ГЕОТЕКТОНИКА, 2009, № 1, с. 3-22
УДК: 551.24.01
"ВЕЛИКАЯ ДИСКУССИЯ" О ПЛЮМАХ: ТАК КТО ЖЕ ВСЕ-ТАКИ ПРАВ?
© 2009 г. В. Н. Пучков
Институт геологии Уфимского научного Центра РАН, 450000, Уфа, ул. К. Маркса 16/2 Поступила в редакцию 05.02.2008 г.
Анализ состояния современной теории мантийных плюмов в соотношении с классической плейт-тектоникой показывает, что "плюмовое" направление геодинамики переживает серьезный кризис. Растет количество публикаций, в которых критикуются представления сторонников плюмов. Оспариваются, и не без оснований, первоначально утвердившиеся представления о том, что все плюмы рождаются на границе ядро-мантия, что они имеют широкую головную часть и тонкую хвостовую, что они всегда сопровождаются поднятиями земной поверхности и что геохимические признаки (в том числе, изотопное гелиевое отношение) позволяют их уверенно опознать. Появились также достаточные доказательства того, что плюмы не могут служить жестко закрепленной референтной системой для движущихся литосферных плит. В конечном итоге, само существование плюмов подвергается серьезному и отчасти обоснованному сомнению. Выдвинуты альтернативные представления о том, что все плюмы (или "горячие точки") связаны напрямую с плейт-тектоническими механизмами и их появление вызывается близповерхностными тектоническими напряжениями, последующей декомпрессией и плавлением мантии, обогащенной базитовым веществом. Делаются альтернативные попытки объяснить регулярность изменения возраста вулканов в океанических хребтах "бегущей трещиной" или дрейфом плавящихся вкраплений обогащенной мантии в субгоризонтальном потоке астеносферы.
По мнению автора, путь преодоления кризиса лежит через возвращение к истокам плюмовой теории и через адекватное уточнение признаков плюмов. К плюмам следует относить лишь мантийные потоки с источниками, расположенными ниже астеносферы, и таким образом, не связанными напрямую с плейт-тектоническими механизмами типа пассивного рифтогенеза с последующей декомпрессией и плавлением в верхах астеносферы. Эти потоки прочерчивают линии последовательно омолаживающихся вулканов на поверхности плит, имеют подастеносферные корни, отражающиеся на сейсмотомографических схемах, и в большинстве своем расположены над краями "суперсвел-лов" - областей замедления сейсмических волн на границе ядро-мантия.
ВВЕДЕНИЕ
В истории наук о Земле неоднократно отмечались кризисы, сопровождавшиеся бурными дискуссиями. В качестве примеров можно привести хорошо известные споры нептунистов и плутони-стов, катастрофистов и эволюционистов, моби-листов и фиксистов. Эти "Великие дискуссии", которые первоначально инициировались непримиримыми оппонентами с их крайними точками зрения, приводили в дальнейшем к плодотворным поискам все новых аргументов и фактов "за" и "против", попыткам опровержений и компромиссов, и в конечном счете - к спокойному пониманию рамок, в пределах которых правы "те" и "другие".
За последние 10 лет в науках о Земле разгорелась новая дискуссия, касающаяся вопроса о существовании так называемых плюмов или их отсутствии. Причисляя ее к "Великим", я обращаю внимание читателя не только на ее порою страстный или даже пристрастный характер, но и на великую значимость самого предмета дискуссии, поскольку она касается процессов, идущих во
всем объеме мантии (в особенности - в нижней мантии), и их проявлений в земной коре. От конечного исхода дискуссии могут зависеть наши представления о конкретном характере этих процессов, мере и способе их влияния на тектонику и металлогению земной коры, наше понимание объема тектоносферы и другие фундаментальные теоретические положения, определяющие развитие глобальной геодинамики.
Данная статья представляет собой попытку разобраться в логике аргументов, выдвигающихся представителями противоборствующих сторон, и по возможности избегая эмоций и ангажированности, свойственных немалому количеству участников полемики, дать свою оценку создавшегося положения.
ГОРЯЧИЕ ТОЧКИ, ГОРЯЧИЕ ПОЛЯ, ПЛЮМЫ, СУПЕРПЛЮМЫ, ЫРэ И ДРУГИЕ
Идея о том, что цепи вулканов, наблюдаемые на океаническом дне, являются "горячими точка-
ПУЧКОВ Движение плиты
поверхность Земли
основание литосферы
мантииныи плюм
-50
-40
Расстояние от Килауэа 6000 5000 4000 3000 2000 1000
изменения направления 400 плиты 40
66 66
30°
20° С
,39
20
28'
170° В 180°
0
Рис. 1. Вверху: Классическая модель формирования горячей точки согласно плюмовой гипотезе. Мантийный плюм проникает в литосферу, вызывая образование вулкана. Литосфера движется относительно плюма, что обусловливает формирование цепочки вулканов. Внизу: схема вулканической цепи Гавайи-Императорский хребет с указанием возраста вулканических пород. Рядом - график соотношения возраста и расстояния от действующего вулкана Килауэа (Гавайи) [53].
ми" - поверхностными проявлениями аномальных участков плавления в мантии - была высказана более 40 лет тому назад Дж.Т. Вильсоном [71]. Вслед за тем идея была развита [51] в виде концепции мантийных плюмов ("перьев", "плюмажей"), - пространственно зафиксированных вертикальных конвективных потоков, "апвел-лингов" горячего легкого вещества, поднимаю-
щихся от границы ядро-мантия. Вулканический след этих потоков на земной поверхности зависит от движения литосферных плит, что позволяет использовать проекцию любого из них на земную поверхность в качестве относительно стабильной точки отсчета при анализе движений плит. Классическим примером считается хребет Импера-торский-Гавайи (рис. 1).
Идея о плюмах перекликается - хотя и не совпадает - с идеей В.В. Белоусова [2] об астеноли-тах: столбах легкого разогретого вещества, воздымающихся в мантии. Правда, в отличие от идей В.В. Белоусова, защитники представлений о плюмах не стремятся подменить ими представления о горизонтальных перемещениях литосферных плит на поверхности Земли, а наоборот, считают плюм-тектонику существенным дополнением к классической тектонике литосферных плит.
За последние 35 лет плюм-тектоника активно развивалась, вовлекая в сферу рассмотрения такие передовые направления науки как сейсмото-мография, петрология, геохимия, изотопная геология. Начали оформляться представления о горячих полях [5], или ЫРв [26], - грандиозных короткоживущих магматических провинциях (в переводе на русский - Крупные Магматические Провинции, КМП). Уточненная недавно характеристика КМП [19] звучит следующим образом: "Крупные Магматические Провинции образованы породами преимущественно основного состава (с подчиненными кислыми и ультраосновными компонентами, хотя есть и преимущественно кислые), занимают площади >0.1 млн. км2; объемы изверженной массы >0.1 млн. км3 и максимальная продолжительность активности ~50 млн. лет: это внутриплитные образования и характеризуются магматическими импульсами короткой продолжительности (~1-5 млн. лет), в течение которых изливается и внедряется большая часть (>75%) всех магматических пород".
С проявлением КМП исследователи вскоре связали распад суперконтинентов - прежде всего, Пангеи [4, 64], а затем и Родинии [48, 49 и др.]. Образование КМП на определенном этапе стали отождествлять с суперплюмами - широкими плюмоподобными воздыманиями мантийного вещества, вызывавшими сравнительно короткое по времени выплавление и излияние колоссальных объемов вулканических пород. Обнаружилась связь между плюмами и суперплюмами, а тех и других - с суперсвеллами: областями пониженных скоростей в слое Б" на границе коры и мантии (см.ниже). Общедоступным источником сведений о КМП является веб-сайт http://www.lar-§е1§пеош provinces.org.
ПРИЗНАКИ И СВОЙСТВА ПЛЮМОВ И СУПЕРПЛЮМОВ
По мере развития теории, предлагался целый набор признаков и свойств, которые с той или иной степенью обоснованности приписывались плюмам и суперплюмам. Среди них:
1. Уже упоминавшееся наличие цепочек вулканов с закономерным последовательным омоложением возраста, т.е. регулярных, ранжированных во времени (time-progressive volcanic chains), -они-то и навели на мысли о "горячих точках" и плюмах; первоначально предполагалось, что положение плюмов жестко закреплено и они могут служить точкой отсчета для движения плит. К настоящему времени получены изотопные датировки, подтверждающие существование по крайней мере двух десятков таких цепей (рис. 2).
2. Выявляемое сейсмотомографией под активными плюмами наличие вертикальных столбов или наклонных зон разуплотненного вещества мантии, простирающихся на большие глубины, часто превышающие первые сотни километров, а в ряде случаев достигающих границы верхней и нижней мантии или даже границы ядро-мантия [75 и др.] (рис 3). Тектонофизическое моделирование позволило предположить [24], что это субвертикальные цилиндрические структуры, которые характеризуются тонким подводящим каналом и широкой головной частью (структура "голова-хвост"); головная часть, упираясь при подъеме в литосферу, расширяется на большие территории и дает объемные выплавки (КМП); с течением времени объемы выплавок, связанные с питающим каналом, сокращаются.
3. Связь индивидуальных плюмов и суперплю-мов с глобальными областями разуплотнения в нижней мантии (рис. 4). Посредством сейсмото-мографии под южной частью Тихого океана и Африкой выявлено существование двух "медленных" аномалий, LLSVPs (Large Low Shear Velocity Provinces), [21], которые имеют размеры до тысячи километров в плане, простираются вверх, постепенно распадаясь, на всю мантию и концентрируются преимущественно над двумя супервздутиями поверхности D'' над ядром -(superswells). В свою очередь, размещение двух крупнейших суперсвеллов - Тихоокеанского и Африканского - коррелируется с формой геоида.
Ряд исследователей отмечает, что "суперсвел-лы", расположенные на D'', имеют частично резкие границы и не могут быть чисто термальными, а отражают вещественные неоднородности [1, 21, 38, 70 и др.]
4. Связь плюмов с куполовидными поднятиями земной поверхности.
5. Петрологические и геохимические особенности вулканизма, сопровождающего плюмы. Были предложены критерии отличия базальтов индивидуальных плюмов от базальтов срединно-океанических хребтов, закл
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.