Образец типовой учебной программы от 23

Основные положения тектоники плит.
Тектоника литосферных плит базируется на 6 предпосылках:
1 – разделение верхней части твёрдой Земли на две оболочки – жесткую и хрупкую литосферу и более пластичную и подвижную астеносферу;
2 – литосфера подразделена на ограниченное число плит (в настоящее время – семь крупных и семь малых);
3 – принимается три рода перемещений и соответственно границ между плитами: дивергентные (конструктивные) границы, вдоль которых происходит раздвижение плит или спрединг; конвергентные (деструктивные) границы, на которых идёт сближение плит, обычно выражающееся поддвигом одной плиты под другую (если океанская плита подвигается под континентальную – субдукция, а наоборот – обдукция, а если сталкиваются две континентальные плиты с поддвиганием одной под другую – коллизия); трансформные границы, вдоль которых происходит горизонтальное перемещение одной плиты относительно другой по плоскости трансформного разлома.
4 – при своих перемещениях плиты подчиняются законам сферической геометрии (в соответствии с теоремой Эйлера), согласно которым любое перемещение двух сопряжённых точек по сфере совершается вдоль окружности, проведённой относительно оси, проходящей через центр Земли с выходом этой оси на земной поверхности, называемым полюсом вращения или раскрытия (рис. 4);
5 – объём поглощаемой в зонах субдукции океанской коры равен объёму коры, нарождающейся в зонах спрединга, что обеспечивает постоянство радиуса Земли;
6 – основная причина движения плит объясняется мантийной конвекцией с наличием определённого количества ячей с восходящими (в зонах спрединга) и нисходящими (в зонах субдукции) ветвями.

Рис. 3.27 Движение литосферных плит по поверхности сферы
(по К.Ле Пишону и др., 1973).
Э – «эйлеров полюс»; α – угол вращения, соответствующий перемещению точек А и В. Трансформные разломы дают направление «эйлеровых широт».


