Современные представления о механизме тектонических движений и деформаций литосферы

На предыдущих лекциях мы рассмотрели, что в основе современных представлений о механизме тектогенеза лежит концепция тектоники литосферных плит, сформулированная к 1968 г. Там же была сделана ого­ворка, что эта концепция в свете накопленных в последующем фактов нуждается в уточнении и дополнении, что и является предметом данного раздела. Начнем с основных положений концепции.

1. Исходной предпосылкой тектоники плит служит представление о разделении верхней твердой Земли на две резко различные по реологи­ческим свойствам оболочки — литосферу и астеносферу. В общей форме это положение, как и остальные, сохраняет силу, но с теми существен­ными оговорками, что,

во-первых, контраст между вязкостьюлитосфе­ры и астеносферы существенно уменьшается от океанов к континентам и,

во-вторых, мощность литосферы и соответственно глубина залегания и мощность астеносферы испытывают значительные изменения при пе­реходе от океанов к континентам. Под кратонами мощность литосферы достигает 200 и, возможно, 300-400 км.

Серьезной поправки требует и тезис о монолитности и жесткости литосферы. В действительности литосфера, особенно континентальная, характеризуется реологической расслоенностью, и в ней наряду с жест­кими и хрупкими верхней корой и литосферной мантией выделяется пластичная нижняя и (или) средняя кора.

2. Основополагающим постулатом рассматриваемой концепции является разделение литосферы в глобальном масштабе на ограничен­ное число (в настоящее время - семь) крупных и примерно столько же среднемасштабных плит, каждая из которых монолитна, т. е. не способ­на к внутриплитным деформациям. Последние сосредоточиваются, как показывает распределение сейсмичности, на границах плит. Этот тезис нуждается в двух поправках. Во-первых, наряду с главными плитами и между ними в подвижных поясах Земли приходится выделять большое число малых плит — микро- и мини-плит, из которых последние являются, очевидно, не литосферными, а коровыми блоками. Выделяемые в подвижных поясах террейны в общем соответствуют последним. Во-вторых, главные плиты не являются, строго говоря, монолитными, в них существуют ослабленные зоны на месте древних межплитных швов - сутур, а также древних и молодых рифтовых систем, вдоль которых и концентрируются внутриплитные деформации. Это дает основание выделять в пределах крупных плит субплиты, разделенные, в частности, континентальными рифтовыми системами.

3. Согласно третьему положению тектоники плит, литосферные пли­ты испытывают относительные горизонтальные перемещения трех родов - дивергенцию (раздвиг, спрединг) вдоль осей срединно-океанских хребтов и межконтинентальных рифтов, конвергенцию (субдукцию, коллизию) вдоль окраин океанов и во внутриконтинентальных орогенах и смещение по трансформным разломам. Все эти три процесса оказались значительно более сложными, чем это первоначально рисовалось, хотя их реальность и получила полное подтверждение.

Спрединг, как выяснилось, существенно изменяет свою скорость не только в пространстве, но и во времени, протекает не всегда симметрично относительно своих осей, а сами оси испытывают неоднократный пере­скок параллельно самим себе. Наблюдается разрастание осей спрединга по простиранию, а в ряде случаев они распадаются на короткие искрив­ленные отрезки, кулисообразно заходящие друг за друга.

Субдукция протекает в существенно различающихся формах; соот­ветственно изменяются и сопровождающие ее процессы. Значительной изменчивостью отличаются: скорости субдукции, наклоны ее поверхно­сти — от почти горизонтальных до почти вертикальных, глубина про­никновения субдуцирующей плиты в мантию. Наряду с аккрецией субдукция сопровождается тектонической эрозией. Над очень пологими участками зон субдукции отсутствует вулканизм.

Субдукции, хотя и на короткое время, иногда подвергается не только океанская, но и континентальная кора, которая может погружаться до глубин 150-200 км. Об этом свидетельствуют высокобарические мине­ралы, обнаруженные в породах такой коры, поднявшихся обратно к по­верхности.

