Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Суперплюма генерируется путем охлаждения процессов в мантии (ЛВЗ = зона пониженных скоростей ) [1]

Мантийных плюмов является планируемая механизм конвекции аномально горячей породы в пределах мантии Земли . Поскольку голова шлейфа частично тает при достижении небольших глубин, шлейф часто называют причиной возникновения горячих точек вулкана , таких как Гавайи или Исландия , и крупных вулканических провинций, таких как Декан и Сибирские ловушки . Некоторые из таких вулканических регионов лежат далеко от границ тектонических плит , в то время как другие представляют собой вулканизм необычно большого объема вблизи границ плит.

Гипотеза мантийных плюмов из глубины не является общепринятой , как объяснить все такое вулканизм. Это потребовало прогрессивной разработки гипотез, приводящей к различным предложениям, таким как мини-шлейфы и пульсирующие шлейфы. Меньшинство [2] считает, что причиной необычных вулканических регионов является модель плиты . Это предполагает более мелкую, пассивную утечку магмы из мантии на поверхность Земли, где это позволяет расширение литосферы, приписывая большую часть вулканизма тектоническим процессам плит, а вулканы находятся далеко от границ плит в результате внутриплитного расширения. [3]

Концепции [ править ]

Мантийные плюмы были впервые предложены Дж. Тузо Уилсоном в 1963 г. [4] [необходим неосновной источник ] и в дальнейшем развиты У. Джейсоном Морганом в 1971. Предполагается, что мантийный плюм существует там, где зарождаются горячие породы [ требуется пояснение ] на Граница ядро-мантия и поднимается через мантию Земли, становясь диапиром в земной коре . [5]В частности, концепция, согласно которой мантийные плюмы фиксированы относительно друг друга и закреплены на границе ядро-мантия, может дать естественное объяснение прогрессирующим во времени цепочкам более старых вулканов, выходящим из некоторых таких горячих точек, таких как Цепь подводных гор Гавайи-Император . Однако палеомагнитные данные показывают, что мантийные плюмы могут быть связаны с провинциями с большими низкими скоростями сдвига (LLSVP) [6] и действительно перемещаются. [7]

Предлагаются два в значительной степени независимых конвективных процесса:

  • широкий конвективный поток, связанный с тектоникой плит, вызванный в первую очередь погружением холодных плит литосферы обратно в мантийную астеносферу
  • мантийный шлейф, вызванный теплообменом через границу ядро-мантия, переносящий тепло вверх узким восходящим столбом, и постулируется, что он не зависит от движений плит.

Гипотеза о шлейфе была изучена с помощью лабораторных экспериментов, проведенных в небольших заполненных жидкостью резервуарах в начале 1970-х годов. [8] Тепловые или композиционные флюидодинамические шлейфы, созданные таким образом, были представлены в качестве моделей.для гораздо более крупных постулируемых мантийных плюмов. Основываясь на этих экспериментах, предполагается, что мантийные плюмы состоят из двух частей: длинного тонкого канала, соединяющего верхушку плюма с его основанием, и выпуклую головку, которая увеличивается в размерах по мере подъема плюма. Считается, что вся конструкция напоминает гриб. Выпуклая головка теплового шлейфа формируется из-за того, что горячий материал движется вверх по каналу быстрее, чем сам шлейф поднимается по окружающей среде. В конце 1980-х и начале 1990-х годов эксперименты с тепловыми моделями показали, что по мере расширения луковичной головы она может увлекать часть соседней мантии в голову.

Размеры и наличие грибовидных плюмов мантии можно легко предсказать с помощью теории переходной нестабильности, разработанной Таном и Торпом. [9] [10] Теория предсказывает грибовидные мантийные шлейфы с головками диаметром около 2000 км, которые имеют критическое время [ требуется уточнение ] около 830 млн лет для теплового потока центральной мантии 20 мВт / м 2 , в то время как время цикла [ требуется уточнение ] составляет около 2 млрд. лет. [11] Ожидается, что количество мантийных плюмов составит около 17.

Когда голова плюма встречается с основанием литосферы, ожидается, что она уплощается против этого барьера и претерпевает широкомасштабное декомпрессионное плавление с образованием больших объемов базальтовой магмы. Затем он может вырваться на поверхность. Численное моделирование предсказывает, что таяние и извержение произойдут в течение нескольких миллионов лет. [12] Эти извержения были связаны с паводковыми базальтами , хотя многие из них происходят в гораздо более короткие сроки (менее 1 миллиона лет). Примеры включают ловушки Декана в Индии, сибирские ловушки в Азии, базальты / долериты Кару-Феррар в Южной Африке и Антарктиде, ловушки Парана и Этендека.в Южной Америке и Африке (ранее это была одна провинция, отделенная выходом из Южного Атлантического океана), а также в базальтах реки Колумбия в Северной Америке. Базальты Мирового океана известны как океанические плато и включают плато Онтонг Ява в западной части Тихого океана и плато Кергелен в Индийском океане.

Узкая вертикальная труба, или канал, предназначенная для соединения головы плюма с границей ядро-мантия, рассматривается как обеспечивающая непрерывную подачу магмы в фиксированное место, часто называемое «горячей точкой». По мере того как вышележащая тектоническая плита (литосфера) движется по этой горячей точке, ожидается, что извержение магмы из неподвижного канала на поверхность сформирует цепочку вулканов, параллельную движению плит. [13] Гавайские острова цепь в Тихом океане является примером типа. Недавно было обнаружено, что вулканическое местоположение этой цепи не было зафиксировано с течением времени, и, таким образом, она вошла в клуб многих типовых примеров, которые не демонстрируют ключевую характеристику, предложенную первоначально. [14]

Извержение базальтов континентальных паводков часто связано с рифтингом и распадом континентов . Это привело к гипотезе о том, что мантийные плюмы способствуют континентальному рифтингу и образованию океанических бассейнов. В контексте альтернативной «модели плит» распад континентов является неотъемлемым процессом тектоники плит, и массивный вулканизм возникает как естественное последствие, когда он начинается. [15]

