Categories:

Спрединг, субдукция, плюмы, суперплюмы и прочая геофизика (#2)

(Окончание. Начало — здесь)

В современную эпоху более 90 % поверхности Земли покрыто 7 крупнейшими литосферными плитами: Антарктическая, Африканская, Евразийская, Индо-австралийская, Тихоокеанская, Северо-Американская и Южно-Американская плиты. Остальное покрывают более мелкие, такие как Кокос и Карибская плита в районе Центральной Америки, Аравийская плита, Филиппинская и др.

Кроме двух уже названных видов взаимодействия плит: спрединг - расширение, создающее так наз. дивергентные границы, когда плиты движутся в противоположные стороны, и субдукция - пододвигание, конвергентные границы, когда происходит столкновение плит, есть места, где плиты двигаются параллельным курсом, но с разной скоростью. Там возникают трансформные разломы. При этом плиты сталкиваются на время, а затем расходятся, высвобождая много энергии и вызывая сильные землетрясения. Самый известный пример такой границы — разлом Сан-Андреас в Калифорнии, где движутся бок о бок Тихоокеанская и Северо-Американская плиты. Город Сан-Франциско и большая часть бухты Сан-Франциско построены в районе от этого разлома.

Сан Франциско. 1906 год. До и после землетрясения
Этим не ограничиваются виды взаимодействия тектонических плит. Существует ещё один вид, при котором взаимодействуют несколько плит и их движение слишком сложно. Это процессы на многоплиточных границах. Как, например, между Африкой и Европой, где кроме двух основных плит имеется также множество мелких. Их взаимодействие пока мало изучено и прогнозирование их перемещений проблематично.

Первые представления о тектонике плит указывали на то, что вулканизм и сейсмические явления сосредоточены исключительно по границам плит. Однако вскоре стало ясно, что и внутри плит происходят существенные тектонические и магматические процессы. Среди внутриплитных процессов особое место заняли явления долговременного базальтового магматизма, так называемые горячие точки. Другими словами, районы продолжительного вулканизма с выходом большого количества мантийного вещества, магмы. Но в этих точках есть и другая особенность - в некоторых местах планеты они вытянулись цепочкой по одной линии и состоят из вулканов старых, давно потухших, и молодых, активно действующих. Причем действующие находятся на краю всей цепочки. И чем дальше от молодых вулканов отстоят потухшие, тем они старее. Такое ощущение, что под землей есть горелка, которая при перемещении плиты (а плита движется поперек мантийного потока) каждый раз "прожигает" её в новом месте, извергая новый вулкан. Примером такого рода является цепочка вулканов на Гавайских островах. От них на северо-запад идёт подводная гряда бывших вулканов, простирающаяся до Алеутских островов, где Тихоокеанская плита погружается в мантию.

Есть и другие следы, которые оставляют горячие точки. Часто на их месте образовывается кальдера (огромный, до 10-20 км в поперечнике провал в почве) и по мере движения плиты над горячей точкой на поверхности появляется «цепочка» таких кальдер. Особенно наглядно виден след перемещения горячей точки за последние 17 млн лет на карте Йеллоустонского заповедника в США.

Путь Йеллоустонской горячей точки за последние 17 млн лет
Путь Йеллоустонской горячей точки за последние 17 млн лет


Большинство существующих "горячих точек" имеют локальный характер, но известны магматические процессы поистине планетарного масштаба. Это так называемый трапповый магматизм, который в разное время происходил на всех платформах. Траппы (от шведского "trappa" — лестница) — излившиеся в разное время и наслоившиеся один на другой лавовые покровы, которые при врезании в них рек и выветривании образуют ступенчатые склоны. При трапповых извержениях часто нет чётко выраженного кратера и постоянного центра извержений. Лава изливается из многочисленных трещин и заливает пространства, сравнимые с площадью Европы. Так выглядят Деканское плоскогорье в Индии, район Восточной Сибири, почти вся Исландия. Траппы Восточной Сибири занимают площадь порядка 2 миллионов кв. км. Лава изливалась там около 570 миллионов лет назад и длилась, по всей видимости, сотни тысяч лет.

"Горячие точки" мира
"Горячие точки" мира


Природу такого внутриплитного магматизма объясняют в настоящее время с позиций новой концепции, “тектоники плюмов”, которая хорошо дополняет существующую теорию тектоники плит.

Гипотезу плюмов ("магматических шлейфов", от англ. theory of plumes) высказал в 1971 году американский геофизик Джесон Морган в порядке объяснения существования горячих точек. Плюмом ("шлейфом" - если есть мантия, почему бы не быть шлейфу?) он назвал огромную трубу высокотемпературной магмы, которая зарождается в виде относительно тонкой струи на оболочке земного ядра и поднимается на тысячи км к самому верхнему слою мантии. Упершись в литосферу, этот поток лавы растекается вширь, так что образуется что-то вроде гриба со шляпкой. Места над шляпками таких «грибов» (сегодня считается, что их существует около 20-ти) и есть hot spots, горячие точки. Интересно, что одна такая точка - остров Реюньон в Индийском океане, и Деканское излияние произошло именно тогда, когда, согласно расчетам, плывущая не север Индия оказалась точно на том месте, где сейчас находится этот остров.

Охваченный конвекционным током объем этого вещества, называют конвективной ячейкой. Если продолжить аналогию с греющейся в кастрюле кашей, то вся кастрюля будет единой ячейкой, но если мы станем нагревать широкий таз двумя удаленными друг от друга горелками, у нас возникнут две относительно независимые системы циркуляции вещества, взаимодействующие между собой. Но и это - достаточно упрощенная модель тех сил и течений, которые вызывают тектонику литосферных плит. В последнее время для их изучения всё больше привлекаются современные методы исследования.