Трансформные разломы оказались неодинаковыми по своей протя­женности и значению. Они могут быть разделены на несколько порядков — от транс­океанских, магистральных, до пересекающих лишь гребневые зоны срединно-океанских хребтов. Перемещения по ним сводятся не только к сдвигам, но и к раздвигам или надвигам, т. е. происходит транстенсия или транспрессия. Конфигурация тройных сочленений на границах плит неустойчива во времени.

(Транспрессия и транстенсия – сжатие и/или растяжение в зоне разлома в зависимости от геометрических соотношений).

4. Следующее положение тектоники плит, согласно которому взаим­ные перемещения плит могут быть рассчитаны на основе теоремы Эйлера, полностью сохраняет свое значение и служит основой для реконструкции кинематики плит.

5. Иначе обстоит дело с постулатом, касающимся автоматической компенсации спрединга субдукцией и неизменности радиуса Земли. Постулат этот может считаться справедливым лишь относительно, с некоторым допуском, ибо уже периодические изменения скорости вращения Земли указывают на изменения ее объема и радиуса; с этим может быть увязана и определенная периодичность в колебаниях интенсивности сейсмичности, вулканизма, интрузивного магматизма, метаморфизма и тектонических деформаций. Однако доказывается, что изменения радиуса Земли не могут превышать 1 %.

Установлено вместе с тем, что компенсация спрединга осуществляется не только путем субдукции океанской литосферы, но и ее обдукции, а также локальной субдукции континентальной литосферы и ее перемещения по крупным сдвигам в орогенах и коробления по периферии зон коллизии.

6. Причиной перемещения плит признается конвекция в мантии Земли, причем эта конвекция считается общемантийной и тепловой, а ее воздействие на движение плит — осуществляющимся через сцепление литосферных плит с движущимся под влиянием конвекции астеносферным конвейером, т. е. волочением (drag) литосферы.

В настоящее время в механизме перемещения плит не меньшая роль отводится их смещению от осей спрединга (ridge push) и особенно затягиванию в зоны субдукции (slab pull) под воздействием силы тяжести.

Сама конвекция рассматривается не как просто тепловая, а как химико-плотностная, и наряду с моделью общемантийной конвекции активно обсуждается модель двухъярусной конвекции, раздельно в нижней и верхней мантиях. Наиболее вероятно, что в истории Земли чередовались периоды общемантийной и двухъярусной конвекции, так же как одноячеистой и двух- (или более) ячеистой. Кроме того, приходится допустить проявление относительно мелкомасштабной конвекции в астеносфере океанов и континентов, а в районах интенсивного разогрева — и в самой литосфере. Таким образом, следует полагать, что конвекция является многоярусной; подчиняясь расслоению твердой Земли на оболочки (гео­сферы), но наряду с ее автономным проявлением в отдельных геосферах имеет место взаимодействие их конвективных систем — более глубокие системы инициируют конвекцию в менее глубоких.

Как можно видеть из вышеизложенного, главные положения тектоники плит в своей основе выдержали испы­тание временем, но существенно дополнились и уточнились. В полной мере это справедливо применительно к последнему миллиарду лет исто­рии Земли. Что касается более раннего времени, то, в раннем протерозое господствовала «тектоника малых плит», а для архея можно предполагать эмбриональную плитотектонику.

Из аспектов тектогенеза, не нашедших своего объяснения в классиче­ской тектонике плит, одним из важнейших является внутриплитная тек­тоника (и магматизм). Мы видели, что значительная часть проявлений внутриплитной тектоники, а именно окраинно- и внутриплатформенные дислокации и внутриконтинентальное горообразование, вполне удовлет­ворительно объясняется отдаленным воздействием коллизии крупных плит с «раздавливанием» ансамбля промежуточных микро- и мини-плит, а также импульсами сжатия, исходящими от осей спрединга срединно-океанических хребтов. Но остаются линейные и изометричные вулканические и невулканические (криптовулканические) цепи и поднятия, для объяснения происхождения которых была предложена гипотеза горячих точек. В пользу этой гипотезы, свя­зывающей появление горячих точек на поверхности Земли с мантийными струями — плюмами, поднимающимися с больших глубин, в основном от границы мантии и ядра, говорят две категории фактов:

