В 1963 году Вилсон предположил [ Wilson, J.T., 1963, A possible origin of the Hawaiian Islands: Canadian Journal of Physics, v. 41, p. 863–870.], что развивающийся во времени вулканизм вдоль Гавайской цепи вулканических островов можно объяснить перемещением литосферы над восходящим мантийным потоком лавы, расположенным под Гавайскими островами.
Вулканические острова появились благодаря термальным аномалиям, что и явилось причиной почему их назвали горячими точками. Было сделано предположение, что основным, определяющим параметром является абсолютная температура. Магма служит средством для переноса мантийной температуры и эти представления широко используется в настоящее время. Обогащенность мантии, магматические очаги, неоднородности, разломы и литосферные напряжения могли также локализовать плавление, но термальные горячие точки также хорошо образуются и это понятие может быть использовано в этих условиях, даже при отсутствии свидетельств о высокой температуре или высоком тепловом потоке. Горячие точки так же называются внутриплитным вулканизмом, аномальным плавлением и плюмами. Все это вводит в заблуждение, так как аномалия предполагается на фоне однородных и мантийного состава, и температуры, а также на фоне постоянного напряжения, что несовместимо с самой тектоникой плит. Большинство горячих точек не являются "срединноплитными". Горячие точки, как и другие вулканические образования, встречаются в обширных областях литосферы, либо на границах плит, либо внутри плит. Много горячих точек находятся в пределах срединноокеанических рифтовых зон. Много внутриплитных вулканов начинали свою жизнь в рифтовых зонах и с тех пор переместились относительно аномалии или отнесены. Некоторые из них могут быть выражением зарождения или будущих границ плиты.
 |
|
|
| HOME | BACK |
Глобальная карта горячих точек.(Андерсон Д., Шрамм К.)Anderson, D.L. and Schramm, K.A., 2005, Global Hotspot Maps, in Plates, Plumes & Paradigms, Foulger, G.R., Natland, J.H., Presnall, D.C, and Anderson, D.L., eds., Boulder, CO, Geological Society of America, Special Paper 388, pp. 19-29.(Монографию в электронном виде можно почитать на сайте: http://www.virtualuppermantle.info/Books/Plates-Plumes-Paradigms.htm )- Введение. - Так что же такое горячая точка? - Каталоги горячих точек. - Карты горячих точек. - Механизм формирования горячих точек. - Приложение 1: Ранжирование горячих точек. - Приложение 2: Сейсмология. - Приложение 3:Вулканические цепи. - Рисунок № 1.Классические горячие точки. - Рисунок № 2.Горячие точки, выделенные к настоящему времени. - Рисунок № 3.Hotspots and Crackspots. - Таблица № 1.Список горячих точек и их параметров Частотная характеристика ключевых слов (Tag Cloud). Выскажите Ваше Мнение: В работе приводится каталог тех вулканических тектонических геохимических образований внутри Земли, которые получили название "Горячие точки", в том числе и тех объектов, которые имеют неглубокое литосферное и астеносферное происхождение. Многие горячие точки, приводимые в работе, включая изолированные структуры, а также активные участки или предположительно ранее активные части подводных хребтов, не имеют ярко выраженных поднятий, значимых магматических извержений или томографических аномалий. В отличии от каталога вулканов, каталог горячих точек более субъективен. Последний список содержит объекты, которые не связаны с ярко выраженными мантийными плюмами. Аномальные зоны плавления или горячие точки могут быть образованы в результате локальных повышений температуры в мантии, местного насыщения или частичного плавления астеносферы. Некоторые горячие точки названы размягченными/увлажненными ("wetspots") точками, некоторые получили название горячие линии ("hotline"). Эти горячие точки могут быть образованы в результате воздействия литосферных напряжений или особенностей строения литосферы. Все объекты, которые могут рассматриваться как горячие точки имеют ряб общих особенностей. В работе обсуждаются индивидуальные горячие точки, вулканические цепи и томографические результаты. Введение. To Top Так что же такое горячая точка?
