Окенический рифтогенез - Дубинин Е.П.
ISBN 5-89118-198-3
Скачать (прямая ссылка):
В настоящее время есть множество доказа-
90 о
Рис. 1.14. Карта мощности океанической литосферы (изопахиты в км), по [121]
40
тельств того, что тектонические процессы в лито-сферной оболочке Земли непосредственно связаны с конвективными движениями вещества в глубинах мантии. Главными из них можно считать: дрейф континентов; молодость дна океанов; наличие и пространственное положение глобальной системы рифтовых зон, в которых на поверхность поднимается мантийное вещество и образуется молодая океаническая кора, раздвигающаяся затем в стороны от этих зон; существование и расположение глобальных поясов сжатия, под которыми океаническая кора погружается в мантию, а также ряд других факторов.
Рассматривая природу мантийной конвекции, следует подчеркивать ведущую роль в ее возникновении процесса химико-плотностной дифференциации земного вещества. Однако при этом не следует забывать и о вкладе тепловой составляющей конвекции. Этот вклад определяется как непосредственным разогревом мантийного вещества и распадом рассеянных в нем радиоактивных элементов, так и косвенным воздействием дополнительного разогрева вещества, благодаря диссипации энергии вязких течений в мантии, а также влиянием погружающихся в мантию холодных океанических литосферных плит. Судя по энергетическим оценкам, вклад радиогенного тепла в конвективный массо-оборот мантийного вещества не превышает 10%. Диссипативная же составляющая тепловой энергии конвекции и ее часть, определяемая охлаждением океанической литосферы, черпается из гравитационной энергии самого процесса дифференциации земного вещества. Поэтому, определяя природу тектонической (или точнее тек-тоно-магматической) активности Земли, следует ее связывать не просто с гравитационной, а именно с гравитационно-тепловой конвекцией. В дальнейшем как синоним этого понятия мы будем широко использовать термин «химико-плотностная конвекция», понимая под ним, что плотностные неоднородности в мантии возникают не только за счет изменений химического состава, но и благодаря ее температурным неоднородностям.
Как показали О.Сорохтин и С.Ушаков [121], на планетной стадии развития Земли действовал эффективный механизм химико-плотностной дифференциации земного вещества. Детальное же изучение энергетического баланса Земли привело этих исследователей к заключению, что и сегодня этот процесс не только продолжает действовать, но является наиболее мощным из всех других эндогенных энергетических процессов. Более того, благодаря действию механизма гравитационной дифференциации земного вещества в мантии Земли возникает и развивается интенсивная конвекция, приводящая к перемешиванию ее вещества и дрейфу литосферных плит на поверхности Земли.
Однако природа конвективных движений и их масштабность до сих пор остаются не выясненными и порождают оживленные споры среди геофизиков. Дело в том, что непосредственные причины
движения литосферных плит, особенно океанических, могут быть связаны как со строением, физическими свойствами и режимами формирования самих плит, так и с более глубинными, эндогенными механизмами - движениями всего мантийного вещества.
Для выявления возможных механизмов движения литосферных плит, следуя О.Сорохтину и С.Ушакову [121], рассмотрим вначале движущие силы, действующие в самих плитах. Прежде всего отметим, что такие силы возникают только в океанических плитах. Если не считать боковых давлений, оказываемых со стороны смежных плит, то можно выделить две основные причины, способные вызвать смещения плит друг относительно друга и по отношению к мантии [247]. Первая из них - это соскальзывание океанических плит со склонов асте-носферных линз, расположенных, под срединноокеаническими хребтами (рис. 1.15). Вторая причина связана с погружением холодных и поэтому более тяжелых океанических плит в горячую мантию по зонам субдукции. При этом опускающийся в мантию край литосферы как бы тянет за собой и основную часть, еще остающуюся «на плаву», т. е. на земной поверхности плиты (рис. 1.16).
Рис. 1.15. Механизм соскальзывания океанических литосферных плит с выступов горячей мантии под срединно-океаническими хребтами, по [121]
Пояснения см. в тексте
Рис. 1.16. Затягивание океанической литосферы в мантию по зонам субдукции, по [121]
Пояснения см. в тексте
Давление сжатия, создаваемое океанической плитой за счет ее соскальзывания с астеносферной линзы под срединно-океаническим хребтом при отсутствии трения на подошве можно оценить по условию гидростатического равновесия, учитывая,
что на торец такой плиты давит «тяжесть» вышележащих ее участков. В этом случае избыточное давление сжатия Ар, действующее на сечение плиты Не, опущенное на Ah по сравнению с уравнением гребня срединно-океанического хребта (см. рис. 1.14), определится простым выражением
Ар = A/?Apg, (1-11).
где Ар = ра- pw; ра» 3,2 г/см3 - средняя плотность астеносферы; pw= 1 г/см3 - плотность океанической воды; g = 981 см/с2 - ускорение силы тяжести. Для литосферных плит возрастом ^ >100 млн лет и Ah = 3,5-4 км Ар ~ (8-9)- 10й дин/см2, т. е. избыточное давление сжатия достигает 800-900 кг/см и приближается к пределу прочности литосферных плит Ts = Ю9 дин/см2 (~ 1 т/см2).
