ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 85, № 7, с. 605-615
ИЗ РАБОЧЕЙ ТЕТРАДИ ИССЛЕДОВАТЕЛЯ
Б01: 10.7868/80869587315070087
Полвека назад были впервые сформулированы принципы теории тектоники литосферных плит, или плейт-тектоники. С тех пор теория существенно усложнилась, и обозначились тектонические процессы и явления, теорией не описываемые. Это относится к некоторым типам вертикальных движений, прежде всего к новейшим поднятиям, приведшим к образованию современных горных систем. Сопоставление геологических процессов (как описываемых плейт-тектонической теорией, так и не находящих объяснения) с данными сейсмической томографии мантии позволило наметить новую тектоническую модель, согласно которой источником наблюдаемых тектонических проявлений служат латеральные потоки верхнемантийного вещества, распространяющиеся от суперплю-мов — потоков вещества и энергии, восходящих из низов мантии. Эти латеральные потоки не только перемещают литосферные плиты, но и обусловливают структурно-вещественные преобразования литосферы и верхней подлитосферной мантии, приводящие к вертикальным движениям и горообразованию.
НА ПУТИ К ПОСТПЛЕЙТ-ТЕКТОНИКЕ
В.Г. Трифонов, С.Ю. Соколов
Основные положения плейт-тектоники как кинематической модели были сформулированы в трудах Дж. Уилсона, Ф. Вайна, Д. Мэтьюза, Б. Ай-зекса, Дж. Оливера, Л. Сайкса и других учёных. Согласно этой модели, литосферные плиты, охватывающие земную кору и самую верхнюю часть мантии, общей толщиной до 50 км под океанами и ~100 км под континентами перемещаются от зон спрединга вдоль трансформных разломов к зонам субдукции и коллизии, причём в зонах спре-динга литосфера наращивается глубинным магматическим материалом, а в зонах субдукции и кол-
Авторы работают в Геологическом институте РАН. ТРИФОНОВ Владимир Георгиевич — доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник. СОКОЛОВ Сергей Юрьевич — кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник. trifonov@ginras.ru; sysokolov@yandex.ru
лизии прирост литосферы компенсируется её погружением в нижележащую мантию; движение плит описывается их вращением относительно полюсов Эйлера.
Предпринимались попытки найти источники движения плит в самом плейт-тектоническом механизме, обсуждались растягивающее воздействие нагнетания магматического материала в зонах спрединга и затягивающее воздействие субду-цируемых частей плит. Однако О.Г. Сорохтин [1] показал, что они имеют лишь локальное значение и не могут обеспечить движение плит в целом. Д. Форсайт и С. Уеда предложили в качестве общего источника движения механизм общемантийной тепловой конвекции, а Е.В. Артюшков и О.Г. Сорохтин аргументировали большую эффективность химико-плотностной конвекции, связанной с дифференциацией мантии и пополнением внешнего ядра её железистыми компонентами.
Может быть, важнейшим достижением плейт-тектоники стало объединение усилий геологов, геофизиков и геохимиков для решения общих задач, что существенно продвинуло как их взаимопонимание, так и познание тектонических процессов. Вместе с тем наращивание знаний потребовало усложнения первоначальной плейт-тектонической модели. Одним из предметов дискуссии были и остаются параметры мантийной конвекции как источника движения плит. По сейсмологическим данным был выделен переходный слой между верхней и нижней мантией. Скачки скоростей сейсмических волн на его верх-
Рис. 1. Диффузные границы плит (подвижные пояса) Евразии
Пояса: I — Притихоокеанский, II — Альпийско-Гималай-ский, III — Алтайско-Становой, IV — Момско-Черский. Показаны крупнейшие активные разломы
ней (~410 км) и нижней (~670—680 км) границах столь велики, что могут происходить лишь при фазовых минеральных преобразованиях мантийного вещества. Эти экзо- и эндотермические переходы при некоторых задаваемых параметрах системы делают общемантийную тепловую конвекцию невозможной, что отвечает представлениям об отсутствии существенного обмена веществом между нижней и верхней мантией [2, 3]. Однако О.Г. Сорохтин [1] привёл убедительные соображения в пользу общемантийной химико-тепловой плотностной конвекции. Исходя из предположения о полном обращении вещества мантии в течение тектонического цикла, он пришёл к выводу о достаточно высоких скоростях конвективных течений, при которых минеральные преобразования не прерывают их и проявляются лишь в поднятии или погружении границ переходного слоя на величину до 20 км. Сейчас наиболее весомыми выглядят доводы в пользу сочетания и комбинированного воздействия на литосферу общемантийной и верхнемантийной конвекции [4].