Текущая теория мантийного плюма заключается в том, что материальные и энергетические ресурсы недр Земли обмениваются с поверхностной корой в двух различных режимах: преобладающий стационарный тектонический режим плит, обусловленный конвекцией верхней мантии , и прерывистый, периодически доминирующий режим опрокидывания мантии, обусловленный плюмовая конвекция. [5] Этот второй режим, хотя и часто прерывистый, периодически играет важную роль в горообразовании [16] и континентальном распаде. [17]

Химия, тепловой поток и плавление [ править ]

Гидродинамическое моделирование одного «пальца» неустойчивости Рэлея – Тейлора , возможного механизма образования плюма. [18] В третьем и четвертом кадрах последовательности шлейф образует «шляпку гриба». Обратите внимание, что ядро ​​находится вверху диаграммы, а корка - внизу.
Смотрите также: неустойчивость Рэлея-Тейлора
Разрез Земли, показывающий расположение верхней (3) и нижней (5) мантии, D ″ -слоя (6), внешнего (7) и внутреннего (9) ядра.

Химический и изотопный состав базальтов, обнаруженных в горячих точках, незначительно отличается от базальтов срединно-океанических хребтов. [19] Эти базальты, также называемые базальтами океанических островов (OIB), анализируются на предмет их радиогенного и стабильного изотопного состава. В радиогенных изотопных системах первоначально субдуцированный материал создает расходящиеся тренды, называемые компонентами мантии. [20] Идентифицированные компоненты мантии: DMM (обедненная мантия из базальта срединно-океанического хребта (MORB)), HIMU (мантия с высоким U / Pb-соотношением), EM1 (обогащенная мантия 1), EM2 (обогащенная мантия 2) и FOZO (фокусная зона ). [21] [22] Эта геохимическая подпись возникает из-за смешения приповерхностных материалов, таких как погруженные плиты.и континентальные отложения в мантийном источнике. Для этого есть две конкурирующие интерпретации. В контексте мантийных плюмов предполагается, что приповерхностный материал был перенесен вниз к границе ядро-мантия посредством погружения пластин и был перенесен обратно на поверхность с помощью плюмов. В контексте гипотезы Плиты субдуцированный материал в основном повторно циркулирует в мелкой мантии и вырабатывается оттуда вулканами.

Стабильные изотопы, такие как Fe, используются для отслеживания процессов, которые поднимающийся материал испытывает во время плавления. [23]

Обработка океанической коры, литосферы и отложений через зону субдукции отделяет водорастворимые микроэлементы (например, K, Rb, Th) от неподвижных микроэлементов (например, Ti, Nb, Ta), концентрируя неподвижные элементы в океаническая плита (водорастворимые элементы добавляются к коре островодужных вулканов). СЕЙСМОТОМОГРАФИЧЕСКИЕ показывает , что субдуцируемой океанические плиты раковина, насколько нижней части мантии переходной зоны на глубине 650 км. Погружение на большие глубины менее определенно, но есть свидетельства того, что они могут опускаться до средних и нижних слоев мантии на глубине около 1500 км.

Источником мантийных плюмов считается граница ядро-мантия на глубине 3000 км. [24] Поскольку перенос материала через границу ядро-мантия невелик, передача тепла должна происходить за счет теплопроводности с адиабатическими градиентами выше и ниже этой границы. Граница ядро-мантия представляет собой сильный термический (температурный) разрыв. Температура ядра примерно на 1000 градусов Цельсия выше, чем у вышележащей мантии. Считается, что плюмы поднимаются по мере того, как основание мантии становится более горячим и плавучим.

Постулируется, что плюмы поднимаются через мантию и начинают частично таять при достижении небольших глубин в астеносфере путем декомпрессионного плавления . Это создаст большие объемы магмы. Гипотеза плюма предполагает, что этот расплав поднимается на поверхность и извергается, образуя «горячие точки».

Нижняя мантия и ядро [ править ]

Расчетная температура Земли в зависимости от глубины. Пунктирная кривая: многослойная мантийная конвекция ; Сплошная кривая: конвекция всей мантии. [25]

Самый заметный тепловой контраст, который существует в глубокой (1000 км) мантии, находится на границе ядро-мантия на высоте 2900 км. Первоначально предполагалось, что мантийные плюмы поднимаются из этого слоя, потому что «горячие точки», которые, как предполагается, являются их поверхностным выражением, считались неподвижными относительно друг друга. Для этого требовалось, чтобы шлейфы исходили из-под неглубокой астеносферы, которая, как считается, быстро течет в ответ на движение вышележащих тектонических плит. Других известных крупных тепловых пограничных слоев в глубинах Земли нет, поэтому граница ядро-мантия была единственным кандидатом.

Основание мантии известно как слой D ″ , сейсмологическое подразделение Земли. По-видимому, он по составу отличается от вышележащей мантии и может содержать частичный расплав.

Две очень широкие и большие провинции с низкой скоростью сдвига существуют в нижней мантии под Африкой и под центральной частью Тихого океана. Предполагается, что перья поднимаются с их поверхности или с краев. [26] Считалось, что их низкие сейсмические скорости предполагают, что они относительно горячие, хотя недавно было показано, что их низкие скорости волн обусловлены высокой плотностью, вызванной химической неоднородностью. [27] [28]

Доказательства теории [ править ]

В пользу мантийных плюмов приводятся различные свидетельства. Существует некоторая путаница в отношении того, что считать поддержкой, поскольку наблюдалась тенденция к переопределению постулируемых характеристик мантийных плюмов после того, как были сделаны наблюдения. [3]

Некоторые общие и основные доказательства, приведенные в поддержку теории, включают линейные вулканические цепи, благородные газы , геофизические аномалии и геохимию .

