Мантийный шлейф - Mantle plume

А суперплюм генерируемые процессами охлаждения в мантии (LVZ =зона низких скоростей )[1]

А мантийный шлейф предлагаемый механизм конвекция аномально горячей породы внутри Мантия земли. Поскольку голова плюма частично тает при достижении небольших глубин, плюм часто называют причиной вулканической активности. горячие точки, такие как Гавайи или Исландия, и большие вулканические провинции такой как Декан и Сибирские ловушки. Некоторые из таких вулканических регионов находятся далеко от границы тектонических плит, а другие представляют необычно большой объем вулканизм вблизи границ плит.

В гипотеза мантийных плюмов с глубины не является общепризнанным объяснением всего такого вулканизма. Это потребовало прогрессивной разработки гипотез, приводящей к различным предложениям, таким как мини-шлейфы и пульсирующие шлейфы. Другой гипотезой для необычных вулканических регионов является «модель плиты». Это предполагает более мелкую пассивную утечку магма из мантии на поверхность Земли, где это позволяет расширение литосферы, приписывая большую часть вулканизма тектоническим процессам плит, причем вулканы находятся далеко от границ плит в результате внутриплитного расширения.[2]

Концепции

Мантийные плюмы были впервые предложены Дж. Тузо Уилсон в 1963 г.[3][неосновной источник необходим ] и далее развито В. Джейсон Морган в 1971 году. Предполагается, что мантийный шлейф существует там, где горячая порода зарождается[требуется разъяснение ] на граница ядро-мантия и поднимается через мантию Земли, становясь диапир в земной коры.[4] 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 Гавайско-Императорская цепь подводных гор. Однако, палеомагнитный данные показывают, что мантийные плюмы могут быть связаны с Большие провинции с низкой скоростью сдвига (LLSVP)[5] и двигаться.[6]

Предлагаются два в значительной степени независимых конвективных процесса:

  • широкий конвективный поток, связанный с тектоникой плит, вызванный в основном опусканием холодных плит литосфера обратно в мантию астеносфера
  • мантийный шлейф, вызванный теплообменом через границу ядро-мантия, переносящий тепло вверх узким восходящим столбом, и постулируется, что он не зависит от движений плит.

Гипотеза шлейфа была изучена с помощью лабораторных экспериментов, проведенных в небольших заполненных жидкостью резервуарах в начале 1970-х годов.[7] Полученные таким образом тепловые или композиционные флюидодинамические шлейфы были представлены как модели 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 возникновение грибовидных плюмов мантии можно легко предсказать с помощью теории переходной нестабильности, разработанной Таном и Торпом.[8][9] Теория предсказывает грибовидные мантийные шлейфы с головками диаметром около 2000 км, которые имеют критическое время.[требуется разъяснение ] около 830 млн лет для основной мантии Тепловой поток 20 мВт / м2, а время цикла[требуется разъяснение ] составляет около 2 млрд. лет.[10] Количество мантийных плюмов прогнозируется 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.[11] Эти извержения были связаны с паводковые базальты, хотя многие из них вспыхивают в более короткие сроки (менее 1 миллиона лет). Примеры включают Деканские ловушки в Индии Сибирские ловушки Азии Кару-Феррар базальты / долериты в Южной Африке и Антарктиде, Ловушки Парана и Этендека в Южной Америке и Африке (ранее это была одна провинция, отделенная выходом к южной части Атлантического океана), а Базальты реки Колумбия Северной Америки. Базальты Мирового океана известны как океанические плато и включают Плато Онтонг Ява западной части Тихого океана и Плато Кергелен Индийского океана.