Рис. 41. Расположение крупнейших современных восходящих и нисходящих мантийных потоков

 

1) закономерное увеличение возраста вулканических построек линейных хребтов с удале­нием от современного вулканического центра, совпадающее по направ­лению с направлением движения соответствующей литосферной плиты (классический пример — Гавайско-Императорская вулканическая цепь в Тихом океане);

2) установленное сейсмической томографией совпаде­ние области максимального сгущения горячих точек в Тихом океане с об­ластью наибольшего возмущения граничной поверхности мантии и ядра.

В последние годы концепция мантийных плюмов или, как ее стали называть, плюм-тектоника привлекает к себе повышенное внимание и ей начали придавать значение, почти сравнимое со значением плейт-тектоники. Вместе с тем остается предметом дискуссии сама реаль­ность существования мантийных плюмов. Она была взята под сомнение О. Г. Сорохтиным и С. А. Ушаковым (1991 г.), а затем американскими учеными Д. Андерсоном и У. Гамильтоном, допускающими, что источ­ники внутриплитного магматизма лежат непосредственно под литосфе­рой. Действительно, непосредственное обнаружение плюмов, особенно в нижней мантии, в отличие от прослеживания субдуцирующих слэбов, представляет для сейсмотомографии весьма трудную задачу и дает не­однозначные результаты.

Для объяснения происхождения линейных вулканических цепей с увеличением возраста магматизма по мере удаления от современного центра извержений был предложен ряд механизмов, альтернативных гипотезе Моргана. В большинстве из них речь идет о разрастающихся разломах литосферы; некоторые авторы привлекают при этом влияние мантийных течений, связанных с осевым вращением Земли (А. Смит, Ч. Льюис). Тем не менее, большинство исследователей признает реаль­ность существования плюмов и допускает, что они могут иметь весьма глубокие корни.

Ряд важных вопросов, касающихся плюмов, продолжает обсуждаться с разных позиций. Один из них — пространственное соотношение между плюмами и их проекцией на дневную поверхность — горячими точками (hot spots), другой — закономерность локализации последних. Как спра­ведливо показано в ряде работ, особенно для Восточной Африки, далеко не каждая горячая точка обязана своим появлением отдельному плюму; один и тот же плюм, расщепляясь в пределах литосферы или даже коры, может породить целое семейство горячих точек. Плюмы, зарождающие­ся в нижней мантии, могут испытывать такое расщепление уже на грани­це между нижней и верхней мантиями (660 км). Следует учитывать и от­клоняющее мантийные струи влияние конвективных течений, особенно в верхней мантии, главным образом под наиболее быстро движущимися литосферными плитами.

Что касается локализации плюмов на поверхности, то в океанах боль­шинство размещается на осях или вблизи осей спрединга, тяготея либо к их тройным сочленениям (Азоры, о. Буве в Атлантике, о. Родригес в Ин­дийском океане), либо к их пересечению крупными трансформными раз­ломами (о. Исландия, о. Ян-Майен в Атлантике, о-ва Амстердам и Сен-Поль в Индийском океане, о. Пасхи в Тихом океане). На континентах многие горячие точки также приурочены преимущественно к рифтовым системам (Эйфель в Западной Европе). В Индийском океане Восточно- Индийский и Мальдивский хребты простираются параллельно трансформным разломам. Плюмы могли формироваться на осях спрединга, а порожденные ими вулканические аппараты затем расщепляться и отодвигаться вдоль трансформных разломов на периферию хребтов, как это и наблюдается в Атлантике и Северном Ледовитом океане. Так или иначе, локализация горячих точек на поверхности Земли и разломная тектоника литосферы (особенно глобальная система рифтовых зон) тесно взаимосвязаны.

