Геофизика - изучение внутреннего устройства Земли

Главная > Естественные науки > Науки о Земле > Науки о геосфере > Геофизика
Ядро и внутреннии сферы Земли

Одно из лучших определений геофизики: "Геофизика - комплекс наук, исследующих физическими методами строение Земли" (Марат Аминов). Т.е., на самом деле, геофизика - это наука о строении Земли. Просто на данный момент строении Земли умеют исследовать только физическими методами. Впрочем, другие методы вообразить трудно.

Разделы страницы о геологических дисциплинах, исследования в которых выполняются методами физики:

  • Внутреннее и внешнее ядро Земли
  • Внутренняя и внешняя мантия Земли
  • Земная кора и поверхность Мохоровичича
  • Тектонофизика (изучение деформации горных пород)
  • Магнитосфера Земли и ее магнитные полюсы [квантовая геофизика]
  • Исследования Земли из космоса
  • Линеаменты (система планетарной трещиноватости, регматическая сеть)
  • Нуклеары и другие кольцевые структуры
  • Плюмы и траппы (площадные структуры)
  • Глобальные географические симметрии (авторские наблюдения)

О  формировании внутренней структуры Земли смотрите страницу о Земле как планете и раздел о древнейшем эпохе нашей планеты - катархейском эоне. О формировании земной коры - геотектоническую страницу.


Внутреннее и внешнее ядро Земли

Внутреннее ядро сформировалось сотни миллионов [??] лет назад, когда расплавленная внутренняя часть Земли стала остывать, и тяжёлые элементы — оседать. С тех пор оно медленно растёт. Возможно, внутреннее ядро Земли имеет особый кристаллокаркас, наличием которого можно объяснить многочисленные географические закономерности: залежи некоторых полезных ископаемых (золота...), расположение вулканов и даже возникновение крупных городов...

Его внутренняя часть (внутреннее ядро) диаметром 2400 км — твердая, а наружняя часть (внешнее ядро) диаметром 7000 км — расплавленная вязкая жидкость (для сравнения — диаметр Луны составляет 3476 км). Твердая часть ядра Земли (внутреннее ядро) вращается вокруг своей оси быстрее, чем поверхность планеты. Разница в скорости достигает от 0,3° до 0,5° в год - значит, 1 раз в 700–1200 лет твердая часть ядра проходит дополнительный оборот вокруг своей оси. играет огромную роль в поддержании магнитного поля Земли благодаря своим электрическим токам. А без магнитного поля жизнь на Земле была бы уничтожена космической радиацией.

Твердая часть ядра Земли (внутреннее ядро) вращается вокруг своей оси быстрее, чем поверхность планеты. Разница в скорости достигает от 0,3° до 0,5° в год - значит, 1 раз в 700–1200 лет твердая часть ядра проходит дополнительный оборот вокруг своей оси. Ядро Земли состоит из железа с примесями. Его внутренняя часть диаметром 2400 км — твердая, а наружняя часть диаметром 7000 км — расплавленная вязкая жидкость (для сравнения — диаметр Луны составляет 3476 км). Внутренняя часть ядра, состоящая из железа с никелем, играет огромную роль в поддержании магнитного поля Земли благодаря своим электрическим токам. А без магнитного поля жизнь на Земле была бы уничтожена космической радиацией.

По непонятным причинам недра Земли не совсем симметричны. Земное ядро смещено от геометрического центра планеты в сторону южной части Тихого океана на величину (по разным источникам) от 450 до 600 [5-6°] километров. [Найдено в сети] А вот и источник: "Смещение земного ядра подтверждается положением центра магнитного диполя, сдвинутого на эпоху 1980 года от центра Земли на 490 км к 21° с. ш., 147° в. д. — в сторону Восточного полушария (к Марианскому желобу)." Вадимир Голубев. ГЕОКОСМОС: Кн. 1. Природа Земли и жизни. [Значит, Марианский прогиб обусловлен гравитационно?]

Внутренняя и внешняя мантия Земли

Внутренние оболочки (слои) Земли (геосферы)

Земля представляет собой яйцевидный (вернее, сердцевидный) геоид радиусом 6371 километр и состоит из следующих внутренних слоёв:

  1. Литосфера - до 250 км (на самой старой Лаврентьевской платформе в Канаде);
  2. Астеносфера [внешняя мантия] - до 1000 км;
  3. Мантия [внутренняя мантия] - от 1000 до 3000 км;
  4. Внешнее ядро - от 3000 до 5000 км;
  5. Внутреннее ядро - глубже 5000 км.
  • .