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.[12] В Гавайские острова цепочка в Тихом океане является типичным примером. 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.[13]

Извержение базальтов континентальных паводков часто связано с континентальный рифтинг и расставание. 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.[14]

Текущая теория мантийного плюма заключается в том, что материальный и энергетический обмен из недр Земли с поверхностной корой происходит в двух разных режимах: преобладающий стационарный тектонический режим плит, управляемый верхним слоем земной коры. мантийная конвекция, а также прерывистый, периодически доминирующий режим опрокидывания мантии, вызванный конвекцией плюма.[4] Этот второй режим, часто прерывистый, периодически играет важную роль в горообразовании.[15] и континентальный распад.[16]

Химия, тепловой поток и плавление

Гидродинамический имитация единственного «пальца» Неустойчивость Рэлея – Тейлора., возможный механизм образования плюма.[17] На 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 с указанием расположения верхней (3) и нижней (5) мантии, D ″-слой (6), а также внешний (7) и внутренний (9) сердечник

Химический и изотопный состав базальтов, обнаруженных в горячих точках, незначительно отличается от базальтов срединно-океанических хребтов.[18] 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.[19] Идентифицированные компоненты мантии: DMM (обедненная мантия базальта срединно-океанического хребта (MORB)), HIMU (мантия с высоким соотношением U / Pb), EM1 (обогащенная мантия 1), EM2 (обогащенная мантия 2) и FOZO (зона фокусировки).[20][21]. Эта геохимическая подпись возникает из-за смешивания приповерхностных материалов, таких как субдуцированные 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 путем 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.[22]

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). Сейсмическая томография показывает, что подчиненный океанические плиты опускаются до дна зона перехода мантии на глубине 650 км. Субдукция на большие глубины менее определена, но есть свидетельства того, что они могут опускаться на средние и нижние глубины мантии на глубине около 1500 км.

Источником мантийных плюмов считается граница ядро-мантия на глубине 3000 км.[23] 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. декомпрессионная плавка. Это создаст большие объемы магмы. Гипотеза плюма предполагает, что этот расплав поднимается на поверхность и извергается, образуя «горячие точки».

Нижняя мантия и ядро

Расчетная температура Земли в зависимости от глубины. Пунктирная кривая: многослойная мантийная конвекция; Сплошная кривая: конвекция всей мантии.[24]

Наиболее заметный термальный контраст, существующий 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 мелкой астеносферы, которая, как считается, быстро течет в ответ на движение вышележащих тектонических плит. Нет другого известного крупного теплового пограничного слоя в глубинах Земли, 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.

Два очень широких, большие провинции с низкой скоростью сдвига, существуют в нижняя мантия под Африкой и под центральной частью Тихого океана. Предполагается, что перья поднимаются с их поверхности или с краев.[25] 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.[26][27]

Доказательства теории

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.[2]

Некоторые общие и основные доказательства, приведенные в поддержку теории, представляют собой линейные вулканические цепи, благородные газы, геофизический аномалии и геохимия.

Линейные вулканические цепи

Возрастное распределение Гавайско-Императорская цепь подводных гор был объяснен как результат неподвижного, глубокомантийного плюма, поднимающегося в верхнюю мантию, частично плавящегося и вызывающего образование вулканической цепи, когда плита движется над головой относительно неподвижного источника плюма.[23] Другие «горячие точки» с прогрессирующими во времени вулканическими цепями за ними включают Реюньон, то Чагос-Лаккадивский хребет, то Луисвилл Ридж, то Девяносто Ист-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.[13]

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

Основная статья: Гелий-3

Гелий-3 - это первичный изотоп, образовавшийся в Большой взрыв. Производится очень мало, и с тех пор другие процессы мало что добавили к Земле.[28] Гелий-4 включает в себя первичный компонент, но он также образуется в результате естественного радиоактивного распада таких элементов, как уран и торий. Со временем гелий из верхних слоев атмосферы теряется в космос. Таким образом, на Земле постепенно истощается гелий, и 3Он не заменяется как 4Он. В результате соотношение 3Он/4Он на Земле со временем уменьшился.

