НЕКОТОРЫЕ ГИПОТЕЗЫ РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ

Земля и другие планеты Солнечной системы сформировались около 4,5 млрд. лет назад после формирования Солнца из протопланетного диска пыли и газа. Вулканическая активность и дегагазация первичной коры планеты, а также вероятный привнос воды кометами, привели к образованию первичной атмосферы, состоящей из паров воды, углекислого газа и азота, с некоторой примесью сероводорода и паров кислот.

В результате постепенного остывания Земли, примерно 4 млрд. лет назад произошла конденсация водяного пара, что привело к образованию первичных океанов. Первичный Земной шар состоял из ядра, мантии и тонкой корки океанического типа. Не было океанов, материков в привычном для нас понимании, атмосферы. Вся поверхность была покрыта вулканами и продуктами их излияния. Состав магматических пород был ультраосновной, основной, средний, редко кислый (рис.1.3.1, 1.3.2.).

Для ядра, состоящего предположительно из расплавленного железа с примесью марганца, внутри которого плавает твёрдое ядро такого же состава, вышележащие мантия и кора представляют собой оболочку, отделяющей ядро от холода Космического пространства. Это – некий минеральный аналог привычной нам атмосферы. И, также как в атмосфере, где постоянно перемещаются воздушные массы, и где постоянно создаются циклоны и антициклоны, так и в мантии, покрывающей со всех сторон ядро нашей планеты, как считает ряд ученых, осуществляются конвекционные перетоки массы и тепла, периодически возникают и долго существуют плюмы, активно действуют или временно не действуют горячие точки, происходит раздвиг океанической коры в местах срединно-океанических тектонических швов, происходит субдукция или подныривания океанической коры под материки.

Рис.1.3.1 Строение Земли; Рис.1.3.2. Глубины формирования очагов магматических пород (по http://nature.web.ru).

КОНВЕКЦИОННЫЕ ЯЧЕЙКИ

Согласно гипотезы конвекционных ячеек (по Б.Изаксу, Дж. Оливеру, Л. Сайксу, 1968) считается, что существует два вида конвекционных потоков - химические и тепловые (существуют в мантии и внешнем ядре одновременно). В мантии возникает химическая конвекция, движущей силой которой является значительная разность плотности, обусловленная различным составом вещества, а не разностью температуры, как в тепловой конвекции. На рисунке 1.4. показана блок-диаграмма движение жестких литосферных плит и конвекционных потоков в астеносфере. Деформации, возникающие в земной коре на границах этих плит при движении, как считают разработчики этой гипотезы, является причиной землетрясений.

Твердая оболочка Земли мощностью 50-200 км состоит из литосферы и верхней части мантии. Литосфера разделена приблизительно на 12 больших плит и несколько маленьких, которые перемещаются по астеносфере, расплавленной оболочки Земли, находящейся ниже литосферы в интервале глубин от 50 до 700 км.

Рис. 1.4. ( по Б. Изаксу, Дж. Оливеру и Л. Сайксу, 1968).

Один раз возникнув, конвекционные потоки стали формировать будущие материки и океаны. Стали создавать два типа коры. Океаны – с тонкой корой, материки – кора утолщённая. Считается, что по системе срединно-океанических хребтов, океаническая кора раздвигается и погружается под океаны привнося под континенты и осадки, отложившиеся на дне моря за те 10-150 млн. лет, пока эта океаническая кора от места раздвига достигла континента и погрузилась под него. Задвинутые под материк осадки там переплавляются и входят тем самым в состав континента, изменяя его мощность и состав.

Континенты, в свою очередь, тоже перемещаются и могут задвигаться один под другой (например, Африканская плита подныривает под Европейскую, в результате чего возникли и функционируют вулканы Этна, Стромболи и Везувий.

ГИПОТЕЗА ПЛЮМОВ

Кроме концепции конвекционных ячеек существует гипотеза плюмов (по Келлогу, 1999). Плюмы (рис.1.5.), при этом, понимаются, как узкие вертикальные потоки тепла и (или) низкоплотного вещества отделяющиеся либо от границы ядро - нижняя мантия, либо от границы верхней и нижней мантии (670 км).

Плюмы понимаются как образования округлой или изометричной формы, поднимающиеся с определенных глубин, форма которых напоминает движения кольца дыма, размеры достигают 2500 км (рис. 1.6.).

Рис. 1.5. Погружающиеся пластины океанской литосферы называются слэбы (slab - ломоть по-английски).

Схема возможной динамики переходного слоя в нижней мантии по мнению исследователей, плюмы выглядит так. Глубина кровли слоя изменяется от ~1600 км почти до границы мантия-ядро, куда она смещается под действием погружающихся слэбов (рис.1.6. стрелками показано движение вещества при подъёме и вращении плюма).  

Рис. 1.6. Принципиальная схема подъёма плюма к поверхности Земли (по Гриффитсу и Кэмпбеллу, 1990).

Циркуляция в слое происходит из-за внутреннего разогрева (Kellogg L.H. et al., 1999). Плюмы (вулканические процессы на поверхности Земли) формируют (рис.1.7.) обширные изверженные провинции. Плюм А, поднимающийся от границы нижняя-верхняя мантия образует головку после достижения литосферы. Широкая головка плюма В, поднимающегося с границы мантия-ядро, более холодная. Модель С показывает, что плюм задерживается на границе нижней и верхней мантии и дает начало меньшим “плюмикам”. 

Если рассмотреть концепции конвекционных ячеек и плюмов совместно, то можно сказать, что мы имеем дело либо с линейными, либо с площадными по форме и овальные по очертаниям проявлениями мантийной активности. Эта активность сопровождается выносом или тепла (плюмы) или мантийного вещества (швы и плюмы) на поверхность нашей планеты.

Рис. 1.7. Модель плюмов (по Arndt N, 2000).

ГОРЯЧИЕ ТОЧКИ

Существуют ещё так называемые «горячие точки», которые понимаются, так: (по Courtillot 2003), горячая точка (hotspot) – это область длительного внутриплитного магматизма, которая остается почти неподвижной относительно движущихся литосферных плит (рис.1.8.). Самым известным примером горячей точки является Гавайская точка и протяженная цепочка действующих и потухших вулканов называемая Гавайско-Императорским хребтом. Возраст вулканов в цепочке увеличивается от её южной оконечности, где расположены ныне активные вулканы к северо-востоку, куда уходит подводная гряда вулканов, простирающаяся до Алеутской островной дуги.

Рис. 1.8. Горячие точки на карте Земли. Крупные черные кружки – точки, идущие от границы ядро-мантия, серые средней величины – плюмы, идущие от границы 660 км, между верхней и нижней мантией, мелкие кружочки – плюмы, идущие от нижней границы литосферы (по Courtillot, 2003 г).