Нижняя граница литосферы и ее взаимодействие с мантией Земли

Под мантией Земли обычно понимают «вещественный комплекс, залегающий между поверхностью Мороховичича (подошвой земной коры) и поверхностью Вихерта - Гутенберга - наружной границей ядра» (Геологический словарь, 1973.

-
С.              411). Верхнюю часть мантии, которая присоединилась к земной коре, Н.Я. Якунин (1989) назвал литосферной мантией. Присоединение литосферной мантии к земной коре переместило активную зону взаимодействия на границу литосферы с астеносферой. Астеносфера - важная часть верхней мантии. В.Н. Жарков определяет ее как слой пониженной вязкости, а Р.М. Деменецкая - как слой возбужденной мантии, где идут процессы уплотнения и разуплотнения вещества. В общем виде под астеносферой понимают слой мантии, подстилающий литосферу, способный к вязкому или пластическому течению под действием относительно малых напряжений, позволяющий за счет медленных течений вещества создавать условия гидродинамического равновесия между отдельными блоками литосферы. Формирование пластических свойств астеносферы обычно связывают с наличием в ее составе расплавленного вещества. Содержание расплава в астеносфере оценивают по-разному: одни (В.В. Белоусов и др.) говорят о 525 % от объема исходного вещества, в среднем 15 %, другие (Е.В. Артюшков, 1979 и др.) процент расплава снижают до 1-10 %.
Образование астеносферного слоя связывают с разными причинами: Б. Гутенберг (1963) - с эффектом, который определяется ростом температуры, опережающим рост давления; В.Н. Жарков (1983) - с уменьшением периода релаксации (восстановления) среды под влиянием роста температуры; А.Е. Рингвуд (1970) - с изменением химического состава вещества мантии между первичным (перидотит + базальт) и вторичным, когда базальт выплавлен и удален. Новейшие данные о структуре низов литосферы лучше всего согласуются с точкой зрения А.Е. Рингвуда, поддержанной, в своих основных чертах, В.В. Белоусовым (1978). Низы литосферы сложены ультраосновными породами, которые, по-видимому, представляют мантийные выплавки, оставшиеся на месте своего образования и присоединившиеся к земной коре. Породный ее состав довольно разнообразен и представлен перидотитом, пироксе- нитом, породами группы габбро и эклогитом. Новейшие данные о геофизической структуре литосферной мантии обобщены Н.Я. Куниным (1989). Он пришел к выводу, что астеносфера хорошо развита в поясах альпийской и киммерийской складчатости, в районах расположения орогенических систем, созданных неотектоникой, под рифтовыми структурами океанов и материков, а также в пределах распространения современных геосинклинальных поясов. Для всех этих районов характерна низкоскоростная мантия, где V колеблется от 7,5 до 7,9 км/с.
Под большинством древних и молодых платформ и на преобладающей части ложа Тихого океана астеносфера отсутствует до глубины 100-200 км. Для этих районов характерна нормальная мантия, в которой скорость продольных волн достигает 88,2 км/с, и высокоскоростная мантия, где Vp равна 8,3-9 км/с.
В областях распространения стабильных участков земной коры, где астеносфера четко не выражена, нижнюю границу литосферы Н.Я. Кунин проводит на глубине залегания пород, характеризуемых скоростью продольных волн 8,5 км/с, отвечающих по составу гранатшпинелевым перидотитам и эклоги- там, которые, слагают низы литосферы. С учетом принятых ограничений мощность литосферы под океанами достигает 60100 км, под материками - 100-150 км, а в отдельных местах даже 200-250 км.
Большинство исследователей образование астеносферных линз связывают с подъемом из глубины 2000-2900 км легкого материала, при котором в поле силы тяжести выделяется большая потенциальная энергия, достигающая от 2-1027 до 51027 Эрг/год. Потоки эти имеют направленный характер, который определяется структурой литосферы - наличием в ее теле ослабленных зон, представленных разломами.
Во взаимодействии литосферы с нижележащей мантией участвует ряд встречных потоков. Поток вещества из литосферы в мантию изучен плохо. А.А. Маракушев, Л.А. Перчук и др. (1978) изучение этого потока рассматривают как новую проблему в геологии. На начальном пути решения этой проблемы намечается ряд подходов. С.М. Стишов (1963), В.В. Соболев (1964) предположили, что поступление вещества земной коры в мантию связано с опусканием блоков земной коры. Опускание блоков они связывают с процессами эклогитизации пород земной коры, расположенных ниже границы Мохоровичича.
Второй путь поступления пород земной коры в мантию намечает гипотеза субдукции, предполагающая погружение блоков океанической коры на большие глубины в мантию. Эта гипотеза, однако, не подкреплена фактами и остается на уровне предположений. Погружение блоков континентальной земной коры в мантию предполагает гипотеза базификации В.В. Белоусова (1966). Согласно этой гипотезе континентальная кора ассимилируется подкоровыми расплавами или растворяется в ультрабазитовом расплаве. По мнению же ряда исследователей, опускание легкой земной коры в мантию противоречит общей планетарной закономерности. В.А. Магницкий и Е.В. Артюшков прямо пишут, что кора континентов состоит из более легкого вещества, «которое вернуть обратно в мантию невозможно» (1978, с. 493). Однако факты говорят об обратном. Земная кора опускается в геосинклинальных поясах, в предгорных прогибах, перикратопных прогибах платформ, на обширных пространствах океанических котловин; общая планетарная закономерность, когда вверху лежат легкие сиаличе- ские породы, а внизу - более тяжелые - симатические, проявляется лишь как очень большое обобщение. При анализе конкретного распределения пород в литосфере по глубине обнаруживается ряд отклонений от этой закономерности. К таким отклонениям можно отнести: инверсию плотностей в земной коре за счет повышенной трещиноватости нижележащих пород; перегрузка отдельных блоков земной коры вулканическими продуктами, осадочными отложениями, льдом или водными толщами; формирование зон расплава, где резко снижается плотность вещества; наличие, как в составе литосферы, так и в мантии, на разных глубинах более легкого вещества, в частности газов, так как дифференциация вещества в мантии и в земной коре далеко еще не закончена.

