ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 3860
Скачиваний: 5
водородом, останавливаются или модифицируются на границе верхняя — нижняя мантия (около 670 км).
Геологические проявления мантийных плюмов.
Как указывалось, различают три возможных типа плюмов: пришедшие от границы ядро - мантия с глубины 2900 км, от границы верхняя -нижняя мантия с глубины 660 км и от границы субдуктируемой плиты в тыловой части зон субдукции с глубин 100-300 км. Эти плюмы имеют разные масштабы процесса, прежде всего длину и время своего подъема. Время подъема для нижне- и верхнемантийных тепловых плюмов 0,5-5 млн. лет. Столь малое время подъема, возможно, является предельным; при более сложных условиях плавления оно может быть и больше. Но именно малое время может объяснить кажущуюся неподвижность горячей точки и независимость движения плюмов относительно движущихся литосферных плит. Периодичность мантийных инверсий и геологических процессов, связанная с мантийными плюмами порядка 30 или 15 млн. лет, также свидетельствует в пользу короткого времени (менее 5 млн. лет) подъема мантийных плюмов. Независимый анализ проявления важнейших геологических событий за последние 250 млн. лет выявил главную периодичность в 26,6 млн. лет, что с учетом погрешности можно принять равной 30 млн. лет. Связь интенсивности мантийных плюмов с инверсией мантийного поля, а также аналогия в возникновении и периодической миграции к экватору солнечных пятен и "горячих точек" Земли свидетельствуют в пользу зарождения большинства горячих точек на границе ядро – мантия.
Основной рисунок складчатых поясов составляют фрагменты субдукционно-аккреционных и аккреционно-коллизионных комплексов, которые цементируют блоки кратонов, микроконтинентов и зрелых островных дуг. В свою очередь, пояса пронизаны коллизионными и постколлизионными гранитами и перекрыты крупными постколлизионными осадочными бассейнами, такими, как Западно-Сибирский. Аналогично этому, крупные кратоны покрыты осадочным чехлом, в том числе в форме крупных осадочных бассейнов, и разбиты молодыми и древними (авлакогенными) рифтами.
В этой исключительно сложной структуре уже давно удалось подметить закономерную повторяемость основных элементов (структурно-формационных комплексов) в пространстве и во времени. В "геосинклинальной" терминологии эти комплексы относятся к начальной, ранней, средней, поздней и завершающей стадиям эволюции геосинклинали или складчатого пояса. Уже давно эти стадии помогли систематизировать позицию рудных месторождений (Ю.А.Билибин, 1955). Хотя трактовка названных стадий с точки зрения тектоники плит существенно изменилась, само деление на стадии и большинство относимых к ним комплексов сохранило свое значение. Попытаемся дать новую трактовку этим стадиям с учетом проведенного моделирования.
Начальную стадию, сравниваемую с первой стадией геосинклинального развития, следует понимать как стадию раздвижения континентов и открытия океанов. Эта стадия в настоящее время наблюдается в Красном море, Аденском заливе и прилегающей части Индийского океана, а также в Северной Атлантике (особенно к сейеру от Исландии). Основные процессы, этой стадий периокеанический рифтинг, спрединг в океанических желобах краёв континента и формирование пассивной окраины с мощными карбонатно-терригенными толщами, переходящими в глубоководные осадки. Реликты океанических офиолитов (ранней океанической коры и глубоко¬водных осадков океанов) могут сохраниться в субдукционных комплексах. Но лучше сохраняются осадки и структуры оперяющих рифтов на континентах.
