Природа тектонической активности земли возможные причины тектонической активности Земли



Pdf просмотр
страница9/23
Дата28.01.2019
Размер0.78 Mb.
ТипГлава
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   23

162
этом граничные условия на поверхности Земли, связанные с существованием древних и мощных континентальных плит и с возникновением на поверхности конвектирующей мантии охлажденных и подвижных океанических литосферных плит, накладывают на мантийную конвекцию характерный отпечаток и часто подчиняют ее структуру плану расположения литосферных плит и зон субдукции.
Косвенными свидетельствами существования в мантии крупномасштабной конвекции, охватывающей одновременно и верхнюю и нижнюю мантию, являются расчеты плотности вещества в нижней мантии по данным ударного сжатия силикатов.
Такие расчеты показали, что при соответствующих давлениях и адиабатической температуре распределение плотности в обеих частях мантии с большой точностью аппроксимируется плотностью океанических лерцолитов – пород, поднятых в трансформных разломах океанского дна. Это свидетельство однородности химического состава мантии одновременно является косвенным показателем существования в ней крупномасштабной конвекции, постоянно перемешивающей ее вещество. А есть ли какие- либо прямые доказательства такого процесса?
Таким прямым свидетельством существования единой структуры массообмена, пронизывающего собой, и верхнюю и нижнюю мантии, по-видимому, являются сейсмические наблюдения, показывающие, что шлейфы опускающихся в мантию океанических литосферных плит прослеживаются под зонами субдукции значительно глубже предельного уровня возникновения землетрясений. Они уверенно прослеживаются до 800 км и, возможно, даже до 1400 км, т.е. уже в самой нижней мантии.
Убедительными доказательствами существования глубинных мантийных конвективных течений, совершенно не связанных с “самодвижением” океанических литосферных плит по зонам субдукции, по-видимому, являются факты раскола
Африканского континента по системе Красное море–Аденский залив–Восточно-
Африканские рифты; отодвигание Аравии от Африки; расширение Атлантического и, частично Индийского океанов; подъем океанического дна выше поверхности океана в
Северной 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 плит в мантию, а требуют для своего объяснения привлечения идеи существования самостоятельных конвективных течений мантийного вещества, действующих на подошву литосферных плит снизу. Самым ярким доказательством, по-видимому, является раскол вегенеровской Пангеи на отдельные части – современные материки. Событие это произошло в середине мезозоя, но сам дрейф континентов (и раскол Африки) продолжается до сих пор. Никакими ухищрениями с “самопогружением” в мантию тяжелых океанических плит, окружавших тогда Пангею, объяснить это явление не удается.
Что же касается уже упоминавшейся выше зависимости скорости движения литосферных плит от длины окружающих их зон субдукции, то ее можно объяснить совершенно иначе, чем это сделано в работе Д. Форсайта и С. Уеды (1975).
Действительно, все быстрые плиты как бы сгруппированы в двух смежных регионах: с одной стороны, это плиты Наска, Кокос, Тихоокеанская и Филиппинская, а с другой –
Индийская. Но стоит только предположить, что под юго-восточной частью Тихого океана и под центром Индийского океана в мантии существуют мощные восходящие конвективные потоки, а между ними, где-то под Индонезией и Южной Америкой, – нисходящие потоки, как тот же самый результат получается за счет простого растекания мантийного вещества под плитами отмеченных регионов. Но в этом случае вязкое зацепление мантийного вещества с подошвой литосферных плит будет уже не тормозить их движение, а наоборот, только способствовать ему. Кстати, судя по карте рельефа земного ядра (см. рис. 2.12), именно под юго-восточной частью Тихого океана и под


163
центром Индийского океана наблюдаются подъемы его поверхности, а это является обязательным и верным признаком восходящих конвективных потоков в мантии.
Обратим внимание, что под Северной Атлантикой также существует достаточно крупный восходящий конвективный поток. Об этом, в частности, говорит и раздвижение обрамляющих эту часть океана континентов, и подъем среднего уровня океанического дна, а также карта рельефа земного ядра, по которой четко отмечается под Северной
Атлантикой заметное повышение поверхности ядра Земли, такое же, как и под юго- восточной частью Тихого океана (см. рис. 2.12). Однако плиты в этом регионе движутся очень медленно – со скоростью раздвижения океана около 2 см/год, тогда как в Тихом океане скорость раздвижения плит достигает 15–18 см/год (см. рис. 7.3).
По-видимому, такие различия в скоростях движения плит над восходящими потоками объясняются влиянием самой литосферной оболочки на процесс формирования горизонтальных ветвей конвективных течений в мантии. Так, в мантии под Тихим океаном астеносфера выражена четко и распространена под всеми без исключения океаническими плитами региона. При этом наименее вязким ее слоем является верхняя часть, в которой уже происходит частичное плавление мантийного вещества. Подошва этого слоя залегает приблизительно на глубине около 80 км и совпадает с границей перехода пироксеновых лерцолитов в гранатовые (см. рис. 6.2).
Но конвективные течения вязкого вещества обычно организуются в такие структуры, чтобы при заданной скорости общего массообмена (а она в рассматриваемой модели определяется процессом дифференциации мантийного вещества) скорость диссипации энергии вязкого трения была бы минимальной. Из этого фундаментального принципа, в частности, вытекает, что в среде с постоянной вязкостью конвективные течения всегда будут стремиться охватить как можно большие объемы пространства (т. е. будут возникать широкие потоки). В среде же с переменной вязкостью, как, например, в мантии с разной толщиной океанических и континентальных литосферных плит, конвективные течения всегда будут концентрироваться в слоях с минимальной вязкостью вещества.
По этой причине в стратифицированной мантии с четко выраженной маловязкой астеносферой конвективные течения должны стягиваться в этот слой пониженной вязкости. В результате в нижней мантии и низах верхней мантии будут доминировать вертикальные потоки вещества, а в самой астеносфере сформируются преимущественно горизонтальные течения. Это приводит к тому, что через тонкий астеносферный слой перетекает большая часть вещества конвективных потоков, формируя там сравнительно быстрые, до нескольких десятков сантиметров в год, горизонтальные астеносферные течения. Эти-то течения и влекут за собой относительно тонкие (от 10 до 80 км) океанические плиты Тихого океана от восходящего конвективного потока под Восточно-
Тихоокеанским поднятием к нисходящим потокам в мантии, т. е. к зонам субдукции, окружающим этот океан. Такие течения не препятствуют движениям плит, если они вызываются механизмом затягивания океанической литосферы в мантию, ведь в рассматриваемом случае направления движения плит к зонам субдукции действительно совпадают 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 астеносферы практически отсутствует или существенно вырожден, поэтому под континентальными плитами должно наблюдаться более равномерное распределение вязкости и горизонтальные составляющие конвективных течений под ними формируются в существенно большем объеме средней и нижней мантии. Но в связи со значительно бóльшими сечениями горизонтальных потоков под континентальными плитами их скорости оказываются соответственно более низкими (порядка нескольких сантиметров в год). Этим скорее всего и объясняются значительно меньшие скорости дрейфа



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   23


База данных защищена авторским правом ©genderis.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница