Геология / 4 курс / Геотектоника / Лекции / Лекция 12

5

Плюмтектоника (продолжение)

Вместо слабой теории тектоники плит геологи предлагают теорию мантийного плюма

Разрушительные землетрясения на Среднем Западе США, где им, вроде бы неоткуда было взяться, не единственная загадка для геологов. «Ископаемый» ландшафт у западного побережья Шотландии, подводные вулканы в южной части Тихого океана, вспученная земля на юге Африки — примеры того, что одной теории тектоники плит мало. Новая серия исследований говорит о том, что ответ лежит глубже.

Примерная схема формирования плюма близ ядра планеты с сайта gromada-ks.blogspot.com (А.Скляров. Сенсационная история Земли. Разбегающиеся материки.)

Данная теория сводится к тому, что верхний слой Земли (группа пород, уходящая на глубину до 60–250 км) состоит из нескольких относительно жёстких частей, которые плавают на вершине вязкой мантии. Впервые эту мысль о литосфере высказал в 1912 году немецкий геофизик Альфред Вегенер. Опираясь на распределение окаменевших останков животных и растений, он предположил, что некогда на планете существовал единый континент Пангея, который распался на нынешние материки примерно 200 млн лет назад.

Эта теория оказалась настолько удачной, что к ней стали относится едва ли не с религиозным благоговением. «Все глаза устремились к горизонтальному движению, и учёные пропустили кое-что ещё более интересное», — отмечает геолог Ники Уайт из Кембриджского университета.

Американский геофизик Джейсон Морган, пионер современного взгляда на тектонику плит, в 1970-х годах одним из первых придрался к собственной теории, занявшись вулканизмом на Гавайских островах, пишет computerra.ru. Этот архипелаг расположен за тысячи километров от границ Тихоокеанской плиты, на которой он сидит. Теория тектоники плит объясняет местный вулканизм тем, что в этом месте плита почему-то тонка, из-за чего мантийный материал и вырывается наружу. Морган обратил внимание на идею, высказанную ранее канадским геофизиком Джоном Тузо Уилсоном, о струе мантийного материала, которая по неизвестным причинам прокладывает себе путь наверх.

Новая теория шла против течения, поэтому с ней начали всерьёз работать только в середине 1980-х, когда сейсмические волны открыли нам много нового о внутренней части планеты. Дело в том, что эти волны распространяются с различной скоростью через материалы различной плотности и температуры.

Скомпонованные на основании новых данных трёхмерные карты были грубыми и нечёткими, но они свидетельствовали о том, что динамика мантии намного сложнее, чем было принято считать. Со временем удалось обнаружить два огромных скопления очень горячего и плотного термохимического материала в нижней части мантии близ границы с расплавленным ядром. Один находится в южной части Тихого океана, а другой — под Африкой. Каждый имеет несколько тысяч километров в поперечнике, и над каждым возвышается столб горячего материала, который, кажется, растёт по направлению к поверхности.

Это могло бы объяснить, почему дно в центре южной части Тихого океана примерно на километр возвышается над окружающей местностью. То же самое можно сказать и об Африке. «Весь регион от Конго до Южной Африки, включая Мадагаскар, словно подпирается этим плюмом», — говорит Уайт.

Моделирование, проведённое в прошлом году Бернхардом Штайнбергером из Германского исследовательского центра наук о Земле и его коллегами, показало, как субдуцированная плита, продвигаясь к границе между мантией и ядром, раздвигает материал вокруг себя. Как только последний попадает в термохимическое скопление, начинают формироваться восходящие потоки. «Как видим, плюмы образуются более или менее в одних и тех же местах», — подчёркивает Штайнбергер. Например, модель говорит о том, что погружение плиты под Алеутскими островами близ Аляски питает мантийный поток под Гавайями.

Клинт Конрад из Гавайского университета в Маноа (США) и его коллеги смоделировали эффект движения тектонических плит, пока мантия движется в другом направлении, сообщает compulenta.ru. Они обнаружили: если подобный эффект имеет место в регионе, где плотность мантии варьируется или вышележащая плита имеет неодинаковую толщину, это может привести к тому, что мантийный материал будет плавиться и подниматься.

Эта модель точно предсказала, что вулканы должны появиться на западе, а не на востоке Восточно-Тихоокеанского поднятия — срединно-океанического хребта, который идёт примерно параллельно западному побережью Южной Америки. Сейсмические измерения показывают, что мантия и часть плиты к западу от хребта движутся в противоположных направлениях, а мантия и часть плиты к востоку — нет. Модель также предсказывает, что этот эффект имеет наибольшую силу в западной части США, на юге Европы, в Восточной Австралии и Антарктиде, то есть в районах вулканической активности за пределами границ литосферных плит.

