9 місяців тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Литосферная оболочка Земли, как известно, в большей своей части представляет охлажденную и полностью раскристаллизованную часть верхней мантии, подстилаемую снизу горячим и частич­но расплавленным веществом ас­теносферы (земная кора являет­ся лишь верхним слоем литосфе­ры). Поэтому естественно пред­положить, что литосферные пли­ты образуются за счет остывания и полной кристаллизации частич­но расплавленного вещества асте­носферы, подобно тому как это происходит, например, на реке при замерзании воды и образова­нии льда в морозный день. Ана­логия здесь очень глубокая: ведь кристаллические породы литосфе­ры по сути своей — это тот же «силикатный лед» для частично расплавленного силикатного ве­щества астеносферы. Разница со­стоит лишь в том, что обычный лед легче воды, тогда как кристал­лические силикаты тяжелее сво­его расплава. Если это действи­тельно так, то дальнейшее реше­ние задачи об образовании лито­сферных плит уже не представ­ляет большого труда, поскольку процесс кристаллизации воды и расплавов хорошо изучен.

Несколько упрощенно процесс образования океанских литосфер­ных плит по этому механизму мож­но представить себе следующим образом. В зазор между расходя­щимися плитами поднимается го­рячее и частично расплавленное вещество астеносферы. Попадая на поверхность океанского дна, это вещество охлаждается и крис­таллизуется, превращаясь в поро­ды литосферы. По мере раздвижения плит образовавшиеся ранее участки литосферы «промерза­ют» еще более и также отодви­гаются в стороны, а на их место в новые рифтовые расколы посту­пает новое астеносферное ве­щество, и процесс повторяется. При этом очевидно, что чем дольше мантийное вещество, подняв­шееся на поверхность Земли, ох­лаждается, тем на большую глу­бину оно «промерзает» и раскристаллизовывается. Следователь­но, под более древними участка­ми океанского дна, расположен­ными дальше от рифтовых зон, толщина литосферы, т. е. слоя охлажденной и раскристаллизованной мантии, будет большей. Глубина «промерзания» распла­ва (будь то вода или базальтовая магма) описывается уравнением теплопроводности. Из решения этого уравнения следует, что тол­щина литосферы со временем возрастает прямо пропорциональ­но квадратному корню из ее воз­раста. Если мощность литосферы Н выразить в километрах, а ее возраст t в миллионах лет, то фор­мула, определяющая толщину ли­тосферы, оказывается предельно простой: Н≈7,5 Кв.корень t. Из этой фор­мулы следует, что мощность оке­анских литосферных плит меняет­ся почти от нуля под рифтовыми зонами приблизительно до 90 км под наиболее древними участка­ми океанского дна с возрастом около 150 млн. лет. По прибли­зительно такому же закону уве­личивается с возрастом и мощ­ность континентальных плит Кв.корень t, однако их возраст значительно превышает возраст океанских плит. Поэтому все континентальные плиты, особен­но под докембрийскими платфор­мами, характеризуются исключи­тельно большой толщиной, до­стигающей иногда 250—300 км. Как уже отмечалось, породы ли­тосферы тяжелее подстилающе­го их горячего вещества астено­сферы (приблизительно на 0,1 г/см3). Следовательно, чем тол­ще океанская литосфера, тем на большую глубину она погружа­ется в мантию и тем ниже опуска­ется ее поверхность. Поэтому за­кон опускания океанского дна оп­ределяется все той же зависи­мостью от возраста литосферы, т. е. от возраста самого океанско­го дна. По этой зависимости самый высокий уровень стояния океан­ского дна должен быть там, где литосфера всего моложе и тонь­ше, т. е. в океанских рифтовых зонах, как раз и расположенных на гребнях срединно-океанических хребтов. По мере же удаления от гребней этих хребтов глубина океана в среднем должна возра­стать пропорционально квадрат­ному корню из величины возраста океанского дна Δh=0,35 Кв.корень t , где Δh — средний перепад уровней рельефа срединно-океанического хребта между его гребнем и любой данной точкой склона, км; t — по-прежнему возраст оке­анского дна, млн. лет.