3.8. Гипотеза плюмов и горячих полей
Мантийные плюмы (или просто плюмы) представляют собой сравнительно узкие колонны разогретого вещества, поднимающиеся из глубоких слоев мантии. Плюмы, скорее всего, зарождаются на глубине не менее 700 км (Сейферт, 1991). По некоторым оценкам диаметр их составляет от 100 до 240 км, а скорость подъема 2 м/год. Плюмы порождают купола диаметром до 1000 км, центральные участки которых возвышаются на 1-2 км над окружающей местностью.
Горячие точки определяются как участки земной поверхности с необычно высокой вулканической активностью в настоящее время или проявлявшейся в прошлом. Иногда под горячей точкой понимают участок внутри мантии, температура которого выше средней температуры на этой глубине. Есть и такие геологи, которые используют термины горячая точка и плюм как синонимы. Существование горячей точки устанавливается непосредственно из наблюдений за вулканической активностью рассматриваемой области, тогда как вывод о существовании плюмов - результат интерпретации, и прямое наблюдение недоступно.
Плюмы встречаются как внутри плит, так и на дивергентных (раздвигающихся) границах между плитами. Примером внутриплитного расположения в океанической области служит плюм под островом Гавайи. Плюм этого типа порождает внутриплитную горячую точку, или горячую точку гавайского типа. Примером плюма, расположенного на дивергентной границе плит, является плюм под Исландией. Плюмы такого типа порождают срединно-океанические горячие точки или горячие точки исландского типа.
Причины поднятия плюмов. Плюмы поднимаются из глубоких слоев мантии, так как их ве¬щество легче окружающих пород, а вязкость этих пород достаточно мала, чтобы в мантии стал возможным режим течения. Они ведут себя как пластическое твердое тело (возможно, частично расплавленное) и поднимаются подобно соляным диапирам. Вязкость вещества мантии в плюмах порядка 1019 пуаз. Поднимаясь, вещество плюма подвергается внутренним деформациям, что порождает очень характерную структуру. Для ксенолитов мантии в вулканических породах, излившихся в горячих точках, типична деформационная структура, которая вызвана пластическим течением при подъеме мантийного диапира (плюма).
Уменьшение давления в веществе плюма приводит к росту содержания в нем расплава, что в еще большей степени способствует подъему плюма. Этим же объясняется повышенная вулканическая активность в районах горячих точек, в основе которой лежит механизм дифференциации вещества плюма: более легкая расплавленная фаза отделяется от твердого остатка.
В жидком внешнем ядре и в мантии происходит конвекция вещества и образуется сложная система конвекционных потоков.
По данным Н.Л.Добрецова и А.Г.Кирдяшкина (1994), различают два типа моделей тепловой гравитационной конвекции. Согласно первому, предполагается конвекция по всей толщине мантии от литосферы (30-100 км) до границы между ядром и мантией (2890 км). В другом типе предполагается, что конвекция происходит в двух слоях (в верхней и нижней мантии) и на границе их раздела отсутствует существенный массоперенос.
Мантийные плюмы, по мнению Н.Л.Добрецова и А.Г.Кирдяшкина, могут зарождаться на трех уровнях: в верхней мантии, в частности при плавлении субдуцировавшей плиты; на границе верхней и нижней мантии на глубине 670 км; на границе нижняя мантия - ядро. Природа этих плюмов может быть либо чисто тепловая (при плавлении окружающего субстрата), либо чисто химическая (при различии в плотности между веществом плюма и окружающим массивом), либо совместно и тепловая, и химическая (при частичном плавлении окружающего вещества).
Наиболее ярким проявлением горячей точки поверхности Земли можно считать Гавайские острова, представляющие с современными извержениями вулканов завершающее звено Гавайской и Императорской цепи, в которой извержения вулканов удревняются по возрасту от 0 до 42 млн. лет в Гавайской и от 43 до 70 млн. лет в Императорской. Эти цепи вулканических островов с закономерно изменяющимся возрастом однозначно трактуются как след движения Тихоокеанской плиты над Гавайской горячей точкой, существующей уже более 70 млн. лет.
Другим важным примером проявления мантийных плюмов являются кимберлитовые поля.
Продолжительность активности современных и существующих в мезозое плюмов составляет от 15 до 90 млн. лет. Например, возраст кимберлитовых полей в Южной Африке, отражающих, вероятно, след движения Африканской плиты над двумя горячими точками, датируется 200-110 и 100-70 млн. лет. Во временном и пространственном расположении горячих точек в течение мезозоя наблюдаются определенные закономерности и аналогии с поведением солнечных пятен: горячие точки локализованы в средних широтах 40±15° на Земле и 30±10° на Солнце; новые горячие точки появляются в высоких широтах в обоих полушариях и мигрируют по направлению к экватору, после чего начинается новый цикл и сильно меняется магнитное поле. На Земле продолжительность такого цикла 90 или 180 млн. лет, на Солнце - 11 лет. Короткие периоды и более правильное распределение пятен на Солнце - не единственное отличие глубинной циркуляции на Земле и на Солнце, определяемое различием вещества газообразного Солнца и высоковязкой мантии Земли, хотя многие подобия просто поразительны. Возникновение солнечных пятен и их миграция к экватору во многом определяются силами Кориолиса, наибольшими в высоких широтах и исчезающими на экваторе. Если исходить из аналогии с солнечными пятнами, то проявление сил Кориолиса возможно в относительно маловязком жидком ядре. Это, в свою очередь, указывает на то, что областью возникновения горячих точек может быть граница ядро - мантия Земли.
Плюмы и многослойная или единая конвекция в мантии являются не альтернативными, а сочетаются в разной степени в различные периоды жизни Земли, причем регулятором может выступать интенсивность мантийных плюмов: в период их максимальной интенсивности (например, в период мелового "суперплюма"), по выражению Р.Ларсона, преобладает общая конвекция, в период их минимума более отчетливо проявляется многослойная конвекция, и в целом конвекция в Земле является неустойчивой, нестационарной.
По мнению Н.Л.Добрецова и А.Г.Кирдяшкина, вероятным важнейшим регулятором внутренних движений в Земле, во всяком случае, в течение последних 2 млрд. лет ее истории, становятся периодические мантийные плюмы, возникающие на границе ядро - нижняя мантия. Их отделение от ядра в процессе конвекции и накопление в слое D может рождать гравитационную неустойчивость, т.е. отрыв струй и капель малоплотного вещества, обогащенного флюидом. В любом случае мантийные плюмы, рожденные на границе ядро - мантия и, вероятно, обогащенные
водородом, останавливаются или модифицируются на границе верхняя — нижняя мантия (около 670 км).