7.2. Распределение скоростей в верхней мантии.

© Фисунов Владимир Александрович. 2009.

    В главе 2.2 высказывалось предположение о неравномерности скоростей вращения различных слоев Земли, и приводился возможный упрощенный график такого распределения. Реальное же распределение скоростей значительно отличается от того, что показано на этом графике. И поскольку выяснение этого вопроса весьма важно для понимания последующего материала (например, причин периодических инверсий магнитного поля Земли, являющихся прямым следствием отгибания коры и анализ которых весьма важен для понимания его деталей), то в этой главе мы попробуем уточнить, как распределяются скорости вращения различных слоев Земли в верхней мантии.

     Согласно официальной теории тектоники плит, океаническая кора не может существовать дольше определенного периода времени (порядка 150-200 млн. лет), поскольку она со временем уплотняется настолько, что начинает тонуть в верхней мантии — субдуцировать. Помимо силы отрицательной плавучести океаническую кору, якобы, заталкивают вниз еще сила раздвижения в СОХах, скатывающая сила абиссальных равнин и сила вязкого трения, конвекционных ячеек.

     Эти силы заставляют субдуцирующую литосферу уходить под наклоном в верхнюю мантию на глубину до 670 километров. Этот процесс хорошо прослеживается методами сейсмической томографии, поскольку субдуцирующая литосфера отличается от окружающих пород более высокими упругими свойствами («сейсмической добротностью») и скоростными характеристиками. Такие сейсмофокальные зоны называются зонами Беньофа, в честь X. Беньофа из Калифорнийского технологического института, который в 1949—1955 гг. опубликовал о них ряд обобщающих работ. На самом деле, то что сейчас называется зонами Беньофа было открыто еще в середине 30-х годов К. Вадати, который установил под Японией первую такую зону. В следующее десятилетие (1938—1945) Б. Гутенберг и Ч. Рихтер опубликовали информацию о большинстве остальных сейсмофокальных зон. Но поскольку американцы признают только собственный приоритет, и преспокойно приписывают себе чужие открытия, то и в данном случае они не особо смущались, называя открытие Вадати именем Беньофа. Совесть, как известно, понятие сугубо личностное…

     На рис. 7.2 показаны профили нескольких зон Беньофа в зависимости от направления субдукции (восток-запад, алеутская зона условно отнесена к восточным зонам, хотя это все же северная зона). Числа рядом с буквенными обозначениями — ориентировочный возраст субдуцирующей океанской литосферы у глубоководного желоба.

72

Рис. 7.2. Профили зон Беньофа. Цифры указывают возраст океанической коры у глубоководного желоба.

     Как видно из рисунка, профили восточных и западных зон Беньофа имеют значительные отличия. Так плиты, субдуцирующие на западе Тихого океана, сразу же у желоба резко уходят вниз, а на глубинах в 500-600 км угол их наклона становится очень пологим. В то же время плиты, субдуцирующие на востоке Тихого океана, сначала достаточно полого уходят вниз у желоба, а на глубинах 200-300 км резко увеличивают угол своего наклона.

     Кроме того, в западной группе океаническая кора субдуцирует иной раз вопреки всем законам тектоники, согласно которым субдуцировать в первую очередь должна наиболее старая кора, а потом уже более молодая. Как бы насмехаясь над официальной теорией тектоники плит, здесь просубдуцировала относительно молодая и осталась в неприкосновенности океаническая кора возрастом свыше 100 млн. лет.

     Мы не будем задавать сторонникам тектоники вопросов по поводу того, как они объясняют подобное неуважение их гипотезы субдуцирующей корой, поскольку ответа все равно не будет. Еще раз обратим внимание на то, что продолжая насмехаться над официальной тектоникой субдуцирующие плиты андской группы, начиная с глубин в 200-300 км начинают уходить резко вглубь, как будто их туда затягивает некая сила, а вот плиты субдуцирующие в западном направлении, наоборот приподнимаются вверх неведомой силой.
Для большей наглядности на рисунке 7.3 показан усредненный профиль зон Беньофа для обеих групп.

73

Рис. 7.3. Обобщенное представление профилей зон Беньофа в зависимости от направления субдукции (восток-запад):

     Какая сила может затягивать плиты субдуцирующие в восточном направлении (плиты В) и выталкивать субдуцирующие в западном (плиты З)? Согласно официальной точке зрения, субдуцировавшая кора тонет потому, что со временем она уплотняется, и поэтому, чем старше океаническая кора, тем быстрее она должна тонуть. Но возраст плит В в несколько раз больше, чем возраст плит З (100-120 млн. лет по сравнению с 40-50), и они должны иметь большую степень уплотнения и, соответственно, тонуть более ускоренными темпами по сравнению с плитами З. А в действительности мы видим обратный процесс!