Необычно высокий 3Он/4Его наблюдали 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 исходный высокий 3Он/4Соотношения сохранялись на протяжении геологического времени.[29] В контексте гипотезы платформы высокие отношения объясняются сохранением старого материала в неглубокой мантии. Древний, высокий 3Он/4Соотношения He будет особенно легко сохраняться в материалах без U или Th, поэтому 4Он не добавлялся со временем. Оливин и дунит, обнаруженные в субдуцированной коре, являются материалами этого типа.[28]

Другие элементы, например осмий, были предположены, что это индикаторы материала, возникающего вблизи ядра Земли в базальтах на океанских островах. Однако убедительных доказательств этому пока нет.[30]

Геофизические аномалии

Диаграмма, показывающая поперечный разрез Земли литосфера (желтым) с магма поднимаясь из мантия (в красном). Кора может двигаться относительно плюма, создавая трек.

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 скорости сейсмических волн, но, к сожалению, то же самое происходит и с составом и частичным плавлением. 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.[2] 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.[31]

Сейсмические волны генерируемые сильными землетрясениями, позволяют определять структуру под поверхностью Земли вдоль траектории луча. Сейсмические волны, прошедшие тысячу и более километров (также называемые телесейсмические волны ) может быть использован для изображения больших участков 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.[32] Тем не менее, ведется активная дискуссия о том, надежно ли разрешены изображенные структуры и соответствуют ли они столбам горячей поднимающейся породы.[33]

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, что, как теперь предполагается, лежит в основе Исландия. 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

Базальты океанических островов геохимически отличаются от базальтов, обнаруженных на срединно-океанические хребты и вулканы, связанные с зоны субдукции (базальты островной дуги). "Базальт океанического острова "также похож на базальты, обнаруженные в океанах как на малых, так и на больших подводных горах (которые, как считается, образовались в результате извержений на морском дне, которое не поднималось над поверхностью океана). Они также по составу похожи на некоторые базальты, обнаруженные в недра континентов (например, равнина реки Снейк).

По основным элементам базальты океанических островов обычно более утюг (Fe) и титан (Ti), чем базальты срединно-океанических хребтов на аналогичных магний (Mg) содержание. В микроэлементы, они обычно более светлые редкоземельные элементы чем базальты срединно-океанических хребтов. По сравнению с базальтами островных дуг, базальты океанических островов менее глинозем (Al2О3) и выше в неподвижных микроэлементах (например, Ti, Nb, Та ).

Эти различия являются результатом процессов, происходящих во время субдукции океаническая кора и мантия литосфера. Океаническая кора (и, в меньшей степени, нижележащая мантия) на морском дне обычно в разной степени гидратируется, отчасти в результате выветривания морского дна, а отчасти 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. Эта обогащенная жидкость поднимается до метасоматизировать перекрывающий клин мантии и приводит к образованию островодужных базальтов. Поглощающая плита обеднена этими водоподвижными элементами (например, K, Руб., Чт, Pb ) и, таким образом, относительно обогащены элементами, которые не являются подвижными в воде (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 постулируется, что плиты были переработаны на меньших глубинах - в верхних нескольких сотнях километров, составляющих верхняя мантия. 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

В 2015 году на основе данных 273 крупных землетрясений исследователи составили модель, основанную на томография полной формы волны, что требует эквивалентных 3 миллионов часов суперкомпьютерного времени.[34] Из-за вычислительных ограничений высокочастотные данные по-прежнему нельзя было использовать, а сейсмические данные по большей части морского дна оставались недоступными.[34] Тем не менее, вертикальные шлейфы, температура которых на 400 ° C выше, чем окружающая порода, визуализировались под многими горячими точками, включая Питкэрн, Макдональд, Самоа, Таити, Маркизские острова, Галапагосские острова, Кабо-Верде, и Канарейка горячие точки.[35] Они простирались почти вертикально от границы ядро-мантия (глубина 2900 км) до возможного слоя сдвига и изгиба на 1000 км.[34] Их можно было обнаружить, поскольку их ширина составляла 600–800 км, что более чем в три раза превышает ширину, ожидаемую от современных моделей.[34] Многие из этих шлейфов находятся в большие провинции с низкой скоростью сдвига под Африкой и Тихим океаном, в то время как некоторые другие горячие точки, такие как Йеллоустон, менее явно связаны с мантийными особенностями в модели.[36]