Дискуссионным является и вопрос о положении корней плюмов. Сложность его решения связана с трудностями сейсмотомографического определения этих корней. Наиболее вероятно, что плюмы могут зарождаться на разных уровнях мантии, а именно на тех, где наблюдаются понижение ее вязкости, плотностная и химическая неоднородность. Такими уровнями являются слой D" в основании мантии, слой в основании границы 660 км, где наблюдается скопление субдуцирующего материала, и, наконец, астеносфера. По мнению французских исследователей (В. Куртийо и др.), из почти 50 признаваемых ими горячих точек около десятка имеют корни на границе мантии и ядра (это подтверждено и последующей томографией), и около 20 — на двух друг уровнях. Наиболее глубокими являются так называемые суперплюмы, в современную эпоху они занимают антиподальное и близэкваториальное положение в Восточной Африке и в Тихом океане, в районе Французской Полинезии. Менее глубокие плюмы, возможно, являются производными от таких суперплюмов. По имени известных исследователей их предлагают называть моргановскими, а астеносферные плюмы — андерсоновскими. Промежуточные можно было бы соответственно называть рингвудовскими, поскольку именно этот австралийский геохимик развивал идею о зарождении плюмов на границе верхней и нижней мантий,

Но самый сложный вопрос относится к стационарности корней плюмов, которая постулировалась в концепции У. Моргана и используется при определении направления и скорости абсолютного перемещения литосферных плит в координатах горячих точек. Палеомагнитные и палеонтологические данные свидетельствуют, что отдельные вулканические постройки Гавайско-Императорской вулканической цепи образовались на разных широтах и что излом этой цепи, датируемый 45 млн лет, не отвечает времени смены направления в движении Тихоокеанской плиты. Было замечено систематическое смещение взаимного расположения горячих точек Тихоокеанской и Индо-Атлантической областей. Недавно появились результаты бурения, специально проведенного на четырех гайотах Императорского хребта. Они показалди, что плюм, породивший этот хребет, испытал смещение на 20° в южном направлении. Вполне вероятно, что уже в ближайшем будущем удастся определять и учитывать то сравнительно медленное перемещение горя­чих точек, которое изначально предполагалось исследователями.

Не менее сложным представляется вопрос о соотношении конвекции и подъема плюмов, т. е. их адвекции. Единственное, что очевидно, — это приуроченность большинства плюмов к восходящим ветвям конвектив­ных течений.

 

Рис. 42. Вероятное происхождение мантийных плюмов/горячих точек разной глубин­ности с учетом рециклинга вследствие субдукции литосферного материала до границы с нижней мантией и дальнейшего его погружения до слоя В" у границы с ядром. Размеще­ние плюмов контролируется Тихоокеанским и Африканским максимумами мантийного апвеллинга. По В. Куртийо и др., 2003. Цифры в квадратах (1-3) — три категории плю­мов по их глубинности

 

Еще одна сторона тектогенеза первостепенной важности, не учитывав­шаяся классической тектоникой плит, — периодичность в изменении интен­сивности тектонических и вообще эндогенных процессов.

Периодичность эта проявляется в различных масштабах - от короткопериодических, происходящих на наших глазах изменений сейсмической и вулканиче­ской активности до тектонических (тектономагматических) мегациклов длительностью порядка 600 млн лет. Эта периодичность эндогенных про­цессов находит отражение в процессах изменения рельефа, осадконакопления, развития органической жизни и увязывается, с одной стороны, с изменениями частоты инверсий магнитного поля, т. е. с изменениями в глубоких недрах Земли, и, с другой стороны, с изменениями скорости осевого вращения Земли и параметров ее орбитального вращения (экс­центриситет орбиты, наклон оси, прецессия). Последние были привле­чены М. Миланковичем для объяснения периодичности четвертичных покровных оледенений и получили теперь убедительное подтверждение, причем применительно и к более ранней истории Земли. Можно гово­рить, следовательно, о проявлении определенного резонанса между вну­тренними и внешними, космическими, факторами геодинамики и согла­сованной периодичности изменений их интенсивности.