В первоначальных вариантах плейт-тектони-ческой теории предполагалось, что зоны спре-динга представляют собой восходящие ветви мантийной конвекции, а зоны субдукции — её нисходящие ветви, выраженные до глубин ~650 км мантийными сейсмофокальными зонами. Такое представление укрепилось, когда К. Кри-гер и Т. Джордан проследили геофизические аномалии, связываемые с субдуцируемыми слэбами,
ниже переходного слоя до глубин ~900 км. Сей-смотомографические исследования подтвердили, что некоторые слэбы проникают в нижнюю мантию, но это далеко не повсеместно [5, 6]. Стало очевидно, что зоны спрединга не могут быть прямым отражением восходящих ветвей конвекции. Это наглядно демонстрирует пример Африканской плиты. Обрамляющие её с запада и востока зоны спрединга местами параллельны. Поскольку в ходе их развития происходит наращивание Африканской плиты, а компенсирующие области поглощения литосферного вещества внутри плиты отсутствуют, расстояние между зонами спре-динга увеличивается, то есть либо одна из них, либо обе изменяют своё положение на сфере и, соответственно, относительно восходящих ветвей конвекции. В итоге было признано, что о согласованности движения литосферных плит, положения зон спрединга и субдукции ветвям мантийной конвекции можно говорить лишь в самом общем виде, полного соответствия между ними нет.
Два других несоответствия первоначальному варианту плейт-тектонической теории обнаружились по мере накопления геологических данных. Речь идёт о тектонической расслоенности литосферы и неопределённости границ плит.
Термин "тектоническая расслоенность литосферы" примерно соответствует англоязычному понятию "detachment tectonics". Это различия напряжённо-деформированного состояния и одновременно развивающихся структур в разных слоях литосферы, приводящие к их срыву и латеральному перемещению друг относительно друга. Идею тектонической расслоенности впервые высказал А.В. Пейве в 1967 г. Развивая её, он писал: "Материал отдельных частей тектоносферы в латеральном направлении перемещается дифференцированно, то есть с разной скоростью. И если считать, что главной зоной тектонического течения и перемещения материала является астеносферный слой верхней мантии, то не с меньшим основанием можно признать также большую роль дифференцированных латеральных перемещений масс как по основанию коры, так и внутри неё" [7, с. 7]. Дальнейшее развитие концепции тектонической расслоенности литосферы приоритетно осуществлялось российскими учёными в направлениях исследований как древней, так и новейшей тектоники и нашло наиболее полное отражение в трудах Геологического института РАН [8]. Было показано, что по отношению к верхнекоровому слою нижележащая часть коры играет в отдельных регионах ту же роль подвижного и сравнительно пластичного субстрата, как и астеносфера по отношению к литосфере в целом [9]. Л.И. Лоб-ковский [10] предложил модель двухъярусной плейт-тектоники, согласно которой она реализуется в подвижных поясах более или менее незави-
30° 40° 50° 60° 70° 80° 90° 100° 110°
Рис. 2. Альпийско-Гималайский орогенический пояс
I — возвышенности 1000—3000 м; II — горы и нагорья выше 3000 м; III—V — крупные активные разломы: III — сдвиги, IV — надвиги и взбросы, V — сбросы. Крупнейшие системы правых сдвигов: 1 — от Таласо-Ферганского разлома до разломов Сагаинг и Красной реки, 2 — Северо-Анатолийская и Главного современного разлома Загроса. Крупнейшие системы левых сдвигов: 3 — Левантско-Восточно-Анатолийская, 4 — Чаманско-Дарвазская, 5 — Алтынтагская, 6 — Кунлунь-Юннаньская
симо на коровом и мантийном уровнях. Для таких поясов двухъярусная плейт-тектоника явилась лучшим приближением к действительности по сравнению с постулатом монолитности плит, но и она не объясняет всей сложности тектонического расслоения вблизи границ плит.
Обнаружилась диффузность, то есть рассредо-точенность современных границ некоторых плит в пределах широких поясов [11]. На рисунке 1 показан подвижный пояс (I) западных обрамлений Тихого океана, продолжающийся активными структурами запада Северо-Американского континента. Это область взаимодействия Тихоокеанской плиты с Евразийской и Северо-Аме-риканской. Северная часть пояса разнородна, её калифорнийский сегмент, совпадающий с зоной разлома Сан-Андреас, является трансформным, а северный и северо-западный сегменты, образованные Алеутской, Курило-Камчатской и Японской островодужными системами, сформировались в условиях субдукции. В трансформной части зона разлома Сан-Андреас является верхнекоровой границей плит и прослеживается лишь до глубины ~20 км. Глубже находится поверхность срыва, ниже которой Тихоокеанская плита продолжается к востоку на 200—300 км. Там глубинной границей плит может быть погребённая система рифтовых и трансформных зон, сходная со структурой Калифорнийского залива и выраженная геофизическими аномалиями, проявлениями вулканизма и
второстепенными нарушениями верхнекорового слоя [8].
Субдукционные границы Тихоокеанской плиты принято проводить по преддуговым желобам. Однако возникают затруднения с проведением границы Северо-Американской и Евразийской плит, которая прерывается в пределах Притихо-океанского подвижного пояса. Были предложены два объяснения этой проблемы: между главными плитами находится Охотоморская малая плита; область, выделяемая как Охотоморская малая плита, является частью Северо-Американской плиты. А. И. Кожурин [12] доказал, что оба эти объяснения противоречат существующим геологическим данным и что грани
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.