В 1971 году были выделены двадцать вулканических образований, подстилаемые глубинными мантийными плюмами, эквивалентными гипотетическому Гавайскому плюму [Morgan W.J., (1971) Convection plumes in the lower mantle, Nature 230 42-43]. Все эти образования, кроме подводной горы Макдоналд, находились на островах или на суше. Как выяснилось позже, большинство этих образований находились в пределах основных зон дробления (Fracture zones). В 1974 году была сформулирована концепция мантийного плюма [Jacobs, J.A., Russell, R.D., and Wilson, J.T., 1974, Physics and Geology: New York, McGraw-Hill, 622 p.]. Суть концепции в следующем. На уровне от 400 км до 700 км от поверхности Земли мантия становится непроницаемой для глубинного теплового потока. Поэтому тепло начинает аккумулироваться на этом уровне. При возникновении локальных нарушений в однородности, возникают цилиндрические плюмы, которые как диапиры подымаются в верхнюю часть мантии. Эти плюмы, достигая поверхности Земли, приподымают эту поверхность. Избыточная часть тепла дает рождение вулканизму. Лава этих приподнятых областей частично генерируется из материала, поднятого с глубин несколько сотен километров, и, поэтому, химически отличается от лав, выплавленных из приповерхностного материала. Плюмы остаются стабильными в мантии на протяжении миллионов лет. Эта гипотеза очень отличается от гипотезы Моргана, и обе эти гипотезы, в свою очередь, значительно отличаются от современных концепций относительно слабых, глубоких мантийных плюмов, которые легко "подхватываются и уносятся мантийным ветром", и обеспечивают лишь малую часть теплового потока Земли и магмы. Общим во всех гипотезах является то, что "горячие точки" вызваны горячим всплыванием мантии, механизм которого запускается снизу. Глубина залегания термального пограничного слоя значительно ниже глубины верхней мантии. На этой глубинной термальной границе, в результате возникновения нестабильности, зарождаются узкие плавучие апвеллинги.
To Top
Понятия "плюм" и "горячая точки" были связаны между собой начиная с этих ранних работ, хотя и вулканизм, и вулканические цепи, и прогрессирующий во времени вулканизм, и сводовые поднятия могут существовать и без плюмов. Пассивные апвеллинги, то есть поднятия, инициируемые спредингом или субдукцией не считаются плюмами, так же как и интрузии даек, обязанные своим возникновением всплыванию магмы, несмотря на тот факт, что все эти явления являются плюмами с точки зрения гидродинамики. Каталоги горячих точек.
Самые ранние каталоги горячих точек составлены в конце 70-х начале 80-х годов 20-го столетия (Рис 1). Число выделенных горячих точек достигало 127 штук. Однако многие горячие точки из этого длинного списка – просто вулканы рифтовых зон, или рифтов расширяющихся зон тыловых частей островных дуг, которые не просто связать с узкими границами плит. Большинство из подобных объектов были изъяты из списка горячих точек. В настоящее время список горячих точек включает приблизительно от сорока до пятидесяти объектов (Рис. 2).
To Top
В 1979 году горячая точка была определена как регион, в котором внутриплитный или аномальный рифтовый вулканизм либо является стойким, или сопровождается широким топографическим воздыманием [Crough, S.T., 1979, Hotspot epeirogeny: Tectonophysics, v. 61, p. 321–333]. Были сведены воедино те объекты, которые удовлетворяли этим критериям, и этот каталог горячих точек является основой для более поздних каталогов. Список вулканических и тектонических образований, причисляемых к разряду горячих точек, за последние годы изменялся и обновлялся. Горячие точки приведены в таблице 1 и показаны на рисунках 1-3. Имеется примерно 80 горячих точек, некоторые из них являются частью "горячих линий" (hotlines), некоторые установлены на основе анализа возрастных изменений (age progressions), а не как специфические вулканические образования. Имеются исследования, в которых на базе формалных критериев выделено до 5200 горячих точек (каждая ассоциируется с плюмом) – примерно по одной точке на каждые 300 километров земной поверхности [Malamud, B.D., and Turcotte, D.L., 1999, How many plumes are there?: Earth and Planetary Science Letters, v. 174, p. 113–124]. При таком количестве горячих точек возникает вопрос их отличия от обычных вулканов, подводных гор или даек, которые являются результатом плитной тектоники и возникшли из неглубоких магматических резервуаров или мантийных неоднородностей. И как в этом случае отделить горячие точки от современных и четвертичных вулканов. Понятия (термины) "горячая точка" и "плюм" относятся к различным концепциям, но используются как взаимозаменяемые, и не имеют хорошо определенные значения, которые приняло бы все научное сообщество в области наук о Земле. С точки зрения некоторых ученых горячая точка – это регион с необычным (а иногда и не очень) магматизмом