Наконец, еще один важный вопрос — о существовании общей тенден­ции в изменении радиуса и объема Земли. Происходит вековое охлажде­ние Земли в связи с утратой тепла, запасенного в эпоху ее аккреции, со снижением темпов глубинной дифференциации, с постепенным исчер­панием запаса радиоактивных элементов, с убыванием интенсивности лунных приливов. Свидетельством уменьшения объема Земли служит почти повсеместное, кроме рифтовых зон, преобладание сжатия в зем­ной коре и то обстоятельство, что замедление вращения Земли, обуслов­ленное влиянием лунных приливов, оказывается меньшим, чем можно было ожидать по расчетам; его объясняют наложением ускорения, обу­словленного уменьшением радиуса планеты. Как отмечалось выше, име­ются основания считать, что на эту монотонную тенденцию наклады­вается эффект периодического возрастания тепловыделения, ведущий к пульсации Земли, с чередованием периодов уменьшения ее радиуса и временного его увеличения.

Как известно, существует и противоположная концепция, согласно которой пульсация Земли происходит на фоне ее нарастающего рас­ширения (Е. Е. Милановский) или что такое расширение является аб­солютно преобладающим (У. Кэри). С точки зрения сторонников этой гипотезы еще в начале мезозоя Земля была одета сплошной сиалической оболочкой (океаны отсутствовали), которая затем оказалась разорван­ной вследствие быстрого, с увеличением радиуса в 1,5 раза и объема в 3,4 раза, расширения Земли и образования океанов. Признавая, таким образом, спрединг (но в некоторых работах ограничивая его масштаб со­временными срединно-океанскими хребтами), сторонники данной гипо­тезы отрицают субдукцию.

Гипотеза расширяющейся Земли сфизической ее стороны исчерпы­вающе раскритикована О. Г. Сорохтиным и С. А. Ушаковым, а также Н. В. Короновским с соавторами-астрономами, показавшими, что не су­ществует сколько-нибудь удовлетворительного механизма, который мог бы обусловить расширение Земли. Несостоятельна эта гипотеза и с гео­логических позиций. Без признания субдукции невозможно объяснить образование складчато-покровных горных сооружений, асимметрию Ти­хого океана в отношении распределения коры разного возраста. Распро­странение офиолитов, а также типичных отложений пассивных конти­нентальных окраин океанов, свидетельств приливно-отливных явлений и апвеллинга указывает на существование доюрских океанов; кроме того, невозможно допустить образование лишь начиная с юры того огромного объема воды, который заполняет современные океаны.

Пульсации объема Земли представляются более правдоподобными, тем более что для ограниченных (в пределах нескольких процентов) из­менений радиуса Земли предложен удовлетворительный механизм, свя­зывающий их с фазовыми превращениями в мантии Земли (В. Л. Барсу­ков, В. С. Урусов). Было бы неправильным, однако, считать, что в истории Земли чередовались периоды абсолютного растяжения — рифтогенеза и абсолютного сжатия — орогенеза, ибо в действительности, как это наблю­дается в современную эпоху, эти явления всегда сосуществовали на лике Земли. Речь может идти лишь о преобладании в одни периоды рифтинга, а в другие, вероятно более короткие, — субдукции и коллизии.

С появлением в 80-е гг. прошлого века данных сейсмотомографии стали очевидными два очень важных обстоятельства. Во-первых, было обнаружено, что структуры, описываемые тектоникой литосферных плит, уверенно прослеживаются, как правило, лишь до глубины 250-300 км и, во всяком случае, не глубже кровли переходной зоны от верхней к нижней мантии. Это означает, что тектоника плит действует главным образом в тектоносфере, т. е. литосфере и астеносфере. Во-вто­рых, было установлено, что вопреки более ранним представлениям дина­мическая активность, проявляющаяся на поверхности, характеризует не только тектоносферу, но и более глубокие геосферы, до внутреннего ядра включительно. Тем самым стало очевидным, что понимание глобальной геодинамики и эволюции Земли немыслимо без расшифровки глубин­ной геодинамики, т. е. процессов, происходящих глубже тектоносферы. И в настоящее время именно процессы глубинной геодинамики, в кон­тексте глобальной геодинамики в целом, оказались в центре внимания специалистов по наукам о Земле, в основном геофизиков и геохимиков.