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.[34]

Предлагаемое расположение мантийного плюма

Пример местоположения шлейфа, предложенный одной недавней группой.[37] Рисунок из Foulger (2010).[2]

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,[37] тогда как другие предполагают, что их нет.[2] 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 в качестве источника паводковые базальты.[38][39] Эти чрезвычайно быстрые и крупномасштабные извержения базальтовых магм периодически формировали континентальные провинции базальта на суше и океанические плато в океанских бассейнах, такие как Деканские ловушки,[40] то Сибирские ловушки[41] то Кару-Феррар паводковые базальты Гондвана,[42] и самый большой из известных базальтов континентальных паводков, Центральноатлантическая магматическая провинция (ЛАГЕРЬ).[43]

Многие события, связанные с континентальным паводком, совпадают с континентальным рифтингом.[44] Это согласуется с системой, которая стремится к равновесию: когда вещество поднимается в мантийном плюме, другой материал втягивается в мантию, вызывая рифтинг.[44]

Альтернативные гипотезы

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

Гипотеза пластины

Иллюстрация конкурирующих моделей переработка земной коры и судьба субдуцированных плит. Гипотеза плюма предполагает глубокую субдукцию (справа), в то время как гипотеза плиты фокусируется на неглубокой субдукции (слева).

Начиная с начала 2000-х гг., Неудовлетворенность состоянием доказательств наличия мантийных плюмов и распространения специальные гипотезы возил ряд геологов во главе с Дон Л. Андерсон, Джиллиан Фулджер, и Уоррен Б. Гамильтон, чтобы предложить широкую альтернативу, основанную на мелководных процессах в верхней мантии и выше, с акцентом на тектонику плит как движущую силу магматизма.[45]

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, Восточноафриканский рифт долина, и Рейн 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.[2]:277

Под эгидой гипотезы плит выделяются следующие подпроцессы, каждый из которых может способствовать разрешению поверхностного вулканизма:[2]

  • Континентальный распад;
  • Плодородие срединно-океанических хребтов;
  • 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

Помимо этих процессов, 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 столкновения предполагается, что некоторые регионы очагового вулканизма могут быть вызваны определенными океанскими ударами крупных тел, которые могут проникать через более тонкие океаническая литосфера, и паводковый базальт вулканизм может быть вызван слиянием сейсмической энергии, сосредоточенной на противоположная точка напротив основных мест падения.[46] 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

В 1997 г. стало возможным использовать сейсмическую томографию для изображения погружающихся тектонических плит, проникающих от поверхности до границы ядро-мантия.[47]

Для Горячая точка Гавайев, длиннопериодическая томография объемной сейсмической дифракции предоставила доказательства того, что причиной этого является мантийный плюм, как это было предложено еще в 1971 году.[48] Для Горячая точка Йеллоустоуна, сейсмологические данные начали сходиться с 2011 года в поддержку модели плюма, как пришли к выводу Джеймс и др., «мы предпочитаем нижний мантийный плюм как источник горячей точки Йеллоустоуна».[49][50] Данные, полученные через Earthscope, программа сбора сейсмических данных высокого разрешения по всему смежные Соединенные Штаты ускорило принятие шлейфа под Йеллоустоун.[51][52]

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

Смотрите также

  • Расслоение (геология) - Процесс, происходящий при отрыве нижней континентальной коры и мантийной литосферы от верхней континентальной коры.
  • Эпейрогенное движение - Поднятия или понижения на суше с длинными волнами и небольшой складчатостью
  • Орогенез - Формирование горных хребтов
  • Вернешо - гипотетическое событие извержения вулкана, вызванное скоплением газа глубоко под кратоном

