Как устроена наша Земля?

  Все выпуски  

Как устроена наша Земля? Горячие Точки Земли


Введение. С чего всё начиналось.

Гавайская Горячая Точка
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 вызвать локальное плавление, что может послужить причиной для образования горячей точки. Причиной образования горячих точек так же может быть и внутриплитный вулканизм, сопровождаемый аномальным плавлением и плюмами. Но большинство горячих точек не являются "срединноплитными". Горячие точки, как и другие вулканические образования, встречаются в пределах литосферы, либо на границах плит, либо внутри плит. Немалое количество горячих точек находится в пределах срединноокеанических рифтовых зон. Некоторые внутриплитные вулканы начинали свою жизнь в рифтовых зонах и в последующем переместились относительно термальной аномалии или отнесены от источника.

Происхождение мантийных горячих точек.

Происхождение мантийных горячих точек – спорная тема. Только семь ("первичных") из 49 горячих точек удовлетворяют всем критериям, по которым идентифицитуется горячая точка. Три из семи однознчно опреднлённых находятся в Тихом океане, четыре в пределах обширнейшего Индо – Атлантического региона. Эти "эталонные" горячие точки имеют очень глубинное происхождение. Горячие точки последние десятки миллионов лет двигаются медленно, но ранее, более 50 млн лет назад, движение плит на горячей точкой превышало скорость 50 мм/год. Это оббстоятельсто обнаружено при изучении широтныхи сдвигов Гавайской и Реюнионской горячих точек, что коррелирует с изменением в положении полюсов (a change in true polar wander). Ряд исследователей предполагает, что разогретое вещество горячих точек может поступать из различных мантийных пограничных слоев и что "первичные" горячие точки трассируют смещения квадрупольной конвекции в нижней мантии. Несмотря на то, что теория тектоники плит успешно применяется для объяснения таких явлений, как глобальный вулканизм, сейсмичность, было отмечено, что происхождение значительного число вулканов, часто удаленных от границ плит, не может быть объяснено с позиций тектоники плит.

Горячие точки второго типа.

Морган предположил [Morgan W.J., (1972) Plate motions and deep convection, Geol. Soc. Am. Mem. 132 7-22.], что глубинные мантийные плюмы, созданные в нижней части мантии, являются источником таких горячих точек. Горячая точка обозначена на поверхности Земли линейной цепочкой потухших вулканов, которая, как предполагается, сформирована на литосферной плите, дрейфующей над плюмом. Гаваи и связанная с ним Гавае – Императорская цепочка подводных гор – наиболее характерный пример. В дальнейшем было отмечено, что вулканы горячих точек могли бы быть созданы и разломами литосферы, в то же время Морганом было введено понятие горячих точек второго типа. Ряд исследователей внимательно рассмотрели всевозможные аспекты первоначальной версии вторичных горячих точек. Андерсон [Anderson, D.L. and Schramm, K.A., 2005, Global Hotspot Maps, in Plates, Plumes & Paradigms,] пришел к заключению, модель глубинного плюма Моргана может быть опровергнута. С его точки зрения весь вулканизм, не связанный с границами плит может быть объяснен неглубинными, связанными с плитами стрессами, которые разрушают литосферу и являются причиной вулканизма вдоль этих разломов, активизирую, например, вторичную, связанную с перемещением плит, конвекцию в верхней мантии. То, что такие различные точки зрения по-прежнему имеют место, свидетельствует о том, что горячие точки имеют различные источники в мантии.

Главные особенности горячих точек.

Ниже перечислим пять особенностей, которые могут охарактеризовать вулканизм горячих точек, продуцированный плюмами, зародившимися в глубокой мантии. Эти пять критериев используются для сортировки каталогов горячих точек. Вот эти критерии: 1. Наличие линейных вулканических цепочек с монотонной изменением возраста.Всплывающий поток определяющий движение вещества из мантии является причиной топографического поднятия, ассоциируемого с горячей точкой. 2. Наличие покровных базальтов в начале следа горячей точки. 3. Большой восходящий поток / высокая плавучесть.Всплывающий поток определяющий движение вещества из мантии является причиной топографического поднятия, ассоциируемого с горячей точкой. Детальные численные расчетыпоказали, что плюмы поднимающиеся от подошвы мантии и имеющие плавучесть менее, чем 103 kg s-1 могут быть охлаждены настолько, что они не вызывали частичное плавление мантии под зрелой литосферой. Больше того, такие слабые плюмы могут быть захвачены мантийным потоком (мантийным ветром) ещё до того, как они достигнут литосферы. Если же значение плавучести, превышающее 103 kg s-1, то плюмы достигнут подошвы литосферы в таком разогретом состоянии, что инициируют на поверхности рождение и дальнейшее развитие классической горячей точки. 4. Высокое отношение третьего изотопа гелия к четвертому изотопу гелия (3He/4He ).Высокие значения соотношения 3He/4He или 21Ne/22Ne в лаве горячей точки часто приписывается подъему вещества из длительное время изолированного и наиболее примитивного резервуара.Если неглубокие резервуары, как правило, связываются со срединно – океаническими рифтами, то примитивные резервуары, часто считается, расположены глубоко в мантии в пределах транзитной зоны верхней мантии или даже глубже, в нижней мантии. 5. Значительное снижение скорости поперечных волн (VS) в подстилающей мантии. Горячая точка по определению горячая. Поэтому мантия под горячими точками характеризуется аномально низкими скоростями поперечных волн (VS). Такие низкие скорости на глубине будут указывать на существование пониженной плотности, возможно, более горячего вещества из плюма.
Источники:
- 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.
-Courtillot V.,Davaille A., Besse J., and J. Stock Three distinct types of hotspots in the Earth’s mantle. Earth and Planetary Science Letters 205 (2003) 295-308.
- Morgan W.J., (1972) Plate motions and deep convection, Geol. Soc. Am. Mem. 132 7-22.
- Morgan W.J., (1981) Hotspot tracks and the opening of the Atlantic and Indian oceans, in: C. Emiliani (Ed.), The Sea, Vol. 7, Wiley Interscience, New York, , pp. 443-487.
- Wilson J.T., (1965) Evidence from oceanic islands suggesting movement in the Earth, Philos. Trans. R. Soc. London Ser. A 258 145-167.

В избранное