Глава 06. ПРИРОДА ТЕКТОНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЗЕМЛИ (1119268), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Судя по приведенным оценкам, в послеархейской геологическойистории выделяется шесть полностью завершенных конвективных циклов: 2,6–2,22–1,84–1,45–1,05–0,65–0,23 млрд лет назад с продолжительностью соответственно около 380−420±10 млн лет. Если эту закономерность продлить и далее, но с учетом прогрессивногозатухания конвективной активности Земли, то оказывается, что следующий полныйконвективный цикл завершится приблизительно еще через 300 млн лет при NC = 7.Наконец, последний, четвертый мегацикл с NC = 8 может завершиться приблизительночерез 1,2 млрд лет в будущем.

Однако в связи с постепенным затуханием процессабародиффузионного механизма дифференциации земного вещества и соответствующимснижением конвективной активности мантии пока не ясно, хватит ли сил у слабеющеймантийной конвекции на формирование последнего суперконтинента – гипотетическойГипергеи.6.4.

Конвекция в мантии ЗемлиВ мантии, безусловно, существует интенсивная и крупномасштабная конвекция,возбуждаемая эндогенными энергетическими источниками, прежде всего энергиейгравитационной дифференциации мантийного вещества с небольшим вкладомрадиогенного тепла и незначительными (сегодня) добавками приливной энергии. При162этом граничные условия на поверхности Земли, связанные с существованием древних имощных континентальных плит и с возникновением на поверхности конвектирующеймантии охлажденных и подвижных океанических литосферных плит, накладывают намантийную конвекцию характерный отпечаток и часто подчиняют ее структуру планурасположения литосферных плит и зон субдукции.Косвенными свидетельствами существования в мантии крупномасштабнойконвекции, охватывающей одновременно и верхнюю и нижнюю мантию, являютсярасчеты плотности вещества в нижней мантии по данным ударного сжатия силикатов.Такие расчеты показали, что при соответствующих давлениях и адиабатическойтемпературе распределение плотности в обеих частях мантии с большой точностьюаппроксимируется плотностью океанических лерцолитов – пород, поднятых втрансформных разломах океанского дна.

Это свидетельство однородности химическогосостава мантии одновременно является косвенным показателем существования в нейкрупномасштабной конвекции, постоянно перемешивающей ее вещество. А есть ли какиелибо прямые доказательства такого процесса?Таким прямым свидетельством существования единой структуры массообмена,пронизывающего собой, и верхнюю и нижнюю мантии, по-видимому, являютсясейсмические наблюдения, показывающие, что шлейфы опускающихся в мантиюокеанических литосферных плит прослеживаются под зонами субдукции значительноглубже предельного уровня возникновения землетрясений. Они уверенно прослеживаютсядо 800 км и, возможно, даже до 1400 км, т.е. уже в самой нижней мантии.Убедительными доказательствами существования глубинных мантийныхконвективных течений, совершенно не связанных с “самодвижением” океаническихлитосферных плит по зонам субдукции, по-видимому, являются факты расколаАфриканского континента по системе Красное море–Аденский залив–ВосточноАфриканские рифты; отодвигание Аравии от Африки; расширение Атлантического и,частично Индийского океанов; подъем океанического дна выше поверхности океана вСеверной Атлантике (о.

Исландия) и на северо-востоке Эфиопии (провинция Афар) и т. д.Все эти явления никак не могут быть связаны с затягиванием тяжелых океанических плитв мантию, а требуют для своего объяснения привлечения идеи существованиясамостоятельных конвективных течений мантийного вещества, действующих на подошвулитосферных плит снизу. Самым ярким доказательством, по-видимому, является расколвегенеровской Пангеи на отдельные части – современные материки.

Событие этопроизошло в середине мезозоя, но сам дрейф континентов (и раскол Африки)продолжается до сих пор. Никакими ухищрениями с “самопогружением” в мантиютяжелых океанических плит, окружавших тогда Пангею, объяснить это явление неудается.Что же касается уже упоминавшейся выше зависимости скорости движениялитосферных плит от длины окружающих их зон субдукции, то ее можно объяснитьсовершенно иначе, чем это сделано в работе Д.

Форсайта и С. Уеды (1975).Действительно, все быстрые плиты как бы сгруппированы в двух смежных регионах: содной стороны, это плиты Наска, Кокос, Тихоокеанская и Филиппинская, а с другой –Индийская. Но стоит только предположить, что под юго-восточной частью Тихого океанаи под центром Индийского океана в мантии существуют мощные восходящиеконвективные потоки, а между ними, где-то под Индонезией и Южной Америкой, –нисходящие потоки, как тот же самый результат получается за счет простого растеканиямантийного вещества под плитами отмеченных регионов. Но в этом случае вязкоезацепление мантийного вещества с подошвой литосферных плит будет уже не тормозитьих движение, а наоборот, только способствовать ему.