использованная литература

  1. ^ На основании рисунка 17 в Матыска, Цтирад; Юэн, Дэвид А. (2007). "Свойства материала нижней мантии и модели конвекции многомасштабных плюмов". В Фулже, Г. Р.; Джерди, Д. М. (ред.). Плиты, шлейфы и планетные процессы. Геологическое общество Америки. п. 159. CiteSeerX  10.1.1.487.8049. Дои:10.1130/2007.2430(08). ISBN  978-0-8137-2430-0.
  2. ^ а б c d е ж г Фулже, Г. Р. (2010). Пластины против плюмов: геологический спор. Wiley-Blackwell. ISBN  978-1-4051-6148-0.
  3. ^ Уилсон, Дж. Тузо (8 июня 1963 г.). «Гипотеза поведения Земли». Природа. 198 (4884): 925–929. Bibcode:1963Натура.198..925Т. Дои:10.1038 / 198925a0. S2CID  28014204.
  4. ^ а б Ларсон, Р.Л. (1991). «Последний пульс Земли: свидетельство суперплюма среднего мелового периода». Геология. 19 (6): 547–550. Bibcode:1991Гео .... 19..547л. Дои:10.1130 / 0091-7613 (1991) 019 <0547: LPOEEF> 2.3.CO; 2.
  5. ^ Френч, Скотт У .; Романович, Барбара (2015). «Широкие перья, укоренившиеся в основании мантии Земли под основными горячими точками». Природа. 525 (7567): 95–99. Bibcode:2015Натура.525 ... 95F. Дои:10.1038 / природа14876. ISSN  0028-0836. PMID  26333468. S2CID  205245093.
  6. ^ 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:2019НатКо..10.3370Б. Дои:10.1038 / s41467-019-11314-6. ISSN  2041-1723. ЧВК  6662702. PMID  31358746.
  7. ^ Уайтхед младший, Джон А .; Лютер, Дуглас С. (1975). «Динамика лабораторных моделей диапира и плюма».. Журнал геофизических исследований. 80 (5): 705–717. Bibcode:1975JGR .... 80..705Вт. Дои:10.1029 / JB080i005p00705. S2CID  129327249.
  8. ^ Tan, K. K .; Торп, Р. Б. (1999). «Начало конвекции, вызванное плавучестью, вызванной различными режимами переходной теплопроводности. Часть I: Переходные числа Рэлея». J. Chem. Англ. Sci. 54 (2): 225–238. Дои:10.1016 / S0009-2509 (98) 00248-6.
  9. ^ Тан, К. И Торп, Р. Б. (1999). «Возникновение конвекции, вызванной плавучестью, вызванной различными режимами переходной теплопроводности. Часть II: размеры шлейфов». J. Chem. Англ. Наука. 54 (2): 239–244. Дои:10.1016 / S0009-2509 (98) 00249-8.
  10. ^ Tan, K. K .; Thorpe, R. B .; Чжао З., Жидан (2011). «О предсказании шлейфов мантийных грибов». Границы геонаук. 2 (2): 223–235. Дои:10.1016 / j.gsf.2011.03.001.
  11. ^ Farnetani, C.G .; Ричардс, М.А. (1994). «Численные исследования модели зарождения мантийного плюма для паводковых базальтовых событий». J. Geophys. Res. 99 (B7): 13, 813–13, 833. Bibcode:1994JGR .... 9913813F. Дои:10.1029 / 94jb00649.
  12. ^ Skilbeck, J. N .; Уайтхед, Дж. А. (1978). «Формирование дискретных островов в линейные цепочки». Природа. 272 (5653): 499–501. Bibcode:1978Натура.272..499S. Дои:10.1038 / 272499a0. S2CID  33087425.
  13. ^ а б Сагер, Уильям У. «Понимание движения гавайской горячей точки из палеомагнетизма». www.MantlePlume.org. Получено 2011-01-10.
