Окенический рифтогенез - Дубинин Е.П.
ISBN 5-89118-198-3
Скачать (прямая ссылка):
Силы затягивания океанических литосферных плит в мантию могут быть существенно большими. Если океаническая литосфера по зоне поддвига плит погрузилась в мантию на глубину h (см. рис. 1.15), то за счет большей плотности ее холодных пород по сравнению с плотностью горячего вещества мантии Ар ~ (0,1 г/см3) возникает отрицательная архимедова сила. При отсутствии трения эта затягивающая сила создавала бы в приповерхностном сечении литосферы избыточное напряжение порядка
Ap~-Mpgsinp, (1-12).
где (3- угол падения зоны поддвига плит. Если погружающаяся плита опустилась до уровня 600 км, то напряжение растяжения в океанической литосфере перед глубоководным желобом в зависимости от значения угла (3 могло бы в этом случае достигать (3-6)Т09 дин/см2, т. е. 3-6 т/см2.
В реальных условиях, однако, оба давления (1.11) и (1.12) могут существенно отличаться от приведенных здесь идеальных случаев. Связано это со взаимодействием движущих плит с мантийным веществом. Так, если движение плит происходит по отношению к неподвижной мантии, то обязательно должны возникнуть силы вязкого трения с мантийным веществом и противодействующее их движению касательное напряжение торможения
х- - r\dvi/dz, (1.13).
где г) - вязкость мантийного вещества; V/ - скорость движения литосферной плиты; z - координата оси, направленной перпендикулярно к поверхности плиты. Свой тормозящий вклад вносит также трение плит в зонах субдукции и активных частях трансформных разломов. В результате движение плит оказывается существенно заторможенным, а соответствующие силы-затягивания плит в мантию -резко ослабленными [247]. Поскольку величина сил вязкого торможения возрастает с увеличением скорости плит, их движение происходит приблизительно с постоянной скоростью, при которой сумма движущих сил (1.11) и (1.12) полностью уравновешивается суммой тормозящих сил (1.13).
Интересно отметить, что происходящие в мантийном веществе под влиянием высоких давлений фазовые переходы с образованием более плотных минеральных ассоциаций не только не являются помехой погружению литосферных плит в мантию, но, наоборот, способствуют этому процессу, поскольку у всех таких переходов всегда dp/dT > 0.
Анализируя взаимные скорости перемещения основных литосферных плит в зависимости от наличия у них и размеров погруженных в мантию краевых фрагментов («шлейфов»), Д.Форсайт и С.Уеда пришли даже к выводу, что главной движущей силой, заставляющей перемещаться литосферные плиты по поверхности Земли, является архимедова сила затягивания холодных и тяжелых океанических плит в горячую мантию [247]. По этой классификации, правда, в разряд «медленных» плит попали почти все характеризующиеся высокой мощностью (до 200-250 км) континентальные плиты и скрепленные с ними океанические плиты, а быстрыми оказались в основном чисто океанические плиты с относительно малыми толщинами от 60 до 80 км и сравнительно протяженными зонами субдукции. При этом выяснилась и еще одна интересная закономерность: чем больше площадь континентальной плиты, тем скорость дрейфа у нее оказывалась меньшей. По-видимому, это говорит о том, что мощные континентальные плиты, подобно айсбергам, сидящим на мели, своими корнями погружаются в мезосферу мантии, а горизонтальные составляющие мантийных течений в ней либо малы, либо их влияния на большой площади крупных континентов взаимно уравновешиваются.
Согласно вышеизложенно следует, что гравитационная неустойчивость океанических литосферных плит сама по себе может породить их движение и создавать конвекцию в мантии.
Однако по своей сути рассмотренная конвекция является типично тепловой с тем лишь отличием от классического случая, что в ней ведущую роль играет не подъем разогретого мантийного вещества в земных недрах, а погружение охлажденного на поверхности пограничного слоя мантии, т. е. океанических литосферных плит [127].
Для длительного функционирования описанной здесь конвекции, как и любой тепловой конвекции, к веществу мантии необходимо,подводить энергию, не меньшую,-чем. связанные .с ней теплопоте-ри.- При этом интенсивность конвективного массо-обмена в мантии, а в нашем случае и средние скорости движения океанических плит (т.е. средняя интенсивность тектонической активности Земли) по-прежнему будут полностью контролироваться скоростью генерации в мантии энергии. Связано это с сильной экспоненциальной зависимостью вязкости мантийного вещества т| от температуры, а следовательно, и от подвода к нему тепловой энергии: при снижении генерации тепла в мантии ее вязкость будет повышаться и соответственно возрастут силы вязкого трения, препятствующие движению плит по рассмотренным здесь механизмам.
Наоборот, при поступлении дополнительной энергии вязкость мантии и вместе с ней силы трения уменьшатся, а скорость «самодвижения» плит возрастет.
Именно поэтому тектоническая активность Земли в рамках рассмотренной здесь модели движения плит строго определяется генерацией -тепловой энергии в глубинах мантии за вычетом энергии, ушедшей на дополнительный разогрев Земли, и без учета радиоактивной энергии, выделившейся в континентальной коре, т.е. фактически описывается кривой теплового потока Q0KK через океанический сектор Земли.
