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 (F_SP) и континентального сцепления (F_CD). При этом выяснилось, что если F_SP способствует успешному протека­нию субдукции, то F_CD 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]). F_DF – сцепления океанической плиты с астеносферой; F_CD – континентального сцепле­ния; F_RP – сжатия океанического хребта; F_8Р – натяжения субдуцирующей плиты; F_SR – противодействующая погружению плиты; F_CR – сопротивления столкновения плит; F_TF – сопротивления трансформных разломов; F_SU – 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 (F_8Р) в понимании С.Уеды, а сила гравитационного сползания – силы сжатия океанического хребта (F_RP). 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 F_PH и Fcd противодействуют силе спрединга F_СПР 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 F_PH (сила растекания на границе тел с неодинаковой мощ­ностью) и F_CD (сила континентального сцепления), с одной стороны, и F_СПР (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 (F_SP), 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 (F_СПР) приходится преодо­левать суммарное значение сил F_PH и F_CD и двигать перед собой ог­ромную массу припаянного к океанической литосфере континента, а во втором, наоборот, суммарная сила спрединга усиливается за счет F_SP.

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.