  14. ^ Фулджер, Джиллиан Р. (2005). Плиты, шлейфы и парадигмы; Том 388 специальных статей. Геологическое общество Америки. п. 195. ISBN  978-0-8137-2388-4.
  15. ^ Штейн, М., Хофманн, А.В. (1994). «Мантийные плюмы и эпизодический рост континентов». Природа. 372 (6501): 63–68. Bibcode:1994Натура 372 ... 63S. Дои:10.1038 / 372063a0. S2CID  4356576.
  16. ^ Стори, B.C. (1995). «Роль мантийных плюмов в континентальном распаде: истории болезни из Гондваны». Природа. 377 (6547): 301–308. Bibcode:1995Натура 377..301С. Дои:10.1038 / 377301a0. S2CID  4242617.
  17. ^ Ли, Шенгтай; Ли, Хуэй. «Параллельный код AMR для сжимаемых уравнений MHD или HD». Лос-Аламосская национальная лаборатория. Архивировано из оригинал на 2016-03-03. Получено 2006-09-05.
  18. ^ Белый, Уильям М. (2010). "Базальты и мантийные плюмы океанических островов: геохимическая перспектива". Ежегодный обзор наук о Земле и планетах. 38 (1): 133–160. Bibcode:2010AREPS..38..133W. Дои:10.1146 / аннурьев-земля-040809-152450. ISSN  0084-6597. S2CID  53070176.
  19. ^ Хофманн, А. В. (1997). «Геохимия мантии: послание океанического вулканизма». Природа. 385 (6613): 219–229. Bibcode:1997Натура.385..219Х. Дои:10.1038 / 385219a0. ISSN  0028-0836. S2CID  11405514.
  20. ^ Зиндлер, А (01.01.1986). «Химическая геодинамика». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах. 14 (1): 493–571. Дои:10.1146 / annurev.earth.14.1.493. ISSN  0084-6597.
  21. ^ 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. Дои:10.1029 / 2004gc000824. HDL:1912/451. ISSN  1525-2027.
  22. ^ 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 по науке о Земле и планетах. 521: 60–67. Bibcode:2019E и PSL.521 ... 60N. Дои:10.1016 / j.epsl.2019.05.037. ISSN  0012-821X.
  23. ^ а б Морган, У. Дж. (1972). «Глубокие мантийные конвекционные плюмы и движения плит». Бык. Am. Доц. Домашнее животное. Геол. 56: 203–213.
  24. ^ Конди, Кент С. (1997). Тектоника плит и эволюция земной коры (4-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. п. 5. ISBN  978-0-7506-3386-4.
  25. ^ Ню, Яолин (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. Дои:10.1016 / j.gsf.2018.03.005. ISSN  1674-9871.
  26. ^ Brodholt, John P .; Helffrich, Джордж; Трамперт, Жанно (2007). «Химическая и термическая неоднородность в нижней мантии: наиболее вероятная роль неупругости». Письма по науке о Земле и планетах. 262 (3–4): 429–437. Bibcode:2007E и PSL.262..429B. Дои:10.1016 / j.epsl.2007.07.054.
  27. ^ Trampert, J .; Deschamps, F .; Ресовский, Дж .; Юэн, Д. (2004). «Вероятностная томография отображает химические неоднородности по всей нижней мантии». Наука. 306 (5697): 853–856. Bibcode:2004Наука ... 306..853Т. Дои:10.1126 / science.1101996. PMID  15514153. S2CID  42531670.
  28. ^ а б Андерсон, Д.Л. (1998). «Модель для объяснения различных парадоксов, связанных с геохимией благородных газов мантии». Proc. Natl. Акад. Sci. 95 (16): 9087–9092. Bibcode:1998PNAS ... 95.9087A. Дои:10.1073 / пнас.95.16.9087. ЧВК  21296. PMID  9689038.
