ГЕОТЕКТОНИКА, 2007, № 4, с. 30-47
УДК 552.3(263)
ЛИНЕЙНЫЕ ВУЛКАНИЧЕСКИЕ ПОДНЯТИЯ В ОКЕАНАХ -ВОЗМОЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ
© 2007 г. А. А. Пейве
Геологический институт РАН, 119017 г. Москва, Пыжевский пер., 7 Поступила в редакцию 15.08.2006 г.
В статье рассматриваются различные представления о механизмах образования линейных вулканических поднятий в океанах. Особое внимание уделено тектоническим процессам в литосфере. Непараллельность вулканических цепей, а также незакономерное изменение возраста вулканизма могут быть обусловлены формированием сигмоидальных трещин, возникающих в определенном поле напряжений. Размер вулканической цепи, ее протяженность и интенсивность вулканизма также могут определяться тектоническим напряжением. В то же время приходится принимать и некоторые допущения. Например, для объяснения малоглубинности магматизма необходимо допустить, что мантийный материал астеносферы находится вблизи точки плавления, хотя и может сильно варьировать по степени обогащенности и температурам солидуса. И, следовательно, незначительные изменения температуры или содержания летучих и просто состава могут вызвать большие объемы выплавок.
Показано, что из-за ротационной компоненты, возникающей при вращении Земли, возникают дополнительные смещения плит относительно подстилающей мантии. При наличии в мантии фрагмента неистощенного материала, по отношению к плите, данная неоднородность будет относительно стационарной. При ее плавлении на поверхности может образоваться вулканическое поднятие. Глобальное поле напряжений, определяемое особенностями границ плит и внутриплитным фактором, контролирует распределение полей напряжений, которое определяет формирование вулканических цепей.
Сделан вывод, что имеющиеся в настоящее время данные о временной последовательности и характере проявления линейной вулканической активности в пределах океанических плит не позволяют предложить какую-либо одну модель, объясняющую их образование. В настоящее время наиболее универсальной можно считать гипотезу образования линейных вулканических линий, основанную на малоглубинных тектонических процессах. Локализация и механизм образования таких поднятий определяется не температурой, а полем напряжений в литосфере, термальным сжатием и расширением, особенностями структуры плиты, динамикой расплавов или присутствием неистощенного материала в мантии. Объем вулканизма зависит от степени неистощенности исходного мантийного материала, присутствия летучих компонент, мощности плиты и в меньшей степени температуры. В то же время происхождение ряда крупных вулканических поднятий, например, таких как Гавайи, Исландия и ряд других, менее противоречиво может быть объяснено исходя из классической плю-мовой модели. Таким образом, как нам представляется, процессы формирования линейных вулканических поднятий являются полигенными: они могут образовываться в результате сочетания самых разных геодинамических условий. Их дальнейшее более углубленное изучение приведет к появлению все новых геодинамических моделей.
ВВЕДЕНИЕ
Одними из наиболее распространенных структур океанического дна являются вулканические поднятия различного возраста, формы, размера и простирания. Как правило, они сложены вулканитами, имеющими геохимический и изотопный составы, отличные от базальтов, формирующих океаническую кору в пределах срединно-океани-ческих хребтов. Большинство таких вулканических построек трассируется в виде цепочек подводных гор, островов или хребтов линейной формы на значительное расстояние. Их происхождение долгое время объяснялось исходя исключительно из предложенной в 1971 г. В. Морганом концепции горя-
чих точек или плюмов [49]. Модель целиком базировалась на плейттектонических построениях, которые начали активно развиваться в 60-е гг. Это касалось представлений о жесткости и однородности плит, устойчивости их границ, однородной и латерально изотермичной мантии и постоянных кинематических условиях спрединга и суб-дукции. Согласно В. Моргану плюмы являются главной движущей силой конвекции, выполняя функцию перемещения плит и обеспечивая спре-динг океанической коры. Считалось, что они поставляют большую часть тепла к поверхности Земли и вносят значительный вклад в тепловой поток. Вертикальная составляющая более разогретых (на 200-600°С) менее плотных и более по-
движных, по сравнению с окружающей мантией, плюмов маркируется на поверхности Земли вулканизмом горячих точек, число которых по разным оценкам доходило до 49 [13]. Считается, что плюмы могут возникать в области термального раздела на границе ядро-мантия (слой D"). В работах [4, 5] обращается внимание на то, что разномасштабные массопереносы вещества, к которым относятся и плюмовые процессы, могут возникать на самых разных уровнях мантии, а не только в районе слоя D". Как показывает моделирование [1, 2], крупные плюмы рождаются в среднем каждые 30 млн. лет в результате периодического накопления тепла и летучих компонентов (водород, углеводороды) на границе ядро-мантия. Время подъема таких плюмов к поверхности Земли оценивается в 5 млн. лет.
Для большинства из продуктов такого вулканизма характерна изотопная специфика, соответствующая мантийному источнику Н1Ми. Данный магматизм часто приурочен к куполовидным поднятиям фундамента шириной в 200-500 км и встречается как в пределах континентальной, так и океанической коры. Согласно модели образования плюмов, разуплотненный материал поднимается в виде столба грибовидной формы диаметром около 200 км с фронтальной частью существенно большего размера (до 1000 км) и инициирует образование крупных изометричных вулканических провинций. В результате последовательного, дискретного поступления расплавов из тыловой части поднимающегося плюма под движущейся литосферной плитой образуется цепь вулканов с закономерным омоложением в сторону горячей точки. При этом практически все внутриплитные вулканические цепи рассматривались как продукты данного процесса. Основными доказательствами гипотезы горячих точек были данные о фиксированном их положении, параллельности вулканических цепей, линейном и закономерном изменении возраста вулканизма в их пределах, высокие температуры при образовании расплавов и повышенный тепловой поток, изотопный состав лав и данные томографии.
Продолжающиеся исследования океанов привели к появлению новых материалов и усложнению представлений о геодинамике процессов в коре и мантии Земли. Среди них можно перечислить установление разномасштабной латеральной неоднородности мантии по составу, плотности и другим характеристикам, различные деформации и расслоение океанической литосферы, рассеянные границы плит и многое другое. Детальное изучение возрастов вулканитов в пределах многих цепей подводных гор или островов не дает однозначного подтверждения постулата о движении плит над фиксированными источниками тепловой энергии и вулканизма. Часто вся вулканическая цепь возникает в единый период внут-
риплитной активности ограниченной продолжительности 10-15 млн. лет [13]. С позиций гипотезы фиксированных горячих точек стало невозможно объяснить малоглубинность расплавов, пространственное перемещение горячих точек и многое другое. Также было показано, что горячие точки дают незначительный вклад в тепловой поток [36]. Температуры горячих точек обычно находятся в интервале 1100-1400°С, что обычно для верхней мантии. Кроме того, отсутствие крупных вулканических провинций в начальный этап формирования большинства вулканических цепей ставит под сомнение их плюмовое происхождение.
В настоящее время наряду с термином горячая точка стали использоваться термины: "холодная точка" (так как эти области не всегда характеризуются повышенным тепловым потоком и высокотемпературным вулканизмом) и "трещинные точки". Эти термины, на наш взгляд, не являются подходящими, так как в основном мы имеем дело с линейными структурами, характеризуемыми разнородным по составу и возрасту вулканизмом, которые логичнее называть вулканическими линиями.
Согласно [13] только 7 из 49 горячих точек подходят под понятие горячая точка, в том числе имеют глубокие корни, высокую плавучесть поднимающегося материала, монотонное изменение возраста, высокие отношения 3Не/4Не и начальный этап с образованием плато базальтов. Это Гавайи, Пасха, Луисвиль, Исландия, Афар, Реюньон и Тристан. Выделяются так называемые вторичные горячие точки, представляющие собой материал, поднимающийся уже из крупных суперплюмов приблизительно с уровня раздела верхней и нижней мантии: Каролинская, Макдо-нальд, Питкерн, Самоа и Таити [13]. Все остальные представляют собой продукты плавления в районе астеносферы. Такое подразделение отчасти обусловлено существованием 3-х основных поверхностей раздела в Земле.
Имеются представления, что материал плюмов, расположенных под одной плитой, может латераль-но смещаться относительно плюмов, расположенных под другой плитой из-за нисходящего конвекционного потока. Так, относительное среднее смещение между Гавайско-Императорской цепью и Индо-Атлантическими горячими точками составляет 25 мм/год, начиная с 65 млн. лет [19].
Появились статьи, в которых ставится под сомнение существование плюма под Исландией [43]. Для этой структуры в рамках плюмовой модели не находит объяснения отсутствие следа от движения плиты (аномалия всегда располагалась в пределах Срединно-Атлантического хребта). Пространственные изменения в структуре коры не согласуются с юго-восточным смещением, которое должно было иметь место, если исходить из
фиксированного положения данного плюма по отношению к другим Индо-Атлантическим горячим точкам.
Здесь отсутствует достаточная температурная аномалия, а низкоскоростная зона не прослеживается в нижнюю мантию. Кроме того, большинство базальтов Исландии по составу мало отличаются от MORB. Избыточная генерация расплавов в Исландии может быть объяснена с учетом влияния древней зоны субдукции - каледонской суту-ры в зоне, где она пересекается спрединговым хребтом [43]. Данное влияние привело к локально высокому объему выплавок за счет плавления субдуцированной океанической
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.