Обратный поток вещества из мантии в литосферу как раз и связан с процессом дальнейшей дифференциации вещества, но он обязательно предполагает опускание одного и поднятие другого вещества. Благоприятные условия для подъема вещества из мантии в литосферу складываются тогда, когда асте- носферный слой становится легче перекрывающей его твердой и относительно холодной и тяжелой литосферы. Такая система становится гравитационно неустойчивой и начинает выступать как активное начало при взаимодействии астеносферы с литосферой. В ее пределах формируются ослабленные зоны и начинается внедрение в литосферу вещества мантии. При этом формируется ряд потоков: поток флюидов, связанный с дегазацией мантии. Этот поток обеспечивает энергией и веществом многие процессы в литосфере, в том числе процессы метаморфизма, гранитизации, метасоматоза и др.; поток магмы по каналам, связующим линзы астеносферы с поверхностью Земли или с камерами ее концентрации в теле литосферы, обеспечивающий интрузивные и эффузивные процессы; перемещение вещества в геосинклинальных зонах, при котором офиолитовый комплекс перемещается с низов литосферы в ее верхние горно-складчатые комплексы; подъем мантийных пород в зонах растяжения земной коры и формирование океанических рифтов; особый механизм перемещения вещества из мантии в литосферу разработал В.В. Белоусов (1975). По его представлению, это внедрение идет в форме магматических диапиров, которые образуются в астеносфере на поверхности расплава горных пород. При подъеме диапира он отделяется от магматического очага и превращается в астенолит, который представляет собой гигантскую каплю расплава, перевернутую суженным концом книзу. П.П. Кузнецов (1990) образование диапиров связывает с процессом растяжения земной коры и проявлением магматизма и горообразованиям (рис. 35).
Общая масса вещества, поступающего в литосферу из географической оболочки и мантии, по сугубо ориентировочным подсчетам А. Полдерварта (1957), А.Б. Ронова и А.А. Яро- шевского (1978), Е.К. Мархинина (1980) и других, за время жизни Земли достигает 5-6-кратного объема земной коры. Из этого следует, что на протяжении всего периода развития литосферы существовал обратный процесс - из литосферы в мантию и географическую оболочку. Этот процесс обмена веществом и энергией и лежит в основе функционирования литосферы, видимым проявлением которого являются вертикальное и горизонтальное смещение отдельных ее блоков.