Линейные вулканические цепи [ править ]

Возрастное распределение цепи подводных гор Гавайский-Императорский было объяснено как результат фиксированного, глубоководного шлейфа, поднимающегося в верхнюю мантию, частично плавящегося и вызывающего формирование вулканической цепи по мере того, как плита движется над головой относительно горизонта. исправлен источник шлейфа. [24] Другие «горячие точки» с временем прогрессирующие вулканические цепями позади них включают Реюньон , в Chagos-Лаккадивский хребет , в Луисвилле хребет , на Девяносто Иста - Ридж и Кергелен , Тристан и Йеллоустон .

Неотъемлемым аспектом гипотезы плюма является то, что «горячие точки» и их вулканические следы были зафиксированы относительно друг друга на протяжении геологического времени. Несмотря на то, что есть свидетельства того, что перечисленные выше цепи прогрессируют во времени, тем не менее было показано, что они не фиксированы относительно друг друга. Наиболее ярким примером этого является цепь Императора, более старая часть системы Гавайев, которая была сформирована миграцией вулканической активности через геостационарную плиту. [14]

Многие постулируемые «горячие точки» также не имеют вулканических троп, прогрессирующих во времени, например, Исландия, Галапагосские острова и Азорские острова. Несоответствие между предсказаниями гипотезы и наблюдениями обычно объясняется вспомогательными процессами, такими как «мантийный ветер», «захват гребня», «уход за гребнем» и боковой поток вещества плюма.

Благородный газ и другие изотопы [ править ]

Основная статья: Гелий-3

Гелий-3 - это первичный изотоп, образовавшийся в результате Большого взрыва . Производится очень мало, и с тех пор другие процессы мало что добавили к Земле. [29] Гелий-4 включает первичный компонент, но он также производится в результате естественного радиоактивного распада таких элементов, как уран и торий . Со временем гелий из верхних слоев атмосферы теряется в космос. Таким образом, Земля постепенно истощается по гелию, и 3 He не заменяется, как 4 He. В результате соотношение 3 He / 4 He на Земле со временем уменьшилось.

Необычно высокие значения 3 He / 4 He наблюдались в некоторых, но не во всех "горячих точках". В теории мантийных плюмов это объясняется тем, что плюмы выходят из глубокого первичного резервуара в нижней мантии, где первоначальные высокие отношения 3 He / 4 He сохранялись на протяжении всего геологического времени. [30] В контексте гипотезы платформы высокие отношения объясняются сохранением старого материала в неглубокой мантии. Древнее высокое соотношение 3 He / 4 He было бы особенно легко сохранить в материалах без U или Th, поэтому 4 He не добавлялся со временем. Оливин и дунит, оба найдены в субдуцированной коре, являются материалами такого рода. [29]

Другие элементы, например осмий , были предложены в качестве индикаторов материала, возникающего вблизи ядра Земли, в базальтах на океанских островах. Однако убедительных доказательств этому пока нет. [31]

Геофизические аномалии [ править ]

Диаграмма, показывающая поперечное сечение литосферы Земли (желтым цветом) с магмой, поднимающейся из мантии (красным цветом). Кора может двигаться относительно шлейфа, образуя след .

Гипотеза о шлейфе была проверена путем поиска предполагаемых геофизических аномалий, связанных с ними. К ним относятся термические, сейсмические аномалии и аномалии высот. Термину «горячая точка» присущи тепловые аномалии. Их можно измерить множеством различных способов, включая поверхностный тепловой поток, петрологию и сейсмологию. Тепловые аномалии вызывают аномалии в скоростях сейсмических волн, но, к сожалению, то же самое происходит и в составе и частичном плавлении. В результате скорости волн нельзя использовать просто и напрямую для измерения температуры, но необходимо применять более сложные подходы.

Сейсмические аномалии идентифицируются путем картирования изменений скорости волн, когда сейсмические волны проходят через Землю. Прогнозируется, что горячий мантийный плюм будет иметь более низкие скорости сейсмических волн по сравнению с аналогичным материалом при более низкой температуре. Материал мантии, содержащий следы частичного плавления (например, в результате того, что он имеет более низкую температуру плавления) или более богат Fe, также имеет более низкую скорость сейсмических волн, и эти эффекты сильнее, чем температура. Таким образом, хотя необычно низкие скорости волн были приняты для обозначения аномально горячей мантии под «горячими точками», эта интерпретация неоднозначна. [3]Наиболее часто цитируемые изображения скорости сейсмических волн, которые используются для поиска изменений в регионах, где были предложены шлейфы, получены с помощью сейсмической томографии. Этот метод включает использование сети сейсмометров для построения трехмерных изображений изменения скорости сейсмических волн в мантии. [32]

Сейсмические волны, генерируемые сильными землетрясениями, позволяют определять структуру под поверхностью Земли вдоль траектории луча. Сейсмические волны, прошедшие тысячу и более километров (также называемые телесейсмическими волнами ), могут быть использованы для изображения больших областей мантии Земли. Однако они также имеют ограниченное разрешение, и могут быть обнаружены только структуры диаметром не менее нескольких сотен километров.

Снимки сейсмической томографии приводятся в качестве доказательства наличия ряда мантийных плюмов в мантии Земли. [33] Тем не менее, ведется активная дискуссия относительно того, надежно ли разрешены изображенные структуры и соответствуют ли они столбам горячей поднимающейся породы. [34]

Гипотеза мантийного плюма предсказывает, что домальные топографические поднятия будут развиваться, когда головы плюма упадут на основание литосферы. Подобное поднятие произошло, когда открылась северная часть Атлантического океана около 54 миллионов лет назад. Некоторые ученые связывают это с мантийным плюмом, который, как предполагается, вызвал распад Евразии и открытие Северной Атлантики, которая, как теперь предполагается, лежит в основе Исландии . Однако текущие исследования показали, что временная история поднятия, вероятно, намного короче, чем предполагалось. Таким образом, неясно, насколько сильно это наблюдение поддерживает гипотезу мантийного плюма.

Геохимия [ править ]

Базальты, обнаруженные на океанских островах, геохимически отличаются от базальтов, обнаруженных на срединно-океанических хребтах и вулканах, связанных с зонами субдукции (базальты островных дуг). « Базальт океанического острова » также похож на базальты, встречающиеся в океанах как на малых, так и на больших подводных горах (считается, что они образовались в результате извержений на морском дне, которые не поднимались над поверхностью океана). Они также по составу похожи на некоторые базальты, обнаруженные в недрах континентов (например, равнина реки Снейк ).

По основным элементам базальты океанических островов обычно содержат больше железа (Fe) и титана (Ti), чем базальты срединно-океанических хребтов при аналогичном содержании магния (Mg). В составе микроэлементов они обычно более богаты легкими редкоземельными элементами, чем базальты срединно-океанических хребтов. По сравнению с базальтами островных дуг, базальты островных океанов содержат меньше глинозема (Al 2 O 3 ) и больше неподвижных микроэлементов (например, Ti, Nb , Ta ).

Эти различия являются результатом процессов, происходящих при субдукции океанической коры и мантийной литосферы . Океаническая кора (и, в меньшей степени, нижележащая мантия) на морском дне обычно в разной степени гидратируется, частично в результате выветривания морского дна, а частично в ответ на гидротермальную циркуляцию около гребня срединно-океанического хребта, где она была первоначально сформирован. По мере того как океаническая кора и нижележащая литосфера субдуктируются, вода высвобождается в результате реакций дегидратации вместе с водорастворимыми элементами и микроэлементами. Этот обогащенный флюид поднимается для метасоматизации вышележащего клина мантии и приводит к образованию островодужных базальтов. Поглощающая плита обеднена этими водоподвижными элементами (например, K ,Rb , Th , Pb ) и, следовательно, относительно обогащены элементами, которые не являются водоподвижными (например, Ti, Nb, Ta) по сравнению с базальтами как срединно-океанических хребтов, так и островных дуг.

Базальты океанических островов также относительно обогащены неподвижными элементами по сравнению с водоподвижными элементами. Это и другие наблюдения были интерпретированы как указание на то, что отчетливая геохимическая характеристика базальтов океанических островов является результатом включения компонента субдуцированного материала плит. Это должно было быть переработано в мантии, затем переплавлено и включено в извергнутые лавы. В контексте гипотезы плюма постулируется, что субдуцированные плиты были погружены вниз до границы ядро-мантия и перенесены обратно на поверхность поднимающимися плюмами. В гипотезе плит предполагается, что плиты были переработаны на меньших глубинах - в верхних нескольких сотнях километров, составляющих верхнюю мантию.. Однако гипотеза плит несовместима как с геохимией расплавов мелкой астеносферы (т. Е. Базальтов Срединно-океанических хребтов), так и с изотопным составом базальтов океанических островов.

Сейсмология [ править ]

В 2015 году, основываясь на данных 273 сильных землетрясений, исследователи составили модель, основанную на томографии полной формы волны , на которую потребовалось 3 миллиона часов суперкомпьютерного времени. [35] Из-за вычислительных ограничений высокочастотные данные по-прежнему нельзя было использовать, а сейсмические данные по большей части морского дна оставались недоступными. [35] Тем не менее, вертикальные шлейфы, температура которых на 400 ° C выше, чем окружающая скала, были визуализированы под многими горячими точками, включая Питкэрн , Макдональд , Самоа , Таити , Маркизские острова , Галапагосские острова , Кабо-Верде и Канарские горячие точки.[36] Они простирались почти вертикально от границы ядро-мантия (глубина 2900 км) до возможного слоя сдвига и изгиба на высоте 1000 км. [35] Их можно было обнаружить, потому что их ширина составляла 600-800 км, что более чем в три раза превышает ширину, ожидаемую от современных моделей. [35] Многие из этих плюмов находятся в крупных провинциях с низкой скоростью сдвига под Африкой и Тихим океаном, в то время как некоторые другие горячие точки, такие как Йеллоустон, менее четко связаны с мантийными особенностями в модели. [37]

Неожиданный размер плюмов оставляет возможность того, что они могут проводить основную часть 44 тераватт внутреннего теплового потока Земли от ядра к поверхности, и означает, что нижняя мантия конвектирует меньше, чем ожидалось, если вообще. Возможно, существует разница в составе плюмов и окружающей мантии, которая замедляет и расширяет их. [35]

Предлагаемое расположение мантийных перьев [ править ]

Пример местоположения шлейфа, предложенный одной недавней группой. [38] Рисунок из Foulger (2010). [3]

Было высказано предположение, что под мантийными шлейфами лежат многие различные места, и ученые не могут прийти к единому мнению об окончательном списке. Некоторые ученые предполагают, что существует несколько десятков шлейфов [38], тогда как другие предполагают, что их нет. [3]Теория была действительно вдохновлена ​​системой гавайских вулканов. Гавайи - это большое вулканическое сооружение в центре Тихого океана, вдали от границ плит. Его регулярная, прогрессирующая во времени цепь островов и подводных гор на первый взгляд хорошо согласуется с теорией плюмов. Однако это почти уникальное явление на Земле, поскольку ничего более экстремального не существует больше нигде. Вторым наиболее сильным кандидатом на расположение плюма часто называют Исландию, но, согласно противникам гипотезы плюма, его массивный характер можно объяснить тектоническими силами плит вдоль центра спрединга в Средней Атлантике.