Уайт и его коллеги обнаружили некоторые намёки на историю у западного побережья Шотландии. Они устроили несколько взрывов и по сейсмическим волнам выявили «ископаемый» ландшафт, которому около 55 млн лет. Он изобилует холмами, долинами и речными руслами, залегая на глубине 2 км под морским дном.

Изучая изменения русла рек, учёные смогли показать, что когда-то этот ландшафт поднялся примерно на километр над уровнем моря, после чего был вновь погребён. Всё это произошло слишком быстро, чтобы уничтожение гор можно было списать на тектонику плит и эрозию. Скорее всего, дело в мантийной струйке, отклонившейся от того плюма, что питает исландские вулканы. «Представьте себе, что под ковром пробежала крыса: ковёр поднялся и опустился», — поясняет учёный.

Группа Мюллера пришла к выводу, что аналогичное вертикальное движение имело место в Восточной Австралии в меловом периоде (65–145 млн лет назад).

Даже то, что раньше, казалось бы, полностью опиралось на теорию тектоники плит, теперь выглядит по-другому. Например, считается, что Гималаи сформировались 35 млн лет назад, когда Индийская плита врезалась в Евразийскую. Однако тектоника плит никак не объясняет того, что плита развила фантастическую скорость в 18 см в год (вместо обычных восьми).

Стивен Кейнд и Дейв Стегман из Института океанографии Скриппса (США) полагают, что и тут не обошлось без мантийного плюма. Кстати, именно он считается источником масштабного извержения, сформировавшего Деканские траппы около 67 млн лет назад, убеждены эксперты.

О современном состоянии дел в геотектонике

Гипотеза плюмов стала в какой-то мере реальностью и по­могает по-новому понять многие геологические факты, стимулирует развитие геосинклинальной теории, расши­ряет рудный потенциал геологических структур. Периоди­ческое усиление эндогенной активности, вызывающее об­разование плюмов, объясняет цикличность геологическо­го развития Земли и сущность тектономагматической ак­тивизации геосинклиналей и платформ. Плюмовый маг­матизм охватывает все время геосинклинального цикла: кроме непосредственных флюидно-магматических вне­дрений в кору он проявляется образованием разноглубин­ных магматических очагов с последующей дифференциа­цией в них разнообразных магматических продуктов. По­ступление из мантии плюмового материала, обогащенного рудными элементами, намного увеличивает рудные воз­можности базит-гипербазитовых комплексов, формирую­щихся в ранние стадии развития геосинклиналей. Продук­ты последующей дифференциации плюмового вещества перспективны в отношении цветных и редких металлов, редкоземельной минерализации.

Различные поверхностные минеральные источники в вулканических областях представляют собой метаморфизованные (разбавленные и измененные по составу) «ответ­вления» от мощных высокотемпературных (1000°С и бо­лее) преимущественно хлоридно-натровых терм, подни­мающихся по глубинным разломам из мантии (в т.ч. из приядерной мантийной зоны). Эти термы несут большую рудную, солевую, углеводородную, газовую и энергетиче­скую нагрузку. С ними связаны образование у поверхно­сти Земли месторождений соли и нефти, а также общая метановая дегазация Земли, включая срединно-океанические хребты. Рудное содержание океана, вероятно, более разнообразно и значительно, чем предполагалось ранее.

Академик Ю.М. Пущаровский высказал неудовлетво­ренность современным состоянием геотектонической тео­рии. Геосинклинальная теория, по его мнению, — уста­ревшая парадигма, а «тектоника литосферных плит не столь всеобъемлюща и совершенна, как считают ее орто­доксальные приверженцы. Необходимо появление новых свежих идей».

Нам современное положение геотектонической теории не кажется столь тяжелым. Полная бесплодность тектони­ки плит очевидна. Но ее умозрительные механистические построения увлекли далеко не всех российских и зарубеж­ных геологов. Они с успехом использовали геосинклина­льную теорию в своей работе и дополнили ее существен­ными положениями. Многие геологи в последние десяти­летия продолжали петрографо-минералогические, геохи­мические, геофизические и другие исследования, наце­ленные на познание глубинных процессов Земли. Гипоте­за плюмов активизировала эти работы и подтвердилась многими фактами. Большие масштабы проявлений приядерных процессов на поверхности Земли заставляют от­корректировать некоторые положения геосинклинальной теории и внимательно проанализировать (и, может быть, пересмотреть?) «казавшиеся незыблемыми» взгляды. Эти обстоятельства еще мало осве­щены в научной литературе.