В первую очередь это касается современного понимания конвек­ции. Прежде всего, отметим, что все более широкое признание получа­ет представление о глубинной конвекции Земли как термохимической, а не просто тепловой, поскольку появляется все больше данных о хи­мической неоднородности глубокой мантии, в частности слоя D". Но при этом очевидно, что тепловая компонента является основной, и этим объясняется успешное математическое моделирование конвекции, на­пример В. П. Трубициным, основанное на ее трактовке лишь как чисто тепловой. Но более

реалистична, как будет показано ниже, ее термохи­мическая трактовка.

В последние годы модель термохимической конвекции получила раз­витие в работах Л. И. Лобковского и В. Д. Котелкина, ими были численно проанализированы важнейшие конвективные процессы, развивающиеся в мантии, в частности подъем легкого мантийного вещества с границы ядро — мантия с образованием глобальных и региональных плюмов, по­гружение тяжелого мантийного вещества с учетом эклогитизации океан­ской коры в зонах субдукции, перемежающийся характер мантийной кон­векции, обусловленный эндотермическим фазовым переходом на глубине 670 км. На рис. 18.4 дается несколько кадров из полученного численным моделированием анимационного ряда, иллюстрирующего виртуальную картину гидродинамической эволюции Земли. Они относятся к ранней стадии этой эволюции (архей — начало протерозоя). На последнем из изображенных кадров видно развитие первого общемантийного нисходя­щего потока — аваланша и компенсирующего глобального восходящего потока — суперплюма. Судя по продолжению этого анимационного ряда, подобные потоки, возникая с определенной периодичностью, могли определять геологические суперциклы Вильсона.

 

Рис. 43. Результаты численного моделирования термохимической конвекции в ман­тии, учитывавшего наряду с тепловым и химический фактор плавучести, а также воз­действие на конвекцию эндотермического фазового перехода на границе верхней и ниж­ней мантий (660-670 км), по Л. И. Лобковскому и В. Д. Котелкину, 2003. Видны подъем легкого мантийного вещества от границы ядро/мантия и сопряженное с ним погружение тяжелого мантийного вещества, а в дальнейшем — развитие нисходящего потока — ава­ланша и компенсирующего его плюма

 

Модельная картина отражает и другие особенности эволюции Земли, в частности развитие субдукционных потоков и региональных плюмов, ограниченных верхней мантией, взаимодействие нижнемантийных плюмов с фазовой границей между нижней и верхней мантиями, накопление больших масс «горяче­го» восходящего и «холодного» нисходящего вещества вблизи фазовой границы и горизонтальное растекание этого вещества вдоль нее. Многие из полученных при моделировании кадров напоминают картины глу­бинного строения Земли по данным сейсмической томографии.

Очень остро стоит вопрос об общемантийном или двухъярусном про­явлениях конвекции. Основной аргумент в пользу общемантийной кон­векции — это проникновение субдуцирующих слэбов в нижнюю мантию и в некоторых случаях до границы ядра. Заметим, однако, что в других случаях слэбы достигают лишь границы 660 км и непосредственно ниже нее их материал образует скопления, которые, как предполагается, вре­менами лавинообразно обрушиваются в глубь мантии, достигая слоя D". Аргументация сторонников двухъярусной конвекции, в основном гео­химиков, основывается на необходимости допустить существование в глубинах мантии резервуара примитивного состава, более или менее от­вечающего составу аккретированного метеоритного материала. Магма, родоначальная для базальтов океанских островов и вообще внутриплитных вулканов, имеет именно подобный состав в отличие от базальтов срединноокеанских хребтов — продуктов плавления мантии, деплетированной при экстракции коры. О том же свидетельствует и изотопный состав благородных газов — гелия, неона, а также тепловой поток из недр Земли. По оценке французского геохимика К. Аллегра (2002), деплетированная мантия составляет 40 % от общего объема мантии.

