Окенический рифтогенез - Дубинин Е.П.
ISBN 5-89118-198-3
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 1.11. Модель строения океанической литосферы
I - поверхность океана; 2 - океаническая кора; 3 -океаническая литосфера; 4 - астеносфера
теплопроводности (1.1) (см. раздел 1.2). По оценкам, основанным на измерениях температуры базальтовых лав в современных действующих вулканах рифтовых зон и океанических островов, температура астеносферы под рифтовыми зонами примерно равна 1300° С. Из решения (1.1) легко получить зависимость толщины океанической литосферы от ее возраста [115, 432]
Hi = k4t (1.2).
Если толщину литосферы Я/ выразить в километрах, а возраст - в миллионах лет и в решение (1.1) подставить наиболее вероятные значения параметров Ts, Тт и а, то найдем, что 6,5 < к < 8,5.
Позднее появилась работа Т.Иоши [566], в которой зависимость H\(t) определяется по экспериментальным данным на основании обобщения результатов по распространению и дисперсии поверхностных сейсмических волн Рэлея
Я/= 7,49 41. (1.3).
Эмпирическая зависимость Т.Иоши имеет тот же вид, что и теоретическая, и отличается от нее лишь величиной коэффициента.
Однако и сейсмологические определения мощности океанической литосферы по дисперсии поверхностных волн приводят к завышенным результатам, но других более надежных методов измерения мощности литосферы пока не существует (магнитотеллурическое зондирование, к сожалению, тоже позволяет проводить лишь качественные оценки).
Из приведенного сравнения видно, что высказанный в 1973 г. на основе теории тектоники литосферных плит теоретический прогноз зависимости толщины литосферных плит от их возраста через два года был полностью подтвержден экспериментально.
Кристаллизационная модель, по-видимому, неплохо соответствует реальному механизму образования литосферных плит. В этой модели толщина литосферы определяется глубиной охлаждения и кристаллизации мантийного лерцолита и, следовательно, зависит от времени экспозиции вещества
мантии на поверхности Земли. Поэтому мощность литосферы под СОХ не является постоянной, а закономерно увеличивается с возрастом по мере удаления от рифтовых зон. В центре рифтовых долин мощность литосферы минимальна и астеносфера выходит почти на поверхность Земли.
Как уже отмечалось, породы литосферы тяжелее подстилающего их горячего вещества астеносферы (примерно на 0,1 г/см ). Следовательно, чем толще океаническая литосфера, тем на большую глубину она погружается в мантию и тем ниже опускается ее поверхность. Поэтому закон опускания океанского дна определяется все той же корневой зависимостью от возраста литосферы, т. е. от возраста самого океанского дна. По этой зависимости самый высокий уровень стояния океанского дна должен быть там, где литосфера всего моложе и тоньше, т. е. в океанских рифтовых зонах, как раз и расположенных на гребнях СОХ. По мере же удаления от гребней этих хребтов глубина океана должна возрастать пропорционально увеличению толщины литосферы, т. е. по закону:
ДА»-(1-4).
Ра Pw
где Д/i - перепад средних уровней рельефа срединно-океанического хребта между его гребнем и любой данной точкой склона; р/, ра и pw - плотности, соответственно, литосферы, астеносферы и океанических вод. Если выразить Ah в км, t - в млн лет и принять р/ = 3, 3, ра = 3,21, pw = 1 г/см3, Ts= 1060, Тт= 1235° Сиа = 5,4-10'3 см2/с, то из (1.1) и (1.4) найдем [115]:
Ah = 0,35V* (1-5).
Если описанная модель образования океанических литосферных плит верна, то и выведенный на ее основе теоретический закон (1.5) должен правильно описывать осредненный реальный рельеф океанического дна.
Проверить это несложно, и результаты такой проверки показаны на рис. 1.12. Как видно из рисунка, осредненные профили рельефа всех СОХ действительно очень неплохо аппроксимируются одной и той же зависимостью (1.5) для молодой океанической литосферы, возраст которой до 70 млн лет. При этом теоретическое значение коэффициента пропорциональности в найденном законе исключительно хорошо совпало с его эмпирическим значением (вероятность случайного совпадения очень мала). Для более древних участков океанической литосферы рельеф дна оказывается более пологим, чем это определяется формулой (1.5). Это, вероятно, связано с расслоенностыо верхней мантии по полиморфным минеральным ассоциациям, возникающим в мантийном веществе в зависимости от господствующих там Р-Т условий (рис. 1.13). Объясняется же такое изменение закона
Рис. 1.12. Аппроксимация глубины океана на склонах срединно-океанических хребтов, по [115]
а - Срединно-Атлантический хребет в Южной Атлантике; б - Восточно-Тихоокеаиское поднятие (широтный разрез через Гавайские острова)
прогибания литосферной плиты при />70 млн лет тем, что, начиная с этого времени, дальнейшее увеличение мощности литосферы происходит уже за
счет кристаллизации ее вещества в условиях устойчивого существования шпинелевых лерцолитов с меньшим их парциальным плавлением, а следовательно, и с меньшим, чем это было до момента t = 70 млн лет, перепадом плотности.
