Файл: Ответы геология.doc

Тот тип конвекционного процесса, который мы только что описали, называют тепловой конвекцией; сам Холл предполагал, что в мантии имеет место именно он, однако в последнее время геофизики отводят главную роль не тепловой, а фазовой конвекции . Дело в том, что существуют и другие (помимо нагрева) способы создать в среде архимедовы силы плавучести, которые породят конвекционный ток. Вспомним описанный в разделе Образование земли процесс гравитационной дифференциации недр . Внутренние слои мантии, потерявшие при контакте с поверхностью ядра часть "ядерного" (богатого железом) вещества, обладают пониженной плотностью и положительной плавучестью; внешние слои мантии, напротив, уплотнились в результате выплавки из них "легкого", силикатного, вещества земной коры и обладают отрицательной плавучестью. Под действием этих архимедовых сил плавучести в мантии и развиваются крайне медленные (порядка нескольких сантиметров в год) конвекционные токи. Объем вещества, охваченный конвекционным током, называют конвективной ячейкой; весь объем греющегося чайника представляет собой единую ячейку, однако если мы станем нагревать широкий таз двумя удаленными друг от друга горелками, то у нас возникнут две относительно независимые системы циркуляции воды, взаимодействующие между собой. Ячейки бывают двух типов - открытые и закрытые. По краям открытых ячеек происходит подъем, а в центре - опускание вещества, то есть в поверхностном слое вещество движется от краев к центру, а в придонном - от центра к краям; в закрытых ячейках, соответственно, все наоборот

Литосферные плиты с "впаянными" в них континентами оказываются вовлеченными в движение вещества мантии в поверхностном слое конвективных ячеек, и перемещаются вместе с ним (мантийным веществом) от областей его подъема к областям опускания (в кастрюле с кипящим молоком - ячейке закрытого типа - пенка собирается у стенок). В толстостенной сферической оболочке (каковой является мантия планеты) лишь две схемы организации конвекционного процесса могут быть относительно устойчивы.

Одной - более простой - будет единственная ячейка, охватывающая собою всю мантию, с одним полюсом подъема вещества и одним же полюсом его опускания. В этом случае континенты собираются воедино вокруг полюса опускания, освобождая вокруг полюса подъема "пустое" - океанское - полушарие; такая ситуация существовала, например, во времена Пангеи .

Другая - более сложная - схема действует в наши дни. Это пара открытых ячеек типа "лоскутов теннисного мяча" - очень точное и наглядное определение. Теннисный мяч состоит из двух половинок, соединенных между собой так, что соединяющий их шов волнообразно изогнут относительно экватора двумя гребнями и двумя ложбинами; лоскуты теннисного мяча (в отличие от детского резинового) вытянуты, и их продольные оси взаимно перпендикулярны. Зону подъема вещества, являющуюся одновременно и границей между этими ячейками открытого типа - тот самый волнообразно изогнутый "шов" - и составляет глобальная система срединно-океанических хребтов . Зонами же опускания при такой схеме являются продольные оси ячеек (более или менее перпендикулярные друг другу), вдоль которых должны выстраиваться две цепочки материков.

Примерно такая картина и наблюдается на Земле в настоящее время: одну группу материков образуют Африка, Евразия и Австралия, другую - Северная и Южная Америка и Антарктида. (Заметим, что в принципе возможна и такая двухъячеистая конвекция, когда граница между ячейками полностью совпадает с экватором планеты, однако это будет просто частный случай крайне малого искривления "шва".)

При одноячеистой конвекции положение полюсов подъема и опускания вещества всегда будет несколько отличаться от идеального (точно по диаметру планеты); там, где соединяющие их "меридианы" будут самыми длинными, образуется застойная область, в которой вещество не теряет железа и потому постепенно оказывается тяжелее окружающей его среды. Через некоторое время оно "проваливается" вглубь мантии, создавая второй полюс опускания, и превращая конвекцию в двухъячеистую. Двухъячеистая конвекция постепенно ослабляется и затем переходит в одноячеистую (одна из ячеек как бы "съедает" вторую), и конвекционный цикл начинается заново. Таким образом, взаиморасположение континентов определяется фазой конвекционного цикла в мантии - и наоборот: фаза конвекционного цикла, имевшая место в некую геологическую эпоху, может быть определена исходя из взаиморасположения континентов, реконструированного палеомагнитными, палеоклиматологическими и др. методами. Понятно, что все эти изменения весьма существенно влияют на климат соответствующей эпохи, а через него - на функционирование ее биосферы