  29. ^ 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. Дои:10.1016 / S0016-7037 (99) 00314-2.
  30. ^ Шерстен, Андерс. «Изотопы Re-Os, Pt-Os и Hf-W и прослеживание ядра в мантийных расплавах». www.MantlePlume.org. Получено 2011-01-18.
  31. ^ Ritsema, J .; van Heijst, H.J .; Вудхаус, Дж. Х. (1999). «Сложная скоростная структура поперечной волны, изображенная под Африкой и Исландией» (PDF). Наука. 286 (5446): 1925–1928. Дои:10.1126 / science.286.5446.1925. PMID  10583949. Архивировано из оригинал (PDF) 22 мая 2011 г.
  32. ^ Montelli, R .; Nolet, G .; Dahlen, F .; Мастерс, Г. (2006). «Каталог глубоководных мантийных плюмов: новые результаты конечно-частотной томографии». Геохимия, геофизика, геосистемы. 7 (11): н / д. Bibcode:2006GGG ..... 711007M. Дои:10.1029 / 2006GC001248.
  33. ^ «Томография банана-пончика - может ли она выявить шлейфы (лучше, чем традиционная лучевая теория)?». www.MantlePlumes.org. Получено 2011-01-19.
  34. ^ а б c d е Эрик Хэнд (4 сентября 2015 г.). «Мантийные плюмы поднимаются из ядра Земли». Наука. 349 (6252): 1032–1033. Bibcode:2015Научный ... 349.1032H. Дои:10.1126 / science.349.6252.1032. PMID  26339001.
  35. ^ Скотт В. Френч; Барбара Романович (2015-09-03). «Широкие перья, укоренившиеся в основании мантии Земли под основными горячими точками». Природа. 525 (7567): 95–99. Bibcode:2015Натура.525 ... 95F. Дои:10.1038 / природа14876. PMID  26333468. S2CID  205245093.
  36. ^ Роберт Сандерс (2 сентября 2015 г.). «Компьютерная томография Земли связывает плюмы глубинной мантии с горячими точками вулканов». Новости Беркли (Калифорнийский университет в Беркли ).
  37. ^ а б Куртильо, V .; Davaillie, A .; Besse, J .; Сток, Дж. (2003). «Три различных типа горячих точек в мантии Земли». Письма по науке о Земле и планетах. 205 (3–4): 295–308. Bibcode:2003E и PSL.205..295C. CiteSeerX  10.1.1.693.6042. Дои:10.1016 / S0012-821X (02) 01048-8.
  38. ^ Richards, M.A .; Duncan, R.A .; Куртильо, В. (1989). «Базальты наводнения и горячие точки: головы и хвосты плюмов». Наука. 246 (4926): 103–107. Bibcode:1989Sci ... 246..103R. Дои:10.1126 / science.246.4926.103. PMID  17837768. S2CID  9147772.
  39. ^ Griffiths, R.W .; Кэмпбелл, И. (1990). «Перемешивание и структура мантийных плюмов». Письма по науке о Земле и планетах. 99 (1–2): 66–78. Bibcode:1990E и PSL..99 ... 66G. Дои:10.1016 / 0012-821X (90) 90071-5.
  40. ^ Дункан, Р.А. И Пайл, Д. (1988). «Быстрое извержение базальтов Декана на границе мелового и третичного периодов». Природа. 333 (6176): 841–843. Bibcode:1988Натура.333..841D. Дои:10.1038 / 333841a0. S2CID  4351454.
  41. ^ Renne, P.R .; Басу, А. (1991). «Быстрое извержение паводковых базальтов Сибирских траппов на границе пермо-триаса». Наука. 253 (5016): 176–179. Bibcode:1991Научный ... 253..176R. Дои:10.1126 / science.253.5016.176. PMID  17779134. S2CID  6374682.