Ранняя стадия (раннеорогенная по геосинклинальной теории) характеризуется образовани¬ем хотя бы с одной стороны сформировавшегося океана зон субдукции, сначала в виде островных дуг, которые могут смениться затем обстановкой активной континентальной окраины. Образование зон субдукции означает, что раздвижение континентов замедлилось, или остановилось, частично сменилось на другой вектор движения, а спрединг и движение океанических плит продолжается. В эту стадию образуются и затем сохраняются фрагменты офиолитов (чаще офиолиты ок¬раинных морей, или надсубдукционные), островных дуг, субдукционно-аккреционные комплексы, осадочные террейны окраинных морей и пассивных окраин. Отличие последних от осадочных формаций предыдущей стадии может быть затруднительным. Наряду с формированием субдукционных зон, на другой окраине могут продолжать формироваться осадки пассивных окраин и оперяющих рифтов.
Поздняя (постколлизионная) стадия (собственно орогенная) начинается массовым внедрением позднеколлизионных гранитов и формированием гранито-гнейсовых куполов и сопровождается формированием континентальных, часто вулканогенных молассовых прогибов. Граница ее с предыдущей стадией не всегда отчетливая. Например, для герцинской стадии Палеоазиатского океана она охватывает средний карбон-пермь (300-240 млн. лет), местами продолжается до раннего триаса, а в ордовике выражена менее отчетливо.
Наконец, заключительная стадия характеризуется отсутствием вулканизма (проявлением только даек) или появлением ареалов щелочного или бимодального базальт-щелочного вулканизма, связанного с горячими точками. В это время формируются крупные постколлизионные бассейны озерного или мелководного морского происхождения, наложенные на предыдущие молассы, вулканические прогибы и рифты, такие, как Западно-Сибирский или Джунгарский, Таримский бассейны, содержащие крупные резервуары нефти и газа. Главная стадия формирования названных бассейнов охватывает юру-мел, т.е. около 150 млн. лет, но фактически продолжается до настоящего времени (более 200 млн. лет). На древних платформах известны и более длительные периоды формирования таких бассейнов (Белт, Аделаида в Австралии - более 400 млн.лет; рифейские бассейны Сибирской платформы - более 300 млн. лет) (Зоненшайн, Кузьмин, 1993).
Подобная последовательность стадий характерна для относительно молодых поясов, начиная с рубежа 1800-2000 млн. лет. Более древние пояса обнаруживают специфичность в своем развитии. Длительность отдельных процессов может быть различной. Длительный процесс продолжительностью до сотен миллионов лет характеризует формирование осадочных бассейнов, метаморфизм погребения, островодужный магматизм, а также коллизионные стадии горообразования и метаморфизма (при эрозионной модели подъема). Быстрые процессы (длительностью первые миллионы до десяти млн. лет) включают нормальную коллизию и метаморфизм прогрессивной и особенно регрессивной стадии, связанный с возможностью тектонической транспортировки блоков метаморфических пород.
Многочисленные оценки известны для формирования осадочных бассейнов и метаморфизма погребения под толщей накапливающихся осадков. Принимая среднюю скорость накопления осадков 0,005-0,01 см/год (Ревердатто и др., 1995) и вероятную мощность осадков 20 км, мы получим время погружения (максимальное время метаморфизма) 40-20 млн. лет (в среднем 30 млн. лет). Более длительное время означает перерывы в осадконакоплении или другие осложнения. Напротив, наличие стресса, приводящее к надвигам, может заметно сократить это время. "Мгновенное" (в геологическом смысле < 1 млн. лет) погружение под мощными надвигами и последующее медленное нагревание длительностью около 15-20 млн. лет в целом дают 15-20 млн. лет для прогрессивной стадии зонального коллизионного метаморфизма. Такая же оценка времени будет, видимо, справедлива и для эволюционной кривой погружения и нагревания.
В последние годы обнаружены новые удивительные корреляции глобальных геологических событий, которые позволяют сделать вывод, что первопричиной всех периодических эндогенных явлений, коррелирующих с глобальными изменениями климата, действительно, может быть пульсационное отделение от границы ядро - мантия порций мантийных плюмов. Наиболее известен меловой "мегахрон", когда в интервале 124-84 млн. лет не было вообще инверсий магнитного поля, чему соответствует общий максимум мантийного магматизма; все это коррелируется с меловым длительным периодом теплого климата на Земле.