Земная кора и поверхность Мохоровичича

Строение земной коры

Бурение океанической коры до мантии

Земная кора является наиболее верхней, тонкой и сложно построенной оболочкой твёрдой Земли. По особенностям состава и мощности выделяются два основных типа коры - континентальный и океанский. Первичной и более простой по строению и составу является океанская кора, формировавшаяся и формирующаяся за счет кристаллизации базальтовых расплавов, являющихся продуктом частичного плавления мантии. Континентальная кора формируется, прежде всего, за счёт переплавления и различных метасоматических преобразований материала океанской коры. Кора от мантии отделяется поверхностью Мохо, которая в основном представляет собой переходную зону различной мощности, где происходит тонкое чередование пород с коровыми и мантийными свойствами.

Первичная кора (протокора) базальтового состава возникла ещё в катархее (гадее) - 4,6-4,0 млрд. лет назад, а континентальная протокора - в раннем архее - 4,0-3,5 млрд. лет назад [переплавление органических осадков, метеоритного материала и космической пыли]. Одним из направлений эволюции Земли является неуклонное увеличение объема континентальной коры, которая является верхом эволюции (дифференциации) материала в Солнечной системе, т.к. породы гранитоидного состава за пределами нашей планеты ещё не обнаружены.

Поверхность Мохоровичича (Мохо)

Земная кора от подстилающей её мантии отделяется довольно хорошо выраженным сейсмическим разделом - границей Мохоровичича (границей Мохо или границей М). В большинстве случаев в основании коры скорости продольных волн не превышают 7,5 км/с, а в прикровельной части мантии они составляют 8,0-8,1 км/с. В океанах эта граница отвечает переходу от полосчатого комплекса третьего слоя к серпентинизированным перидотитам, а на континентах - от магматитов и метаморфитов (гранулиты) основного состава к перидотитам и, в отдельных зонах, к эклогитам.

Таким образом, граница Мохо в одном случае разделяет среды разного химического состава (переход от пород основного состава к ультраосновным породам - габбро -> перидотит), а в другом она является фазовой границей при неизменности химического состава (переход габбро -> эклогит). Последнее возможно лишь в пределах континентальных блоков. Однозначное проведение границы Мохо затруднительно при наличии на сейсмических профилях довольно мощных зон со скоростями продольных волн 7,5-8,0 км/с. Это может отмечаться при подъёме к подошве коры разуплотнённой мантии (аномальная мантия, скорости упругих колебаний могут составлять 7,4 км/с), проявлении фазовых переходов, чередовании пород основного и ультраосновного состава. Вследствие этого в данных областях переход от коры к мантии растягивается по вертикали на несколько километров (до 20 км на Балтийском щите, 5 км в Западной Европе). Такие градиентные переходы связывались с перемешиванием (переслаиванием) в переходных зонах корового (средняя плотность коры: континентальной - 2,8 г/см3, океанской - 2,9 г/см3) и мантийного (плотность верхней части нормальной мантии 3,3 г/см3) материала.

В  настоящее время считается (Enderle, 1997), что граница Мохо должна рассматриваться как зона тонкого переслаивания пород с мантийными и коровыми свойствами, и что эта зона вероятно является зоной дифференциального перемещения коры относительно мантии в глобальном масштабе. Такие перемещения наиболее вероятны в обстановке коллизионных орогенов, континентальных рифтов, трансформных разломов.

В СССР была сделана самая глубокая скважина в мире. Кольская сверхглубокая скважина была заложена в честь 100-летия со дня рождения Ленина в 1970 году. С 1970 до 1990 годов удалось достигнуть глубины 12 262 метров. Больше всего учёных интересует поверхность Мохоровичича (граница Мохо). Она прослеживается по всему земному шару на глубине от 5 до 70 км. Граница Мохо является нижней частью земной коры однако не на всей поверхности планеты. Учёные полагают, эта часть является границей между земной корой и мантией. Она вызывает интерес учёных, поскольку в ней увеличилась скорость сейсмических процессов.

Тектонофизика (изучение деформации горных пород)

Тектонофизика — раздел геофизики, изучающий физические основы деформации горных пород в литосфере и динамические геофизические процессы. Данный раздел охватывает изучение как отдельных минералов, так и тектонических плит и процессов (сил и напряжений), происходящих в мантии Земли, геодинамическую обстановку и структурные парагенезы.

Магнитосфера Земли и ее магнитные полюсы [квантовая геофизика]

"На стыке геологии и квантовой механики может появиться квантовая геофизика. Именно она, может быть, объяснит природу магнитного поля Земли, ибо постоянный магнетизм это чисто квантовое явление. (Марат Аминов)

Вращающееся внутреннее ядро - динамомашина, которая определяет положение северного и южного магнитного полюсов.