     Другой причиной неравномерного изменения крутизны уходящей в мантию сейсмофокальной зоны и соответствующих изгибов ее профиля считают уплотнение субдуцирующей литосферы вследствие фазовых переходов. Якобы на глубинах 40—60 км происходит дегидратация минералов и преобразование габбро в эклогиты, которая приводит к уплотнению приблизительно на 20%, что создает дополнительные силы, направленные вниз. На глубинах же в  300—350 км происходит дальнейшее уплотнение, связанное с фазовым переходом оливин — шпинель.

     Допустим, что все это абсолютно правильно, но почему тогда все эти фазовые переходы так резко отличаются в зависимости от направления субдукции плиты? Ведь принципиальных отличий между плитами нет, поэтому и их профили не должны отличаться, а они такие разные…

     Конечно же, можно объяснить резкий уход вниз плит Андской группы тем, что вниз их затягивают нисходящие потоки конвекционных ячеек, что вполне логично, поскольку субдуцирующая плита намного холоднее окружающего ее вещества верхней мантии и попав в него плита резко понижает его температуру, что и приводит к образованию нисходящего конвекционного потока, который, в свою очередь, еще сильнее затягивает вниз субдуцирующую плиту.

     Подобный механизм должен работать, как на западе Тихого океана, так и на его востоке! А потому профили в обеих группах также должны быть одинаковыми, а они отличаются.

     Можно, конечно же, предположить, что различные условия на востоке и на западе Тихого океана приводят к возникновению более сильных конвекционных потоков на востоке Тихого океана. Но это противоречит здравому смыслу, поскольку под материком Южной Америки верхняя мантия должна остывать значительно медленнее, чем под лоскутным одеялом из Индонезийских островов. А потому под Южной Америкой нисходящий конвекционный поток должен быть более слабым, чем под Индонезией!

     Единственной возможностью объяснить подобное различие профилей субдуцирующих плит на востоке и на западе Тихого океана может быть предположение о том, что это результат действия не вертикально, а горизонтально направленных сил, точнее это результат неравномерного вращения различных слоев в верхней мантии.

     Если разница профилей субдуцирующих плит обусловлена неравномерностью скоростей вращения различных слоев верхней мантии, то можно достаточно просто определить эти скорости. Для этого возьмем две близкие по длине зоны Беньофа (рис 7.4) — Перуанскую (показана желтым цветом) и Идзу-Бодзинскую (фиолетовая).

74

Рис. 7.4. Определение скоростей вращения различных слоев верхней мантии относительно глубоководного желоба.

     Поскольку смещения вызванные различием в скоростях действуют на плиты прямо противоположно, то усреднив два эти профиля, мы можем найти профиль субдуцирующей плиты, которая не смещается никакими горизонтальными потоками. Этот профиль показан красным цветом и в общем соответствует тем изменениям плотности субдуцирующей плиты, которые должны быть вызваны фазовыми переходами.

     Зная усредненный профиль, мы можем найти скорости горизонтальных движений в верхней мантии, замерив разницу между профилем реальной и профилем усредненной плиты. Эта разница показана черной линией, а скорости соответствующих слоев показаны зелеными стрелками.

     Таким образом, с увеличением глубины от нуля до 200-300 километров скорость слоев верхней мантии относительно глубоководного желоба быстро увеличивается (речь идет о нескольких сантиметрах в год!), до глубин в 500-600 км остается примерно постоянной, а потом снова падает почти до нуля.

     Такое изменение скоростей в верхних слоях верхней мантии подтверждается и движение океанической коры относительно Гавайской горячей точки.

     Что собой представляет горячая точка? Это дырка в земной коре, которая, согласно официальной тектонике прожигается восходящим горячим плюмом в верхней мантии. Но поскольку мы имеем дело с неравномерным вращением различных слоев верхней мантии, то необходимость в горячем плюме (который к тому же будет постоянно сноситься в сторону горизонтальными потоками), как-то отпадает сама собой, поскольку достаточно лишь того, чтобы дырка была пробита однажды в слое, который находится на глубине 100-300 км.

