1. 3. 1. Конвекционные ячейки. 1. 3. 2. Гипотеза плюмов

1. 3. 1. КОНВЕКЦИОННЫЕ ЯЧЕЙКИ

Согласно гипотезы конвекционных ячеек (по Б. Изаксу, Дж. Оливеру, Л. Сайксу, 1968) считается, что существует два вида конвекционных потоков - химические и тепловые (существуют в мантии и внешнем ядре одновременно). В мантии возникает химическая конвекция, движущей силой которой является значительная разность плотности, обусловленная различным составом вещества, а не разностью температуры, как в тепловой конвекции. На рисунке 1. 4. показана блок-диаграмма движение жестких литосферных плит и конвекционных потоков в астеносфере. Деформации, возникающие в земной коре на границах этих плит при движении, как считают разработчики этой гипотезы, является причиной землетрясений.

Твердая оболочка Земли мощностью 50-200 км состоит из литосферы и верхней части мантии. Литосфера разделена приблизительно на 12 больших плит и несколько маленьких, которые перемещаются по астеносфере, расплавленной оболочки Земли, находящейся ниже литосферы в интервале глубин от 50 до 700 км.

Рис. 1. 4. ( по Б. Изаксу, Дж. Оливеру и Л. Сайксу, 1968).

Один раз возникнув, конвекционные потоки стали формировать будущие материки и океаны. Стали создавать два типа коры. Океаны – с тонкой корой, материки – кора утолщённая. Считается, что по системе срединно-океанических хребтов, океаническая кора раздвигается и погружается под океаны привнося под континенты и осадки, отложившиеся на дне моря за те 10-150 млн. лет, пока эта океаническая кора от места раздвига достигла континента и погрузилась под него. Задвинутые под материк осадки там переплавляются и входят тем самым в состав континента, изменяя его мощность и состав.

Континенты, в свою очередь, тоже перемещаются и могут задвигаться один под другой (например, Африканская плита подныривает под Европейскую, в результате чего возникли и функционируют вулканы Этна, Стромболи и Везувий.

1. 3. 2. ГИПОТЕЗА ПЛЮМОВ

Кроме концепции конвекционных ячеек существует гипотеза плюмов (по Келлогу, 1999). Плюмы (рис. 1. 5. ), при этом, понимаются, как узкие вертикальные потоки тепла и (или) низкоплотного вещества отделяющиеся либо от границы ядро - нижняя мантия, либо от границы верхней и нижней мантии (670 км).

Плюмы понимаются как образования округлой или изометричной формы, поднимающиеся с определенных глубин, форма которых напоминает движения кольца дыма, размеры достигают 2500 км (рис. 1. 6. ).

Рис. 1. 5. Погружающиеся пластины океанской литосферы называются слэбы (slab - ломоть по-английски).

Схема возможной динамики переходного слоя в нижней мантии по мнению исследователей, плюмы выглядит так. Глубина кровли слоя изменяется от ~1600 км почти до границы мантия-ядро, куда она смещается под действием погружающихся слэбов (рис. 1. 6. стрелками показано движение вещества при подъёме и вращении плюма).  

Рис. 1. 6. Принципиальная схема подъёма плюма к поверхности Земли (по Гриффитсу и Кэмпбеллу, 1990).

Циркуляция в слое происходит из-за внутреннего разогрева (Kellogg L. H. et al., 1999). Плюмы (вулканические процессы на поверхности Земли) формируют (рис. 1. 7. ) обширные изверженные провинции. Плюм А, поднимающийся от границы нижняя-верхняя мантия образует головку после достижения литосферы. Широкая головка плюма В, поднимающегося с границы мантия-ядро, более холодная. Модель С показывает, что плюм задерживается на границе нижней и верхней мантии и дает начало меньшим “плюмикам”.  

Если рассмотреть концепции конвекционных ячеек и плюмов совместно, то можно сказать, что мы имеем дело либо с линейными, либо с площадными по форме и овальные по очертаниям проявлениями мантийной активности. Эта активность сопровождается выносом или тепла (плюмы) или мантийного вещества (швы и плюмы) на поверхность нашей планеты.

Рис. 1. 7. Модель плюмов (по Arndt N, 2000).