Магнитосфера Земли резко асимметрична. Она "сжата" в направлении от Земли к Солнцу, и вытянута в противоположном направлении. В направлении Солнца она простирается на 14 земных радиусов. Из них регулярное магнитное поле - на 10, далее - хаотичное, что обусловлено взаимодействием с "солнечным ветром". Поле в целом дипольное (то есть, имеются два полюса – северный и южный), но есть и недипольная составляющая, и наложенные внешние. Их изменения вызывают колебания напряженности поля и его ориентировки (положения магнитных полюсов). Изучение истории магнитного поля Земли геологическими методами показало, что время от времени магнитные полюса менялись местами. Это явление получило название инверсий магнитного поля. Следует особо подчеркнуть, что речь идёт о смене положения только магнитных полюсов. Нет абсолютно никаких данных, которые свидетельствовали бы о смене положения полюсов вращения (то есть географических). Поэтому встречающиеся иногда в негеологической литературе различного рода высказвания о том, что это сама планета, по мнению геологов, «переворачивалась», являются явным недоразумением.

Магнитное поле имеется не у всех планет. Следовательно, природа земного магнетизма нуждается в особом объяснении. Современные модели объясняют возникновение магнитного поля Земли на основе "теории динамо" - вихревых токов в ионизированной жидкой среде, возникающих в недрах вращающегося планетного тела. Следовательно, для формирования у планеты магнитного поля нужны два условия: 1) наличие во внутренних частях оболочек со свойствами жидкости; 2) достаточно высокая скорость вращения вокруг своей оси. На нашей планете оба эти условия имеются. В рамках модели «динамо» находят своё объяснение и инверсии – их проявление геофизики связывают со сменой ориентировки вихревых токов в земном ядре. По их предположениям, магнитное поле у Земли в момент инверсии не исчезает полностью, а распадается на недипольные составляющие, после чего «собирается» в новую дипольную систему.

Движение магнитных полюсов Земли

Перемещение северного магнитного полюса Земли Перемещение южного магнитного полюса Земли Движение  геомагнитных полюсов

Примерно с начала XVII века полюс располагается под паковыми льдами в границах нынешней канадской Арктики. Это приводит к тому, что стрелка компаса показывает на север не точно, а лишь приблизительно. Каждый день полюс движется по эллиптической траектории, и, кроме того, смещается в северном и северо-западном направлении со скоростью около 10 км в год, поэтому любые его координаты являются временными и неточными. Со второй половины ХХ века полюс довольно быстро движется в сторону Таймыра. В 2009 году скорость движения северного полюса составляла 64 километра в год. В 2005 году северный магнитный полюс имел координаты 82°07 с. ш. 114°04 з. д.

Согласно математической модели IGRF, в 2007 году географические координаты Южного магнитного полюса 64? 30? ю.ш., 137? 42? в.д., он находится в антарктическом море Д'Юрвиля. Когда же люди впервые достигли Южного магнитного полюса, его координаты были 72? 25? ю.ш., 155? 16? в.д. и он находился на суше, в глубине Антарктиды.

Инверсии магнитного поля Земли (смена полюсов)

Существование магнитного поля Земли является одним из важнейших условий возникновения и существования жизни. Оно экранирует Землю от смертоносных космических лучей, от «солнечного ветра», обеспечивает сохранение атмосферы. Эволюция организмов происходила на поверхности Земли в пространстве геомагнитного поля.

Состояние поля подвержено изменениям – колебаниям напряженности, перемещениям полюсов, которые фиксируются остаточной намагниченностью минералов в осадках океанов, морей, озер, в лессовых толщах, в лавовых потоках. Полюса перемещаются, вплоть до смены знака на противоположный (инверсии), когда образуются относительно продолжительные интервалы преимущественно прямой (современной) или обратной полярности (хроны, субхроны). Кратковременные (обычно 5-10 тыс. лет) отклонения магнитных полюсов от географических на угол больше 40° определяются как экскурсы. Полагают, что во время инверсий и экскурсов происходит существенное уменьшение средней интенсивности дипольного поля до ~25% обычного значения. Инверсии включают в себя до десятка и более состояний той или иной полярности поля и промежуточных состояний, когда дипольное поле и магнитные полюса отсутствуют. (М.С.Бараш, Эволюция морской биоты и изменение геомагнитного поля)

Земля меняет полюса [магнитные?] с перерывом примерно в 1 миллион лет - по подсчетам, только за последние 160 миллионов лет это происходило около 100 раз, а со времен последнего прошло 720 тысяч лет [осталось ждать 200-300 тыс. лет]. А 2500 лет назад магнитное поле Земли было в 2,5 раза сильнее нынешнего.

Вадимир Голубев. ГЕОКОСМОС: Кн. 1. Природа Земли и жизни

Геодинамический мегацикл фанерозоя содержит две надпорядковые палеомагнитные эпохи: кембрийско–пермскую и триасово–четвертичную, причем инверсии учащаются с юрского периода, когда палеозойская фаза мегацикла сменяется мезозойской–кайнозойской фазой. В палеозое доминирует обратная полярность поля, а в мезозое и кайнозое — прямая (современная). Суммарная длительность эпох обратной полярности почти вдвое больше эпох прямой полярности, однако от палеозоя к мезозою и кайнозою доля эпох переменной полярности возрастает с 35 до 50 и 80 %.