     Например, результатом падения на Землю около 70 млн. лет тому назад крупного метеорита в районе африканского озера Виктория, было образование кратера диаметром в 300 км и глубиной в сотню метров, впоследствии заполнившегося водой. Ударная волна от такого столкновения, пройдя сквозь всю Землю и сфокусировавшись на ее противоположной стороне (так называемый антиподовый эффект), пробила ту самую дырку, которая впоследствии стала Гавайской горячей точкой. Через нее-то и  происходит истечение лавы, приводящее к образованию вулканов. А поскольку земная кора постоянно смещается относительно этой дырки в земной коре, то образуется цепочка из вулканических островов, которая позволяет проследить перемещение земной коры относительно верхней мантии за последние 70 миллионов лет.

     Результатом работы такой горячей точки является цепь Гавайских островов, переходящая в Императорский хребет (рис.7.5)

75

Рис. 7.5. Результат работы Гавайской горячей точки.

     Постоянное смещение горячей точки относительно океанической коры говорит о том, что скорость вращения океанической коры Тихого океана меньше скорости вращения горячей точки. А поскольку дырка в горячей точке находится ниже океанической коры, то можно сделать вывод о том, что нижележащие слои верхней мантии вращаются быстрее, чем океаническая кора Тихого океана, что и подтверждается, приведенным ранее, графиком распределения скоростей (рис.7.4).

     Чем же объясняется подобное изменение скоростей различных слоев верхней мантии?

     Как говорилось в предыдущей главе после отрыва очень крупного обломка, скорость вращения Земли резко увеличилась, точнее увеличилась в основном скорость вращения верхней мантии, за счет ее непосредственного взаимодействия с опустившейся частью плиты. Причем, чем выше находился соответствующий слой верхней мантии, тем такое взаимодействие было сильнее, А потому, чем ближе к поверхности Земли, тем выше должна быть скорость вращения слоя.

     Со временем приливное трение со стороны множества обломков, вращавшихся вокруг Земли, тормозило преимущественно земную кору, а через нее верхние слои верхней мантии. Причем, имелось значительное различие в воздействии на верхнюю мантию «импульсного» процесса, каковым является быстрое опускание вниз нижней части отогнутого лепестка после отрыва его верхушки, и процесса длительного воздействия приливного трения. Первый вызывает более-менее равномерное изменение скоростей всех слоев верхней мантии и коры, в то время, как второй приводят к торможению преимущественно коры. Результатом такого различия явилось уменьшение скорости вращения преимущественно в верхних слоях верхней мантии.

     Поскольку крупные обломки периодически отрывались от Земли а приливное трение постоянно тормозило кору, то на протяжении последних нескольких десятков миллионов лет и возникло соответствующее распределение скоростей в верхней мантии.

     Когда же произошел отрыв последнего крупного куска земной коры? Если судить по ледниковым периодам (см. главу 7.1), то произошло это относительно недавно — в Четвертичном периоде, т.е. уже на памяти современного человека. Об этом же говорит и форма Гавайского хребта. Дело в том, что любые изменения скорости вращения Земли отражались на направлении движения горячей точки. И судя по рисунку 7.5 в Четвертичном периоде направление ее движения резко сменилось с практически западного на северо-западное. Т.е. резко уменьшилась разность между скоростью коры и нижележащими слоями верхней мантии в субширотном направлении. Что было обусловлено резким увеличением скорости вращения земной коры в результате опускания последнего отогнутого вверх лепестка земной коры.

     В пользу предположения об относительно недавнем отрыве последнего обломка земной коры говорит и то, что последняя инверсия магнитного поля Земли произошла всего 780 тысяч лет тому назад (см. Шкалу линейных магнитных аномалий.).

     Еще более мощный поворот Гавайского хребта произошел 45 млн. лет тому назад. Тогда скорость вращения коры изменилась значительно сильнее, чем в Четвертичном периоде, причем произошло это несколькими скачками.

     И вот тут следует обратить особое внимание на то, как резко меняется частота смены инверсий магнитного поля Земли именно в это время. Если последние 45 млн.лет инверсии магнитного поля происходят в среднем по нескольку раз за миллион лет (примерно такая же частота инверсий магнитного поля была 158-139 млн. лет тому назад), то в период с 70 до 45 млн. лет они происходили значительно реже — раз в 2-3 млн. лет. И уж совсем редко магнитные линии инвертировались в периоды 170-158 и 130-70 млн. лет.

     Если сравнить эти периоды с основными этапами отгибания коры, то просматривается однозначная связь между этими процессами. О причинах инверсии магнитного поля Земли будет рассказано позднее, а сейчас перейдем непосредственно к деталям отгибаний земной коры.


<< НАЗАД
ВПЕРЕД >>

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>