Самым важным источником информации о строении Земли являются землетрясения, наиболее глубокие очаги которых располагаются на уровне порядка 700 км. Любое землетрясение вызывает сейсмические волны деформации, пронизывающие в различных направлениях земной шар. Очевидно, что, чем больше регистрируется землетрясений, тем точнее и полнее информация о недрах нашей планеты. Недостатка в количестве и регистрации землетрясений ученые не испытывают, но обработка этого колоссального объема информации (ежегодно происходит сотни тысяч землетрясений, которые регистрируют тысячи сейсмостанций - см. карту землетрясений online) стала возможной только в последнее время с помощью современных компьютеров. Это позволило создать послойные изображения внутренней структуры земных недр, реализовать новый метод исследования, сейсмотомографию.

На представленной визуализации показаны данные землетрясений на Земном шаре в период 2000-2015 гг магнитудой выше 4. Каждая светящаяся точка отображает землетрясение. Чем ярче точка, тем выше магнитуда землетрясения. Точки являются накопительными, т.е. области наиболее частых землетрясений ярче других.

С помощью сейсмотомографии ученые геофизики получили первые представления о конвективных течениях вещества в мантии Земли. В пределах верхней мантии подтвердились основные положения теории тектоники литосферных плит: действительно наблюдается погружение холодных и более плотных океанических пластин под более легкие континентальные и подъем нагретого вещества вдоль осей рифтовых океанических и континентальных зон. Однако обнаружились и неожиданности: разнонаправленное горизонтальное или близкое к нему движение вещества, а не только перемещение в вертикальной плоскости, как это предполагалось раньше. При этом нагретые потоки мантийного вещества под областями новейшего вулканизма или рифтовыми зонами срединно-океанических хребтов не поднимаются из глубины в виде прямых колонн, а имеют весьма причудливую форму, отклоняясь в стороны и обладая отростками, апофизами, шарообразными вздутиями.

Вместе с этим были обнаружены гигантские суперплюмы, Тихоокеанский (Гавайские острова и остров Пасхи) и Африканский (примерно под зоной сочленения Африканской, Сомалийской и Аравийской плит), которые объединяют известные "горячие точки", образуя так наз. "горячие поля", простирающиеся на многие тысячи километров. По данным сейсмотомографии здесь происходит подъем глубинного вещества до поверхности. Это позволило говорить о том, что конвективные явления имеют глубинную природу. При этом процессы, ассоциируемые с верхним слоем, хорошо вписываются в существующую теорию тектоники литосферных плит, а наличие двух суперплюмов говорит о двухячейстом характере конвекционных процессов.

Границы «горячих полей» примерно совпадают с контурами «низкоскоростных мантийных провинций (LLSVP - large low shear velocity provinces)», называемых также суперплюмами. В отличие от низкоскоростных провинций высокоскоростные ассоциированы с зонами субдукции, в пределах которых происходит опускание литосферных плит в мантию. Их связь с современными проявлениями вулканизма подтверждается локализацией на поверхности планеты всех известных на сегодня 49 горячих точек, а сами мантийные провинции определены методом сейсмотомографии. Источник - Глубинная геодинамика

Очень важной особенностью тектоники литосферных плит является её проверяемость независимыми методами. Ещё основатель этой теории Альфред Вегенер в порядке доказательства указал на многочисленные сходства в геологическом строении континентов, а также на общность ископаемой флоры и фауны в геологическом прошлом. Но 100 лет назад у него не было подходящих инструментов, чтобы удостоверится, что континенты действительно движутся. Современное оборудование позволяет выполнить необходимые расчеты с очень высокой точностью.

В соответствии с теоремой Эйлера движение литосферных плит по поверхности сферы можно представить как вращение вокруг оси, проходящей через центр сферы, т.е. вращение может быть описано тремя параметрами: координаты оси вращения (например, её широта и долгота) и угол поворота. В конце 80-х гг. был проведен эксперимент по проверке движения литосферных плит. Он был основан на измерении базовых линий (геодезических линий, проходящих через неподвижные точки, выбранные на разных континентах), по отношению к далеким квазарам, которые благодаря своему сверхмощному радиоизлучению и удаленности, называют также маяками Вселенной. На двух плитах выбирались точки, в которых, с использованием современных радиотелескопов, определялось расстояние до квазаров и угол их склонения, и, соответственно, рассчитывались расстояния между точками на двух плитах, т.е. определялась базовая линия. Через несколько лет измерения повторялись. Была получена очень хорошая сходимость результатов, рассчитанных по другим критериям. Полученные данные подтвердились и современными измерениями с помощью спутниковых навигационных систем GPS. Как говорит доктор геолого-минералогических наук, профессор Николай Короновский:

"С появлением метода GPS выяснилось, что все двигается так, как было предсказано. Атлантика раскрывается со скоростью 6–7 см в год, Австралия идет к северу, Индия столкнулась с Азией 40 миллионов лет назад, а была у Антарктиды, и так далее. Все встало на свои места".


promo otrageniya Квітень 14, 06:25 67
Buy for 40 tokens
Привет всем участникам Отражений и нашим гостям! С настоящего момента вступают в силу изменения в правила, поэтому прошу авторов ознакомиться с нижеследующим. 1. Каждый участник может опубликовать один пост в день. Чтобы иметь возможность публиковать до трех тем в день, участник должен соблюсти…

Error

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded 

When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.