Детальнее изучены геомагнитные инверсии мезозоя и кайнозоя, но и для всего фанерозоя неплохо опознаются изменения частоты инверсий с периодичностью 30–50, 75–100 и 170–230 млн лет. Стратиграфическая привязка периодов разноречива, но во всех вариантах они интерпретируются как тектонические циклы, а режим переменной и отчасти прямой полярности обычно соотносится с тектономагматической активизацией. Инверсии заметно учащены во второй половине кембрийского, в конце девонского, в юрском и в конце неогенового периодов, т. е. в начале каледонского, герцинского, альпийского и неотектонического [?] геодинамических [не геодинамических=суперконтинентальных, а тектонических] циклов. Учащение инверсий связано с изменениями геомагнитной напряженности, резко возросшей с начала мезозоя, а в позднем кайнозое спавшей, но оставшейся вдвое повышенной от уровня палеозоя.

Смена полярности геомагнитного поля длится в среднем 10–15 тыс. лет, а интервал между инверсиями колеблется от 3–5 до 20–30 млн лет в палеозое до 0,5–1 млн лет — в мезозое и кайнозое. В позднем кайнозое (последние 4,5 млн лет) инверсии повторяются с периодичностью порядка 200 тыс. лет, что свидетельствует не только об экстремальной неотектонической дестабилизации поля. Короткопериодные инверсии, запечатленные в остаточной намагниченности вулканических пород, дают указание на ее приведение к единой полярности более глубокими длиннопериодными инверсиями в результате интенсивного вулканизма и перегрева ранее изверженных пород. В итоге в истории Земли остаются запечатленными главным образом инверсии высшего ранга.

Исследования Земли из космоса

ИНтересное направление изучения геологии с помощью космических аппаратов [астрогеология?]. Съёмка из космоса позволила выявить на планете систему линеаментов - линейных и дугообразных "напряжений" земной коры. [Впрочем, эти структуры начали выявляться геоморфологами раньше. ]

Кроме линейных, существуют еще площадные структуры:

  1. траппы, обусловленные поднятием от ядра Земли огромных суперплюмов и обширными магмовыми излияниями при достижении ими литосферы;
  2. круговые структуры - нуклеары, которые могут иметь разные причины - от внутренней, вулканической, до внешней, космической.

Для их исследования, да и обнаружения, не обязательно проводить космический мониторинг. Можно использовать, например, сейсмологическую аппаратуру. Поэтому оставим этот раздел космомониторинга отдельно, а земные поверхностные и глубинные структуры опишем отдельно, особенно ввиду их важности для минералогии (см. статью о золоторудных узлах), биофизики (см. статью о древних экокризисах), медицины, истории.

Сетевые ресурсы об изучении Земного шара из космоса, в т.ч. о геологических исследованиях космическими методами:

Линеаменты (система планетарной трещиноватости, регматическая сеть)

Другие синонимы для лениаментной сети: система планетарной трещиноватости, регматическая сеть тектонических нарушений, унаследованная сеть разломов, закономерная ориентировка разномасштабных протяженных форм рельефа и линейных структур.

Система линеаментов восточного полушария Земли Система линеаментов Евразии

На лике Земли - это давно отражено на ее физических картах - ясно видны гигантские прямые или слабо изогнутые линии: ровные контуры значительных по протяженности участков берега некоторых континентов и островов, водоразделов и горных систем, а также речных долин. Такие ориентированные в одном направлении контуры географических объектов американский геолог Уильям Хоббс в 1911 г. назвал линеаментами (Впрочем, еще в 1883 г. Александр Петрович Карпинский описал "зачаточный кряж" длиной 2300 км при максимальной ширине до 300 км, протягивающийся из Польши через Донбасс до Мангышлака. В 1892 г. французский геолог Марсель Бертран заложил основы учения о весьма протяженных линейных структурах, к которым тяготеют значительные формы рельефа, крупные нарушения земной коры, а также ровные побережья морей, проливов, заливов и т. д.). Однако лишь в космическую эру они получили "права гражданства", более того - ныне с полным основанием считаются одной из главных особенностей структуры поверхности нашей планеты. На глобальных и региональных космических снимках, выполненных во все времена года и в разных зонах спектра, отчетливо дешифрируется огромное количество "штрихов", отсутствовавших на картах любого масштаба. При детальном изучении этих линий на локальных снимках - вплоть до исследования их на местности ("в поле") - выяснилось: их изображение складывается из хорошо выдержанных по простиранию границ ландшафтных зон, всевозможных уступов, цепочек озер и других понижений, линий дренажа поверхностных и подземных вод, ледниковых трогов, линий раздела различных типов почв или растительности. Протяженность наиболее крупных (глобальных) линеаментов достигает 25 тыс. км, ширина - первых сотен километров. (И.П.Магидович)

Океаны и континенты имеют единую закономерно ориентированную линеаментную сеть. Сквозные структуры и линеаментные зоны, пересекающие континенты и океаны, являются важнейшими геологическими границами и были заложены на ранних этапах формирования земной коры в результате общепланетарных явлений, связанных с ротационными процессами.