Происхождение плюмов. Среди гипотез, объясняющих происхождение мантийных плюмов, можно отметить гипотезы избыточного разогрева за счет концентрации теплогенерирующих элементов в мантии, удара крупного метеорита и повторной активизации восходящего потока вещества мантии на месте ранее существовавшего плюма.
Диагностические признаки плюмов. Ниже мы перечислим признаки, которые позволяют определить местоположение активного плюма.
1. Плюмы располагаются под районами современного вулканизма или вблизи них. Однако вулканическая активность связана также с зонами субдукции и авлакогенами; кроме того, она может иметь место на асейсмичном хребте (следе плюма) за тысячи километров от самого плюма.
2. Вулканические породы, образованные непосредственно над плюмом, представлены, как правило, толеитовыми базальтами. Для толеитов, образованных над плюмом в Исландии, харак¬ерно необычно низкое (47%) содержание SiO2 и довольно высокое (0,4%) содержание К2О.
3. Плюмы под срединно-океаническими хребтами дивергентных границ плит обычно при¬урочены к тем местам, где хребет существенно меняет направление своего простирания. Угол между двумя сегментами хребта, пересекающимися над плюмом, составляет 115-155°. Объясняется это тем, что разломы, развитые поверх плюмов, обычно пересекаются под этими углами,
именно они, по-видимому, направляли развитие срединно-океанических хребтов.
4. Авлакогены пересекаются с плюмами во время их зарождения. Поэтому плюм может находиться под хребтом рядом с пересечением авлакогена и континентальной окраины.
5. Возраст вулканов асейсмичных хребтов (следов плюма) последовательно увеличивается по мере удаления от плюма. Такая закономерность хорошо прослеживается на вулканах Гавайско-Императорской цепи подводных гор.
6. Над плюмами часто регистрируются обширные гравитационные максимумы.
7. Океаническая кора над плюмами толще, чем в других областях. Например, мощность коры в центральной Исландии равна примерно 14 км, тогда как типичная для океанической коры мощность (если не считать осадков) составляет около 6 км.
8. Геотермические градиенты над плюмами выше, чем в других областях. В определенном смысле это является как следствием, так и причиной повышенной вулканической активности над нлюмом. В Исландии температура в основании коры (на глубине 14 км) равна приблизительна 1000°С. Следовательно, средний геотермический градиент в этой области составляет 71°С/км, т.е. более чем вдвое превышает нормальную величину 30°С/км.
9. Плюмы часто находятся вблизи районов, где срединно-океанический хребет смещается с крупными трансформными разломами.
3.8. Концепция фиксизма
Против концепции тектоники плит выступают "фиксисты". Сторонники этой точки зрения считают, что взаимное расположение материков в течение всей геологической истории Земли сjхранялось неизменным, фиксированным. Согласно взглядам "фиксистов", океаны образовались на месте континентов в мезозойско-кайнозойский этап развития Земли. Эта концепция получила развитие в трудах российских ученых В.В.Белоусова, В.В.Тихомирова и др. (Судо, 1981).
Земля длительное время разогревалась внутренними радиоактивными источниками тепла на глубинах в несколько сотен километров. В результате частичного расплавления ультраосновных пород из верхней мантии выплавлялись базальты. Дальнейшая дифференциация базальтов приводила к обособлению в них кислого (гранитного) материала. Так сформировалась материковая кора, и уже в архейском акроне она покрывала весь земной шар.
