Причины крупномасштабных горизонтальных перемещений

Литосферные плиты составляют единую общепланетарную тектоническую систему. Понятно, движения в такой системе должны поддерживаться не местными и даже не региональными, а планетарными или совместно планетарными и региональными причинами. В число таких причин в различные годы были включены «полюсобежные» силы (Л. Этвеш, В. Кеппен, П. С. Эпштейн, В. Д. Ламберт, Р. Вафре, Р. Бернер, Д. Крайхгауэр, М. Меллер, В. Швейдар), силы солнечно-лунного притяжения, увлекающие материки в западном направлении (Э. Г. Шварц, В. Д. Ламберт и др.), течения в мантии, связанные с изменениями фигуры планеты (В. Швейдар), подкоровые конвекционные течения (Г. Кирш, А. Холмс и др.). Все названные причины были известны А. Вегенеру (1915). Он сделал их подробный анализ и пришёл к выводу, что наибольший интерес представляют подкоровые течения. Этот вывод сохранил свою привлекательность и до настоящего времени. Понятно, представление о существе подкоровых течений сейчас стало иным.

У истоков гипотезы подкоровых течений находятся работы О. Ампферера (1906 г.), Р, Швиннера (1919 г.), Г. Кирша (1928 г.). В 1929 г. А. Холмс, опираясь на идею Дж. Джоли (1924 г.) о большой вероятности накопления под континентами радиогенного тепла, выдвинул подкоровые конвекционные движения в качестве главного механизма, ответственного за дробление и дрейф континентов, образование и раскрытие океанов, сжатие геосинклиналей и образование складчатых орогенов (Holmes, 1929; рис. 88). В 1939 г. Д. Т. Григгс на основании моделирования, а в 1947 г. Ф. Венинг-Мейнес после детального изучения гравитационных аномалий островов и морей Индонезии пришли к выводу, что геологические особенности геосинклиналей, островных дуг и глубоких морей находят хорошее объяснение, если допустить их расположение над нисходящими потоками мантийного материала. В 1961–1962 гг. Г. Г. Хесс и Р. С. Дитц использовали гипотезу А. Холмса как базу для увязки новейших геолого-геофизических данных, свидетельствующих о расширении (раздвижении) дна океанов.

Рисунок 88. Конвекционная гипотеза А. Холмса.

Рисунок 88. Конвекционная гипотеза А. Холмса.
а — «субконтинентальная циркуляция в субстрате и эклогитовая формация из базальтовых пород промежуточного слоя над B и С, где субконтинентальные течения встречают субокеанические и поворачивают вниз»; б — «растяжение континентального блока с каждой стороны от А с образованием нового океанического дна из поднимающейся базальтовой магмы. Фронтальные части продвигающихся континентальных блоков утолщаются с образованием гористых бордерлендов и океанических впадин в дне прилегающего океана из-за накопления эклогита в В и С» (М. Ботт, 1974, по А. Холмсу, 1933).



Первоначально предполагалось, что литосферные плиты являются составными частями верхних горизонтальных ветвей мантийных конвекций и движутся с той же скоростью, что и мантийные массы. Однако представление о простой связи плит и конвекций встретило очень серьёзные трудности. В частности, оно оказалось неспособным объяснить многообразие размеров плит, миграцию срединноокеанических хребтов, миграцию островных дуг и глубоководных желобов, ломаный характер срединноокеанических зон раздвига. К тому же выяснилось, что вязкость астеносферы настолько мала, что течение её материала вряд ли может существенно влиять на кинематику литосферных плит (Артюшков, 1972). Поэтому на смену представлениям о прямой связи движений плит и течений в мантии пришла новая идея о неполной согласованности таких движений (Деменицкая, 1975; Сорохтин, 1979; Зоненшайн, Савостин, 1979; Уеда, 1980 и др.).

Число конвекционных ячей в мантии, по новой идее, ограничивается одной-двумя. Мантийные течения определяют лишь общую направленность движения плит, а параметры движения конкретных плит обусловливаются, как у льдин на реке, межплитовыми взаимоотношениями. Плиты могут расходиться, сближаться и отклоняться в своём движении от общего генерального направления. Зоны и структуры растяжения появляются не над осями восходящих течений, а между участками с максимальными скоростями горизонтальных расходящихся течений, причём там, где литосфера оказывается наименее прочной. Точно так же зоны субдукции располагаются не обязательно над осями нисходящих течений, которых, по мнению А. В. Пейве и А. А. Савельева (1982), в мантии вообще может не быть. Они возникают там, где литосферные плиты, отражая конкретные условия их движения в рамках замкнутого пространства, сближаются друг с другом. Океанический базальтовый магматизм проявляется не обязательно над осями восходящих мантийных течений. Согласно расчётам О. Г. Сорохтина (1974), он может проявиться между любыми расходящимися плитами, так как для того чтобы в астеносфере началось массовое выплавление базальтов, достаточно лишь немного снизить давление.