Мантийные плюмы были предложены как источник паводковых базальтов . [39] [40] Эти чрезвычайно быстрые, крупномасштабные извержения базальтовых магм периодически формируются континентальные наводнения базальтовых провинций на сушу и на океаническом плато в океанических бассейнах, такие как Декан ловушки , [41] в Сибирской Ловушке [42] Карру -Ferrar траппов из Гондваны , [43] и самый большой известный континентальный потоп базальт, то Центральная Атлантика магматическая провинция (CAMP). [44]

Многие события, связанные с континентальным паводком, совпадают с континентальным рифтингом. [45] Это согласуется с системой, которая стремится к равновесию: по мере того, как вещество поднимается в мантийном шлейфе, другой материал втягивается в мантию, вызывая рифтинг. [45]

Альтернативные гипотезы [ править ]

Параллельно с моделью мантийного плюма были рассмотрены два альтернативных объяснения наблюдаемых явлений: гипотеза плит и гипотеза удара.

Гипотеза пластины [ править ]

Основная статья: Теория плит (вулканизм)
Иллюстрация конкурирующих моделей рециклинга земной коры и судьбы субдуцированных плит. Гипотеза плюма предполагает глубокую субдукцию (справа), в то время как гипотеза плиты фокусируется на неглубокой субдукции (слева).

Начиная с начала 2000-х годов неудовлетворенность состоянием доказательств наличия мантийных плюмов и распространение специальных гипотез заставили ряд геологов во главе с Доном Л. Андерсоном , Джиллиан Фулджер и Уорреном Б. Гамильтоном предложить широкую альтернативу. основан на мелководных процессах в верхней мантии и выше, с акцентом на тектонику плит как движущую силу магматизма. [46]

Гипотеза плит предполагает, что «аномальный» вулканизм является результатом растяжения литосферы, которое позволяет расплаву пассивно подниматься из нижней астеносферы. Таким образом, это концептуальная инверсия гипотезы плюма, поскольку гипотеза плит приписывает вулканизм мелким приповерхностным процессам, связанным с тектоникой плит, а не активным процессам, возникающим на границе ядра и мантии.

Расширение литосферы связано с процессами, связанными с тектоникой плит. Эти процессы хорошо изучены на срединно-океанических хребтах, где происходит большая часть вулканизма Земли. Реже признается, что сами плиты деформируются изнутри и могут допускать вулканизм в тех регионах, где деформация является растяжимой. Хорошо известными примерами являются Провинция бассейнов и хребтов на западе США, Восточно-Африканская рифтовая долина и Рейнский грабен . Согласно этой гипотезе, переменные объемы магмы объясняются вариациями химического состава (большие объемы вулканизма, соответствующие более легко расплавленному материалу мантии), а не разницей температур.

Не отрицая наличия глубокой мантийной конвекции и апвеллинга в целом, гипотеза плит утверждает, что эти процессы не приводят к возникновению мантийных плюмов в смысле столбчатых вертикальных структур, которые охватывают большую часть мантии Земли, переносят большое количество тепла и способствуют поверхностному вулканизму. [3] : 277

Под эгидой гипотезы плит выделяются следующие подпроцессы, каждый из которых может способствовать разрешению поверхностного вулканизма: [3]

  • Континентальный распад;
  • Плодородие на срединно-океанических хребтах;
  • Усиленный вулканизм на стыках границ плит;
  • Мелкомасштабная сублитосферная конвекция;
  • Океаническое внутриплитное расширение;
  • Отрыв и отрыв плиты;
  • Неглубокая мантийная конвекция;
  • Резкие боковые изменения напряжения на структурных нарушениях;
  • Континентальное внутриплитное расширение;
  • Катастрофическое истончение литосферы;
  • Пондирование и осушение подлитосферного расплава.

Гипотеза воздействия [ править ]

Известно , что в дополнение к этим процессам ударные события, такие как те, которые создали кратер Аддамс на Венере и магматический комплекс Садбери в Канаде, как известно, вызвали таяние и вулканизм. В гипотезе воздействия предполагается, что некоторые регионы очагового вулканизма могут быть вызваны определенными океанскими ударами крупных тел, которые способны проникать в более тонкую океаническую литосферу , а базальтовый вулканизм наводнения может быть вызван сходом сейсмической энергии, сосредоточенной в противоположной точке. напротив основных мест падения. [47] Вулканизм, вызванный ударами, не был должным образом изучен и представляет собой отдельную причинную категорию наземного вулканизма, имеющую значение для изучения горячих точек и тектоники плит.

Сравнение гипотез [ править ]

В 1997 г. стало возможным использовать сейсмическую томографию для изображения погружающихся тектонических пластов, проникающих от поверхности до границы ядро-мантия. [48]

Для горячей точки на Гавайях , длиннопериодная сейсмическая дифракционная томография на объемных волнах предоставила доказательства того, что причиной этого является мантийный шлейф, как было предложено еще в 1971 году. [49] Для горячей точки Йеллоустоун сейсмологические данные начали собираться с 2011 года в поддержку Модель плюма, согласно заключению Джеймса и др., «мы отдаем предпочтение плюму в нижней мантии как источнику горячей точки Йеллоустоуна». [50] [51] Данные, полученные с помощью программы Earthscope , собирающей сейсмические данные с высоким разрешением по всей территории Соединенных Штатов , ускорили принятие шлейфа, лежащего под Йеллоустоуном. [52] [53]

Хотя есть веские доказательства [ требуется разъяснение ], что по крайней мере два глубоких мантийных плюма [ какие? ] поднимаются до границы ядро-мантия, подтверждение того, что другие гипотезы могут быть отклонены, может потребовать аналогичных томографических свидетельств для других горячих точек.