На этой коре существовали лишь мелкие внутриконтинентальные морские бассейны. Океанов на поверхности Земли в то время еще не было. Возрастание радиоактивного разогрева приводило к появлению очагов полного расплавления ультраосновного вещества мантии. Ультраосновной и основной (базальтовый) расплавы устремлялись по разломам вверх. В области современных океанов они внедрялись, в земную кору и изливались на ее поверхности. При этом базальтовые породы превращались в эклогиты. Удельный вес их значительно возрастал. Вследствие этого утяжеленные глыбы земной коры вместе с внедрившимися тяжелыми ультраосновными интрузиями погружались обратно в мантию и растворялись в ней. Таким образом, часть кислого или среднего по-составу материала континентальной коры замещалась ультраосновным материалом мантии. Так формировалась кора нового типа. Этот процесс увеличения основности пород новой коры называют "базификацией" ("базиты" - синоним термина "основная порода"). Конечный результат базфикации, выраженный в образовании океана на месте материка, называется "океанизацией".
Процесс обновления коры, по мнению В.В. Белоусова, закончился в начале мелового перио¬да. Образование океанов и опускание их дна шло от периферии к оси. Например, восточная и западная окраины современного Атлантического океана были втянуты в опускание и достигли последней степени базификации раньше, чем его осевая зона. Здесь, в пределах Срединно-Атлантического хребта процесс базификации продолжается до сих пор. Предполагается, что именно с этим процессом связаны высокая сейсмичность, вулканизм и близость к поверхности ультраосновных интрузий. Считаете», что процесс базификации продвинулся дальше всего на срединных хребтах в пределах рифтовой долины. Они рассматриваются как зоны, опускающиеся под влияни¬ем отяжеляющих их интрузий из мантии.
Отвергая возможность горизонтальных перемещений материков, В.В. Белоусов предлагает вернуться к старой идее Гондваны и считать, что материки, входившие в последнюю, соединялись между собой в конце палеозоя и начале мезозоя временными полосами суши и мелкими морями. Впоследствии такие "мосты" опустились.
Описанная концепция критикуется "мобилистами". Так, П.Н. Кропоткин отмечает, что сколько бы ни добавляли в континентальную кору более плотного симатического материала, она не ста¬нет тяжелее плотных перидотитовых масс, которыми сложена мантия, и не сможет утонуть в подкоровом веществе.
По мнению П.Н. Кропоткина, опускание (без раздвигания материков в области Атлантичес¬кого и Индийского океанов), которое предполагает В.В. Белоусов, привело бы к перемещению вод океана во вновь образовавшиеся впадины. В этом случае уровень океана должен понизиться на 1 км, а это должно было вызвать огромную регрессию в течение мезозоя и кайнозоя. Но геологические данные показывают, что в это время наоборот (в сеномане и палеогене) были самые крупные трансгрессии.
Представления о том, что океаны возникли на месте былых платформ, широко распространились в 30 - 50-е годы XX в.
Известный немецкий тектонист Ганс Штилле выделял три основных типа структур - складчатые пояса, платформы и опустившиеся платформы. Академик А.Д. Архангельский рассматривал Тихий океан как опустившуюся платформу. И.А. Резанов, развивая эти представления, отмечает следующее. На континентах все геосинклинальные пояса с обеих сторон ограничены платформами. В океанах установлены такие же структуры. Например, в Индийском океане на Мадагаскаре, Сейшельских островах, Кергелене обнаружены древнейшие докембрийские образования (в частности, граниты). Часто они перекрыты меловыми и палеогеновыми базальтами, идентичными тем, которые вскрыты буровыми скважинами во втором слое океанической коры. Эти острова рассматриваются как обломки (реликты) континентов, существовавших ранее на месте океанов. Все это позволило И.А. Резанову отстаивать представление о том, что Индийский и Атлантический океаны возникли вследствие погружения докембрийской Гондваны. Сторонники "фиксизма" по-иному объясняют данные о возрасте пород дна океанов. В.В. Белоусов считает, что омоложение подошвы осадочного слоя по направлению к оси срединного хребта может быть объяснено тем, что осадки здесь фациально замещаются одновозрастными базальтовыми покровами "второго" слоя. В пользу этого в некоторой мере свидетельствуют результаты глубоководного бурения.