  42. ^ Encarnacion, J .; Fleming, T.H .; Elliot, D.H .; Eales, H.V. (1996). «Синхронное размещение долеритов Феррар и Кару и ранний распад Гондваны». Геология. 24 (6): 535–538. Bibcode:1996 Гео .... 24..535E. Дои:10.1130 / 0091-7613 (1996) 024 <0535: SEOFAK> 2.3.CO; 2.
  43. ^ El Hachimi, H .; и другие. (2011). «Морфология, внутренняя архитектура и механизмы внедрения потоков лавы из Центральной Атлантической Магматической Провинции (CAMP) Бассейна Аргана (Марокко)». В ван Хинсберген, Д. Дж. Дж. (Ред.). Формирование и эволюция Африки: синопсис 3,8 млрд лет истории Земли. Геологическое общество, Лондон, Специальные публикации. Спец. Публикации, том 357. 357. Лондон: Геологическое общество Лондона. С. 167–193. Bibcode:2011GSLSP.357..167H. Дои:10.1144 / SP357.9. ISBN  978-1-86239-335-6. S2CID  129018987.
  44. ^ а б Renne, P.R .; Zhang, Z.C .; Richards, M.A .; Black, M.T .; Басу, А. (1995). «Синхронность и причинно-следственные связи между кризисами на границе перми и триаса и сибирским паводковым вулканизмом». Наука. 269 (5229): 1413–1416. Bibcode:1995Научный ... 269.1413R. Дои:10.1126 / science.269.5229.1413. PMID  17731151. S2CID  1672460.
  45. ^ Пратт, Сара (2015-12-20). «Вопрос о мантийных перьях». Журнал ЗЕМЛЯ. Американский институт геонаук. В архиве из оригинала на 2019-12-07. Получено 2019-12-07.
  46. ^ Хагструм, Джонатан Т. (2005). «Антиподальные горячие точки и биполярные катастрофы: были ли океанические крупные тела воздействием на причину?» (PDF). Письма по науке о Земле и планетах. 236 (1–2): 13–27. Bibcode:2005E и PSL.236 ... 13H. Дои:10.1016 / j.epsl.2005.02.020.
  47. ^ Керр, Ричард А. (31 января 1997 г.). "Глубоко погружающиеся плиты размешивают мантию". Наука. AAAS. Получено 2013-06-13.
  48. ^ Цзи, Инь; ataf, Анри-Клод N (июнь 1998 г.). «Обнаружение мантийных плюмов в нижней мантии методом дифракционной томографии: Гавайи». Письма по науке о Земле и планетах. 159 (3–4): 99–115. Bibcode:1998E и PSL.159 ... 99J. Дои:10.1016 / S0012-821X (98) 00060-0.
  49. ^ 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 по науке о Земле и планетах. 311 (1–2): 124–135. Bibcode:2011E и PSL.311..124J. Дои:10.1016 / j.epsl.2011.09.007.
  50. ^ Шмандт, Брэндон; Дьюкер, Кеннет; Хамфрис, Юджин и Хансен, Стивен (апрель 2012 г.). «Горячая мантия поднимается через 660 под Йеллоустон» (PDF). Письма по науке о Земле и планетах. 331–332: 224–236. Bibcode:2012E и PSL.331..224S. Дои:10.1016 / j.epsl.2012.03.025.
  51. ^ Керр, Ричард А. (июнь 2013 г.). «Геофизические исследования, связывающие глубинную землю и геологию заднего двора». Наука. 340 (6138): 1283–1285. Bibcode:2013Научный ... 340.1283K. Дои:10.1126 / science.340.6138.1283. PMID  23766309.
  52. ^ Керр, Ричард А. (апрель 2013 г.). «Машина глубин Земли идет вместе». Наука. 340 (6128): 22–24. Bibcode:2013Наука ... 340 ... 22K. Дои:10.1126 / science.340.6128.22. PMID  23559231.

внешние ссылки