ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы МЕХАНИЗМЫ ДВИЖЕНИЯ ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ из "Океанический рифтогенез" В результате взаимных перемещений литосферных плит возникает комплекс геологических процессов и явлений, с которыми мы обычно и связываем понятие тектонической активности Земли (например, землетрясения, рифтогенез, подцвиг океанических плит под островные дуги, магматизм всех типов и др.). Естественной мерой тектонической активности Земли поэтому может выступать средняя скорость Уср относительных перемещений всего ансамбля литосферных плит. Современное значение Гср= 5 см/год. [c.40] Рассматривая природу мантийной конвекции, следует подчеркивать ведущую роль в ее возникновении процесса химико-плотностной дифференциации земного вещества. Однако при этом не следует забывать и о вкладе тепловой составляющей конвекции. Этот вклад определяется как непосредственным разогревом мантийного вещества и распадом рассеянных в нем радиоактивных элементов, так и косвенным воздействием дополнительного разогрева вещества, благодаря диссипации энергии вязких течений в мантии, а также влиянием погружающихся в мантию холодных океанических литосферных плит. Судя по энергетическим оценкам, вклад радиогенного тепла в конвективный массо-оборот мантийного вещества не превышает 10%. Диссипативная же составляющая тепловой энергии конвекции и ее часть, определяемая охлаждением океанической литосферы, черпается из гравитационной энергии самого процесса дифференциации земного вещества. Поэтому, определяя природу тектонической (или точнее тек-тоно-магматической) активности Земли, следует ее связывать не просто с гравитационной, а именно с гравитационно-тепловой конвекцией. В дальнейшем как синоним этого понятия мы будем широко использовать термин химико-плотностная конвекция , понимая под ним, что плотностные неоднородности в мантии возникают не только за счет изменений химического состава, но и благодаря ее температурным неоднородностям. [c.41] Как показали О.Сорохтин и С.Ушаков [121], на планетной стадии развития Земли действовал эффективный механизм химико-плотностной дифференциации земного вещества. Детальное же изучение энергетического баланса Земли привело этих исследователей к заключению, что и сегодня этот процесс не только продолжает действовать, но является наиболее мощным из всех других эндогенных энергетических процессов. Более того, благодаря действию механизма гравитационной дифференциации земного вещества в мантии Земли возникает и развивается интенсивная конвекция, приводящая к перемешиванию ее вещества и дрейфу литосферных плит на поверхности Земли. [c.41] Интересно отметить, что происходящие в мантийном веществе под влиянием высоких давлений фазовые переходы с образованием более плотных минеральных ассоциаций не только не являются помехой погружению литосферных плит в мантию, но, наоборот, способствуют этому процессу, поскольку у всех таких переходов всегда dpldT 0. [c.42] Уеда пришли даже к выводу, что главной движущей силой, заставляющей перемещаться литосферные плиты по поверхности Земли, является архимедова сила затягивания холодных и тяжелых океанических плит в горячую мантию [247]. По этой классификации, правда, в разряд медленных плит попали почти все характеризующиеся высокой мощностью (до 200-250 км) континентальные плиты и скрепленные с ними океанические плиты, а быстрыми оказались в основном чисто океанические плиты с относительно малыми толщинами от 60 до 80 км и сравнительно протяженными зонами субдукции. При этом выяснилась и еще одна интересная закономерность чем больше площадь континентальной плиты, тем скорость дрейфа у нее оказывалась меньшей. По-видимому, это говорит о том, что мощные континентальные плиты, подобно айсбергам, сидящим на мели, своими корнями погружаются в мезосферу мантии, а горизонтальные составляющие мантийных течений в ней либо малы, либо их влияния иа большой площади крупных континентов взаимно уравновешиваются. [c.42] Согласно вышеизложенно следует, что гравитационная неустойчивость океанических литосферных плит сама по себе может породить их движение и создавать конвекцию в мантии. [c.42] Однако по своей сути рассмотренная конвекция является типично тепловой с тем лишь отличием от классического случая, что в ней ведущую роль играет не подъем разогретого мантийного вещества в земных недрах, а погружение охлажденного на поверхности пограничного слоя мантии, т, е. океанических литосферных плит [127]. [c.42] Для длительного функционирования описанной здесь конвекции, как и любой тепловой конвекции, к веществу мантии необходимо,подводить энергию, не меньшую, чем, связанные, с ней теплопоте-ри. При этом интенсивность конвективного массо-обмена в мантии, а в нашем случае и средние скорости движения океанических плит (т.е. средняя интенсивность тектонической активности Земли) по-прежнему будут полностью контролироваться скоростью генерации в мантии энергии. Связано это с сильной экспоненциальной зависимостью вязкости мантийного вещества т] от температуры, а следовательно, и от подвода к нему тепловой энергии при снижении генерации тепла в мантии ее вязкость будет повышаться и соответственно возрастут силы вязкого трения, препятствующие движению плит по рассмотренным здесь механизмам. [c.42] Наоборот, при поступлении дополнительной энергии вязкость мантии и вместе с ней силы трения уменьшатся, а скорость самодвижения плит возрастет. [c.43] Именно поэтому тектоническая активность Земли в рамках рассмотренной здесь модели движения плит строго определяется генерацией -тепловой энергии в глубинах мантии за вычетом энергии, ушедшей на дополнительный разогрев Земли, и без учета радиоактивной энергии, вьщелившейся в континентальной коре, т.е. фактически описывается кривой теплового потока через океанический сектор Земли. [c.43] Рассмотрим теперь механизмы, способные возбудить конвективные движения мантийного вещества, Большинство геофизиков традиционно предпочитают рассматривать только тепловую конвекцию в ее классической постановке, считая, что она питается энергией распада радиоактивных элементов или постепенным остыванием Земли. [c.43] По современным представлениям эффективная вязкость мантии Земли находится в пределах 10 -Ю П [29], поэтому для возникновения в ней сквозной тепловой конвекции достаточно сверх-адиабатического перепада температуры всего в 1-10° С. При этом, правда, возникнет исключительно вялая конвекция, но ведь реальные значения АГ вполне могут достигать и нескольких десятков градусов. [c.43] Выражение (1.15) показывает, что интенсивность химико-плотностной конвекции полностью определяется только вязкостью среды rj и перепадами плотности Ар в ее химических неоднородностях и не зависит от процесса диффузии этих плотностных неоднородностей. Следовательно, при заданных т) и Ар химико-плотностная конвекция в мантии всегда будет развиваться с предельно возможной скоростью, но она может быть очень низкой, если вязкость мантии г] достаточно большая, а перепады плотности Ар, генерируемые на поверхности ядра, незначительные. [c.43] В реальных условиях скорость химико-плотностной конвекции, по-видимому, должна саморегулироваться таким образом, чтобы скорость снижения потенциальной энергии Земли (благодаря дифференциации ее вещества) была бы максимальной, а затрата энергии на преодоление сил вязкого трения в среде - минимальной. [c.43] Обратим внимание, что под Северной Атлантикой также существует крупный восходящий конвективный поток. Об этом говорит и раздвижение обрамляющих эту часть океана континентов, и подъем среднего уровня океанического дна, а также карта рельефа поверхности земного ядра, по которой четко отмечается под Северной Атлантикой повышение поверхности ядра Земли, такое же, как и под юго-восточной частью Тихого океана (см. рис. 1.17). Однако плиты в Северной Атлантике движутся исключительно медленно, скорость раздвижения океана около 2 см/год, тогда как в Тихом океане скорость раздвижения плит достигает 15 -18 см/год (см. рис. 1.6). [c.45] По-видимому, такие различия в скоростях движения плит над восходящими потоками объясняются влиянием на процесс формирования горизонтальных ветвей конвективных течений в мантии самой литосферной оболочки и неоднородным строением астеносферы. Так, в мантии под Тихим океаном астеносфера выражена четко и распространена под всеми без исключения океаническими плитами региона. При этом наименее вязким ее слоем является верхняя часть астеносферы, в которой уже происходит частичное плавление мантийного вещества. Подошва этого слоя залегает приблизительно на глубине около 100 км и совпадает с границей перехода шпинелевых лерцолитов в гранатовые. [c.45] Вернуться к основной статье