Природа траппов и суперплюмов на сайте Игоря Гаршина (original) (raw)

Плюмы и траппы (интрузивные и площадные структуры)

Вертикальный интрузивный магматизм приводит к горизонтальному площадному, поэтому рассматриваем их здесь вместе.

Плюм-тектоника (тектоника мантийных струй) связана с плейт-тектоникой (тектоникой плит). Эта связь выражается в том, что субдуцируемая холодная литосфера погружается до границы верхней и нижней мантии (670 км), накапливается там, частично продавливаясь вниз, а затем через 300-400 млн. лет проникает в нижнюю мантию, достигая её границы с ядром (2900 км). Это вызывает изменение характера конвекции во внешнем ядре и его взаимодействия с внутренним ядром (граница между ними на глубине около 4200 км) и, в порядке компенсации притока материала сверху идёт образование на границе ядро/мантия восходящих суперплюмов. Последние поднимаются до подошвы литосферы, частично испытывая задержку на границе нижней и верхней мантии, а в тектоносфере расщепляются на более мелкие плюмы, с которыми и связан внутриплитный магматизм. Они же, очевидно, стимулируют конвекцию в астеносфере, ответственную за перемещение литосферных плит.

Процессы же, происходящие в ядре, японские авторы [?] обозначают в отличие от плейт-тектоники и плюм-тектоники, как тектонику роста (growthteсtonics), имея ввиду рост внутреннего, чисто железо-никелевого ядра за счёт внешнего ядра, пополняемого корово-мантиным силикатным материалом.

Возникновение мантийных плюмов, приводящее к образованию обширных провинций плато-базальтов, предшествует рифтогенезу в пределах континентальной литосферы. Дальнейшее развитие может происходить по полному эволюционному ряду, включающему заложение тройных соединений континентальных рифтов, последующее утонение, разрыв материковой коры и начало спрединга.

Однако развитие отдельно взятого плюма не может привести к разрыву материковой коры. Разрыв происходит в случае заложения системы плюмов на континенте и далее процесс раскола происходит по принципу продвигающей трещины от одного плюма к другому [поскольку многие плюмы лежат на косых линеаментах, то последние - их продукт?].

Разделы страницы о площадных и интрузивных структурах Земли:

• Мантийные плюмы и сверхплюмы
• Связь интенсивности плюмов и частоты инверсий ГМП Земли
• Плюмовое формирование магматических провинций
• Трапповый магматизм (платобазальтовый вулканизм)
• Крупнейшие трапповые провинции (зоны базальтового затопления)
• Ресурсы о плюм-тектонике и базальтовых затоплениях
• Литература о плюмах и траппах

Мантийные плюмы и сверхплюмы

Плюм мантийный – узкий, поднимающийся вверх поток твёрдофазного вещества мантии диаметром около 100 км, который зарождается в горячем, низкоплотностном пограничном слое, расположенном либо выше сейсмической границы на глубине 660 км, либо рядом с границей ядро-мантия на глубине 2900 км (A.W. Hofmann, 1997).

По А.Ф. Грачёву (2000) плюм мантийный – это проявление внутриплитной магматической активности, обусловленное процессами в нижней мантии, источник которой может находиться на любой глубине в нижней мантии, вплоть до границы ядро-мантия (слой «Д»). (В отличие от горячей точки, где проявление внутриплитной магматической активности обусловлено процессами в верхней мантии.) Мантийные плюмы характерны для дивергентных геодинамических режимов.

По Дж. Моргану (1971) плюмовые процессы зарождаются ещё под континентами на начальной стадии рифтогенеза (рифтинга). С проявлением мантийного плюма связывается формирование крупных сводовых поднятий (диаметром до 2000 км), в которых происходят интенсивные трещинные излияния базальтов Fe-Ti-типа с коматиитовой тенденцией, умеренно обогащённых лёгкими РЗЭ [?], с кислыми дифференциатами, составляющими не более 5% от общего объёма лав. Отношения изотопов 3He/4He(10-6)>20; 143Nd/144Nd – 0.5126-0/5128; 87Sr/86Sr – 0.7042-0.7052. С мантийным плюмом связывается формирование мощных (от 3-5 км до 15-18 км) лавовых толщархейских зеленокаменных поясов и более поздних рифтогенных структур.

В северо-восточной части Балтийского щита, и на Кольском п-ове в частности, предполагается, что мантийные плюмы обусловили формирование позднеархейских толеитбазальтовых и коматиитовых вулканитов зеленокаменных поясов, позднеархейского щелочногранитного и анортозитового магматизма, комплекса раннепротерозойских расслоенных интрузий и палеозойских щелочно-ультраосновных интрузий (Митрофанов, 2003).

