недавней работе британских ученых категорически утверждается, что нет сейсмотомографических признаков его подъема из нижней мантии .

Представляется наиболее вероятным выделение двух уровней зарождения плюмов: в низах мантии, слое D'', и у границы верхней и нижней мантии. Первый - источник суперплюмов, второй - более второстепенных. Сначала допускали, что второй уровень располагается над границей 660 км, теперь высказывается мнение, что он может находиться под ней.

С только что рассмотренной проблемой связана еще одна: все ли фиксируемые на поверхности горячие точки - производные самостоятельных плюмов? На примере Восточной Африки сделано совершенно справедливое допущение, что крупные плюмы, достигая подошвы литосферы, могут расщепляться с накоплением расплава под участками утоненной рифтингом литосферы или даже непосредственно внедряться в рифтовые зоны. Такое расщепление может, очевидно, происходить на границе верхней и нижней мантии, которая должна служить полупроницаемым барьером не только для субдуцируемых слэбов, но и для поднимающихся горячих струй.

Что касается закономерностей локализации плюмов, то их расположение во многих случаях совершенно очевидно: одни, подобно Исландии, находятся на пересечении оси спрединга с крупными разломами. Например, Азорский плюм в Атлантике, вулканические острова Сен-Поль и Амстердам на Юго-Восточном Индоокеанском хребте и др. Поднятие Шатского и ряд аналогичных океанских плато возникли на древнем тройном сочленении осей спрединга. Другие плюмы приурочены к внутриплитным, внутриконтинентальным рифтовым системам, тяготея опять-таки к их тройным сочленениям (например, район Афара в Восточной Африке) или пересечению крупными зонами разломов. Отсюда очевидно, что размещение “горячих точек” на поверхности контролируется ослабленными, проницаемыми зонами в коре и литосфере. Но корни этих плюмов ниже литосферы могут иметь и иное положение.

Очень важен вопрос о стационарности плюмов. Краеугольным камнем гипотезы Вилсона-Моргана было представление о фиксированном положении корней плюмов в подлитосферной мантии и о том, что образование вулканических цепей, с закономерным увеличением возраста построек по мере удаления от современных центров извержений, обязано “прошиванию” движущихся над ними литосферных плит горячими мантийными струями. Это положение было использовано для определения абсолютных векторов относительного перемещения плит. Позднее стало допускаться отклонение верхушки плюма в направлении течения астеносферы.

Однако совершенно бесспорных примеров вулканических цепей гавайского типа не так уж много. Например, нет четкого увеличения возраста в весьма протяженной цепи о-вов Лайн в Тихом океане. Эти трудности обусловили возникновение альтернативных гипотез образования линейных вулканических цепей. Основная их идея заключается в том, что подобные структуры приурочены к зонам разломов, а их закономерное “старение” (далеко не везде проявленное) может объясняться течением астеносферы, зависящим от вращения Земли. К этим представлениям мы еще вернемся ниже.

Таким образом, в проблеме плюмов остается еще много неясного. А как они вписываются в общую картину мантийной конвекции?

С плюмами, расположенными на осях спрединга, все более или менее ясно: они отвечают участкам более интенсивного восходящего конвективного тепломассопереноса, причем глубинные плюмы подпитывают верхнемантийную конвекцию. На основных плюмогенерирующих уровнях погружение субдуцируемых слэбов провоцирует подъем соседних плюмов, которые используют поступающий из слэбов материал. Такой сценарий в частности предполагается для слоя D''. По идее А.Никишина, возникновение суперконтинента, опоясанного зонами субдукции, вызывает формирование под ним суперплюма. Последний в конечном счете стимулирует рифтинг и распад суперконтинента с образованием многочисленных “горячих точек”. Этот процесс наглядно иллюстрирует пример отдельных разновозрастных сегментов Атлантики, в пределах которых континентальный рифтинг с роем даек и плато-базальтовыми полями закономерно предшествовал началу спрединга и образованию океана. В Центральной Атлантике это происходило в конце триаса-начале юры, в Южной Атлантике - в конце юры-начале мела, в Северной Атлантике - в самом конце мела и палеоцене. (Подобина В.М.,Родыгин С.А.,2000)

Рис. 4. Разрез земного шара по экватору через Тихий океан. По­казан слой D и быстро поднимающийся от него плюм, который пересекает конвективные потоки мантии.

Заключение

Всякая попытка разработать общую теорию исторического развития земной коры неизбежно связана с предположениями, поскольку происхождение длительного и сложного развития деформаций, по-видимому, не ограничивается пределами земной коры, а, несомненно, связано с развитием более глубоких зон Земли, т.е тех областей, которых мы никогда не видели и которых никогда не касались молотком. Но, тем не менее, мы обладаем некоторыми данными о распределении напряжений, температур и плотности мантии и ядра, а так же об их механических свойствах, однако пока трудно высказать правильное предположение о взаимодействиях этих физических свойств с почти совершенно неизвестными химическими свойствами материи в этих областях. Наоборот, мы можем быть уверенными в том, что там происходят совершенно неизвестные и неожиданные для нас реакции.

Мы можем выйти из создавшегося затруднительного положения только путём рискованных идей, переходя от реакций известных и происходящих в поверхностных условиях к реакциям, возможно происходящим на глубине. Нет единого мнения о теории образования облика Земли и его эволюции в истории. Мною же перечислены основные гипотезы, которые имели широкое распространение среди учёных и раскрыта их сущность. В настоящее время признанной является гипотеза тектоники литосферных плит как наиболее соответствующая знаниям рубежа XX–XXI вв. Однако и она не отвечает на все поставленные вопросы. Помимо тектоники плит, довольно большое количество геологов практикуют геосинклинальную теорию, отказываясь принимать гипотезу тектоники плит, и категорически отрицают горизонтальные движения в развитии земной коры. Посвятив всю жизнь учению одной гипотезы, доказывая её и, видя свою правоту, трудно примкнуть к сторонникам другой теории, отказавшись от своей. Наука не стоит на месте, научный прогресс продолжается, и кто знает что будет в будущем, возможно более детально докажут одну из уже существующих теорий, а, что вполне возможно, выдвинут совершенно новую теорию эволюции земной коры.

Литература:

1 Подобина В.М.,Родыгин С.А. «Историческая геология» : Учебное пособие. – Томск: Изд-во НТЛ, 2000. 264 с.

2 В.Е. Хаин, М.Г. Ломизе «Геотектоника с основами геодинамики» : Учебник. – М:.Изд-во МГУ, 1995. 480 с.

3 Г.П. Хомизури «Геотектоническая мысль в античности»; очерки по истории геологических знаний. Выпуск 31. – М.: Изд-во «Наука» 2002. Электронный учебник.

Поиск по сайту: