Окенический рифтогенез - Дубинин Е.П.
ISBN 5-89118-198-3
Скачать (прямая ссылка):
С увеличением глубины, как известно, температура постепенно возрастает. Под литосферными плитами обычно располагается астеносфера - пластичная оболочка мантии, вещество которой уже частично расплавлено или размягчено и характеризуется относительно пониженной вязкостью г| = Ю|9-Ю20П под океанами и г| =1021-1022 П под континентами (для сравнения отметим, что у воды Гр 10' П, вязкость жидкой базальтовой лавы Г| = 105—10 П, у льда т] = 1013 П, а у каменной соли Г) = 10|8П). В отличие от литосферы астеносфера не обладает пределом прочности и ее вещество может деформироваться (течь) под действием даже очень малых избыточных давлений.
Анализ реологических свойств литосферы невозможен без уточнения понятия «толщина литосферы».
Существо проблемы заключается в неоднозначности определения толщины литосферы как с позиций механики, так и на основании экспериментальных данных, получаемых различными геофизическими методами. Можно дать несколько опре-
определений толщины литосферы [121]: 1) реологическая толщина литосферы - максимальная глубина, до которой могут распространяться хрупкие
Tz = Tmerf
2 (atfi
(1.1)
трещины; 2) магматическая толщина - минимальная глубина, на которой парциальное плавление достаточно, чтобы поставлять лаву для подводных вулканов; 3) термодинамическая толщина, которая определяется как положение уровня на диаграмме температура-давление, означающего начало парциального плавления в системе с известными или с предполагаемыми физическими свойствами. Сюда можно добавить и сейсмологическое определение толщины литосферы, основанное на законе распределения с глубиной скоростей упругих волн, продольных и поперечных, в верхах мантии. Первые три определения близки между собой в том смысле, что все предполагают наличие либо начало частичного плавления на границе литосферы и астеносферы. Они согласуются и с сейсмическим определением подошвы литосферы как верхней границы зоны низких скоростей сейсмических волн. Такая зона низких скоростей установлена под океанами, но далеко не повсеместно под континентами.
Многие природные данные свидетельствуют в пользу того, что зона волновода является зоной, ослабленной в механическом смысле и, в частности, слабо сопротивляющейся сдвиговым напряжениям. Поэтому она допускает движение литосферы относительно нижней мантии. Как отмечалось, наиболее вероятной причиной поведения астеносферы под океанами одновременно и как ослабленной зоны, и как зоны пониженных скоростей сейсмических волн является наличие в ней частично расплавленного вещества мантии. Анализ изменения добротности в астеносфере под океаном свидетельствует о том, что процент расплава вне срединных хребтов ниже, чем под хребтами, и доля плавления в пределах 1-10% хорошо объясняет наблюдаемые значения затухания сейсмических волн в астеносфере под океаном и под внутриконтинен-тальными рифтовыми областями. Эти выводы основаны на результатах лабораторных исследований затухания сейсмических волн в расплавах с различной степенью плавления [518].
Распределение температуры в остывающей литосфере можно определить по кельвиновскому решению уравнения теплопроводности где Tz - температура на уровне z; Tm - температура горячей мантии; а - коэффициент температуропроводности пород литосферы; t - возраст плиты.
Благодаря тому что у молодых океанических плит температурные градиенты существенно выше, чем у древних континентальных плит и, особенно, чем градиент температуры конвектирующей мантии все океанические геотермы, определяемые вы-
ражением (1.1), пересекаются с кривой температуры начала плавления (солидуса) , мантийного вещества на глубинах от 2,5 до 100 км [29]. Следовательно, под всеми без исключения океаническими плитами располагается «классическая» астеносфера, состоящая из частично расплавленного мантийного вещества. Под древними континентальными платформами, уже давно успевшими предельно остыть, изотермы должны характеризоваться наименьшими градиентами температуры, особенно при учете выделения радиоактивного тепла в верхнем (гранитном) слое континентальной коры. Поэтому и мощность литосферы под такими платформами должна быть наибольшей.
О сравнительно небольшой мощности океанических литосферных плит и о большой мощности континентальных плит говорят геофизические измерения. Но кроме них имеются и чисто геологические свидетельства, позволяющие оценить толщину литосферных плит. Геохимия внутриплитного магматизма океанических плит однозначно свидетельствует об их сравнительно небольшой предельной мощности [29]. В частности, в океанических магмах никогда не встречаются ксенолиты более высокой степени метаморфизма, чем шпинелевые лерцолиты. С другой стороны, кимберлито-вый и лампроитовый вулканизм, пронизывающий архейские континентальные плиты, выносит на поверхность ксенолиты глубинных пород со специфическими минеральными ассоциациями пироп-алмазиой фации метаморфизма, практически однозначно свидетельствующие о том, что толщина литосферы под древними щитами достигает, по меньшей мере, 200 км [46]. По-видимому, под древними континентальными щитами не должно существовать «классической» астеносферы с частично расплавленным в ней веществом [121].