с точки зрения его размещения, объема или химизма по сравнению с другими сегментами океанической рифтовой системы. Геохимики используют термин плюм для обозначения любых объектов, имеющих аномальную геохимию. В динамике жидкостей плюм – это всплытие или погружение за счет температуры. В настоящее время термин плюм применяется к томографическим, геохимическим и другим "аномалиям", которые имеют небольшие проявления на повехности Земли, или вовсе не проявляются на поверхности. Тем самым разделяя концепции горячих точек и аномалий плавления (имеется проявление на поверхности) от плюмов (не выраженных на поверхности Земли). Некоторые сейсмологи используют понятие плюм для обозначения любых областей мантии с более низкими, чем в среднем, сейсмическими скоростями. С этой точки зрения предполагается, что низкоскоростные структуры горячие и плавучие. На ранних томографических схемах использовались красные и другие теплые цвета для обозначения низкоскоростных структур и это было интерпретировано в последующих работах как то, что низкоскоростные области должны быть разогретыми. Однако причиной возникновения аномалий пониженной скрости может быть частичное плавление за счет низкой точки плавления области мантии, ее различия в химическом составе, и не обязательно плавучесть или даже более горячее ее состояние по сравнению с окружающим веществом. В таблицу 1 внесены объекты, которые обозначены как "горячие точки" в последних опубликованных работах. Таблица носит компилятивный характер, и в нее включены сведения о местоположении горячей точки, о различных географических названиях, связанных с той или иной горячей точкой. Некоторый из приведенных в таблице горячих точек слабо или никак не проявлены на поверхности Земли. Некоторые из объектов представляют из себя экстраполированные окончания вулканических цепей или были воссозданы, чтобы продлить предполагаемую монотонную возрастную прогрессию до настоящего времени, при предположении о фиксированном положении горячей точки или исходного плюма. Некоторые вулканические регионы имеют несколько центров вулканической активности и поэтому отнесены к различным, независимым горячим точкам. Приведем примеры "горячих линий" или линеаментов с множеством вулканических центров: рифт Пукапука, Кука – Австралийский – Макдональд регион, Цирцея – Асенсион – Святая Елена – Камерун регион (the Pukapuka ridge, the Cook-Austral-Macdonald region, and the Circe–Ascension–Saint Helena–Cameroon region). Наличие мультиплюмов было предположено под Афаром, озером Байкал, Азорским регионом (Afar, Lake Baikal, and the Azores region). С другой стороны, в тех регионах, где имеются хорошо выраженные возрастные последовательности (по крайней мере в начале вулканизма), как в Гавайских цепочке, как правило, предлагается единственная горячая точка. Несмотря на то, что в Гавайской цепи вулканов имеется много впечатляющих вулканов, Лоиху (Loihi) рассматривается, как местоположение горячей точки. Таити (Мехетиа) и Таити-ити (Tahiti (Mehetia) and Tahiti-iti) части одной вулканической цепи и горячей точкой считается Мехетиа. Таити-ити меньший из двух вулканов. Пасха и Сала-и-Гомес (Easter and Sala y Gomez) обычно рассматриваются как алтернативное положение одной и той же горячей точки, как и для пары Circe and Ascension. Это примеры того, что выбор объектов, включаемых в каталог в некоторых случаях несколько условен. Данные из таблицы должны использоваться только совместно с локальнотектоническими данными. Так же важно учитывать геологическую историю. Можно утверждать, что каталог горячих точек не учитывает данные геологической истории, механизмов очагов или предположения о температуре и устойчивости местоположения. Однако существование или местоположение некоторых из предлагаемых горячих точек обосновывается предположениями о процессах, отличающихся от наблюдаемых геологических особенностей и геофизических признаков (не согласующихся с гелогическими и геофизическими наблюдениями). Поэтому, краткое обсуждение каждого члена каталога и критериев, используемые при включение объекта в список горячих точек, является неотъемлемой частью данного каталога. Карты горячих точек.
На рисунке № 1 показаны горячие точки, обнаруженные или предлагаемые на ранних этапах исследований. Так же на схему вынесены современные вулканы и вулканы, активные в недалеком прошлом. Треугольниками обозначены наиболее значимые горячие точки. Черными квадратиками обозначены менее значимые горячие точки, которые позже перестали считать горячими точками. Карта морского и океанического дна содержит много дополнительных элементов, в том числе фрактальные зоны, поля подводных гор, множество активных в настоящее время или недавно вулканов, которые были распознаны Вилсоном и Морганом (Wilson and Morgan), когда они работали над идеями горячих точек и островных цепочек.
To Top
На рисунке № 2 показана карта горячих точек, включенных в Таблицу № 1. Дополнительно, помечены те горячие точки, под которыми имеются плюмы, согласно трем, нижеприведенным исследованиям. 1. Ритсема и Аллен [Ritsema J., and Allen R. M., (2003) The elusive mantle plume. Earth and Planetary Science Letters 207 (2003) 1-12.] (черные кружки) изучили тридцать семь горячих точек из списки Слипа [Sleep N.H. (1990) Hotspots and mantle plumes: some phenomenology. J. Geophys. Res. 95 6715-6736.] и идентифицировали семь из них, под которыми низкоскоростные аномалии погружаются ниже транзитной области мантии. Была использована томографическая модель мантии S20RTS [Ritsema, J., H.-J. van Heijst, and J. H. Woodhouse (1999). Complex shear wave velocity tructure imaged beneath Africa and Iceland, Science 286, no. 5446, 1925–1928.]. Перечислим эти горячие точки: - Afar, - Bowie, - Easter Island, - Hawaii, - Iceland, - Louisville, - Macdonald, and - Samoa. Нет ни одного случая, когда аномалия отчетливо продолжилась в нижнюю мантию. 2. Монтелли и др. (2004) [Montelli, R., Nolet, G., Dahlen, F., Masters, G., Engdahl, E. & Hung, S.-H., 2004b. Finite-frequency tomography reveals a variety of plumes in the mantle, Science, 303, 338–343.] (желтые кружочки) использовали результаты томографии на продольных Р-волнах для идентификации шести регионов в нижней мантии которых они выделили плюмы. Плюмы в нижней мантии выделяются под следующими регионами: - Ascension, - the Azores, - the Canary Islands, - Easter Island, - Samoa, and - Tahiti. Ни один из этих регионов не имеет значительных сводовых поднятий. 3. Кортиллот и др (2003) [Courtillot V.,Davaille A., Besse J., and J. Stock (2003) Three distinct types of hotspots in the Earth’s mantle. Earth and Planetary Science Letters 205 (2003) 295-308.] (ярко красные кружочки) сопоставил пять свойств, предложенных для характеристики плюмов для 49 горячих точек. Перечислим эти свойства: - time-progressive track, - Связь с трапповым базальтовым магматизмом (associated flood basalt), - Большие плывучии потоки (large buoyancy flux), - Высокое соотношение стабильных изотопов гелия 3He/4He (high 3He/4He ratios) – индикатор глубинности, - Наличие подстилающей сейсмической аномалии (underlying seismic anomaly) Было 7 – 9 горячих точек, как первичных или основных и поддержанных глубинными мантийными плюмами. Перечислим эти точки: - Hawaii, - Louisville, - Réunion, - Easter Island, - Iceland, - Afar, and - Tristan da Cunha. Для оставшихся 40 или около того горячих точек из их листа, включая остров Вознесения, Азоры, Канарские острова, Острова Зеленого Мыса, Галапагосы, Самоа и Таити (Ascension, the Azores, the Canary Islands, Cape Verde, the Galapagos, Samoa, and Tahiti), по мнению авторов недостаточно доказательств для того, чтобы сделать вывод о глубинном происхождении, в соответствии с правилами, используемыми авторами. Основная особенность трех последних списков – недостаточная аргументированность. Из четырнадцать горячих точек, отмеченных как плюм – кандидаты, только одна, остров Пасхи, находится во всех трех списках. Только пять других горячих точек фигурируют в двух списках, и оставшиеся восемь появляются только в одном списке. Ни одно томографическое исследование не отмечает Réunion or Tristan da Cuhna. Гавайи появились только в одном списке. Большинство предлагаемых плюмов или горячих точек находятся в местах, которые не подтверждаются тектоническими условиями (Samoa, Afar, Easter Island, Louisville, Iceland, the Azores, and Tristan da Cuhna), обеспечивающими литосферный контроль. Наиболее выраженные и геохимически выделяемые грячие точки, включая Гаваи, Исландию, Йеллоустоун, Галапагосы, Афар и Реюньон (Hawaii, Iceland, Yellowstone, the Galapagos, Afar, and Réunion) не подстилаются низкоскоростными аномальными областями Р-волн. Некоторые заявленные аномалии, залегающие в глубокой мантии (Montelli et al., 2004) слабо проявлены на поверхности или в верхней мантии, и лишь немногие аномалии имеют какие-либо из прогнозируемых характеристик плюмов обобщеных Courtillot et al. (2003) и Андерсоном. Андерсоном пересмотрены результаты Courtillot et al. (2003) для индивидуальных горячих точек (Приложения 1 и 3), путем расширения списка критериев для плюмов. Список критериев расширен за счет добавления теплового потока и новых результатов томографических исследований (Приложение 2). Получены следующие результаты. Для Афара и Исландии повысился рейтинг, как потенциального плюма, главным образом за счет подстилающих эти регионы низкоскоростных аномалий в верхней мантии. Эти аномалии не имеют своего продолжения в нижней мантии. Для других горячих точек рейтинг повышен за счет критерия, указывающего на неглубокое происхождение плюма, а не за счет критериев глубокого или высокотемпературного происхождения плюма. Механизм формирования горячих точек.
