Проблема мантийных плюмов и горячих точек

2.2.3. Проблема мантийных плюмов и горячих точек. Мантийные струи (плюмы). Необходимость введения понятия. Закономерности распределения в пространстве. Глубина зарождения плюмов. Изменение роли гор точек в истории Земли.

Положение глубинных корней плюмов. Стационарность положения горячих точек. Термохимическая природа плюмов. Размещение горячих точек на земной поверхности. Связь плюмов с конвекцией вещества мантии. Длительность существования плюмов.

Мантийные струи (плюмы)

1. Необходимость введения понятия.

Попытка объяснить внутриплитный магматизм (введено в 60-х гг. Дж. Т. Вилсоном и У. Морганом).

Идея мантийных плюмов (mantle plumes) и горячих точек (hot spots) была выдвинута Дж. Морганом в 1971 – 1972 гг. для объяснения явлений внутриплитного магматизма (вне границ плит).

По их представлениям активизация платформ порождается горячими струями, поднимающимися от границы ядра и мантии.

При движении плит горячие точки остаются на месте. На плите остаются следы горячих точек. Они трассируются проявлениями разновозрастного магматизма, а в океанах – цепочками островов.

Плюмами объясняется образование платобазальтовых полей (траппов) («Large Igneous Provinces» - LIP) на континентах и в океанах.

2. Закономерности распределения в пространстве.

Выделяются до 117 точек. Однозначно выделяемые:

1) океанские

– находятся на осях спрединга СОХов,

- тяготеют к осям (о-в Исландия, Азорские, Пасхи),

- в р-нах тройных точек,

- на пересечении с разломами,

- на трансформных разломах далеко от СОХ-ов.

2) континетальные располагаются

- в рифтовых системах,

- в тройных сочленениях рифтов,

- на пересечениях их крупными трансформными разломами.

Вулканы Африки, Центрального Французского массива.

Существуют «горячие поля» (суперплюмы) (Зоненшайн, Кузьмин, 1981).

В океанах – центральная западная часть Тихого океана.

На континентах палеосуперплюмы – трапповые поля платформ.

3. Глубина зарождения плюмов.

По характеру магматизма она должна быть

- в океанах более 60 км,

- на континентах – не менее 150 – 200 км.

Данные сейсмотомографии показывают, что зарождение плюмов может происходить

- на границе мантии и ядра (Тихий океан),

- на границе нижней и верхней мантии (Инд океан),

- в верхах астеносферы.

Положение глубинных корней плюмов?

Б-во считает, что плюмы зарождаются в слое D". Он расположен на границе ядра и мантии на глубине 2700 – 2900 км.

Это доказано для 15 горячих точек из 49.

Использовались данные сейсмотомографии.

Исследования суперплюмов Восточной Африки и Тихого океана показали их связь с прослоем ULVZ – ультранизких скоростей распространения сейсмических волн слоя D".

С помощью сейсмотомографии выявлены суперплюмы Гавайских островов и под Восточной Африкой.

 

 

 

Косвенные признаки нижнемантийного происхождения плюмов:

- отношение ³He/⁴He.

- повышенное содержание Pt, Re, Os в продуктах магматизма

- повышенное отношение Fe/Mn.

Часть плюмов может иметь неглубокие корни: в нижней и верхней мантии.

4. Изменение роли гор точек в истории Земли.

На раннем этапе (4 – 3 млрд л. назад) они играли первостепенную роль. Господствовала плюм-тектоника. Причины:

Внутренняя – конвекция в-ва,

Внешняя – метеоритная бомбардировка.

В конце этапа плюм-тектоника существовала одновременно с эмбриональной тектоникой плит (аналогично тектонике Венеры).

Следующий этап - переход плюм-тектоники к плейт-тектонике. Обусловлен образованием хрупкой литосферы, разбитой сетью разломов. Плюмы, сосредоточенные в узлах пересечения разломов, могли давать вдоль них апофизы и создавать оси спрединга.

Т.обр. плюм-тект-ка привела к формированию плейт-тектоники.

Наиболее крупные плюмы, располагающиеся в узлах гексагональной регматической сети, могли сохраняться и в дальнейшем вплоть до современной эпохи.

 

2. Стационарность положения горячих точек.

Выявлены изменения положения горячих точек и плюмов.

3. Термохимическая природа плюмов.

Для поднятия плюмов необходимо, чтобы температура их в-ва отличалась от окружающей среды (мантии) на 200 – 300^о, а само в-во отличалось от неё по составу.

Одно мнение: раз плюм идет из нижней мантии, его состав не должен быть деплетирован, т.е. должен иметь хондритовый состав (каменные метеориты, состав пироксен-оливиновый).

Повышенное содержание платиноидов указывает на участие вещества жидкого ядра в его составе.

4. Размещение горячих точек на земной поверхности.

Оно контролируется ослабленными зонами литосферы:

- тройные сочленения спрединговых хребтов (Азорские о-ва в Атлантике),

- пересечения хребтов трансформными разломами (о. Исландия),

- внутриконтинентальные рифтовые системы (Восточно-Африканская, Байкальская).

5. Связь плюмов с конвекцией вещества мантии.

Плюмы, связанные со спрединговыми хребтами, а также с континентальными рифтами, приурочены к восходящим ветвям конвективных ячей.

6. Длительность существования плюмов.

Установлено, что Северо-Атлантический плюм существует с сенона (К₂), а Императорско-Гавайский с палеоцена, т.е. они могли существовать сотни млн л.

2.2.4. Проблемы рифтогенеза. Внутреннее строение рифтов, две основные модели: модель симметричного рифта, модель асимметричного рифта. Механизмы погружения рифтовой впадины, пассивный и активный рифтинг.