Вопрос 70

Спрединг (от англ. spread — растягивать, расширять) — геодинамический процесс растяжения, выражающийся в импульсивном и многократном раздвигании блоков литосферы океанической коры и в заполнении высвобождающегося пространства магмой, генерируемой в мантии, а также твердыми протрузиями мантийных перидотитов. Процессы спрединга локализуются, главным образом, в пределах Срединно-океанических хребтов и формируют океаническую кору, поэтому в этих районах она относительно молодая. Термин «спрединг морского дна» впервые был предложен Р. Дитцем (англ. Dietz, Robert Sinclair) в 1961 году, а концепция спрединга морского дна была сформулирована Г. Хессом (англ. Hess, Harry Hammond) и развита в работах Ле Пишона в 1960-х годах. Экспериментально подтверждена в 1964—1965 годах во время 36-го рейса НИС «Витязь» к хребту Карлсберг и разлому Витязь в Индийском океане, под руководством Г. Удинцева.

СУБДУКЦИЯ — СУБДУКЦИЯ, в тектонике литосферных плит опускание горной породы с края одной тектонической плиты в полурасплавленную астеносферу внизу. Встречается в районах схождения плит. Это процесс погружения одного блока земной коры под другой

Коллизия континентов — это столкновение континентальных плит, которое всегда приводит к смятию коры и образованию горных цепей. Примером коллизии является Альпийско-Гималайский горный пояс, образовавшийся в результате закрытия океанаТетис и столкновения с Евразийской плитой Индостана и Африки. В результате мощность коры значительно увеличивается, подГималаями она составляет 70 км. Это неустойчивая структура, её стороны интенсивно разрушается поверхностной и тектонической эрозией. В коре с резко увеличенной мощностью идет выплавка гранитов из метаморфизованных осадочных имагматических пород. Так образовались крупнейшие батолиты, например Зерендинский и Ангаро-Витимский.

Вопрос 71

Плюм - узкий, поднимающийся в твердом состоянии поток в мантии.

Считается, что его диаметр порядка 100 км и образуется плюм в горячем граничном слое с низкой вязкостью, расположенном непосредственно надсейсмическим разделом 660 км или около границы ядро-мантия на глубине 2900 км.

Плюмы относительно стабильны во времени. Современные плюмы имеют возраст до 100-150 млн. лет. Поднимающееся вещество вызывает плавление вышележащей мантии и поэтому сопровождается на поверхности Земли активным вулканизмом в так называемых горячих точках

Определение

Понятие плюм было заимствовано геологами из гидродинамики, где так называют поток одной жидкости в другой. 

Основные положения теории плюмов

В 1963 году Вилсон (Wilson) первым выдвинул идею, что Гавайские острова образовались в результате движения океанической литосферы над стационарной "горячей точкой". В 1971 году Морган (Morgan) предположил, что горячие точки возникают за счет вертикальных потоков в мантии - плюмов.

Для теории тектоники плит очень ценной оказалась одна особенность горячих точек - их неподвижность. Это позволило найти точки отсчета для непрерывно перемещающихся плит и определить не только относительные, но и абсолютные их перемещения.

Из концепции плюмов следует несколько предсказаний:

• это узкие вертикальные сейсмические аномалии, трассируемые сквозь всё мантию

• высокие температуры мантии в плюме и производимой им магмы

• относительная неподвижность горячих точек

В дальнейшем теория плюмов и горячих точек несколько отделилась от классической тектоники плит и стала применяться для объяснения чуть ли не всех внутриплитных тектонических и магматических процессов, в то время как тектоника плит использовалась для описания процессов на границах плит.

Затем последовали многочисленные исследования внутриплитного магматизма и концепция плюмов нашла широкое применение. Плюмами стали объяснятькрупнейшие магматические провинции, вулканические континентальные окраины, океанические плато, разбросанные по океанической коре подводные горы (симаунты) и цепочки океанических островов.