Обобщенные характеристики объектов, рассматриваемых как горячие точки, говорят о том, что у них имеется много общего. Повышение температуры мантии в сравнении с мантией под срединно-океаническими рифтами не представляется обязательным. Высокотемпературная мантии по сравнению с мантией под срединно-океаническими рифтами не представляется обязательным. Механизмы вовлечения литосферной структуры и стресс, и изменчивость обогащённости мантии, могут удовлетворить наблюдениям большинства горячих точек. Это общепринятое мнение, что большинство аномалий плавления вдоль рифтов, внутриплитный вулканизм не требуют наличия глубинных мантийных плюмов, а также, что "горячие точки" и "плюмы" это не одно и то же. Тем не менее, понятие плюмов привлекается, "по умолчанию", для объяснения горячих точек или геохимических аномалий, даже для незначительных вулканических проявлений или незначительных компонентов в магмах. Литосфера раздроблена и имеет переменную мощность. Подстилающая мантия близка к точке плавления у основания плит, с глубины ~200 км. Вещество с низкой точкой плавления (легкоплавкое вещество) повторно перерабатывается в приповерхностной мантии глубоководных желобов. Границы плит непрерывно формируются и обновляются и реактивируются. В этих условиях вулканизм, можно предположить, будет широко распространен просто за счет приповерхностных условий, но не единообразный и не случайный. Небольшие изменения в локальных стрессах могут послужить причиной возникновения даек, экструзий и вулканов там, где ранее были силлы, интрузии и подплитное вещество, которое не достигало поверхности. Ничего, кроме стресса, не нужно изменять. Изменение в содержании воды также может изменить эруптивный стиль. Многие объекты, относимые к горячим точкам, можно объяснить с позиций тектоники плит. С позиций тектоники плит можно объяснить распространение разломов; зарождение и сохранение (self-perpetuating) вулканических цепей; реактивацию границ плит; зарождение границ плит; мембранный и экстенсиональный стрессы; гравитационные якоря; разогрев плит; всплывание разуплотненных расплавленных мантийных неоднородностей; распространения даек; протекающие/пропускающие трансформные разломы; и рифтогенез не связанный с поднятием. Литосфера и астеносфера контролируют многие, если не все внутриплитные вулканы и вулканические цепи. Имеется предположение [Sykes, L., 1978, Earthquakes, zones of weakness, alkaline magmatism, and other tectonism post-dating continental fragmentation: Reviews of Geophysics and Space Physics, v. 16, p. 621–688.] что следы горячих точек (“hotspot tracks”) в Атлантике – это фактически трансформные разломы и фрактальные зоны. Это подтверждается спутниковой альтиметрией.
To Top
Ряд горячих точек, очевидно, имеют неглубокие корни или тектоническое происхождение, явно нарушая тем самым предсказания плюмной гипотезы (Рис.3). В число этих горячих точек входят следующие горячие точки: Cook-Austral chain, the Marquesas, Samoa, Reunion и другие на Африканской плите, Yellowstone, the Foundation seamounts, Macdonald, Pitcairn Island, Rarotonga, Rurutu и Islands. Происхождение многих других горячих точек менее очевидно, чем у этих хорошо изученных, и представляет собой благодатную почву для будущих исследований. Приложение 1: Ранжирование горячих точек.