См. Также [ править ]

  • Расслоение (геология)  - процесс, происходящий, когда нижняя континентальная кора и мантийная литосфера отрываются от верхней континентальной коры.
  • Эпейрогенное движение  - Подъёмы или понижения на суше с длинными волнами и небольшими складками
  • Орогенез  - образование горных хребтов.
  • Вернешот  - гипотетическое событие извержения вулкана, вызванное скоплением газа глубоко под кратоном.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Основываясь на рисунке 17 в Matyska, Ctirad; Юэн, Дэвид А. (2007). « Свойства материала нижней мантии и модели конвекции многомасштабных плюмов » . В Foulger, GR ; Джерди, DM (ред.). Плиты, шлейфы и планетные процессы . Геологическое общество Америки . п. 159. CiteSeerX  10.1.1.487.8049 . DOI : 10,1130 / 2007,2430 (08) . ISBN 978-0-8137-2430-0.
  2. ^ Пратт, Сара Э. (2015-12-14). «Вопрос о мантийных перьях» . Журнал ЗЕМЛЯ . Источник 2021-02-03 .
  3. ^ Б с д е е г Foulger, Г. Р. (2010). Пластины против плюмов: геологический спор . Вили-Блэквелл . ISBN 978-1-4051-6148-0.
  4. ^ Уилсон, Дж Tuzo (8 июня 1963). «Гипотеза поведения Земли». Природа . 198 (4884): 925–929. Bibcode : 1963Natur.198..925T . DOI : 10.1038 / 198925a0 . S2CID 28014204 . 
  5. ^ а б Ларсон, Р.Л. (1991). «Последний пульс Земли: свидетельство суперплюма среднего мелового периода». Геология . 19 (6): 547–550. Bibcode : 1991Geo .... 19..547L . DOI : 10.1130 / 0091-7613 (1991) 019 <0547: LPOEEF> 2.3.CO; 2 .
  6. ^ Французский, Скотт У .; Романович, Барбара (2015). «Широкие перья, укоренившиеся в основании мантии Земли под основными горячими точками». Природа . 525 (7567): 95–99. Bibcode : 2015Natur.525 ... 95F . DOI : 10,1038 / природа14876 . ISSN 0028-0836 . PMID 26333468 . S2CID 205245093 .   
  7. ^ Боно, Ричард К .; Тардуно, Джон А .; Бунге, Ханс-Петер (2019-07-29). «Движение горячей точки вызвало изгиб Гавайев-Императора, и LLSVP не исправлены» . Nature Communications . 10 (1): 3370. Bibcode : 2019NatCo..10.3370B . DOI : 10.1038 / s41467-019-11314-6 . ISSN 2041-1723 . PMC 6662702 . PMID 31358746 .   
  8. ^ Уайтхед младший, Джон А .; Лютер, Дуглас С. (1975). «Динамика лабораторных моделей диапира и плюма» . Журнал геофизических исследований . 80 (5): 705–717. Bibcode : 1975JGR .... 80..705W . DOI : 10.1029 / JB080i005p00705 . S2CID 129327249 . 
  9. ^ Тан, KK; Торп, РБ (1999). «Начало конвекции, вызванное плавучестью, вызванной различными режимами переходной теплопроводности, Часть I: Переходные числа Рэлея». J. Chem. Англ. Sci. 54 (2): 225–238. DOI : 10.1016 / S0009-2509 (98) 00248-6 .
  10. Перейти ↑ Tan, KK & Thorpe, RB (1999). «Возникновение конвекции, вызванной плавучестью, вызванной различными режимами переходной теплопроводности. Часть II: размеры шлейфов». J. Chem. Англ. Sci . 54 (2): 239–244. DOI : 10.1016 / S0009-2509 (98) 00249-8 .
  11. ^ Тан, KK; Торп, РБ; Чжао З., Жидан (2011). «О предсказании шлейфов мантийных грибов» . Границы геонаук . 2 (2): 223–235. DOI : 10.1016 / j.gsf.2011.03.001 .
  12. ^ Фарнетани, CG; Ричардс, Массачусетс (1994). «Численные исследования модели зарождения мантийного плюма для паводковых базальтовых событий». J. Geophys. Res. 99 (B7): 13, 813–13, 833. Bibcode : 1994JGR .... 9913813F . DOI : 10.1029 / 94jb00649 .
  13. ^ Skilbeck, JN; Уайтхед, Дж. А. (1978). «Формирование дискретных островов в линейные цепочки». Природа . 272 (5653): 499–501. Bibcode : 1978Natur.272..499S . DOI : 10.1038 / 272499a0 . S2CID 33087425 . 
  14. ^ a b Сагер, Уильям У. "Понимание движения Гавайской горячей точки из палеомагнетизма" . www.MantlePlume.org . Проверено 10 января 2011 .
  15. ^ Foulger, Gillian R. (2005). Плиты, шлейфы и парадигмы; Том 388 специальных статей. Геологическое общество Америки . п. 195. ISBN 978-0-8137-2388-4.
  16. Перейти ↑ Stein, M. & Hofmann, AW (1994). «Мантийные плюмы и эпизодический рост континентов». Природа . 372 (6501): 63–68. Bibcode : 1994Natur.372 ... 63S . DOI : 10.1038 / 372063a0 . S2CID 4356576 . 
  17. ^ Стори, Британская Колумбия (1995). «Роль мантийных плюмов в континентальном распаде: истории болезни из Гондваны». Природа . 377 (6547): 301–308. Bibcode : 1995Natur.377..301S . DOI : 10.1038 / 377301a0 . S2CID 4242617 . 
  18. ^ Ли, Шенгтай; Ли, Хуэй. «Параллельный код AMR для сжимаемых уравнений MHD или HD» . Лос-Аламосская национальная лаборатория . Архивировано из оригинала на 2016-03-03 . Проверено 5 сентября 2006 .
  19. ^ Белый, Уильям М. (2010). "Базальты и плюмы мантии океанических островов: геохимическая перспектива" . Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 38 (1): 133–160. Bibcode : 2010AREPS..38..133W . DOI : 10.1146 / annurev-earth-040809-152450 . ISSN 0084-6597 . S2CID 53070176 .  
  20. Перейти ↑ Hofmann, AW (1997). «Геохимия мантии: послание океанического вулканизма». Природа . 385 (6613): 219–229. Bibcode : 1997Natur.385..219H . DOI : 10.1038 / 385219a0 . ISSN 0028-0836 . S2CID 11405514 .  
  21. ^ Зиндлер, А (1986-01-01). «Химическая геодинамика». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 14 (1): 493–571. DOI : 10.1146 / annurev.earth.14.1.493 . ISSN 0084-6597 . 
  22. ^ Stracke, Андреас; Hofmann, Albrecht W .; Харт, Стэн Р. (2005). «ФОЗО, ХИМУ и прочий мантийный зоопарк». Геохимия, геофизика, геосистемы . 6 (5): н / д. Bibcode : 2005GGG ..... 6.5007S . DOI : 10.1029 / 2004gc000824 . hdl : 1912/451 . ISSN 1525-2027 . 
  23. ^ Небель, Оливер; Сосси, Паоло А .; Бенар, Антуан; Аркулус, Ричард Дж .; Яксли, Грегори М .; Вудхед, Джон Д .; Rhodri Davies, D .; Руттор, Саския (2019). «Согласование петрологических и изотопных механизмов перемешивания в мантийном плюме Питкэрна с использованием стабильных изотопов Fe» . Письма о Земле и планетологии . 521 : 60–67. Bibcode : 2019E и PSL.521 ... 60N . DOI : 10.1016 / j.epsl.2019.05.037 . ISSN 0012-821X . 
  24. ^ а б Морган, WJ (1972). «Глубокие мантийные конвекционные плюмы и движения плит». Бык. Являюсь. Доц. Домашний питомец. Геол . 56 : 203–213.
  25. ^ Конди, Кент С. (1997). Тектоника плит и эволюция земной коры (4-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 5. ISBN 978-0-7506-3386-4.
  26. ^ Ню, Yaoling (2018). «Происхождение LLSVP в основании мантии является следствием тектоники плит - с петрологической и геохимической точки зрения» . Границы геонаук . 9 (5): 1265–1278. Bibcode : 2018AGUFM.T43A..02N . DOI : 10.1016 / j.gsf.2018.03.005 . ISSN 1674-9871 . 
  27. ^ Brodholt, Джон П .; Helffrich, Джордж; Трамперт, Жанно (2007). «Химическая и термическая неоднородность в нижней мантии: наиболее вероятная роль неупругости». Письма о Земле и планетологии . 262 (3–4): 429–437. Bibcode : 2007E и PSL.262..429B . DOI : 10.1016 / j.epsl.2007.07.054 .
  28. ^ Trampert, J .; Deschamps, F .; Ресовский, Дж .; Юэн, Д. (2004). «Вероятностная томография отображает химические неоднородности по всей нижней мантии» . Наука . 306 (5697): 853–856. Bibcode : 2004Sci ... 306..853T . DOI : 10.1126 / science.1101996 . PMID 15514153 . S2CID 42531670 .  
  29. ^ а б Андерсон, DL (1998). «Модель для объяснения различных парадоксов, связанных с геохимией мантийных благородных газов» . Proc. Natl. Акад. Sci. 95 (16): 9087–9092. Bibcode : 1998PNAS ... 95.9087A . DOI : 10.1073 / pnas.95.16.9087 . PMC 21296 . PMID 9689038 .   
  30. ^ Курц, Марк (1999). «Динамика горячей точки Галапагосских островов по геохимии изотопа гелия». Geochimica et Cosmochimica Acta . 63 (23–24): 4139–4156. Bibcode : 1999GeCoA..63.4139K . DOI : 10.1016 / S0016-7037 (99) 00314-2 .
  31. ^ Scherstén, Андерс. «Изотопы Re-Os, Pt-Os и Hf-W и прослеживание ядра в мантийных расплавах» . www.MantlePlume.org . Проверено 18 января 2011 .
  32. ^ Ritsema, J .; van Heijst, HJ; Вудхаус, JH (1999). «Сложная структура скорости поперечной волны, изображенная под Африкой и Исландией» (PDF) . Наука . 286 (5446): 1925–1928. DOI : 10.1126 / science.286.5446.1925 . PMID 10583949 . Архивировано из оригинального (PDF) 22 мая 2011 года.  
  33. ^ Монтелли, R .; Nolet, G .; Dahlen, F .; Мастерс, Г. (2006). «Каталог глубинных плюмов мантии: новые результаты конечно-частотной томографии» . Геохимия, геофизика, геосистемы . 7 (11): н / д. Bibcode : 2006GGG ..... 711007M . DOI : 10.1029 / 2006GC001248 .
  34. ^ "Томография бананового пончика - может ли она выявить шлейфы (лучше, чем традиционная лучевая теория)?" . www.MantlePlumes.org . Проверено 19 января 2011 .
  35. ^ a b c d e Эрик Хэнд (04.09.2015). «Мантийные плюмы поднимаются из ядра Земли». Наука . 349 (6252): 1032–1033. Bibcode : 2015Sci ... 349.1032H . DOI : 10.1126 / science.349.6252.1032 . PMID 26339001 . 
  36. ^ Скотт В. Френч; Барбара Романович (2015-09-03). «Широкие перья, уходящие корнями в основу мантии Земли, под основными горячими точками». Природа . 525 (7567): 95–99. Bibcode : 2015Natur.525 ... 95F . DOI : 10,1038 / природа14876 . PMID 26333468 . S2CID 205245093 .  
  37. ^ Роберт Сандерс (2 сентября 2015 г.). «Компьютерная томография Земли связывает плюмы глубокой мантии с горячими точками вулкана» . Новости Беркли ( Калифорнийский университет в Беркли ).
