Вопрос 31. Что вы знаете о плюмбовой тектонике? Возможно ли непосредственное воздействие сквозьмантийных плюмб на развитие структур литосферы (земной коры)?
Плюм – горячий мантийный поток, двигающийся независимо от конвективных течений в мантии.
Целенаправленные топографические исследования последних десятилетий показали, что в разрезе подастеносферной мантии имеются какие-то «прорезающие нижнюю мантию насквозь неоднородности», представленные своеобразными сквозьмантийными каналами, возникающие вследствие процесса увеличения объема ядра планеты, что приводит к «растрескиванию» плотно прилегающей к нему твердой подастеносферной мантии и образованию в ее разрезе радиально направленных зон и каналов повышенной теплопроводности. Гидридная модель изначального ядра Земли и его дальнейшее расширение, не исключают существование в подастеносферной мантии сквозных каналов, связывающих ядро с астеносферой.
Благодаря обнаружению таких каналов, по которым течение вверх энергии и вещества из глубоких горизонтов планеты осуществляется более интенсивно по сравнению с соседними участками подастеносферной мантии появилось много публикации о, так называемой, «плюмбной тектонике», где «деятельность» мантийных плюмб рассматривается в тесной связи с этими каналами.
Такие каналы в подастеносферной мантии, являются специфическими зонами разрыва, по которым шел интенсивный, по сравнению с соседствующими участками, поток вещества и энергии в вышележащую тектоносферу.
Принято считать, что основной движущей силой перемещаемых в пространстве и во времени континентальных (да и океанических) литосферных блоков являются конвекционные течения в астеносфере, отношение к которым имеет «плюмбная тектоника».
Строение плюма
Вопрос 32. В чем заключается суть региональной тектоники малых плит применительно к неопротерозойско-палеозойскому этапу развития планеты ?
Основными действующими категориями плитной тектоники в преобразовании лика планеты являются литосферный и астеносферный слои Земли Проявления неопротерозойско-палеозойской плитной тектоники имела качественное отличие от сегодняшнего дня. Сущность плитной тектоники состоит в том что, океанические пространства могут оказаться «маломасштабными» только в том случае, если и сами континентальные литосферные блоки, вовлеченные в латерально направленные астеносферные течения и растаскивающие усилия самих этих течений, будут несравнимо малыми по отношению к их сегодняшним аналогам. Данное условие, в свою очередь, может быть обеспечено, если главный и наиболее важный показатель этих слоев, а именно их толщина, будет намного меньше соответствующей толщины литосферы и астеносферы мезозой-кайнозойского времени. Признание направленного во времени увеличения толщины этих слоев равносильно признанию основного положения гипотезы постепенно расширяющейся Земли. Главным является природа конвекционных течений в астеносфере и возможной зависимости мощности этих течений от толщины астеносферы, в которой эта конвекция протекает.
Поскольку принято считать, что основной движущей силой перемещаемых в пространстве и во времени континентальных (да и океанических) литосферных блоков являются конвекционные течения в астеносфере, возможно природа этих течений поможет дать ответы на вопросы - почему же проявление плитной тектоники со временем неизмеримо возрастает, почему преобразование земной коры было подчинено законам плитной тектоники только в последние эпохи развития планеты, ограниченные 1 млрд. лет или какое качественное или количественное изменение могла претерпеть наша планета на пути своего долгого развития.
В астеносферном слое верхней мантии может протекать конвекционное течение ее вещества, и оно обеспечивает латеральную подвижность «мягко посаженных на нее» литосферных блоков на несколько тысяч километров.
Известно, что величины толщины астеносферы и литосферы сегодняшнего четвертичного периода кайнозойской эры заметно отличаются от толщин астеносферы и литосферы в неопротерозойско-палеозойскую эру.
Главное в аспекте рассматриваемого вопроса - в ранней истории планеты астеносферный слой Земли имел толщину несравнимо меньшую, чем сейчас. Этот вывод позволяет понять особенности исторической эволюции Земли как геологического объекта, поскольку толщина астеносферы, в которой протекает конвекционное течение, является, самым главным показателем.