Courtillot et al. (2003) составил таблицу характеристик сорока девяти горячих точек и сопоставил их со списком критериев для плюмов. Девять горячих точек имеют высокий рейтинг и шесть горячих точек рассмотрены как кандидаты для глубинных мантийных плюмов. Этими исследователями были предложены три категории горячих точек, разделенных по глубине происхождения предполагаемых плюмов Они опирались на предположение о том, что динамика жидкого вещества мантии более важный фактор, чем свойства плиты. Другие механизмы происхождения горячих точек этими авторами не рассматривались. Андерсон расширил этод подход, подвергнув горячие точки дополнительному тестированию, испольльзуя результаты специальных исследований. Им разработан критерий для проверки гипотезы о том, что аномалии плавления можно объяснить с позиций тектоники плит, не привлекая глубинные источники и высокую температуру. Для следующих горячих точек более важны тектонические и "неплюмовые" критерии (Рис. 3):
To Top
- Easter Island, - Reunion, - Tristan, - the Galapagos, - Bouvet, and - Pitcairn Некоторые из этих горячих точек относятся к "классическим горячим точкам" (Рис. 1). Прежде они рассматривались как вершины глубинных мантийных плюмов. Остров Пасхи, в частности, интересен тем, что это единственная горячая точка, фигурирующая во всех трех списках, обсуждаемых в этой работе. Favela and Anderson (1999) [Favela, J., and Anderson, D.L., 1999, Extensional tectonics and global volcanism, in Boschi, E., et al., eds. Problems in geophysics for the millennium: Bologna, Italy, Editrice Compositori, p. 463–498.] разработали классификацию горячих точек, основанную на давлении и тектонике. Наивысший "плюмовый рейтинг" для горячих точек 3 или ниже, что означает горячие точки удовлетворяют только трем или меньшему числу критериев, согласно которым ожидается или предполагается наличие глубинных температурных плюмов. "Плитнотектонический рейтинг" для горячих точек – плюмкандидатов – варьирует от 3 до 5, что говорит о том, что объяснение происхождения этих горячих точек с позиций плитной тектоники (без привлечения глубинных горячих плюмов) более предпочтительное. Только Исландия и Афар имеют плюмовый рейтинл равный или превышающий плитнотектонический рейтинг, что обосновано наличием под ними низкоскоростной аномалии глубже 400 км. Так называемые "плюмнегатив критерии" (низкий тепловой поток, низкотемпературная магма, малые сводовые поднятия, малые аномалии геоида, отсутствие непрерывной зоны малых скоростей, низкиие значения 3Не, не связанность с большими вулканическими провинциями, неутончённая транзитная зона) перевешивают "плюмпозитив" критерии даже для горячих точек – с наболее ярко выраженными критериям плюмов. Необходима теория для большинства горячих точек, у которых при наличии вулканических центров, вулканических цепочек, геохимических аномалий и других особенностей, отсутствуют признаки плюмов. На рис. 3 показаны всесторонне изученные, консервативные горячии точки, работа над которыми продолжается в настоящее время. На рис. 3 не представлены те аномалии плавления, которые имеют тектоническое происхождение. Приложение 2: Сейсмология.
Сейсмология имеет возможности для определения глубины неоднородных зон под вулканическими центрами и для проверки различных гипотез о происхождении горячих точек. В течении тридцати лет сейсмологи приводили свидетельства о всевозможных аномалиях в нижней мантии и в пограничной зоне ядро – мантия [Kanasewich E. R., Ellis R. M., Chapman C. H., Gutowski P. R. 1972. Teleseismic array evidence for inhomogeneities in the lower mantle and the origin of the Hawaiian islands. Nature 239, p. 99-100.; Kanasewich E. R., Ellis R. M., Chapman C. H., Gutowski P. R. 1973. Seismic array evidence of a core boundary source for the Hawaiian linear volcanic chain. J. Geophys. Res. v. 78, p. 1361–1371.]. И низкоскоростные, и высокоскоростные регионы были использованы в поддержку гипотезы плюмов. Однако корреляции между низкоскоростными регионами верхней мантии и горячими точками не было (Ritsema J., and Allen R. M., 2003). Например, the Galapagos, Reunion, the Bouvet triple junction, Cape Verde, Tristan da Cunha и Tahiti располагаются над высокоскоростными или нормальными (т. е. нулевые отклонения от среднего) областями верхней (100-300 км) мантии. Низкоскоростные области под Гаваями, островом Пасха, Люисвиллом (Hawaii, Easter Island, Samoa, and Louisville) не распространяются через верхнюю мантию. Courtillot et al. (2003) используют область низких скоростей поперечных волн на глубине 500 км как критерий глубокого мантийного плюма. Примерно 12 подобных низкоскоросных зон на глубине 500 км не ассоциируют с горячими точками и только примерно 16 ассоциируют с горячими точками. И Исландия, и Афар расположены на относительно новых границах плит. Монтелли и др. (2004) полагают, что "вертикальный утечки" (“vertical leakage,”), или сейсмические размытия (seismic smearing), возможно, привели ранее к предложению о том, что под Исландией находится глубокий плюм. Сейсмические данные, таким образом, свидетельствуют о том, что верхняя мантия является источником обеих горячих точек.
