Плюмы (продолжение)
В мантии Земли вязкость уменьшается с ростом температуры. Лабораторные эксперименты с изолированными термальными плюмами в жидкости показали, что плюм имеет грибовидную форму. Большая сферическая головная часть плюма растет медленно, в то время как процесс наполнения горячим материалом через ствол идет быстрее. При достижении головной части плюма поверхности Земли, она уплощается и распространяется в горизонтальном направлении. До настоящего времени не существует законченной геодинамической модели мантийного плюма. Тем не менее, уже сейчас можно наметить те особые черты плюма, которые могут найти отражение на его сейсмическом изображении.
В головной части находится обширная «подушка» плюмового материала, разлившегося под литосферой. Анализ поднятий горячих точек показывает, что подушка распространяется по латерали более чем на 1000 км в диаметре, и она вытянута по направлению движения плиты. По петрологическим данным для Гавайского плюма максимальная температура на этих глубинах превышает «нормальную» мантийную. Превышение температуры предполагается для Исландии и нескольких других горячих точек.
Плюмы считаются причиной бурных вулканических процессов на поверхности Земли, которые формируют обширные изверженные провинции. Существует множество моделей зарождения плюмов:
Плюм, поднимающийся от границы нижней и верхней мантии, образует подушку после достижения литосферы.
Широкая подушка плюма, поднимающегося с границы мантия – ядро, более холодная.
Третья модель показывает, что плюм задерживается на границе нижней и верхней мантии и дает начало более мелким плюмам.
Значительна роль плюмов в развитии литосферы и магматизма как внутриплитного, так и на дивергентных границах плит. Эта роль была, вероятно, особенно высока на ранних стадиях истории планеты. Существуют гипотезы, объясняющие формирование и распад суперконтинентов с позиций плюм-тектоники.
Вместе с тем существует ряд проблем, пока не нашедших убедительного решения. К ним относятся:
I глубина заложения плюмов (иначе говоря, положение их корней в мантии);
II их локализация относительно границ литосферных плит и внутри последних;
III стационарность ― абсолютная или относительная;
I проблема – Глубина заложения плюмов.
В.Е. Хаин выделяет два уровня зарождения плюмов: в низах мантии, слое D'', и у границы верхней и нижней мантии. Первый ― источник суперплюмов, второй ― второстепенных. Ранее допускалось, что второй уровень располагается над границей 660 км, теперь высказывается мнение, что он может находиться под ней.
По Зоненшайну и Кузьмину мантийные плюмы могут зарождаться на трёх уровнях:
1. на границе нижняя мантия – ядро (глубина 2700 – 2900 км);
2. на границе верхней и нижней мантии (глубина 670 км);
3. в граничном слое 700 – 900 км, и в верхней мантии, при плавлении субдуцированной плиты.
Японский исследователь Маруяма (1994 г.) считает грибовидные суперплюмы зарождаются на границе ядро – мантия, они разветвляются на несколько более мелких струй в верхней мантии, а те в свою очередь на ещё более мелкие под литосферной плитой. Форма плюмов в сечении от изометричной до линейной. При этом образуются колонны поднятия (мантийный апвеллинг) и колонны опускания (мантийный даунвеллинг). В связи с холодными колоннами опускания формируются огромные осадочные бассейны.
С только что рассмотренной проблемой связана еще одна: все ли фиксируемые на поверхности горячие точки ― производные самостоятельных плюмов? На примере Восточной Африки было сделано допущение, что крупные плюмы (иначе суперплюмы), достигая подошвы литосферы, могут расщепляться с накоплением расплава под участками утоненной рифтингом литосферы или даже непосредственно внедряться в рифтовые зоны. Такое расщепление может, очевидно, происходить на границе верхней и нижней мантии, которая должна служить полупроницаемым барьером как для субдуцируемых слэбов, так и для поднимающихся горячих струй.