ГЕОТЕКТОНИКА, 2008, № 1, с. 77-96
УДК 551.24/551.11
ТЕКТОНИКА И МАГМАТИЗМ ВНУТРИПЛИТНЫХ ОКЕАНИЧЕСКИХ ПОДНЯТИЙ И ГИПОТЕЗА "ГОРЯЧИХ ТОЧЕК"
© 2008 г. А. В. Артамонов, Б. П. Золотарев
Геологический институт РАН, 119017, Москва, Пыжевский пер., д. 7 Поступила в редакцию 25.05.2006 г.
В статье приведены краткие геолого-геохимические характеристики некоторых крупных внутри-плитных поднятий Индийского и Атлантического океанов - Восточно-Индийского, Маскаренско-го, Мальдивского, Китового хребтов и плато Кергелен. Наиболее часто образование этих, как и многих других, внутриплатных структур (хребтов, плато, островов) связывают с действием долго-живущих стационарных глубинных мантийных плюмов. В настоящее время данная гипотеза доминирует, однако получаемые новые разнообразные геолого-геофизические и геохимические факты становится все труднее соотносить с ее постулатами. Рассматриваемые в статье поднятия обладают рядом общих черт в своем строении, а также особенностями магматизма, которые в рамках гипотезы горячих точек объясняются разномасштабным на отдельных этапах формирования взаимодействием вещества плюма с верхнемантийным деплетированным источником. Подобный подход недостаточно убедительно объясняет некоторые наблюдаемые факты, такие как блоковая морфология поднятий, вариации состава базальтов, слагающих фундамент рассматриваемых структур и др. Возможным альтернативным механизмом для формирования данных структур предлагается рассматривать развитие крупных разломных зон на консолидированной океанической коре, которые, достигая определенных глубинных уровней, инициируют плавление и подъем к поверхности верхнемантийного вещества. Существенное влияние на процессы плавления может оказывать наличие глубинных и (или) астеносферных флюидных потоков. Имеющиеся различия в составах базальтов из разных сегментов поднятий могут быть связаны с вертикальной и латеральной неоднородностью верхней мантии.
ВВЕДЕНИЕ
Внутриплитные поднятия являются одним из важнейших и масштабных структурных элементов дна Мирового океана. К ним относятся асей-смичные хребты, подводные плато, архипелаги и отдельные острова, гайоты и симаунты.
К настоящему времени в сознании многих исследователей укоренились представления об универсальном механизме образования большинства наиболее крупных (в особенности, линейно-вытянутых) структур такого рода, в основе которого лежит идея существования глубинных стационарных мантийных плюмов (или горячих точек) и их взаимодействия с движущейся литосферной плитой. Возникать они могут при плавлении вещества над локальными источниками тепла и подниматься за счет разности плотностей вещества такого плюма и окружающего массива [8].
Впервые идея о "горячих точках" прозвучала в начале 60-х гг. прошлого века как возможный механизм образования Гавайско-Императорской цепи подводных вулканических поднятий [87]. Ее появление было предопределено, так как для набирающей в то время силу гипотезы о тектонике лито-сферных плит был необходим механизм, объясняющий существование внутриплитного магматизма. Объяснение наличия и особенностей магматизма
на дивергентных и конвергентных границах плит было уже предложено. Таким образом, предположение о "горячих точках" быстро заняло одно из определяющих мест в предлагаемой гипотезе.
Однако необходимо признать, что это элегантное предположение было обусловлено в первую очередь постулатами тектоники плит, а не имеющимися эмпирическими фактами. По существу лишь наблюдаемое закономерное изменение возраста вулканитов, слагающих Гавайско-Императорскую цепь подводных поднятий, было основным фактом, на котором построено "здание" данного предположения. Эта гипотеза очень быстро стала использоваться для объяснения формирования любых внутриплитных поднятий в океане, будь то асейсмичный хребет, вулканическое подводное плато, отдельный остров или архипелаг островов. Образование некоторых поднятий на срединно-океанических хребтах также принято связывать с действием глубинных мантийных потоков (Исландия). Справедливости ради, необходимо отметить, что для ряда линейно-вытянутых океанических поднятий также наблюдается закономерное изменение возраста вулканитов вдоль их простирания. В настоящее время проявления внутриплитного магматизма на континентах, такие как трапповые формации, также
связывают с глубинными мантийными плюмами. Количество выделяемых в Мировом океане и на континентах мантийных плюмов у разных авторов различно - от 20 по данным Дж. Моргана [72], до 47 по данным Л.П. Зоненшайна и М.И. Кузьмина [12].
За эти годы были определены основные положения гипотезы, как то: 1) очень большая глубина образования мантийных плюмов, ответственных за внутриплитный магматизм; 2) стационарность и 3) весьма значительная длительность их существования и функционирования. При этом, исходными причинами для обоснования того или иного положения, при более детальном его рассмотрении, продолжали оставаться постулаты тектоники плит, а не наблюдаемые факты.
Относительно глубин зарождения плюмов высказываются различные предположения. Наиболее часто указывается уровень границы ядро -нижняя мантия на глубине около 2900 км. Считается, что здесь могут возникать все необходимые условия для возникновения плюмов. При взаимодействии летучих компонентов внешнего ядра с веществом нижней мантии может происходить снижение температуры плавления последней, что приводит к образованию плюмов [8]. Однако часть мантийных плюмов может подниматься и с меньших глубин. Чаще всего в этой связи говорится о границе верхней и нижней мантии на глубине около 670 км. На этой глубине может происходить как формирование новых плюмов, так и остановка или модификация плюмов, образованных на границе ядро-мантия.
Анализ накопленного геологического, геофизического, геохимического материала по внутри-плитным поднятиям Мирового океана (островам, хребтам, плато) позволяет усомниться в универсальности предлагаемого механизма их формирования. В ряде работ разных авторов, так или иначе затрагивающих вопросы внутриплитного магматизма различных регионов Мирового океана, отмечаются факты, трудно соотносимые с основными постулатами гипотезы о "горячих точках".
Подобные факты имеют место, в частности, на Канарских островах и островах Зеленого Мыса в Атлантическом океане. Здесь не наблюдается последовательного изменения возраста вулканитов вдоль простирания архипелагов. Анализ данных об абсолютном возрасте магматических пород Канарского архипелага, состоящего из 7 главных островов и вытянутого по широте на 500 км, показал, что магматическая активность началась практически на всех островах около 16 млн. лет назад (средний миоцен). На всех островах развиты также и наиболее молодые, поздне-миоцен-плиоцен-четвертичные, комплексы. Геологические наблюдения и данные абсолютной гео-
хронологии указывают на сходную картину для района островов Зеленого Мыса [20].
Комплексные исследования архипелага островов Зеленого Мыса показали, что происходившие здесь разнообразные тектонические и вулканические процессы могут быть связаны с действием горячей точки только с большими оговорками. Более вероятно, что формирование островов Зеленого Мыса является результатом взаимодействия вещества разномасштабных и разноглубинных неоднородностей, существовавших в условиях высокой подвижности литосферы и мантии. Выплавление магм архипелага осуществлялось на глубинах 75-100 км в условиях повышенного потенциала летучих компонентов С02 и Н20 [33].
В Атлантическом океане, помимо архипелагов островов с недостаточно четко выраженной линейной ориентировкой существуют и протяженные линейные подводные вулканические гряды -Новая Англия, Камерунская линия и Китовый хребет. Как отмечает А.А. Пейве [25], ни в одной из этих вулканических цепей не наблюдается четкого возрастного смещения вулканизма, постулируемого моделью горячей точки. Он предлагает связывать образование линейных зон внутриплитного вулканизма с подъемом мантийного материала по линейным ослабленным зонам. Таким образом, линейные вулканические цепи в восточной Атлантике - это не горячие точки, а горячие линии. В этой схеме предполагается не только вертикальный подъем разогретого глубинного материала, но и его латеральное перемещение в виде линейно-ориентированных потоков.
Противоречия между теоретическими построениями и результатами исследований появляются и в отношении тезиса о стационарности мантийных плюмов на протяжении десятков миллионов лет. Несмотря на эталонность Гавайско-Импера-торской цепи вулканических поднятий как следа движения Тихоокеанской плиты над горячей точкой существуют серьезные сомнения в ее стационарности. Проведенные в ходе 145 и 197 рейсов ОБР определения возраста базальтов из скважин, пробуренных в пределах Императорского хребта на подводных горах Детройт, Нинтоку и Коко, и сопоставление их с палеомагнитными данными показали несовпадение палеоширот формирования этих вулканических гор с широтой расположения современных Гавайских островов (~19° с.ш.). Результаты исследования показали, что в позднем мелу Гавайская горячая точка располагалась существенно севернее и, более того, двигалась в южном направлении со скоростью, сопоставимой со скоростью движения литосферной плиты [78]. Признаки латерального перемещения плюмов отмечаются и в Атлантике [25].
Определенные сложности возникают при сопоставлении в пространстве внутриплитных вул-
канических построек с данными сейсмической томографии для различных глубинных уровней. Далеко не все горячие точки пространственно совпадают с низкоскоростными зонами на глубинах менее 700 км, но, при этом, такого рода зоны фиксируются в нижней мантии (острова Зеленого Мыса и Канарские острова). В то же время, под архипелагом Азорских островов низкоскоростная аномалия на больших глубинах не выявлена. В целом, устойчивой картины непрерывного вертикального глубинного потока разогретого вещества, фиксируемого данным методом, не наблюдается практически нигде. Лишь в отдельных случаях (например, Исландия) наблюдаемая сей-смо-томографическая картина близка к модельным построениям [7, 25].
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.