To Top
Kanasewich et al. (1972, 1973, 1975) [Kanasewich E. R., Gutowski P. R. 1975. Detailed seismic analysis of a lateral mantle inhomogeneity. Earth Planet. Sci. Lett. v. 25, p. 379–384] описали высокоскоростные аномалии в наиболее нижней части мантии, которые расположены несколькими градусами северо-восточнее Гаваев. Эту высокоскоростную аномалию они приписали к основанию Гавайского плюма. В последующих работах [Nataf H.-C. (2000) Seismic imaging of mantle plumes. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2000. v. 28, p. 391–417.] определены свойства основания "Гавайского плюма" к северозападу и юговостоку от Гаваев. Однако в работе [Wright C., 1975, Comment on 'Seismic array evidence of a core boundary source for the Hawaiian linear volcanic chain by E.R. Kanasewich et al'.: Journal of Geophysical Research, v. 80, p. 1915–1919.] приводятся данные о том, что высокие скорости не согласуются с другими наблюдениями в том же регионе. В той же работе делается вывод о том, что структура литосферы под Канадой объясняет эту высокоскоростную аномалию. В работе [Best, W.J., Johnson, L.R., and McEvilly, T.V., 1974, ScS and the mantle beneath Hawaii, Eos (Transactions, American Geophysical Union), v. 55, p. 1147.] показано, что сейсмические скорости под Гаваями, от поверхности и до ядра не аномальные. Это исключает большой горячий или частично расплавленный регион под ним, типа горячей точки. Скорость поперечных волн в верхней и средней мантии под Гаваями выше, чем среднее значение этого параметра для юго-западной части Тихого океана[Katzman, R., L. Zhao, and T. H. Jordan (1998). High-resolution, two-dimensional vertical tomography of the central Pacific mantle using ScS reverberations and frequency-dependent travel times, J. Geophys.Res. v.103, 17,933–17,971], пропускная способность (propagation efficiency) так же выше [Sipkin, S.A., and Jordan, T.H., 1979, Frequency dependence of QScS: Bulletin of the Seismological Society of America, v. 69, p. 1055–1079]. Сейсмология на Р-волнах так же не обнаружила низкоскоростную область в нижней мантии под Гаваями. Осредненные свойства низкочастотных сейсмических волн, таких как многократные ScS волны, еще более укрепили эти результаты, даже если аномалия не вертикальная. С недавнего времени стало возможным определять плотность так же хорошо, как скорость по сейсмическим данным и отделять эффект температуры от состава [Ishii, M., and Tromp, J., 2004, Constraining large-scale mantle heterogeneity using mantle and inner-core sensitive modes: Physics of Earth and Planetary Interiors, v. 146, p. 113–124; Trampert, J., F. Deschamps, J. Resovsky, and D. Yuen (2004), Probabilistic tomography maps chemical heterogeneities throughout the lower mantle, Science, v. 306(5697), 853–856, doi:10.1126/science.1101996]. В нижней мантии области с низкими скоростями поперечных волн не соответствуют низким плотностям, низким объемным модулям(low bulk modulus) или высоким температурам. Вариации содержания железа и минерального состава так же важны, как и изменения температуры. Субдуцированные плиты могут иметь низкую точку плавления и очень высокие скорости прохождения сейсмических волн через них, если они содержат СО2. Основополагающее предположение во многих томографических интерпретациях – низкие скорости поперечных волн являются свидетельством для высоких температур и низких плотностей, но это не надежное предположение. Сейсмические исследования [Ishii and Tromp (2004); Trampert et al. (2004)] показали, что нет корреляционной связи между свойствами верхней, средней и нижней мантией, и что нет свидетельств как проникновения плит на большую глубину, так и непрерывного плюмоподобного подъема низкоскоростных масс. Глубинные низкоскоростные зоны под некоторыми рифтами и горячими точками могут быть представлены СО2 – содержащими плитами. Приложение 3:Вулканические цепи.
Вулканические цепи также называют подводными горными цепями и следом горячей точки. Теория плюмов предсказывает, что вулканическая цепь, обязанная своим зарождением плюму, должна иметь сводовое поднятие или крупную аномалию плавления на активном своем конце и крупную вулканическую провинцию на другом конце, и что возраст вдоль цепи должна проявлять одностороннюю возрастную последовательность. Такие цепочки должны быть долгоживущими и быть параллельными другим, связанным с другими плюмами цепочками на той же плите. Начиная с более, чем 10 млн лет до начала формирования цепи, поверхность Земли должна приподняться на 1-2 км, с диаметром изометричной области порядка 1000 км. Магма горячей точки должна быть горячее другой магмы или поступить из более горячего источника. Высокий тепловой поток и термальное утонение литосферы – другие предсказываемые характеристики. Отсутствие этих особенностей предполагает тектоническое, неплюмовое, возможно нетермальное происхождение. Большинство внутриплитных вулканов и подводных гор не ассоциируются с цепочками. Список горячих точек, обязанных своим происхождением глубинным плюмам, изменяется. Горячие точки, обязанные своим происхождением поверхностным тектоническим условиям, названы "notspot". Эти "негорячие точки" отмечены на рис. 3 красными крестами. На этом рисунке не показаны объекты в Азии, Африке и Антарктиде, а также около сорока других объектов, исключенных из каталога горячих точек в 1979 году [Crough, S.T., 1979, Hotspot epeirogeny: Tectonophysics, v. 61, p. 321–333]. Аномалии плавления, для которых очевидно приповерхностное или тектоническое происхождение, были названы "crackspots" [Wessel, P., and Kroenke, L.W., 1999, Hotspots, crackspots, and jerks: Linking intraplate volcanism to changes in absolute plate motion: Eos (Transactions, American Geophysical Union), v. 80, p. F959.] и горячими точками "третьего ранга" (“tertiary hotspots”) (Courtillot et al., 2003). В настоящее время предложено несколько классов подобных тектонических образований.
