Горячие точки Земли и мантийные плюмы.

Горячие точки Земли – это ключ ко многим вопросам динамики мантии. Для сейсмологов очень важно решить задачу выявления плюмов. Еще 20-25 лет выявить мантийный плюм казалось невозможным. Но на сегодняшний день выполнен ряд исследований, которые подтверждают существование плюмов в пределах всей мантии Земли (Рис. 1).

Сводная схема плюмов

Сводная схема плюмов

Ни одно из рассмотренных наблюдений, по отдельности, не кажутся абсолютно убедительным, но все вместе они свидетельствуют о наличии плюмов. Можно утверждать, что плюмы существуют, а некоторые из них зародились в самых низах мантии. Но на многие вопросы еще нужно будет найти ответы. Не понятно, какой ширины могут быть плюмы. Большинство исследований свидетельствуют о том, что в верхней мантии скоростные аномалии имеют порядок -2% для Р-волн и -4% для S-волн, а диметр около 200 км. Но это в верхней мантии, что же касается амплитуды скоростных аномалий в самом плюме, то томография на годографах не подходит для получения ответа на этот вопрос. Несколько попыток использовать рассеянные волны для лучшего определения скоростных аномалии привели к значениям от больших (12% для S-волн [Allen et al 1999]), до очень больших (30% и выше [Ji & Nataf 1998]). Подобные величина не может быть объяснена только влиянием температуры.
Поэтому, весьма трудно определять изменения температуры в плюме по наблюденным изменениям скорости, хотя это очень заманчиво с точки зрения геодинамики. Существует расхождение между оценками перепада температур в нижнем термальном пограничном слое. Этот перепад предполагается приблизительно равным 1000К. Но если попытаться оценить этот перепад путем экстраполирования приповерхностных данных в плюме (около 250К) на глубины основания мантии, то получается оценка порядка 500К. То есть различие в два раза. Что трудно объяснить, если не привлечь возможность поглощения тепла в процессе химических реакций.

Схематический рисунок мантийного плюма

Схематический рисунок мантийного плюма

Еще один вопрос. Существуют ли различные типы плюмов, и все ли плюмы зарождаются на одной и той же глубине. Большие различия в сплывающих потоках различных плюмов делает затруднительным предположение о том, что все плюмы зарождаются при одинаковых превышениях температуры. Слабые плюмы, такие как Боуи, при подъеме с больших глубин остынут до такой степени, что не смогу продуцировать расплав. Слабые плюмы должны подниматься вверх “мантийным ветром” – и отсюда идея о том, что некоторые плюмы должны зарождаться на термальных границах, залегающих на меньшей глубине. Геохимические данные так же указывают на существование нескольких типов плюмов. Необходимо изучить  не только Гавайи и Исландию. И применять томографию годографов с большей разрешающей способностью.
Необходимо улучшить наши знания о взаимодействии плюма с литосферой. Это междисциплинарная задача, в решении которой роль сейсмологии возрастает. Под зрелой океанической плитой плюмы продуцируют хорошо выраженные поднятия, но эти регионы бедны необходимой сейсмологической информацией. Поверхностные волны свидетельствую о мощных низкоскоростных слоях под литосферой между Оаху и Гавайями.
Возле океанических рифтов имеются надежные геохимические свидетельства о том, что материал плюма течет вдоль основания литосферы по направлению к рифту на расстояния, превышающие 1000 км. Но пока не существует подтверждающих это явление сейсмических данных. Под континентами ситуация еще более сложная. Единственный плюм под Восточной Африкой может питать все Африканские горячие точки (Афар, Hoggar, Tibesti и т. д.), так как материал плюма распространяется под толстой и неровной литосферой [Ebinger & Sleep 1998].

Когда плюм находит путь вверх в литосферные ослабленные зоны, плюмный материал поднимается, происходит декомпрессия и расплавление. Эта модель предоставляет возможность сейсмологам задокументировать подобное удивительное поведение. Региональные томографические модели под континентальными горячими точками не предоставляют свидетельств горизонтального распространения материала плюмов под литосферой [Granet et al 1995b, Saltzer & Humphreys 1997]. Отсутствие подобных свидетельств под Йелоустоном привело исследователей к сомнению относительно правомочности самой модели плюмов в этих условиях [Saltzer & Humphreys 1997]. Однако одно необходимо принимать во внимание, что этот тип сейсмических исследований довольно нечувствительный к объектам с большим латеральным распространением. Если наблюдения этих исследователей надежны, то они могут означать, что материал плюма под Йелоустоном растекается сложным способом.
Изучение ископаемых плюмов обозначает место, где материал плюма впервые проник сквозь литосферу, и дает неожиданный поворот в вопросе взаимодействия плюма и литосферы [VanDecar et al 1995, Kennett & Widiyantoro 1999].
Геодинамическое значение горячих точек чрезвычайно велико. И уже имеются надежные сейсмические свидетельства существования мантийных плюмов.

Источники информации:
Nataf H.-C.Seismic imaging of mantle plumes.Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2000. v. 28, p. 391–417

About Олег Якупов

Я отношусь к той категории советских людей, которых называют "Ташкентскими русскими". Это эндемики, сохранившие в окружении инородной культуры своеобразную русскую, еще дореволюционную культуру, и прежде всего, язык. А так же впитавших в себя много хорошего из окружавшей нас по жизни восточной культуры. Еще нас называют "Совками". Но это относится не только к бывшим жителям гостеприимного Ташкента, но к жителям всего Советского Союза, сформировавшимся, как личности, во времена Советского Союза. Многих из нас судьба разбросала по всему Земному шару. Нам не хватает привычного общения. Наши дети и внуки, помимо своей воли, становятся "иностранцами". Блог – это то место, где я смогу выговориться, а если повезет, то и поговорить с людьми моего поколения. Спасибо Интернету, он предоставляет нам такую возможность.
This entry was posted in 2016, Upper mantle, Виртуальная Земля., Горячие точки Земли, Мантийные плюмы. Bookmark the permalink.

Leave a Reply