ВЫВОДЫ
В основе функционирования литосферы лежит энергия, поступающая из Космоса, географической оболочки и мантии, а также энергия, которая накапливается за счет распада радиоактивных элементов: Эта энергия накапливается в теле литосферы в виде упругих напряжений и в очагах концентрации тепловой энергии в виде линз перегретых или расплавленных пород. Неравномерное очаговое накопление энергии определяет формирование активных и пассивных зон земной коры, характер и направление движения вещества и, в конечном счете, структуру литосферы.
Современный характер поверхности литосферы, дифференциация ее на отдельные блоки регматической сетью разломов представляет собой результирующую космических, ротационных, географических и геологических процессов, определяющих ее равновесное состояние.
По палеогеографическим и геомагнитным данным, достижение такого равновесия могло идти двумя путями. Первый, вероятный, путь был связан с изменением наклона оси вращения Земли и соответственным изменением географических зон, и второй, допускающий перемещение материков Земли. Как одно, так и другое объяснение становления современного лика Земли находится на уровне гипотез, развитие которых приведет нас к достоверному знанию.
Конкретизация границ литосферы позволила более определенно рассмотреть взаимодействие ее с географической оболочкой и астеносферой. При этом взаимодействии на первый план выступает региональное взаимодействие, которое свойственно только материкам или только океанам.
Своеобразие этого взаимодействия состоит в том, что 85-90 % осадочных пород, которые формируются в географической оболочке, остается на материках. Эти отложения обогащены кремнеземом, алюминием и калием. Погружаясь на значительные глубины, они являются основой формирования андезитовых и риолитовых лав и гранитных интрузий, отличающих кору континентов от коры океанических впадин.
В океанических котловинах, где мало осадочных отложений, земная кора образована в основном базальтами и другими основными породами, которые, возвращаясь в литосферу, способствуют сохранению океанической земной коры, слагающей дно океанических котловин.
Особенности обмена веществом и энергией литосферы с географической оболочкой и мантией привели к обособлению материков и океанических впадин как важнейших структур литосферы.
Вопросы для контроля Основные источники энергии, за счет которой функционирует литосфера. Тепловой поток литосферы и его существенные различия между материками и океаническими впадинами. Геотермическая ступень и ее зависимость от структуры земной коры. Термодинамические условия в литосфере. Сущность глобальных, планетарных и региональных взаимодействий литосферы с внешней средой. Дальний Космос и возможность пульсации объема Земли. Влияние метеоритной бомбардировки в создании структур литосферы. Роль ротационного режима Земли в формировании структур литосферы. Сущность гипотезы, предполагающей изменение наклона земной оси. Результаты палеомагнитного метода исследований и его роль в обосновании гипотезы тектоники плит и движения континентов. Латеральные границы материков и океанических впадин. Верхняя и нижняя граница литосферы. Особенность взаимодействия литосферы с географической оболочкой. Взаимодействие литосферы с мантией. Роль внешнего взаимодействия литосферы в формировании ее структуры.

Еще по теме Нижняя граница литосферы и ее взаимодействие с мантией Земли:

1. 3.4. Взаимодействие Земли и Космоса
2. Нижняя Месопотамия накануне переворота в технике ирригации
3. Литосфера
4. Гришанков Г. Е.. Литосфера: структура, функционирование, эволюция., 2008
5. § 78. РАЗРУШЕНИЕ ЛИТОСФЕРЫ
6. 2.3. Государственные границы как часть мировой системы границ
7. 5.1. Литосфера
8. Послевоенные съемки Земли Франца-Иосифа и Северной Земли
9. Воздействие на литосферу
10. Антропогенное воздействие на почву и литосферу
11. Царские земли и уступленные земли