Слайд 1 - Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН

Нерешенные проблемы
глобальной тектоники и
возможные пути их решения.
Н.И.Павленкова
Институт физики Земли (ИФЗ) РАН сия
48
Москва, МГУ, 2016
Основной нерешенной проблемой
глобальной тектоники до сих пор остается
проблема формирования континентов и
океанов с
принципиально разным строением и
составом земной коры и мантийной
литосферы
Основные типы земной коры различаются главным
образом мощностью гранито-гнейсового слоя
(Белоусов, Павленкова, 1983)
На континентах промежуточные типы коры
наблюдаются, в основном, в глубоких впадинах и
внутренних морях
Разрез земной коры Северной Атлантики с разными
типами земной коры [Shanon et al,. 2004].
В океанах выявлены большие площади с
субконтинентальным типом земной коры
(Pratt, 2002)
Наблюдается корреляция между типом земной коры и
особенностями магнитного поля:
субконтинентальная кора характеризуется
континентальным магнитным полем
Как образовалась кора разного типа?
По данным Б.Г.Лутца [1994] континентальная кора
формировалась из мантийного материала,
насыщенного флюидами. По данным
Ф.А.Летникова [1999] глубинные флюиды
выносили из мантии вещество, необходимое для
гранитизации коры.
Следовательно, разные типы земной коры
образовались, возможно, в результате
неравномерного роста сиалической ее части
в зависимости от интенсивности флюидной
адвекции (дегазации Земли).
Океаническая кора формировалась сложнее
Данные глубоководного бурения (Блюман, 2013)
•
Возраст осадков, покрывающих консолидированную часть
океанической коры 1-плейстоцен, 2 – эоцен, 3 – мел, 4-
триас-юра
Океаническая кора древняя (с архея)
и сложена не только базальтами или другими
магматическими породами. В ней выделяются:
(1) пиллоу-базальты с дайковым комплексом
(2) изотропные и кумулятивные габбро, то есть не
только магматические, но и метаморфические породы.
(Метаморфические габбро могли образоваться в коре
мощностью не менее 25-30 км)
Формирование океанов невозможно объяснить
простым раздвижением литосферных плит.
Рифты в пределах срединно-океанических
хребтов развивались на древней коре
переходного типа
Геофизические данные по
Юж. Атлантике подтверждают
многоэтапное формирование
океанической коры
Современное и восстановленное
(архейское) магнитные поля (James, 2004)
Структура литосферы
по сейсмическим данным
(O’Raylly et al., 2009)
На схеме Е.Е.Милановского (1984) показано не только
различие в структуре коры континентов и океанов, но и
области океанов в разным типом коры.
Структура верхней мантии
Сейсмотомографический разрез верхней мантии
через континенты и океаны (Dziewonsky, Anderson, 1984).
Штриховкой отмечены области повышенных скоростей.
Земная кора вдоль всего Анголо-Бразильского геотраверса тонкая
и океанического типа.
В верхней мантии выделяется большое число слоев с пониженной
скоростью – астенолиты и астеносфера
Физические свойства
мантийных пород
(Кусков и др., 2014)
гранатового гарцбургита (Hzb), лерцолита
(Lh), гранатового перидотита (GP) и
фертильного вещества примитивной
мантии (PM), рассчитанные вдоль геотерм
35 мВт/м2 (пунктир) и 50 мВт/м2
(сплошные линии).
Распределение температур в
верхней мантии под Сибирским
кратоном
по сейсмической модели для GP состава.
Звезды - равновесные Р-Т параметры для
низко- и высокотемпературных ксенолитов
. Штриховая линия - мантийная адиабата
1300°C. Тр(АК135) - континентальная
геотерма. Тонкие штриховые линии кондуктивные геотермы для ТП от 32.5 до
40 мВт/м2.
Результаты сейсмоплотностного
моделирования по
профилю Кратон
(Егорова,
Павленкова, 2014).
1- наблюденное поле
2,3 - расчетные для
результативной и
исходной моделей
(-0,04) – уменьшение
плотности в г/см3
«Корни» континентов в виде областей повышенных
сейсмических скоростей обусловлены низким
температурным режимом.
По составу «корни» континентов представлены
деплетированным веществом пониженной плотности.
Пониженные плотности континентальных «корней»
могли быть одним из основных факторов
образования континентов за счет их подъема
(всплывания) относительно океанических областей.
Природа диплетированной литосферы объясняется длительным
процессом выноса в земную кору кремнезема, щелочей,
флюидов и некогерентных элементов, что приводит к истощению
мантийного вещества, способствует его кристаллизации и
формированию литосферы пониженной плотности.
Тихий океан окружен кольцом зон высокой
сейсмичности, которое имеет правильную форму и
под прямым углом пересекается АльпийскоГималайским кольцом.
Такая форма
глобальных зон
нарушений
свидетельствует об
образовании их в
результате общего
развития всей
планеты, например,
в результате ее
расширения
Тихоокеанское кольцо существовало с юрского
времени в виде зоны интенсивного магматизма и
вулканизма - «Огненное кольцо» (Yano, 2004).
На схеме
точками
отмечены
места, где
бурением
вскрыта
древняя
(начиная с
архея) кора.
По данным
сейсмотомографии
сейсмоактивные
зоны Тихоокеанского
кольца
прослеживаются в
мантии как зоны
повышенных
сейсмических
скоростей,
простирающихся
часто до ядра
Тихий океан оконтурен кольцевыми
гравитационными аномалиями
(данные спутниковых измерений GRACE)
Остальные океаны не окружены сейсмо-активными
зонами, хотя в их центрах сформировались срединноокеанические хребты
Эти хребты образуют
симметричную
относительно южного
полюса систему,
протягиваясь вдоль
меридианов через
равные расстояния,
90°.
Четко выделяется
строгая асимметрия
Антарктиды и Арктики
Система срединноокеанических хребтов
прослеживается через
всю планету в виде зон
повышенной водородной
дегазации
[Сывороткин, 2002 ].
Их форму тоже можно
объяснить расширением
Земли с более
интенсивным
расширением южного
полушария
О более интенсивном расширении южного
полушария свидетельствует грушевидная форма
Земли и ее изменение в современную эпоху
(Баркин, 2009)
mm/yr
Geoid meridian section
Lengthening of latitude circles
(Barkin, Shuanggen, 2007)
Дегазация и расширение Земли
позволяют объяснить формирование разной по
возрасту и составу коры.
(1) Сначала древняя первичная кора была мощностью
не менее 20 км и слагалась излившимися и
метаморфическими породами.
(2) Затем в областях высокого потока глубинных
флюидов формировались блоки континентальной
коры и литосферы.
(3) В результате расширения Земли на отдельных
участках древняя кора сокращалась по мощности,
разрушалась и обнажался ее метаморфический
комплекс, формировалась тонкая океаническая кора.
(4) На следующем этапе в результате разрыва и
спрединга литосферных плит древняя океаническая
кора насыщалась молодой корой.
Модель расширяющейся Земли позволяют
объяснить сочетание крупных перемещений
литосферных плит с сохранением их глубоких
корней, наличие в океанах блоков континентальной
коры и древний возраст океанической коры.
При этом Тихий океан приобретает статус более
стабильного полушария с особой историей
развития.
Предлагаемая
комплексная модель глобальной тектоники
позволяет согласовать основные положения
разработанных ранее тектонических концепций:
тектонику литосферных плит, плюм-тектонику,
модели расширяющейся Земли, учение об
эндогенных режимах и многие другие.
Главной движущей силой и источником энергии
всех этих тектонических процессов являются
дегазация Земли и внутреннее преобразование
вещества планеты, приводившее к увеличению ее
объема.