Общая-геохимия.-Иркутск-2019 (1) (856215), страница 25
Текст из файла (страница 25)
43), сопровождающиеся расширением исжатием вещества, и его медленных перемещений, имеющих, очевидно, конвекционный характер (см. рис. 59). По мнению многихисследователей, наряду с восходящими потоками вещества происходят и его латеральные (горизонтальные) перемещения на различных глубинных уровнях в нижней и верхней мантии.Плавление мантии в зонах срединно-океанических хребтовприводит к образованию океанической коры, которая затем претерпевает интенсивное гидротермальное изменение, в результате кото139рого из неё выносятся легкорастворимые элементы и затем онасубдуцируется.
Часть этой субдуцированной коры затем плавится(образующиеся расплавы формируют континентальную кору), а реститовый остаток погружается ещё глубже в мантию и становитсячастью резервуара обедненной мантии (DM, DMM). Таким образом, при извлечении континентальной коры из конвективной мантии последняя должна постепенно истощаться литофильными элементами.
DM-резервуар является источником истощенных базальтов средне-океанических хребтов (N-MORB). Расплавы с низкойстепенью плавления поднимаются вверх, обогащая субконтинентальную мантию и являясь источником щелочных базальтов. Крометого, субдукция осадочных пород приводит к изменению составасубконтинентальной литосферы [Nature of mantle … , 1980].Рис.
56. Принципиальная схема, показывающая возможныемеханизмы формирования земного железного ядра из силикатов[Formation of an Interconnected … , 2013]Неоднородность и конвекция вещества мантииВ результате процессов дифференциации вещества в нижнеймантии, вблизи ядра Земли возникла плотностная неоднородность(рис. 57).
В процессе дифференциации возникла более плотная фаза – расплав железа (и других сидерофильных элементов) в кислороде, которая уходила в ядро. Оставшиеся, менее плотные фазы(MgO, SiO2, O) иного химизма вместе с флюидными компонентами,140выходящими из ядра (Н, С, О) порождают мантийные конвективные восходящие тепломассовые потоки (рис. 58, 59). Эти потокипоступают в верхние горизонты Земли и обуславливают ее эндогенную активность (тектонику, магматизм, метаморфизм и др.).Рис. 57. Неоднородность мантии по данным сейсмической томографии[Kustowski Ekstrom, Dziewonski, 2008]Цвета на шкале – это относительные изменения (в %) скорости сдвига Vp относительносредней на соответствующей глубине. Красные цвета соответствуют областям с более высокойсредней температурой, а синие – областям с более низкой температурой.абРис.
58. Сейсмотомографические изображения Земли:а – трёхмерная карта сейсмической томографии до глубины 660 км (красным цветомпоказаны участки с большими скоростями сейсмических волн, синим – с меньшимискоростями) [Garnero, McNamara, 2008]; б – упрощенная томографическая объемнаямодель ядра и мантии Земли (более горячие мантийные плюмы (красный) поднимаютсяот поверхности ядра, более холодные фрагменты океанической коры (желтый, голубойв разрезе) опускаются к ядру Земли) (по сейсмическим данным [Crameri, Tackley,2016])141Рис. 59.
Схема тепловой конвекции в земной мантии.Красные области более горячие; синие области менее горячие. Горячее веществоподнимается вверх, остывает, затем холодный материал опять погружаетсяВажнейшие источники внутреннего тепла Земли в порядкеубывающего значения: радиоактивный распад долгоживущих изотопов урана, тория, калия (сосредоточенных главным образом ввеществе континентальной коры), гравитационная (или химикогравитационная) дифференциация вещества в глубоких недрахЗемли и энергия приливного трения. Если бы внутреннее тепло,накапливающееся в Земле в результате действия описанных факторов, поступало к поверхности лишь путем обычной теплопроводности, т.
е. кондуктивного теплопереноса, Земля неминуемо довольнобыстро разогрелась бы до полного плавления. Именно то обстоятельство, что в мантии Земли теплоперенос осуществляется нетолько кондуктивным, но и конвективным путем, спасает нашупланету от перегрева. Мантийная конвекция подтверждается сейсмотомографическими данными, свидетельствующими о существовании в мантии на одних и тех же уровнях более разогретых участков (соответственно, менее плотных, с меньшими скоростями распространения сейсмических волн) и менее разогретых, уплотненных, высокоскоростных участков (рис. 58). Такая разница в плотностях (температурах) вызывает конвективную циркуляцию в мантии(рис.
59). Потоки тепла, продвигаясь от ядра вдоль границ этихскоплений, порождают плюмы, которые в свою очередь вызываютформирование таких геологических диковин, как Исландия, Галапагосы и Гавайи.142В последнее время распространена гипотеза влияния динамики Земли на распределение неоднородностей в нижней мантии [Сорохтин, Чилингар, Сорохтин, 2010]. Предполагается, что крупномасштабная неоднородность у основания мантии, возможно, сформировалась с началом конвекции в мантии (рис.
60) и до сих поростается неподвижной относительно оси вращения Земли[Dziewonski, Lekic, Romanowicz, 2010], контролируя мантийнуюконвекцию и тектонику плит.Рис. 60. Схема мантийной конвекции в разрезе экватора.Показаны две крупномасштабные неоднородности в нижней мантии на глубине~2800 км [Dziewonski, Lekic, Romanowicz, 2010]Гравитационные аномалииС конвекцией и неоднородностью в мантии связано появлениегравитационных аномалий Земли. Чем плотнее породы и меньшеглубина их залегания (в литосфере и верхней мантии), тем большегравитационные аномалии (крайние цвета на шкале), и наоборот(рис. 61). Тем не менее гравитационная неоднородность не связанас рельефом и главными топографическими особенностями Земли –океанами и континентами [Люстих, 1957].
Эта особенность объясняется изостатическим равновесием (изостазия), при котором менееплотная земная кора (средняя плотность 2,8 г/см³) «плавает» в более плотном слое верхней мантии – астеносфере (средняя плотность 3,3 г/см³), подчиняясь закону Архимеда. Таким образом, подошва более легкой (по сравнению с мантией) земной коры подконтинентами погружается в мантию на глубину пропорциональную величине возвышения.143Рис. 61. Современная комплексная гравитационная модель Землипо данным спутников LAGEOS, GRACE, GOCE и наземным данным[Core-Mantle Boundary … , 2010]В отличие от коры и мантии, выделяемым по геологическимданным (по вещественному составу) и данным сейсмологии (поскачку скоростей сейсмических волн на границе Мохоровичича),литосфера и астеносфера – понятия чисто физические, вернее реологические. Исходным основанием для выделения астеносферы –ослабленной, пластичной оболочки, подстилающей более жесткуюи хрупкую литосферу, – была необходимость объяснения фактаизостатической уравновешенности коры, обнаруженного при измерениях силы тяжести у подножия горных сооружений.
Первоначально ожидалось, что такие сооружения, особенно столь грандиозные, как Гималаи, должны создавать избыточное притяжение.Однако, когда в середине XIX в. были произведены соответствующие измерения, оказалось, что такого притяжения не наблюдается.Следовательно, даже крупные неровности рельефа земной поверхности чем-то компенсированы, уравновешены на глубине для того,чтобы на уровне земной поверхности не проявлялось значительныхотклонений от средних значений силы тяжести.
Таким образом, ис144следователи пришли к выводу, что имеется общее стремление земной коры к изостазии, т. е. гидростатически равновесному состоянию земной коры, при котором, подчиняясь закону Архимеда(рис. 62), менее плотная земная кора (средняя плотность 2,8 г/см³)«плавает» в более плотном слое верхней мантии – астеносфере(средняя плотность 3,3 г/см³).2Рис. 62. 1 – Изостатическая модель по Дж. Эри [Watts A.B., 2001].Различные цвета обозначают вертикальные блоки земной коры и горизонтальный слоймантии.
Приведены значения плотности в г/см3; 2 – изостатическое вертикальноедвижение литосферы (серый) в зависимости от нагрузки (зеленый)7.1.8. Плавление мантииМантия остаётся в твёрдом состоянии, несмотря на повышение температуры с глубиной. В результате плавления локальныхучастков мантии или земной коры образуются магматические расплавы. Очаги плавления располагаются на глубинах в интервале от15 до 250 км.Существуют следующие модели плавления:1. Плавление за счет адиабатической декомпрессии (декомпрессионное плавление).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