Вместе с тем некоторые исследователи считают возможным обой­тись вообще без гипотетического резервуара примитивной мантии. Обогащенность литофильными элементами магматитов океанских островов они объясняют рециклингом океанской коры (с ее осадочным слоем) в результате глубокой субдукции с последующим вовлечением корового материала в восходящие плюмы. Достаточно ли этого механизма для объяснения наблюдаемых геохимических особенностей и теплового по­тока, пока не выяснено. Но явления рециклинга действительно имеют существенное значение, как показывает, в частности, изучение лав Га­вайских островов.

Представляется перспективным представление о том, что в истории Земли чередовались эпохи преобладания либо общемантийной, либо двухъярусной конвекции и что это чередование увязывалось с цикла­ми формирования и распада суперконтинентов, т. е. с циклами Вилсона.

Во время существования суперконтинентов господствовала общемантийная конвекция, во время их распада — двухъярусная. Последня была преобладающей и на ранней стадии эволюции Земли, когда планета была сильнее разогрета, так как этому благоприятствовало более высокое значение числа Рэлея.

Целесообразно увязать проявления конвекции (и их структурны следствия) не только с циклами Вилсона, но и с циклами Бертрана и Штилле на основе идей, высказанных М. А. Гончаровым и В. Е. Хаиным. С этих позиций общемантийная конвекция ответственна за суперконтинентальные циклы Вилсона, верхнемантийная компонент двухъярусной конвекции — за циклы Бертрана с образованием в результате субдукции систем островных дуг и окраинных морей, а конвекция астеносфере — за циклы Штилле, выражающиеся в коллизии островных дуг и микроконтинентов с континентами, формировании складчато-покровных орогенов. Эти три уровня конвекции отвечают трем геодинамическим системам в иерархии М. А. Гончарова. Кроме них он различает еще самый высокий уровень — Земли в целом, на котором проявляются упоминавшиеся выше западный и северный дрейфы литосферных плит и, добавим, кардинальная дисимметрия планеты с ее разделением на континентальное и океанское полушария и антиподальностью Арктики и Антарктики. Пятый, низший по значению уровень составляет кора с её проявлениями термофлюидодинамического диапиризма.

В последние годы стало подвергаться пересмотру устоявшееся представление о том, что основной импульс, приводящий в движение «машину Земля», идет снизу, от горячего ядра к холодной литосфере. Начиная с работ японских исследователей (М. Кумазава, С. Маруяма и др., 1994) и продолжая недавней работой Д. Андерсона (2001), возникло противо­положное представление о ведущей роли субдукции, связанной с охлаж­дением Земли сверху, и о мантийных плюмах как ответной реакции на достижение субдуцирующими слэбами границы ядра. Д. Андерсон по­лагает, что не конвекция определяет кинематику плит, а, наоборот, по­следняя контролирует распределение конвективных потоков в мантии (речь идет, по-видимому, об астеносфере). При этом, как выяснилось после обнаружения глубоких литосферных корней под континентами, конвективным токам может принадлежать ведущая роль в перемещении литосферных плит (А. П. Трубицын и некоторые зарубежные авторы). Отмечается также, что конвекция в нижней мантии, в силу высокой вязкости последней, происходит значительно медленнее, чем в верхней мантии, а возможно, как думает У. Гамильтон, и не происходит там во­все. В этом случае компенсацией нисходящих холодных потоков, вы­раженных субдуцирующими слэбами, являются лишь восходящие ман­тийные струи — плюмы. Если это так, то справедливо представление упоминавшихся выше японских ученых о том, что нижняя мантия — это область господства плюм-, а не плейт-тектоники.

Таковы некоторые темы, на которых концентрируется внимание со­временных исследователей глобальной геодинамики. Независимо от результатов дальнейших изысканий уже в настоящее время можно за­ключить, что Земля представляет собой сложную многооболочечную динамически активную неравновесную самоорганизующуюся и само­развивающуюся открытую систему, уникальную среди других планет Солнечной системы.

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: