ГЕОТЕКТОНИКА, 2010, № 1, с. 87-91
= РЕЦЕНЗИИ =
УДК 544.2
РЕЦЕНЗИЯ НА МОНОГРАФИЮ СУПЕРПЛЮМЫ: "ЗА ПРЕДЕЛАМИ ТЕКТОНИКИ ПЛИТ" (Superplumes: Beyond Plate Tectonics / Eds. D.A. Yuen, Sh. Maruyama, Sh-i. Karato, B.F. Windley. The Netherland: Springer. 2007. 569 p.)
© 2010 г. В. Е. Хаин, Н. И. Филатова
Геологический институт РАН, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7 Поступила в редакцию 23.06.09 г.
Данная монография стимулирована давно назревшей необходимостью расшифровать причинно-следственные связи плейт—тектонических событий, протекающих в пределах литосферы, с эндогенными процессами Земли, происходящими в мантии и ядре. Из предисловия к этой фундаментальной работе следует, что главной ее целью явился синтез многоаспектного научного материала, характеризующего подлитосферное строение глубинных частей нашей планеты, а также процессов, происходящих на различных ее уровнях, включая зону перехода ядро—мантия.
Продемонстрированный в книге прогресс в теоретических науках о Земле стал возможен благодаря успешному развитию новейших технологий, прежде всего в области сейсмической томографии и петрологических исследований. В связи с необходимостью мультидисциплинарного подхода для обоснования новых теоретических разработок в отношении строения Земли и планет земной группы к написанию данной публикации был привлечен ряд ученых различных специализаций из Англии, Германии, Канады, Нидерландов, США, Тайваня, Франции, Швейцарии, Чехии, Японии. Огромное количество использованной авторами научной литературы, с одной стороны, усиливает обоснованность предлагаемых в книге моделей, а с другой, позволяет всесторонне обсудить наиболее дискуссионные проблемы.
Изложенная в книге многоаспектная информация сгруппирована в шесть частей и восемнадцать глав.
Первая часть монографии "Термальная и композиционная структура Земли" основана на сейсмологических работах высокого разрешения, а также на изучении минералов высокого давления. Сейсмотомографическая 3-Э модель Земли включает две обширные низкоскоростные нижнемантийные аномалии под Африкой и южной
частью Тихого океана, которые интерпретируются соответственно в качестве Африканского и Тихоокеанского суперплюмов, поднимающихся от границы ядро—мантия (СМВ). Гетерогенность мантии дополняется холодной, обогащенной водой высокоскоростной областью восточноазиат-ско-западнотихоокеанского региона, связанной с погружающимися слэбами.
Обнаружена изменчивость минеральных ассоциаций Земли с глубиной. Оливин верхней мантии в транзитной зоне (410—660 км) последовательно сменяется вадслеитом и рингвудитом и далее перовскитом нижней мантии. Слой Э" (2900 км) характеризуется новообразованной фазой пост-пе-ровскита. Жидкие раплавы Бе внешнего ядра на глубине 5100 км сменяются твердыми соединениями железа. Предполагается анизотропное строение внутреннего ядра и наличие в нем гетероген-ностей дихотомического типа, соответствующих западному и восточному полушариям.
Особое внимание уделено характеристике сейсмического слоя Э", обладающего значительной химической гетерогенностью, вызванной аккумуляцией субдуцированных слэбов, парциальным плавлением и реакцией с внешней частью ядра. Согласно экспериментальным данным и теоретическим расчетам, свойственный нижней мантии, М§8Ю3-перовскит в Р-Т-условиях слоя Э" (119-125 ГПа и около 4200°К) претерпевает фазовый переход в пост-перовскит, декретированный в отношении Бе. Железо при этом выделяется в магнезиовюстит, который обуславливает ряд важнейших свойств слоя Э": увеличение электропроводимости и радиоактивного теплового эффекта. Нижнемантийная температура 3800°К (стабильная для перовскита) возрастает в слое Э" до 4200°К. С этим фазовым переходом связано формирование мантийных плюмов, которым соответствуют участки пониженных скоростей сейсмических волн.
Химическая гетерогенность слоя Э" усиливается благодаря плавлению в низах мантии фрагментов субдуцированной океанической коры. Эти силикатные расплавы из-за повышенной плотности опускаются к периферическим частям внешнего ядра, влияя на состав и структуру последнего. Плавление океанической коры придает соответствующие свойства и возникающим плю-мам. В частности, в них могут появляться Н1Ми характеристики (высокая величина и/РЬ), обусловленные парциальным плавлением в низах мантии слэбов в присутствии Са-перовскита. Еще одно свойство плюмов — обогащение изотопами об (186об/188о8 и 187о8/188об) альтернативно объясняется влиянием либо M0RB-расплавов, либо мантийно-ядерным взаимодействием.
Вторая часть книги "Сейсмологические данные и пограничные слои в мантии" включает две главы, характеризующие зоны субдукции и границу ядро—мантия. Рассматривается проблема путей гидратирования мантии, поскольку степень обводненности последней влияет на температурный режим, режим плавления, интенсивность циркуляции расплавов и, следовательно, в значительной мере определяет динамику мантии. Показана изменчивость этих факторов в эволюции Земли. Считается, что при высоком геотермальном градиенте (подобно архейскому) гидратированная океаническая кора высвобождает воду на малых глубинах с образованием водных магм типа ада-китов. В целом зоны субдукции рассматриваются в качестве главных каналов—проводников воды в мантию. Стагнация слэбов в мантийной транзитной зоне (МТZ) и их дегидратация на глубине 400—700 км гидратирует участки верхней мантии, но ограничивает проникновение водных флюидов в нижнюю мантию. Интересен вывод о том, что обогащенным водными флюидами участкам МТZ нередко соответствуют низкоскоростные сейсмические аномалии и проявления внутрип-литного магматизма. В качестве главного "водоносного" объекта предполагаются океанические перидотиты. Согласно предложенной модели локальная дегидратация перидотитов слэба может привести к обстановке стресса и катастрофическим деформациям, что и составляет феномен землетрясений. Глубина реализации подобных событий зависит от термального режима слэба.
Наряду со слэбами, как очевидными путями гидратации мантии, аналогичная роль признается и за другими структурными элементами Земли (в комбинации с определенными физико-химическими реакциями), например, за трансформными разломами.
Что касается характеристики СМВ, то главное внимание в данном разделе уделено зонам ультра-
медленных сейсмических скоростей (ULVZ), которые считаются зарождающимися плюмами. В предложенной модели ULVZ, располагаясь непосредственно на границе ядро—мантия, продолжаются вверх в виде плотностных термо-химических выступов (dence thermo-chemical pile — DTCP), один из которых образует глубинную часть Тихоокеанской аномалии, а другой — Африканской.
Третья часть монографии "Глобальная циркуляция вещества и петрогенезис суперплюмов"
включает два раздела. В первом из них Т. Когисо (T. Kogiso) излагает свою точку зрения на принципиально различные режимы генезиса базальтов океанических островов (OIB) и плато, которая, как нам представляется, находится в определенном противоречии с накопленными к настоящему времени изотопно-геохимическими и петрологическими данными. По мнению Т. Когисо, OIB, характеризующиеся гетерогенным составом, связаны с плавлением сложных перидотит-пироксенитовых смесей при температурах, значительно превышающих нормальные мантийные геотермы. Базальты океанических плато считаются сходными по составу с MORB и их генерация не требует повышенных температурных режимов. В предложенной автором петрологической модели области магмогенерации базальты островов и плато располагаются в мантии на разных уровнях и в различных Р-Т-режимах. Первые из них связываются с небольшими горячими плюмами (hotspots), поступающими непосредственно с границы ядро-мантия. Базальты плато, напротив, генерируются в верхах нижней мантии, и их возникновение в определенной степени индуцировано обрушением в нижнюю мантию рециклин-говых слэбов. Т. Когисо высказано сомнение в справедливости концепции, согласно которой су-перплюмы формируются в основании нижней мантии при аномально высоком температурном режиме, что находится в противоречии с данными, изложенными в других главах монографии.
В завершающем разделе первой части работы показана химическая и термальная эволюция мантии Земли, начиная с 4 млрд. лет. При этом особое внимание уделено доказательствам начала действия на нашей планете механизма плейт-тектоники, что произошло, по мнению авторов, еще в раннем ар-хее, не позднее 3.8 млрд. лет. Согласно представленной модели, высокий геотермический градиент вызвал в докембрийских зонах субдукции плавление слэбов и образование мощной базальтовой коры, а тяжелые реститы (погружающиеся обогащенные железом стяжения) стали движущей силой докем-брийского типа плейт-тектоники, а также причиной обогащения железом нижней мантии. Подсчитано, что температура верхней мантии в архее была
на 150-200°С выше современной. Высокий температурный потенциал архейской мантии коррелиру-ется с высокой продуктивностью MORB и аккумуляцией значительных объемов субдуцированной океанической коры на глубине около 660 км. В над-субдукционных обстановках происходило накопление тоналит-трендьемит-гранодиоритовой ассоциации (TTG). U-Pb датировки детритового циркона выявили два импульса роста континентальной коры — в интервалах 2.8-2.7 и 2.0-1.7 млрд. лет. Этим событиям соответствует смена двуслойной мантийной конвекции на однослойную, осуществлявшуюся в пределах всей мантии (mantle overturn), когда катастрофический даунвеллинг накопившихся в транзитной зоне слэбов сопровождался апвеллин-гом нижнемантийных суперплюмов. Последние, влияя на состав и температуру верхней мантии, на земной поверхности отражены многочисленными обширными магматическими провинциями (LIPs), датированными в интервале 2.8-2.7 млрд. лет.
В разделе представлены сравнительные модели химического состава геосфер Земли на 4.55 млрд. лет и настоящее время.
Четвертая часть работы посвящена "Динамике суперплюмов". Суперплюмы, генетически связанные с нижней мантией, рассматриваются в качестве главного фактора, обуславливающего динамику мантии. Постановка этой проблемы объясняется неутихающими дебатами о при
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.