Если описанная модель образо­вания океанских литосферных плит верна, то и выведенный на ее основании теоретический за­кон должен правильно отражать реальный рельеф океанского дна. Проверить это несложно, и когда такие сопоставления были про­ведены, то они показали, что осредненные профили всех средин­но-океанических хребтов во всех океанах действительно очень не­плохо аппроксимируются одной и той же зависимостью глубины океана от возраста его дна. При этом теоретическое значение ко­эффициента пропорциональности в найденном законе хорошо сов­пало с его эмпирическим значе­нием. Подтвердили «корневой» за­кон увеличения толщины океан­ской литосферы и сейсмические данные.

Часто возникает вопрос: поче­му же литосферные плиты не то­нут в горячей и пластичной ман­тии, если они тяжелее ее вещества? Ответ простой. Континентальные плиты не тонут, потому что к их тяжелой мантийной части сверху «припаяна» легкая континенталь­ная кора с запасом положитель­ной плавучести. В результате средняя плотность континенталь­ных плит вместе с корой всегда оказывается меньшей, чем сред­няя плотность горячей мантии, в которую такие плиты погруже­ны. В отношении океанских плит такой вопрос не совсем корректен, поскольку все они рано или позд­но, но погружаются в мантию и то­нут в ней под зонами поддвига плит. Именно поэтому вся совре­менная океанская литосфера по­всеместно моложе 150—160 млн. лет, поскольку все более древ­ние ее фрагменты уже давно «утонули» в мантии.

В пределах же 150 млн. лет океанская литосфера сохраняется на плаву подобно металлическим судам, плавающим по воде. Дей­ствительно, стабильные (не опу­скающиеся в мантию) океанские плиты напоминают по своему стро­ению гигантские пологие ладьи, ограниченные со всех сторон при­поднятыми бортами — гребнями срединно-океанических хребтов и континентальными окраинами (примером тому может служить литосфера под Атлантическим океаном). Благодаря этому у та­ких плит возникает нейтральная плавучесть, поскольку по закону Архимеда вес вытесняемой из-под них астеносферы оказывается в точности равным весу самих плит и заполняющей абиссальные кот­ловины воды. Возникающие же в таких плитах разломы обычно быстро самозалечиваются («запаи­ваются») после кристаллизации проникающих в них базальтовых магм.

Раздвижение литосферных плит в океанских рифтовых зонах со­провождается образованием от­крытых трещин разрыва, дрени­рующих под гребнями средин­но-океанических хребтов верхние слои астеносферы. По этим трещи­нам, с одной стороны, океанские воды проникают глубоко в океан­скую кору, гидратируя ее поро­ды, а с другой, они являются под­водящими каналами, по которым базальтовые магмы поднимают­ся из астеносферы и изливаются на поверхность океанского дна, постепенно формируя таким пу­тем базальтовый слой океанской коры. Верхняя часть этого слоя состоит из застывших под водой подушечных лав, часто напоми­нающих гигантские колбасы или слоновьи хоботы, свисающие в причудливых сплетениях со скло­нов невысоких подводных вулка­нов. Ниже располагаются дайки, представляющие собой заполнен­ные долеритами (мелкокристал­лическими базальтами) трещины, каждая из которых в свое время служила подводящим каналом, через который базальтовые ла­вы изливались на океанское дно. Общая мощность базальтового слоя обычно достигает 1,5—2 км.

Ниже располагается слой габ­бро, образующийся благодаря медленной кристаллизации ба­зальтовых расплавов в магматиче­ском очаге, питающем базаль­товый вулканизм рифтовых зон. Наконец, самый нижний слой океанской коры состоит из сер­пентинитов, формирующихся за счет проникновения океанской во­ды по трещинам в литосфере до уровня существования ультраос­новных пород мантии, в резуль­тате гидратации которых серпенти­ниты и возникают. Общая мощ­ность габбро-серпентинитового слоя достигает 5—6 км.

Породы всех трех слоев океан­ской коры (первого — осадоч­ного, второго — базальтового и третьего — габбро-серпентини­тового) существенно гидратированы. Так, только в серпентини­тах содержится до 10% связанной воды, а всего в гидросиликатах коры содержится не менее 5% во­ды. Процесс гидратации пород океанской коры обычно сопровож­дается выносом из нее кремне­зема, кальция, магния, сульфидов, железа и других рудных элемен­тов, формирующих вблизи рифтовых зон металлоносные осадки, иногда очень богатые рудными элементами. Одновременно с этим гидратация океанской коры приводит к ее обогащению кали­ем, натрием и некоторыми други­ми литофильными элементами, попадающими в нее вместе с оке­анской водой.