Связь интенсивности плюмов и частоты инверсий ГМП Земли

Если инверсии геомагнитного поля и выходы плюмов - процессы внутренних структур Земли (ядерных и нижнемантийных), то существует ли взаимосвязь между ними? Часто максимальные значения амплитуды вариаций направления геомагнитного поля (S) отмечаются не в эпицентре плюма, а оказываются смещенными от него. Например, у кайнозойских плюмов это смещение составляет около 2000 км, что говорит о сложном (наклонном) подъеме плюмов. При этом прослеживается тенденция смещения выходов плюмов на поверхность к западу–северо-западу от места их образования.

Время образования плюмов и время их выхода на поверхность Земли относятся к временным интервалам с разной частотой геомагнитных инверсий. Т.е., между ними связи нет, и эти явления обусловлены разными протекающими в ядре процессами. Поскольку рост S и возникновение плюмов связаны с границей ядро–мантия, то возникновение инверсий, возможно, приурочено к границе внутреннего ядра.

Плюмовое формирование магматических провинций

Плюмы формируют магматические провинции, известные как траппы. Считается, что современные плюмы поднимаются с границы верхней и нижней мантии или из сейсмически низкоскоростной переходной зоны между ядром и мантией (так называемый «слой D») в виде крупных сферических масс, которые преобразуются в грибообразные тела диаметром 1000-2000 км и мощностью [?] 100-200 км, когда они достигают литосферы. Головка плюма может состоять из вещества горячей нижней мантии с возможным добавлением вещества, поднявшегося непосредственно из области над железо-никелевым ядром. Поднимаясь в верхнюю мантию, плюм может обогатиться веществом из переходной зоны и, далее, астеносферы и даже низов литосферы. Поэтому продукты магматизма могут иметь различающиеся геохимические и изотопные характеристики.

По данным сейсмотомографии, внутри мантии имеются более горячие и более холодные области. Горячие области соответствуют восходящим плюмам и образуют две провинции с центрами под южной частью Тихого океана и Африкой. Холодные области в основном соответствуют глубинному продолжению зон субдукции (наиболее холодные области) или неактивным областям в центре конвективных ячеек между погружающимися плитами и восходящими плюмами. Считается, что горячие точки (плюмы) фиксированы, а плиты двигаются над ними. Данные сейсмотомографии показывают, что Гавайский, Исландский и Афарский плюмы поднимаются от ядра, но имеют сложную геометрию. Это означает, что положение плюмов на поверхности может меняться.

Поверхность жидкого ядра имеет поднятия и прогибы. Три главных поднятия соответствуют горячим регионам, регистрируемым по данным сейсмотомографии на глубине 2805 км. С одной стороны, они располагаются под спрединговыми хребтами Восточно-Тихоокеанскогоподнятия, Северной Атлантики и Индийского океана. С другой стороны, они совпадают с современными провинциями горячих точек. Удлиненные депрессии ядра располагаются 1) под западным побережьем Северной и Южной Америки, 2) под Восточной Азией, 3) под Новой Зеландией 4) и примерно под Альпийско-Гималайским орогеническим поясом, таким образом, располагаясь точно под зонами субдукции.

Модель глобальной тектоники Земли основана на единстве тектоники плит и плюмовой тектоники. Субдукция происходит до низов верхней или нижней мантии, или до границы ядра и мантии, области субдукции совпадают с холодными областями в мантии и связаны с нисходящими мантийными течениями. Скорость мантийной конвекции и скорость движения литосферных плит одинаковы и составляют порядка 2-10 см/год, значительно быстрее поднимаются плюмы из низов мантии, где нет нисходящих потоков. Плюмовое вещество из горячих областей мантии, поднимаясь в подлитосферную область, перетекает под срединные хребты или образует плюмовый магматизм. Горячее вещество под срединно-океаническими хребтами образует одну из основных сил тектоники плит – отталкивание от хребта (ridg-push). Нисходящие мантийные течения, связанные с зонами субдукции, также образуют глобальную силу тектоники плит – субдукционное затягивание (slab pull). При этом верхняя мантия (до глубин 410 км) плывет вместе с литосферными плитами в одну сторону с одной скоростью.

Трапповый магматизм (платобазальтовый вулканизм)

Тра́пповый магмати́зм (от швед. trappa — лестница) — особый тип континентального магматизма, для которого характерен огромный объём излияния базальта за геологически короткое время (первые миллионы лет) на больших территориях. На океанической коре аналогом траппов являются океанические плато. Название произошло от шведского слова trappa — лестница, так как в районах траппового магматизма возникает характерный рельеф: базальтовый слой эродируется плохо, а осадочные породы разрушаются легко. В результате местность траппового магматизма приобретает вид обширных плоских равнин, расположенных на кровле базальтового покрова или интрузии, разделённых уступами. Такая местность напоминает парадную лестницу. В трапповых провинциях часты водопады. Возможные инопланетные аналоги трапповых событий — излияния магмы, в результате которых образовались лунные моряна нашем спутнике. Масштабные излияния лавы обнаружены также на Венере. Главный компонент траппового магматизма — толеитовые базальты. В меньших количествах встречаются кимберлиты, щелочные породы, и некоторые другие виды пород. Для траппового магматизма характерны силловые интрузии и крупные базальтовые покровы. Лавовые потоки, изливаясь на поверхности, быстро заполняют естественные углубления, долины рек и т. п. После этого базальты изливаются на плоской равнине. В силу низкой вязкости базальтовых расплавов магма может течь на несколько десятков километров. При трапповых извержениях часто нет чётко выраженного кратера и постоянного центра извержений. Лава изливается из многочисленных трещин и заливает пространства, сравнимые с площадью, например, Европы.