  38. ^ a b Куртильо, V .; Davaillie, A .; Besse, J .; Сток, Дж. (2003). «Три различных типа горячих точек в мантии Земли». Письма о Земле и планетологии . 205 (3–4): 295–308. Bibcode : 2003E и PSL.205..295C . CiteSeerX 10.1.1.693.6042 . DOI : 10.1016 / S0012-821X (02) 01048-8 . 
  39. ^ Ричардс, Массачусетс; Дункан, РА; Куртильо, В.Е. (1989). «Базальты наводнений и горячие точки: головы и хвосты плюмов» . Наука . 246 (4926): 103–107. Bibcode : 1989Sci ... 246..103R . DOI : 10.1126 / science.246.4926.103 . PMID 17837768 . S2CID 9147772 .  
  40. ^ Гриффитс, RW; Кэмпбелл, IH (1990). «Перемешивание и структура мантийных плюмов». Письма о Земле и планетологии . 99 (1–2): 66–78. Bibcode : 1990E и PSL..99 ... 66G . DOI : 10.1016 / 0012-821X (90) 90071-5 .
  41. ^ Дункан, Р.А. и Пайл, Д.Г. (1988). «Быстрое извержение базальтов Декана на границе мелового и третичного периодов». Природа . 333 (6176): 841–843. Bibcode : 1988Natur.333..841D . DOI : 10.1038 / 333841a0 . S2CID 4351454 . 
  42. ^ Ренне, PR; Басу, АР (1991). «Быстрое извержение базальтов сибирских траппов на границе пермо-триаса» . Наука . 253 (5016): 176–179. Bibcode : 1991Sci ... 253..176R . DOI : 10.1126 / science.253.5016.176 . PMID 17779134 . S2CID 6374682 .  
  43. ^ Encarnacion, J .; Флеминг, TH; Эллиот, DH; Илс, HV (1996). «Синхронное размещение долеритов Феррар и Кару и ранний распад Гондваны». Геология . 24 (6): 535–538. Bibcode : 1996Geo .... 24..535E . DOI : 10.1130 / 0091-7613 (1996) 024 <0535: SEOFAK> 2.3.CO; 2 .
  44. ^ Эль Хачими, H .; и другие. (2011). «Морфология, внутренняя архитектура и механизмы внедрения потоков лавы из Центральной Атлантической Магматической Провинции (CAMP) Бассейна Аргана (Марокко)». В ван Хинсберген, DJJ (ред.). Формирование и эволюция Африки: синопсис 3,8 млрд лет истории Земли . Геологическое общество, Лондон, специальные публикации . Специальные публикации, том 357. 357 . Лондон: Геологическое общество Лондона. С. 167–193. Bibcode : 2011GSLSP.357..167H . DOI : 10.1144 / SP357.9 . ISBN 978-1-86239-335-6. S2CID  129018987 .
  45. ^ a b Ренне, PR; Zhang, ZC; Ричардс, Массачусетс; Черный, МП; Басу, АР (1995). «Синхронность и причинно-следственные связи между кризисами на границе перми и триаса и сибирским паводковым вулканизмом» . Наука . 269 (5229): 1413–1416. Bibcode : 1995Sci ... 269.1413R . DOI : 10.1126 / science.269.5229.1413 . PMID 17731151 . S2CID 1672460 .  
  46. ^ Пратт, Сара (2015-12-20). «Вопрос о мантийных перьях» . Журнал ЗЕМЛЯ . Американский институт геонаук. Архивировано 07 декабря 2019 года . Проверено 7 декабря 2019 .
  47. ^ Hagstrum, Джонатан Т. (2005). «Антиподальные горячие точки и биполярные катастрофы: были ли океанические крупные тела воздействием на причину?» (PDF) . Письма о Земле и планетологии . 236 (1–2): 13–27. Bibcode : 2005E и PSL.236 ... 13H . DOI : 10.1016 / j.epsl.2005.02.020 .
  48. ↑ Керр, Ричард А. (31 января 1997 г.). «Глубоко погружающиеся плиты размешивают мантию» . Наука . AAAS . Проверено 13 июня 2013 .
  49. ^ Цзи, Инь; ataf, Анри-Клод N (июнь 1998 г.). «Обнаружение мантийных плюмов в нижней мантии методом дифракционной томографии: Гавайи». Письма о Земле и планетологии . 159 (3–4): 99–115. Bibcode : 1998E и PSL.159 ... 99J . DOI : 10.1016 / S0012-821X (98) 00060-0 .
  50. ^ Джеймс, Дэвид Э .; Fouch, Мэтью Дж .; Карлсон, Ричард В .; Рот, Джеффри Б. (май 2011 г.). «Фрагментация плиты, краевой поток и происхождение следа горячей точки Йеллоустоуна». Письма о Земле и планетологии . 311 (1–2): 124–135. Bibcode : 2011E и PSL.311..124J . DOI : 10.1016 / j.epsl.2011.09.007 .
  51. ^ Шмандт, Брэндон; Дьюкер, Кеннет; Хамфрис, Юджин и Хансен, Стивен (апрель 2012 г.). «Горячий мантийный апвеллинг через 660 г. под Йеллоустоуном» (PDF) . Письма о Земле и планетологии . 331–332: 224–236. Bibcode : 2012E и PSL.331..224S . DOI : 10.1016 / j.epsl.2012.03.025 .
  52. ^ Керр, Ричард А. (июнь 2013 г.). «Геофизические исследования, связывающие глубинную землю и геологию заднего двора». Наука . 340 (6138): 1283–1285. Bibcode : 2013Sci ... 340.1283K . DOI : 10.1126 / science.340.6138.1283 . PMID 23766309 . 
  53. ^ Керр, Ричард А. (апрель 2013 г.). «Машина глубин Земли собирается вместе». Наука . 340 (6128): 22–24. Bibcode : 2013Sci ... 340 ... 22K . DOI : 10.1126 / science.340.6128.22 . PMID 23559231 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Сейсмо-томографическое изображение Йеллоустонского мантийного плюма
  • Комиссия по крупным магматическим провинциям
  • mantleplumes.org - веб-сайт скептиков мантийного плюма, управляемый и поддерживаемый Джиллиан Р. Фулджер