Закономерную ориентировку протяженных линейных геологических структур Планеты по нескольким главенствующим направлениямв настоящее время отмечают многие исследователи [4, 10, 11, 15, 16, 23, 24]. Эта закономерность на глобальном (планетарном) и региональном уровнях наглядно отражена в пространственном положении линеаментных сетей океанов и континентов. Линеамент по своему определению отражает не только ориентировку конкретного геологического объекта или нарушения, но и их положение в общем структурном плане, иногда на очень обширных территориях земной поверхности. Следует отметить, что многие авторы иногда используют термин «линеамент» как аналог понятия «глубинный разлом», что не всегда корректно. /Ломакин И.Э./

Обязательное отождествление линеаментов с разломами и зонами трещин в большинстве случаев ничем не подтверждается. Выделение разломов по линеаментам в платформенных регионах нуждается в четком геологическом доказательстве, иначе схемы линеаментов лишены смысла. Регматическая сеть якобы тектонических нарушений не может образоваться на поверхности вращающейся Земли, т.к. действующие при этом силы слишком малы и, учитывая перемещение континентов и кратонов в геологическом прошлом, и их вращение, говорить о древней, унаследованной сети разломов нельзя. /Н. В. Короновский и др./

На космических изображениях Земли достаточно отчетливо видны полосы, проявляющиеся самостоятельными фотоаномалиями, либо в виде прямолинейных границ между различными ландшафтными зонами, либо геологическими образованиями. У специалистов, занимающихся дешифрированием космических материалов, они получили название линеаментов. Под линеаментом в геологии принято понимать линейные или дугообразные элементы планетарного значения, связанные на начальном этапе, а иногда и на протяжении всей истории развития литосферы с глубинными расколами. В таком понимании этот термин используется в геологии с начала нашего столетия. С того времени линеаменты в земной коре были выявлены геологическими, геофизическими и геоморфологическими методами. Теперь они стали обнаруживаться и на космических снимках. При этом была выяснена интересная особенность их проявления: количество их зависит от масштабов космических съемок.

Какова же природа фотолинеаментов, выделяемых по космическим снимкам во многих районах земного шара? Пока на этот вопрос существует несколько ответов. Первый сводится к отождествлению линеаментов с глубинными разломами, по которым происходили или происходят в настоящее время крупные подвижки земной коры. Второй связывает их с зонами повышенной трещиноватости земной коры. И наконец, третий рассматривает линеаменты не как тектоническую структуру, а как объект, обусловленный поверхностными экзогенными факторами.

Библиография по линейным (геодезическим) структурам Земли

Нуклеары и другие кольцевые структуры

Система нуклеаров континентов Земли Система нуклеаров праматерика Гондваны

Нуклеары - гигантские кольцевые структуры Земли, скорее всего, не импактной природы [может быть дегазация?] Представляют собой куполообразные обширные поднятия поверхности планеты. По версии сторонников расширяющегося Земного шара, являются остатками ("вершинами айсберга") древних материков, сохраняющих прошлую кривизну Земли.

Эти структуры выделяются только в пределах древних платформ — наиболее стабильных участков литосферы Земли. Первоначально, эти кольцевые структуры были изучены и достаточно подробно описаны советскими геологами Е. В. Павловским, М. 3. Глуховским, В. М. Моралевым на примере Балтийского щита и Сибирской платформы”. “Как правило, все известные нуклеары с внешних, наиболее проницаемых сторон, обрамлены докембрийскими зеленокаменными поясами. Они установлены на всех континентах Земли”.

Формируются ли нуклеары в течение всей геологической истории, было ли это периодическим или разовым - пока не имею сведений. Возможно, они образуются во время максимальной сборки сверхматериков. По крайней мере имеется впечатляющая карта совпадения известных современных нуклеаров при совмещении материков в рамках Гондваны. Кстати, если в процессе возникновения таких огромных кольцевых структур происходит металлогенез (как минимум - минералообразование), то посмотрев на эту карту взглядом геолога, можно предположить, например, существование золота в Мозамбике.

Плюмы и траппы (интрузивные и площадные структуры)

Вертикальный интрузивный магматизм приводит к горизонтальному площадному, поэтому рассматриваем их здесь вместе.