С первыми магматическими событиями траппового магматизма связаны щелочные и карбонатитовые интрузии. Они часто содержат высокие концентрации редких (редкоземельные элементы, Sc, Ta, Nb, Ti и др.) и радиоактивных (U, Th) элементов.

На Земле широко распространены значительные по масштабам области внутриплитного магматизма. Они называютсяпо-разному: трапповые провинции, большие магматические провинции, провинции базальтового затопления. Для всех этих типов провинций по геохимическим данным было установлено, что магматизм был связан с аномально горячей верхней мантией, в которую был привнесен глубинный плюмовый материал (с глубин ниже астеносферного уровня: с границы верхней и нижней мантии или из нижней мантии вплоть до границы с ядром).

Типичными примерами континентальных траппов (продуктов внутриконтинентального вулканизма) являются:

• Эфиопско-Йеменские траппы в районе Красноморского и Эфиопского рифтов;
• области вулканизма Центральной и Северной Африки, связанные с купольными поднятиями Хоггар (Южный Алжир) {}, поднятие Дарфур (в западном Судане) {} и др.;
• Деканские траппы на западе Индии и траппы Сейшельских островов;
• Сибирские траппы, к которым относятся Тунгусские, Таймырские и др.
• провинция Колумбия Ривер на Западе США;

Известны также океанические траппы, эталонным примером является плато Онтонг-Джава, располагающееся в Тихом океане севернее Соломоновых островов и одноименного желоба, площадь которого равна одной трети площади США. Считается, что около 125 млн. лет назад под океаническую литосферу был внедрен мантийный плюм. Это вызвало гигантский по масштабам платобазальтовый вулканизм на поверхности, интрузивный магматизм.

Крупнейшие трапповые провинции (зоны базальтового затопления)

Трапповый магматизм в разное время происходил на всех платформах. Нередко они происходили одновременно в весьма удалённых районах планеты. Извержения траппов часто приурочены к другим крупным геологическим событиям: расколу континентов, массовым вымираниям видов, изменениям магнитного поля Земли. Среди наиболее крупных трапповых провинций - Сибирские траппы, Деканские траппы, трапповая провинция Парана-Этендека.

Сибирские траппы — одна из самых крупных трапповых провинций, расположена на Восточно-Сибирской платформе. Сибирские траппы изливались на границе палеозояи мезозоя, пермского и триасовых периодов, около 250—251 млн лет назад(по новейшим сведениям, пик приходился на период 248—252 млн лет).

Одновременно с ними произошло крупнейшее (пермо-триасовое) вымирание видов в истории Земли. Траппы развиты на площади около 2 млн км², объём извергнутых расплавов составил порядка 1—4 млн км³ эффузивных и интрузивных пород. По всей видимости, их разлитие послужило причиной грандиозного пермо-триасового вымирания.

Плато Декан. Крупная трапповая провинция расположена на Индостане и слагает Деканское плато. Суммарная мощность базальтов в центре провинции составляет более 2000 метров, они развиты на площади 1,5 миллиона км². Объём базальтов оценивается в 512 000 км³. Деканские траппы начали изливаться около 65 миллионов лет назад на границе мела и палеогена, и их, так же как и сибирские траппы, связывают с крупным вымиранием видов — так называемым мел-палеогеновым вымиранием, в результате которого исчезли динозавры (вымирание динозавров) и многие другие виды.Некоторые исследователи связывают начало излияния деканских траппов с ударом крупного метеорита, образовавшего кратер Шива, расположенный на дне океана к западу от Индостана. Однако другие геологи критикуют эту теорию. Они указывают на то, что кратер образовался уже в разгаре излияния траппов и значит не мог быть их причиной. Также ставится под сомнение сама импактная природа этого кратера.

Траппы в Южной Америке. Трапповые базальты в Южной Америке распространены на территории Бразилии (Трапповая провинция Парана-Этендека), Аргентины, Венесуэлы, Колумбии и других стран.

Ресурсы о плюм-тектонике и базальтовых затоплениях

Литература о плюмах и траппах

• Д.М. Печерский, З.В. Шаронова. Геомагнитное поле в фанерозое–венде и нижнемантийные плюмы. - Геофизические исследования, 2011, т. 12, №2, с. 16-32.

На правах рекламы (см. условия):

[an error occurred while processing this directive]

Страница обновлена 15.10.2024

| | | | | | | | | | -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | | | | | | |