ГЛУБИННЫЕ ПРОЦЕССЫ ЗЕМЛИ И ИХ ПОВЕРХНОСТНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ

Тектоника плюмов

На протяжении двух десятилетий в геофизике широко обсуждается вопрос: охватывает ли конвекция всю мантию или мантийный материал циркулирует в верхнем и нижнем ее слоях раздельно, никогда не смешиваясь? Большинство исследователей считают, что мантия толщиной около 2900 км разделена на два слоя границей на глубине 660 км, где мантийный материал подвергается фазовым изменениям. Но в то же время они спорят, служит ли эта граница барьером для общемантийной конвекции. Геохимики полагают, что верхняя и нижняя части мантии отличаются по своему химическому составу. Если это так, то обе части должны иметь изолированные конвективные ячейки, и материал погружающейся литосферной плиты остается в верхней мантии. С другой стороны, ряд геофизиков, в основном сейсмологов, считают, что конвекция пронизывает всю мантию. Их уверенность основана на сейсмических данных, показывающих что литосферная плита погружается в глубь мантии, достигая границы ядра.

Глобальные сейсмические исследования начинаются с изучения времен прихода упругих сейсмических волн, которые распространяются от очага землетрясений и пронизывают всю Землю по различным направлениям. Зная время прихода волны и путь, пройденный ею, сейсмологи определяют скорость волны в каждой "точке" мантии (под "точкой" понимается трехмерный блок со сторонами 100-200 км). Этот метод, известный как глобальная сейсмическая томография, похож на компьютерную томографию, используемую в медицине, где рентгеновские лучи, просвечивающие, скажем, голову человека, рисуют картину его мозга.

Японский геофизик Ш. Маруяма в 1994 г. предложил теоретическое объяснение сейсмическим наблюдениям, назвав свою гипотезу тектоникой плюмов (от английского plume - перо, на которое по форме похож мантийный материал). Он считает, что литосферные плиты, погружаясь в глубь Земли, застревают на границе между верхней и нижней мантией. Холодный материал плит копится здесь сотни миллионов лет, пока не прорвет границу. Погружаясь до границы ядра, он охлаждает железо-никелевый расплав, который опускается во внешнее жидкое ядро Земли. Вытесненный им наверх горячий суперплюм вызывает континентальный раскол и дрейф вновь образовавшихся континентов. После этого тектоника плит становится независимой от тектоники плюмов еще на несколько сот миллионов лет, когда процесс повторится. Маруяма считает, что холодные плюмы образуются в нижней мантии достаточно случайно, на ранней стадии континентального дрейфа после раскола суперконтинента. А холодный суперплюм может развиваться под формирующимся суперконтинентом, вроде Лавразии, существовавшей 200 миллионов лет назад.

Тектоника плит описывает процессы, происходящие на глубинах до 1/10 радиуса Земли, в то время как тектоника плюмов охватывает всю мантию, объясняя ее конвекцию, возникновение и раскол континентов, конвективные течения во внешнем ядре. Тектоника плит, таким образом, становится частью тектоники плюмов.

Однако и эта новая теория (скорее, гипотеза), нарисовав интересную картину возможного развития процессов внутри мантии, не дала ответов на вопросы о том, как суперплюмы реально согласуются с горизонтальными движениями континентов или почему суперконтинент, образовавшийся над нисходящим потоком, раскалывается.

Основной недостаток и тектоники плит, приводимых в движение мантийной конвекцией, и тектоники плюмов, ответственных за движения в мантии, заключается в том, что обе теории не принимали во внимание влияние движущихся континентов на мантийные процессы. А роль их в динамике Земли неожиданно оказалась очень большой.