История Земля есть история постепенного утолщения литосферы и астеносферы. В какую-то раннюю эпоху планеты толщина ее астеносферы была настолько мала, что она не смогла обеспечить конвекционное течение. Земля соответственно развивалась по какому-то другому механизму, отличному от механизма плитной тектоники. Заметим, что и тот механизм также «работал» в направлении утолщения литосферы и астеносферы, иначе никогда не наступила бы «эра господства» конвекционных течений, а значит никогда не вступили бы в силу положения плитной тектоники. «Работа» же плитной тектоники началась в тот период, когда толщина астеносферы смогла обеспечить рождение первых конвекционных течений (число Рэлея достигло критического значения, равного примерно тысяче), «растаскивающих» литосферные блоки в горизонтальном направлений. Этот период действительно могла соответствовать началу неопротерозоя (позднего рифея). Как бы то ни было, проявление плитной тектоники этих начальных периодов не идет ни в какое сравнение с ее сегодняшним проявлением: вовлекались в движение небольшие блоки литосферы и масштабы этих движений, вероятно, были ограниченными. Вот почему в сравнительно раннюю (неопротерозойско-палеозойскую) эру развития Земли проявления плитной тектоники имели региональное значение, тогда как в мезозой-кайнозойское время они носят глобальный характер.
41. Силы, возникающие на границе океана и континента согласно представлениям С.Уеды и Е.Е.Артюшкова.
Как видно из приведенного ниже рисунка, на пододвигающуюся океаническую и нависающую континентальную плиты литосферы действуют силы разной природы и разных направлений. В результате сравнительного изучения скоростей спрединга 12 крупных литосферных плит с учетом природы каждой из 8 действующих на литосферные плиты сил С.Уеда пришел к заключению о том, что наиболее значительными по мощности и поэтому наиболее дееспособными являются силы тяги опускающейся (субдуцирующей) пластины (FSP) и континентального сцепления (FCD). При этом выяснилось, что если FSP способствует успешному протеканию субдукции, то FCD является наиболее значительной силой, препятствующей мобильности литосферных плит как таковых. Оказалось, что остальные шесть сил вследствие их малой мощности не играют существенной роли в обеспечении мобильности литосферных плит.
В выводах С. Уеды обращают на себя внимание два момента. Во-первых, спрединг – одно из самых важных и центральных положений концепции ТЛП – оказывается практически без движущей силы. Во-вторых, в обеспечении мобильности литосферных плит тепловая конвекция в астеносфере никак не играет, как этого следовало бы ожидать, ведущую роль. Однако он не исключает ту или иную роль конвекционных течений в обеспечении мобильности литосферных плит, поскольку все рассмотренные им силы, в конечном счете, являются производными конвекционных потоков в астеносфере. Исходя из этого, С.Уеда делает вывод о том, что в системе конвекционных потоков астеносферы литосферные плиты являются не «пассивными пассажирами», а полноценными составными частями этой системы.
плита
Рисунок.Возможные силы, действующие на литосферные плиты (по С Уеде [293]). FDF – сцепления океанической плиты с астеносферой; FCD – континентального сцепления; FRP – сжатия океанического хребта; F8Р – натяжения субдуцирующей плиты; FSR – противодействующая погружению плиты; FCR – сопротивления столкновения плит; FTF – сопротивления трансформных разломов; FSU – всасывания (Эльзассера).
С выводами С. Уеды почти полностью согласуются представления Е. В. Артюшкова. Сомневаясь в наличии больших горизонтальных перемещений вещества в астеносфере, он пишет: «...Даже если бы они и имели место, то не могли бы создать в литосфере силы, сравнимые с теми, которые существуют под океанами в действительности. Поэтому источники больших напряжений, действующих в литосфере, а следовательно, и причина ее больших перемещений должны быть расположены в самой литосфере или непосредственно под ней. Такого типа механизмами являются растекание неоднородностей мощности коры и аномальной мантии в горизонтальном направлении, погружение в мантию литосферных плит и гравитационное сползание» .