To Top
Рисунок № 1.  Рис 1. Классические горячие точки [Morgan, W.J., 1972, Deep mantle convection plumes and plate motions: American Association of Petroleum Geologists Bulletin, v. 56, p. 203–213.; Burke, K.C., and Wilson, J.T., 1976, Hot spots on the Earth’s surface: Journal of Geophysical Research (B), v. 93, p. 7690–7708; Crough, S.T., 1979, Hotspot epeirogeny: Tectonophysics, v. 61, p. 321–333, doi:10.1016/0040-1951(79)90304-4. ], а так же активные в настоящее время и недавно [Siebert, L., and Simkin, T., 2002, Volcanoes of the world: An illustrated catalog of holocene volcanoes and their eruptions: Smithsonian Institution, Global Volcanism Program Digital, http://www.volcano.si.edu/world/.] Красными треугольниками показаны наиболее значимые горячие точки. Черными квадратиками отмечены те горячие точки, которые будут отсеяны позже, в результате применения более строгих критериев выделения горячих точек [Crough, S.T., 1979], красными квадратиками показаны вулканы. Сокращения, принятые на схеме расшифрованы в таблице 1. Рисунок № 2.  Рис 2. Горячие точки, выделенные к настоящему времени. Некоторые из них являются частью "горячих линий", некоторые горячие точки выделены на основании возрастных реконструкций (age progressions) а не на основе особенностей вулканического развития (rather than specific volcanic features). Красными треугольниками обозначены 51 горячая точка, черными квадратами вулканы, черными кружками обведены горячие точки, подстилаемые низкоскоростными аномальными областями проникающими в переходную зону мантии [Ritsema J., and Allen R. M., (2003) The elusive mantle plume. Earth and Planetary Science Letters 207 (2003) 1-12.]. Желтыми кружками выделены горячие точки, под которыми, согласно [Montelli, R., Nolet, G., Dahlen, F., Masters, G., Engdahl, E. & Hung, S.-H., 2004b. Finite-frequency tomography reveals a variety of plumes in the mantle, Science, 303, 338–343.] наблюдаются плюмы по данным томографии на Р-волнах. Ярко красными кружками обозначены горячие точки, под которыми выделены плюмы, берущие свое начало с пограничной области между мантией и ядром Земли (плюмы намечены на основе пяти вероятностных критериев подобных плюмов [Courtillot V.,Davaille A., Besse J., and J. Stock (2003) Three distinct types of hotspots in the Earth’s mantle. Earth and Planetary Science Letters 205 (2003) 295-308]). Если не учитывать тектонические аспекты, то можно наметить и другие кандидаты в горячие точки, кроме тех, которые вынесены на данную схему. Обозначения для горячих точек смотрите в таблице 1. Рисунок № 3.  Рис 3. Hotspots and Crackspots. Идет дискуссия в тексте. Имеются надежные свидетельства для неглубокого или тектонического происхождения точек, или имеется немного докзательств в поддержку термального или плюмного происхождения точек. Черными кружками отмечены точки, для которых уровень свидетельств в пользу плюмного или термального происхождения горячей точки ПРЕВЫШАЕТ объем свидетельств в пользу плитноетектонического происхождения. Маленькими красными крестиками отмечены горячие точки для которых имеется примерно ОДИНАКОВОЕ количество свидетельств как в пользу плюмного или термального происхождения, так в пользу платетектонической природы точки. Большими красными крестами отмечены точки, для которых свидетельств в пользу термального или плюмного происхождения МЕНЬШЕ, чем в пользу плитнотектонического происхождения. Красными квадратиками обозначены вулканы. Сокращения раскрыты в таблице 1. Таблица № 1.Список горячих точек и их параметров
Частотная характеристика ключевых слов (Tag Cloud).
blog comments powered by Disqus To Top |