Почти одновременно родилась концепция, что в обеспечении крупных горизонтальных перемещений плит литосферы наряду с главным механизмом — подкоровыми мантийными течениями участвуют некоторые-региональные движущие механизмы. К числу таких механизмов в первую очередь относят следующие: 1) расталкивающее воздействие интрузий базальтов, главным образом даек, внедряющихся снизу в литосферу осевых зон срединноокеанических хребтов подобно гидравлическим клиньям, 2) гравитационное соскальзывание плит со склонов срединноокеанических хребтов; 3) затягивание океанических плит их субдуцирующими краевыми пластинами, погружающимися в мантию под воздействием собственной тяжести; 4) засасывание плит под воздействием разницы давлений, которые возникают выше и ниже погружающейся пластины. Перечисленные механизмы разработаны в основном Э. Орованом (Orowan, 1965) и У. М. Эльзассером (Elsasser, 1969). Механизмы могут проявляться как независимо друг от друга, так и во взаимодействии. В последнем случае они могут скомпоноваться в единый движущий «агрегат», который получил название «конвекций типа Орована—Эльзассера» (Ботт, 1974). Отличительная особенность этих конвекций состоит в том, что движение плит обусловливается не течением вещества в подстилающей их астеносфере, а гравитационными силами и силами, приложенными к концам плит. Плиты сползают по высокопластичной астеносфере. Астеносфера же пассивно (изостатически) перетекает им навстречу, к срединноокеаническим хребтам, где она компенсирует убыль масс, обусловленную сползанием плит.

С. Уеда (1980), подробно рассмотревший значимость каждой из сил, работающих в условиях конвекций Орована—Эльзассера, нашёл существенной только «тягу», развиваемую субдуцирующим краем океанической плиты. По его мнению, сила «тяги» способна придать поддвигаюшимся плитам значительную добавочную скорость, вследствие чего все такие плиты движутся быстрее прочих. Например, поддвигающиеся плиты: Кокос, Наска, Тихоокеанская, Филиппинская, Индоокеанско-Австралийская имеют скорости 6–9 см/год, все другие — меньше 4 см/год.

В заключение считаем необходимым обратить внимание читателей на явление «засасывания». Оно интересно тем, что даёт простое решение проблеме происхождения одного из самых распространённых типов окраинных морей западной периферии Тихого океана. Вообще относительно природы окраинных морей есть три гипотезы. Одна из них принадлежит В. В. Белоусову (1973, 1975, 1978). Это гипотеза метасоматической базификации и «океанизации» континентальной коры под воздействием сквозь-магматических железо-магниевых растворов. Гипотеза принимается немногими учёными (Уеда, 1980), так как не вполне согласуется с термодинамической петрологией. Превращение океанической коры в континентальную вполне естественно, обратный процесс маловероятен.

Согласно второй гипотезе окраинные моря являются частями Тихого океана, отсечёнными от него новообразованными островными дугами (А. Купер, М. Марлоу, Д. Шолл, Л. И. Лобковский, О. Г. Сорохтин и многие другие). Применительно к Берингову и западной части Филиппинского морей гипотеза «захвата» оказалась правильной. Здесь открыты магнитные аномалии мезозойского возраста, более древний, чем породы островодужных горнопородных комплексов Алеутской и Марианской дуг. Однако в Охотском, Японском, Восточно-Китайском морях, на востоке Филиппинского моря океаническая кора значительно моложе ограждающих островных дуг. К ним гипотеза «захвата» неприменима.

Происхождение таких морей рассматривается гипотезой Д. Карига (Karig, 1974), поддерживаемой С. Уедой (1980) и другими японскими учёными. По их мнению, окраинные моря с молодой океанической корой раскрываются подобно океанам под воздействием мантийных конвекционных течений с той лишь разницей, что здесь конвекции зарождаются в результате расплавления и дегидратации коровых пород погружающейся в мантию литосферной пластины. Однако принять эту гипотезу трудно. Всплывающий жидкий материал может, работая как гидравлический клин, расколоть над собой литосферу «нависающей» плиты, но раздвинуть её в стороны от зоны раскола не в состоянии, так как расклинивающее давление в расплаве после создания сквозькорового магмопроводящего канала снижается до литостатического и становится равным противодавлению, развиваемому вмещающими прорванными породами.

Наш вариант происхождения морей типа Японского и Охотского состоит в следующем (рис. 89). Наклонная субдуцирующая пластина океанической литосферной плиты, как это следует из материалов Б. Айзекса и П. Молнара (рис. 87), имеет отрицательную Архимедову плавучесть, т. е. её плотность больше плотности астеносферы. Такая пластина погружается параллельно самой себе (рис. 89, а). Этим обусловливается необходимость миграции зоны субдукции. Она смещается в направлении своего тыла, т. е. в направлении срединноокеанического хребта. Поскольку пластина погружается под воздействием собственной тяжести и полностью перекрывает астеносферу, так как её нижний край уходит на глубину до 600–700 км, то, естественно, она работает как поршень, движущийся горизонтально в сторону открытого океана. Впереди «поршня» в астеносфере создаётся избыточное давление (компрессионная зона), позади возникает барическая депрессионная зона (зона горнопородносо «вакуума»).