Плюм-тектоника (тектоника мантийных струй) связана с плейт-тектоникой (тектоникой плит). Эта связь выражается в том, что субдуцируемая холодная литосфера погружается до границы верхней и нижней мантии (670 км), накапливается там, частично продавливаясь вниз, а затем через 300-400 млн. лет проникает в нижнюю мантию, достигая её границы с ядром (2900 км). Это вызывает изменение характера конвекции во внешнем ядре и его взаимодействия с внутренним ядром (граница между ними на глубине около 4200 км) и, в порядке компенсации притока материала сверху идёт образование на границе ядро/мантия восходящих суперплюмов. Последние поднимаются до подошвы литосферы, частично испытывая задержку на границе нижней и верхней мантии, а в тектоносфере расщепляются на более мелкие плюмы, с которыми и связан внутриплитный магматизм. Они же, очевидно, стимулируют конвекцию в астеносфере, ответственную за перемещение литосферных плит. Процессы же, происходящие в ядре, японские авторы [?] обозначают в отличие от плейт-тектоники и плюм-тектоники, как тектонику роста (growthteсtonics), имея ввиду рост внутреннего, чисто железо-никелевого ядра за счёт внешнего ядра, пополняемого корово-мантиным силикатным материалом.

Возникновение мантийных плюмов, приводящее к образованию обширных провинций плато-базальтов, предшествует рифтогенезу в пределах континентальной литосферы. Дальнейшее развитие может происходить по полному эволюционному ряду, включающему заложение тройных соединений континентальных рифтов, последующее утонение, разрыв материковой коры и начало спрединга.

Однако развитие отдельно взятого плюма не может привести к разрыву материковой коры. Разрыв происходит в случае заложения системы плюмов на континенте и далее процесс раскола происходит по принципу продвигающей трещины от одного плюма к другому [поскольку многие плюмы лежат на косых линеаментах, то последние - их продукт?].

Тра́пповый магмати́зм

Тра́пповый магмати́зм (от швед. trappa — лестница) — особый тип континентального магматизма, для которого характерен огромный объём излияния базальта за геологически короткое время (первые миллионы лет) на больших территориях. На океанической коре аналогом траппов являются океанические плато. Название произошло от шведского слова trappa — лестница, так как в районах траппового магматизма возникает характерный рельеф: базальтовый слой эродируется плохо, а осадочные породы разрушаются легко. В результате местность траппового магматизма приобретает вид обширных плоских равнин, расположенных на кровле базальтового покрова или интрузии, разделённых уступами. Такая местность напоминает парадную лестницу. В трапповых провинциях часты водопады. Возможные инопланетные аналоги трапповых событий — излияния магмы, в результате которых образовались лунные моря на нашем спутнике. Масштабные излияния лавы обнаружены также на Венере. Главный компонент траппового магматизма — толеитовые базальты. В меньших количествах встречаются кимберлиты, щелочные породы, и некоторые другие виды пород. Для траппового магматизма характерны силловые интрузии и крупные базальтовые покровы. Лавовые потоки, изливаясь на поверхности, быстро заполняют естественные углубления, долины рек и т. п. После этого базальты изливаются на плоской равнине. В силу низкой вязкости базальтовых расплавов магма может течь на несколько десятков километров. При трапповых извержениях часто нет чётко выраженного кратера и постоянного центра извержений. Лава изливается из многочисленных трещин и заливает пространства, сравнимые с площадью, например, Европы.

С первыми магматическими событиями траппового магматизма связаны щелочные и карбонатитовые интрузии. Они часто содержат высокие концентрации редких (редкоземельные элементы, Sc, Ta, Nb, Ti и др.) и радиоактивных (U, Th) элементов.

На Земле широко распространены значительные по масштабам области внутриплитного магматизма. Они называютсяпо-разному: трапповые провинции, большие магматические провинции, провинции базальтового затопления. Для всех этих типов провинций по геохимическим данным было установлено, что магматизм был связан с аномально горячей верхней мантией, в которую был привнесен глубинный плюмовый материал (с глубин ниже астеносферного уровня: с границы верхней и нижней мантии или из нижней мантии вплоть до границы с ядром).

Типичными примерами континентальных траппов (продуктов внутриконтинентального вулканизма) являются:

Известны также океанические траппы, эталонным примером является плато Онтонг-Джава, располагающееся в Тихом океане севернее Соломоновых островов и одноименного желоба, площадь которого равна одной трети площади США. Считается, что около 125 млн. лет назад под океаническую литосферу был внедрен мантийный плюм. Это вызвало гигантский по масштабам платобазальтовый вулканизм на поверхности, интрузивный магматизм.

Мантийные плюмы и сверхплюмы

Плюм мантийный – узкий, поднимающийся вверх поток твёрдофазного вещества мантии диаметром около 100 км, который зарождается в горячем, низкоплотностном пограничном слое, расположенном либо выше сейсмической границы на глубине 660 км, либо рядом с границей ядро-мантия на глубине 2900 км (A.W. Hofmann, 1997).