Кстати, судя по карте рельефаземного ядра (см. рис. 2.12), именно под юго-восточной частью Тихого океана и под163центром Индийского океана наблюдаются подъемы его поверхности, а это являетсяобязательным и верным признаком восходящих конвективных потоков в мантии.Обратим внимание, что под Северной Атлантикой также существует достаточнокрупный восходящий конвективный поток. Об этом, в частности, говорит и раздвижениеобрамляющих эту часть океана континентов, и подъем среднего уровня океаническогодна, а также карта рельефа земного ядра, по которой четко отмечается под СевернойАтлантикой заметное повышение поверхности ядра Земли, такое же, как и под юговосточной частью Тихого океана (см.

рис. 2.12). Однако плиты в этом регионе движутсяочень медленно – со скоростью раздвижения океана около 2 см/год, тогда как в Тихомокеане скорость раздвижения плит достигает 15–18 см/год (см. рис. 7.3).По-видимому, такие различия в скоростях движения плит над восходящимипотоками объясняются влиянием самой литосферной оболочки на процесс формированиягоризонтальных ветвей конвективных течений в мантии. Так, в мантии под Тихимокеаном астеносфера выражена четко и распространена под всеми без исключенияокеаническими плитами региона.

При этом наименее вязким ее слоем является верхняячасть, в которой уже происходит частичное плавление мантийного вещества. Подошваэтого слоя залегает приблизительно на глубине около 80 км и совпадает с границейперехода пироксеновых лерцолитов в гранатовые (см. рис. 6.2).Но конвективные течения вязкого вещества обычно организуются в такиеструктуры, чтобы при заданной скорости общего массообмена (а она в рассматриваемоймодели определяется процессом дифференциации мантийного вещества) скоростьдиссипации энергии вязкого трения была бы минимальной.

Из этого фундаментальногопринципа, в частности, вытекает, что в среде с постоянной вязкостью конвективныетечения всегда будут стремиться охватить как можно большие объемы пространства (т. е.будут возникать широкие потоки). В среде же с переменной вязкостью, как, например, вмантии с разной толщиной океанических и континентальных литосферных плит,конвективные течения всегда будут концентрироваться в слоях с минимальной вязкостьювещества.По этой причине в стратифицированной мантии с четко выраженной маловязкойастеносферой конвективные течения должны стягиваться в этот слой пониженнойвязкости. В результате в нижней мантии и низах верхней мантии будут доминироватьвертикальные потоки вещества, а в самой астеносфере сформируются преимущественногоризонтальные течения. Это приводит к тому, что через тонкий астеносферный слойперетекает большая часть вещества конвективных потоков, формируя там сравнительнобыстрые, до нескольких десятков сантиметров в год, горизонтальные астеносферныетечения.

Эти-то течения и влекут за собой относительно тонкие (от 10 до 80 км)океанические плиты Тихого океана от восходящего конвективного потока под ВосточноТихоокеанским поднятием к нисходящим потокам в мантии, т. е. к зонам субдукции,окружающим этот океан. Такие течения не препятствуют движениям плит, если онивызываются механизмом затягивания океанической литосферы в мантию, ведь врассматриваемом случае направления движения плит к зонам субдукции действительносовпадают с ожидаемыми направлениями астеносферных течений под этими плитами.Совершенно иная картина развивается под мощными континентальными плитами,погруженными в мантию на глубину до 200–250 км.

Под ними слой астеносферыпрактически отсутствует или существенно вырожден, поэтому под континентальнымиплитами должно наблюдаться более равномерное распределение вязкости игоризонтальные составляющие конвективных течений под ними формируются всущественно большем объеме средней и нижней мантии. Но в связи со значительнобóльшими сечениями горизонтальных потоков под континентальными плитами ихскорости оказываются соответственно более низкими (порядка нескольких сантиметров вгод).

Этим скорее всего и объясняются значительно меньшие скорости дрейфа164континентов, особенно крупных, прочно “сидящих” своими корнями в мезосфере Земли.Меньшей оказывается и скорость движения спаянных с ними океанических плит.Отмеченные здесь различия геодинамических реакций океанических иконтинентальных плит на конвективные течения в мантии, по-видимому, неплохоиллюстрируются уже упоминавшейся выше зависимостью Форсайта–Уеды. Фактическиэта зависимость определяет собой связь скорости движения литосферных плит с ихстроением, размерами континентов и расположением плит относительно восходящих инисходящих течений в мантии, попытка реконструкции которых показана на рис. 6.7.Действительно, зависимость Форсайта–Уеды очень четко разделила крупныелитосферные плиты на две различные группы – на континентальные и чисто океаническиеплиты Тихоокеанского региона.

Индийская же плита в этой классификации занимаетпромежуточное положение, вероятно, потому что впаянные в нее континентальныемассивы (Индия и Австралия) относятся к сравнительно небольшим материкам. К тому жеИндийская плита, как и все Тихоокеанские плиты, оказались “удачно” расположенноймежду восходящим и нисходящим потоками в мантии, что в конце концов и обусловилоотносительно бóльшую скорость ее перемещения в сторону Индонезии.В Северной Атлантике астеносфера существует только под океанским дном, а свостока и запада она оказывается перекрытой мощными континентальными плитами,играющими роль гигантских дамб, препятствующих растеканию в этих направленияхастеносферных течений от расположенных здесь восходящих потоков.

Характеристики

Список файлов книги