Таким образом, и по мнению Е. В. Артюшкова, в обеспечении мобильности литосферных плит в латеральном и нисходяще-наклонном направлениях ведущая роль принадлежит не конвекции в астеносфере, а определенным силам, вырабатываемым самими литосфериыми плитами или рождаемым непосредственно под ними. При этом он особо подчеркивает роль трех механизмов в выработке этих сил: а) силы погружения (субдуцирования) в астеносферу литосферных плит; б) силу гравитационного сползания с океанического хребта; в) силу растекания неоднородностей из-за разности мощностей литосферных блоков.
Нетрудно заметить, что сила погружения в понимании Е.В.Артюшкова не что иное, как сила натяжения субдуцирующей плиты (F8Р) в понимании С.Уеды, а сила гравитационного сползания – силы сжатия океанического хребта (FRP). Что касается действия третьего механизма Е. В. Артюшкова (растекание неоднородностей из-за разности мощностей литосферных блоков) в обеспечении их мобильности в монографии С. Уеды [24] не рассмотрено, т. е. ни одну из 8 описанных С. Уедой сил нельзя связать с растеканиями вещества из-за разности мощностей литосферных блоков. Однако роль этой силы игнорировать, вероятно, нельзя. Она, по нашему мнению, действительно может иметь немаловажное значение в сочленении океан–континент. Такое заключение напрашивается не столько из-за разительных отличий в мощностях океанической (50 км) и континентальной (150–200 км) литосфер, сколько из-за наличия в этом ареале специфических геодинамических и морфологических условий.
Таким образом, мы пришли к выводу о том, что ареал сочленения океан–континент располагает необходимыми для изначального «запуска» субдукции геодинамическими и морфологическими условиями. Субдукции обязательно должен предшествовать дрейф континентов, поскольку ответственные за начало субдукции силы FPH и Fcd противодействуют силе спрединга FСПР только с момента ее появления, а она на начальном этапе расширения океана обеспечивает не только спрединг океанической литосферы, но и дрейф «припаяного» к переднему краю этой литосферы континента. Перерождение спрединга в субдукцию, сопровождающееся переориентацией горизонтального движения океанической литосферы (спрединг) в ее наклонно-нисходящее погружение (субдукция), является, вероятно, следствием действия больших сил на линию спаивания океан–континент в результате постоянного противоборства FPH (сила растекания на границе тел с неодинаковой мощностью) и FCD (сила континентального сцепления), с одной стороны, и FСПР (сила спрединга) – с другой, приведшего в итоге к образованию специфической зоны разлома, называемой зоной Заварицкого–Беньофа–Вадати. С началом субдукции на погружающуюся океаническую литосферу начинает действовать сила тяги самой субдуцирующей плиты (FSP), которая, стягивая литосферу вниз, способствует успешному продолжению субдукции и даже ускоряет скорость спрединга. Последнее замечание подтверждается фактами, свидетельствующими о более быстром спрединге дна Тихого океана (12 см/год), на побережье которого имеет место субдукция, чем дна Атлантики (не более 4 см/год), где субдукция отсутствует. Эти отличия в скоростях спрединга в океанах с пассивными и активными окраинами можно понять, если учесть, что в первом случае силе спрединга (FСПР) приходится преодолевать суммарное значение сил FPH и FCD и двигать перед собой огромную массу припаянного к океанической литосфере континента, а во втором, наоборот, суммарная сила спрединга усиливается за счет FSP.
Таким образом, движущие механизмы как дрейфа континентов, так и субдукции океанической литосферы под континент в известной мере оказываются производными спрединга. Без спрединга не было бы не только дрейфа и субдукции, но и ставилось бы под сомнение действие механизма тектоники литосферных плит в целом, предполагающей высокую мобильность отдельных литосферных блоков и объясняющей общие закономерности изменения лика планеты. Тем не менее, природа движущей силы спрединга по сей день однозначно не выяснена, что является причиной для критики ее основ многочисленными оппонентами. Действительно, пока не будет однозначно выяснена природа движущих сил процессов тектоники, вероятно, нельзя будет говорить не только об общей теории Земли, но и ни о какой твердо установленной теории вообще.