По А.Ф. Грачёву (2000) плюм мантийный – это проявление внутриплитной магматической активности, обусловленное процессами в нижней мантии, источник которой может находиться на любой глубине в нижней мантии, вплоть до границы ядро-мантия (слой «Д»). (В отличие от горячей точки, где проявление внутриплитной магматической активности обусловлено процессами в верхней мантии.) Мантийные плюмы характерны для дивергентных геодинамических режимов.

По Дж. Моргану (1971) плюмовые процессы зарождаются ещё под континентами на начальной стадии рифтогенеза (рифтинга). С проявлением мантийного плюма связывается формирование крупных сводовых поднятий (диаметром до 2000 км), в которых происходят интенсивные трещинные излияния базальтов Fe-Ti-типа с коматиитовой тенденцией, умеренно обогащённых лёгкими РЗЭ [?], с кислыми дифференциатами, составляющими не более 5% от общего объёма лав. Отношения изотопов 3He/4He(10-6)>20; 143Nd/144Nd – 0.5126-0/5128; 87Sr/86Sr – 0.7042-0.7052. С мантийным плюмом связывается формирование мощных (от 3-5 км до 15-18 км) лавовых толщ архейских зеленокаменных поясов и более поздних рифтогенных структур.

В северо-восточной части Балтийского щита, и на Кольском п-ове в частности, предполагается, что мантийные плюмы обусловили формирование позднеархейских толеитбазальтовых и коматиитовых вулканитов зеленокаменных поясов, позднеархейского щелочногранитного и анортозитового магматизма, комплекса раннепротерозойских расслоенных интрузий и палеозойских щелочно-ультраосновных интрузий (Митрофанов, 2003).

Плюмовое формирование магматических провинций

Плюмы формируют магматические провинции, известные как траппы. Считается, что современные плюмы поднимаются с границы верхней и нижней мантии или из сейсмически низкоскоростной переходной зоны между ядром и мантией (так называемый «слой D») в виде крупных сферических масс, которые преобразуются в грибообразные тела диаметром 1000-2000 км и мощностью [?] 100-200 км, когда они достигают литосферы. Головка плюма может состоять из вещества горячей нижней мантии с возможным добавлением вещества, поднявшегося непосредственно из области над железо-никелевым ядром. Поднимаясь в верхнюю мантию, плюм может обогатиться веществом из переходной зоны и, далее, астеносферы и даже низов литосферы. Поэтому продукты магматизма могут иметь различающиеся геохимические и изотопные характеристики.

По данным сейсмотомографии, внутри мантии имеются более горячие и более холодные области. Горячие области соответствуют восходящим плюмам и образуют две провинции с центрами под южной частью Тихого океана и Африкой. Холодные области в основном соответствуют глубинному продолжению зон субдукции (наиболее холодные области) или неактивным областям в центре конвективных ячеек между погружающимися плитами и восходящими плюмами. Считается, что горячие точки (плюмы) фиксированы, а плиты двигаются над ними. Данные сейсмотомографии показывают, что Гавайский, Исландский и Афарский плюмы поднимаются от ядра, но имеют сложную геометрию. Это означает, что положение плюмов на поверхности может меняться.

Поверхность жидкого ядра имеет поднятия и прогибы. Три главных поднятия соответствуют горячим регионам, регистрируемым по данным сейсмотомографии на глубине 2805 км. С одной стороны, они располагаются под спрединговыми хребтами Восточно-Тихоокеанскогоподнятия, Северной Атлантики и Индийского океана. С другой стороны, они совпадают с современными провинциями горячих точек. Удлиненные депрессии ядра располагаются под западным побережьем Северной и Южной Америки, под Восточной Азией, под Новой Зеландией и примерно под Альпийско-Гималайским орогеническим поясом, таким образом, располагаясь точно под зонами субдукции.

Модель глобальной тектоники Земли основана на единстве тектоники плит и плюмовой тектоники. Субдукция происходит до низов верхней или нижней мантии, или до границы ядра и мантии, области субдукции совпадают с холодными областями в мантии и связаны с нисходящими мантийными течениями. Скорость мантийной конвекции и скорость движения литосферных плит одинаковы и составляют порядка 2-10 см/год, значительно быстрее поднимаются плюмы из низов мантии, где нет нисходящих потоков. Плюмовое вещество из горячих областей мантии, поднимаясь в подлитосферную область, перетекает под срединные хребты или образует плюмовый магматизм. Горячее вещество под срединно-океаническими хребтами образует одну из основных сил тектоники плит – отталкивание от хребта (ridg-push). Нисходящие мантийные течения, связанные с зонами субдукции, также образуют глобальную силу тектоники плит – субдукционное затягивание (slab pull). При этом верхняя мантия (до глубин 410 км) плывет вместе с литосферными плитами в одну сторону с одной скоростью.