Рисунок 87. Схема распределения напряжений в погружающихся пластинах литосферы

Рисунок 87. Схема распределения напряжений в погружающихся пластинах литосферы
(Isacks, Molnar, 1969). I — типы напряжений, ориентированных по падению сейсмофокальных зон, в различных регионах мира; 1 — расточение; 2 — сжатие; 3 — случаи, когда тип напряжений и их ориентировка не соответствуют ни растяжению, ни сжатию; 4 — напряжения, ориентировка которых определена с малой точностью; II — схемы возможного распределения напряжений в пластинах, свободно погружающихся в астеносферу (а), упирающихся в её днище (б и в). На схеме г показана пластина с оторвавшимся от неё куском.



Рисунок 89. «Поршневой» механизм образования раздвиговых окраинных морей.

Рисунок 89. «Поршневой» механизм образования раздвиговых окраинных морей.
а — механизм, обусловливающий горизонтальную миграцию зоны субдукцни, поршневую работу погружаюшейся литосферной пластины, образование зоны компрессии в тылу, барической депрессии перед фронтом субдуцируюшей пластины. Последовательные положения пластины: 1 — исходное, 2— последующее, 3 — зона компрессии, 4 — зона барической депрессии и горнопородного «вакуума»; 5 — движения погружаюшейся пластины: наклонная стрелка — продольное движение океанической плиты в целом, вертикальная стрелка — движение под воздействием тяжести пластины, горизонтальная стрелка — смешение пластины,обусловленное тем, что под воздействием силы тяжести она погружается параллельно самой себе; 6 — главные силы: вертикальная стрелка — избыточная тяжесть пластины, горизонтальные стрелки — компрессирующая и создающая депрессию силы — составляющие избыточной тяжести. Буквенные обозначения: ло — литосфера океаническая, ао — астеносфера океаническая, лн — литосфера нависающая, ан — астеносфера нависающая; б — заполнение горно породи ого «вакуума» — оседание нависающей литосферы, откалывание части нависающей плиты; в — заполнение горнопородного «вакуума» — засасывание материала нависающей астеносферы, отодвигание отколовшейся части, восстановление изостазии: од — островная дуга, ом — окраинное море; г — результат заполнения «вакуума» и восстановления изостазии в депрессионной зоне «поршня».



Восстановление изостазии в зоне «вакуума» осуществляется двумя разными процессами: оседанием нависающей литосферы и «засасыванием» — горизонтальным течением в область низкого давления высокопластичного астеносферного материала из-под нависающей плиты. Последняя в принципе может быть как континентальной, так и океанической. Первая операция осуществляется по вполне понятной причине с некоторым ничтожно малым опережением и обусловливает вертикальный продольный скол нависаюшей плиты (рис. 89, б); вторая — отодвигает отколовшуюся часть плиты — новую островную дугу от материнского тела и частично заполняет зияющую полость раздвига (рис. 89, в). После многократного повторения обеих операций раздвиг постепенно расширяется и становится новым окраинным морем. Так ликвидируется «вакуум» и восстанавливается изостазия, нарушенная движением «поршня». Описанный механизм развивается перманентно. Вначале он отрывает от континента, если зона субдукции возникла у его края, первичную островную дугу и создаёт окраинное море. Затем расщепляет первичную дугу на две и создаёт междуговую впадину первой генерации. После этого расщепляет внешнюю дугу и между ними создаёт впадину второй генерации и т. д. Поскольку отрыв и отодвигание дуг неизбежно снижают давление в астеносфере, то весь процесс сопровождается базальтовым вулканизмом. Андезитовый вулканизм также проявляется, но в своей зоне.

Описанный «поршневой» механизм может действовать, если океаническая литосфера приобретает отрицательную плавучесть и охлаждается настолько, чтобы сохраниться от термического разрушения при погружении в мантию до полного перекрытия астеносферы. Если субдуцирующая пластина недостаточно охлаждена или температура в мантии слишком высока, то она распадается на куски и оказывается неспособной полностью перекрыть астеносферу. Понятно, в таком случае «поршневой» эффект не возникнет. Поэтому механизм включается только на больших удалениях от срединноокеанических хребтов. Западные окраинные моря Тихого океана, созданные, как нам представляется, именно этим механизмом, отстоят от Срединнотихоокеанского хребта более чем на 4.5 тыс. км. На меньших расстояниях зоны субдукции возникают, но «поршневой» механизм в них не проявляется или проявляется слабо. В таких условиях окраинные моря не возникают, например над Перуанско-Чилийской зоной субдукции, удалённой от Срединнотихоокеанского хребта на 2.5–3.0 тыс. км. На малых расстояниях от срединноокеанических хребтов (2.5 тыс. км и меньше) нет не только «поршневого» эффекта, но и самих зон субдукции. Литосфера на таких расстояниях все ещё остаётся достаточно сильно разогретой и имеет положительную плавучесть. По нашему мнению, именно такая обстановка свойственна окраинам Ледовитого, Атлантического и Индийского океанов. Исключение составляет северо-восточная часть последнего, отстоящая от своего срединного хребта на расстояние около 3 тыс. км и потому субдуцирующая.

Следующая статья   |   В. А. Дедеев, П. К. Куликов: «Происхождение структур земной коры»