Крупнейшие трапповые провинции (зоны базальтового затопления)

Трапповый магматизм в разное время происходил на всех платформах. Нередко они происходили одновременно в весьма удалённых районах планеты. Извержения траппов часто приурочены к другим крупным геологическим событиям: расколу континентов, массовым вымираниям видов, изменениям магнитного поля Земли. Среди наиболее крупных трапповых провинций - Сибирские траппы, Деканские траппы, Трапповая провинция Парана-Этендека.

Сибирские траппы — одна из самых крупных трапповых провинций, расположена на Восточно-Сибирской платформе. Сибирские траппы изливались на границе палеозоя и мезозоя, пермского и триасовых периодов, около 250—251 млн лет назад (по новейшим сведениям, пик приходился на период 248—252 млн лет). Одновременно с ними произошло крупнейшее (пермо-триасовое) вымирание видов в истории Земли. Траппы развиты на площади около 2 млн км², объём извергнутых расплавов составил порядка 1—4 млн км³ эффузивных и интрузивных пород. По всей видимости, их разлитие послужило причиной грандиозного пермо-триасового вымирания.

Плато Декан. Крупная трапповая провинция расположена на Индостане и слагает Деканское плато. Суммарная мощность базальтов в центре провинции составляет более 2000 метров, они развиты на площади 1,5 миллиона км². Объём базальтов оценивается в 512 000 км³. Деканские траппы начали изливаться около 65 миллионов лет назад на границе мела и палеогена, и их, так же как и сибирские траппы, связывают с крупным вымиранием видов — так называемым мел-палеогеновым вымиранием, в результате которого исчезли динозавры (вымирание динозавров) и многие другие виды. Некоторые исследователи связывают начало излияния деканских траппов с ударом крупного метеорита, образовавшего кратер Шива, расположенный на дне океана к западу от Индостана. Однако другие геологи критикуют эту теорию. Они указывают на то, что кратер образовался уже в разгаре излияния траппов и значит не мог быть их причиной. Также ставится под сомнение сама импактная природа этого кратера.

Траппы в Южной Америке. Трапповые базальты в Южной Америке распространены на территории Бразилии (Трапповая провинция Парана-Этендека), Аргентины, Венесуэлы, Колумбии и других стран.

Связь интенсивности плюмов и частоты инверсий ГМП Земли

Если инверсии геомагнитного поля Земли и выходы плюмов - процессы внутренних структур Земли (ядерных и нижнемантийных), то существует ли взаимосвязь между ними? Часто максимальные значения амплитуды вариаций направления геомагнитного поля (S) отмечаются не в эпицентре плюма, а оказываются смещенными от него. Например, у кайнозойских плюмов это смещение составляет около 2000 км, что говорит о сложном (наклонном) подъеме плюмов. При этом прослеживается тенденция смещения выходов плюмов на поверхность к западу–северо-западу от места их образования.

Время образования плюмов и время их выхода на поверхность Земли относятся к временным интервалам с разной частотой геомагнитных инверсий. Т.е., между ними связи нет, и эти явления обусловлены разными протекающими в ядре процессами. Поскольку рост S и возникновение плюмов связаны с границей ядро–мантия, то возникновение инверсий, возможно, приурочено к границе внутреннего ядра.

Литература о плюмах и траппах

Глобальные географические симметрии (авторские наблюдения)

Гаршин И.К.

При разглядывании глобуса или крупной физической карты любой из вас замечал определенные закономерности в расположении географических структур Земного шара. Этот раздел предназначен для коллекции и осмысления таких геосимметрий.

Полушарные антиподии

Связь между сверхплюмами и линеаментами

Суперплюмовая диагональная система Землного шара Линеаментная диагональная система Земли

Диагоналы (система косой геоморфологии)

Диагоналами назовём протяженные участки рельефа, расположенные по диагонали к меридианам и параллелям. К ним относятся, как мы видели выше, большинство линеаментов с подсистемой располагающихся вдоль них плюмов. Так же к ним нужно отнести явно и не явно бросающиеся в глаза любому, рассматривающие глобус, структуры:

Меридионалы

Меридионалами назовём протяженные вдоль меридианов участки рельефа. Среди них:

Закономерности в расположении полезных ископаемых

Месторождения алмазов

Мировые залежи алмазов:

Мировые залежи алмазов

Месторождения благородных металлов

Мировые залежи золота и серебра:

Мировые залежи золота и серебра

Золотые рудники Арктики:

Золото за полярным кругом

Ноосферные и этносферные зкономерности

Библиография по геоморфологии и геоструктурам


Главная
Науки о геосфере : Геофизика | Геотектоника | Структурная геология | Сейсмология | Вулканология | Минералогия | Полезные ископаемые (золото и др.)
Близкие по теме страницы: География | Карты | Музеи и библиотеки
На правах рекламы (см. условия):    


© «Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005. Пишите письма (Письмо И.Гаршину).
Страница обновлена 08.11.2017
Я.Метрика: просмотры, визиты и хиты сегодня