Суперплюмы – Earth Plumes

Первичные горячие точки, прослеженные в верхней мантии под транзитной зоной, могут быть продуцированы плюмами, которые возникают из неусточивых областей пограничного термального слоя. Подобные слои вероятнее всего могут располагаться либо внутри транзитной зоны, либо на границе мантии и ядра. В настоящее время сейсмология не в состоянии выявить стволы отдельных плюмов в нижней мантии и, поэтому, не может ответить на вопрос о том, зародились ли первичные плюмы глубже транзитной зоны.
Геохимические данные свидетельствуют, что плюмы зарождаются в транзитной области. Существуют другие геохимические данные свидетелствуют в пользу нижнемантийного происхождения первичных плюмов – базальтовые лавы океанических островов значительно обогащены Fe.
Продуцирование траппов в начальной стадии развития горячей точки, как расплава связанного с головной частью плюма, требует расплавления более, чем 108 км³ мантийного вещества, потенциально заполняющего верхнюю мантию. Не ясно, как такое большая нестабильность могла бы сформироваться в транзитной области. Лабораторные и численные эксперименты показывают, что такую нестабильность можно произвести в термальном слое на границе мантия – ядро.
Хвосты (стволы) первичных плюмов имеют возраст порядка 130 млн лет. Плюмы, зародившиеся как траппы в последние 100 млн лет (Ethiopia-Yemen/Afar, Greenland/Iceland, Deccan/Reunion) до настоящего времени достаточно активны, в то время, как те, что зародились между 100 и 140 млн лет могут быть пропущены (Ontong-Java/Louisville, Parana-Etendeka/Tristan), а плюмы, старше 150 млн лет не имеют активных следов (Karoo, CAMP, Siberia, Emeishan).
Анализ механики жидкости свидетелствуют, что существовующие в настоящее время очень большие головные части плюмов и маленькие, но длинные и прочные хвосты могут быть продуцированы только на глубинах, значительно превышающих глубину транзитной зоны.
Происхождение первичных плюмов из пограничной области, расположенной между мантией и ядром – актуальная задача, стоящая перед сейсмологическими и геохимическими исследованиями. В пользу зарождения первичных плюмов в пограничеой зоне между мантией и ядром свидетельствуют данные:
– изучения механики жидкости;
– наблюдения огромных объемов, которые должны быть выплавлены, чтобы продуцировать покровные базальты;
– о длительном существовании подводящих каналов, продуцирующих цепочки островов.

Источники:
Courtillot V.,Davaille A., Besse J., and J. Stock Three distinct types of hotspots in the Earth’s mantle. Earth and Planetary Science Letters 205 (2003) 295-308.

Кинематические особенности первичных горячих точек (Afar, Easter, Hawaii, Iceland, Louisville, Reunion, Tristan) дают возможность сделать вывод о том, что они принадлежат двум отдельным полушариям. Эти два полушария простираются от транзитной зоны до границы с ядром, что было обнаружено на сейсмических изображениях нижней мантии, разрешающая способность которых непрерывно возрастала последние 30 лет (Рис. 1).

Рисунок 1. Распределение 49 горячих точек (черные кружки), наложенное на томографические модели скоростей поперечных волн (VS) для глубин 500 км и 2850 км. Цветом обозначены значения изменения скорости от -2% (красный цвет) до +2% (синий цвет). Семь “первичных” горячих точек, обозначены на схемах красными кружками и первыми буквами имени соответствующей горячей точки (A – Afar, Е – Easter, H – Hawaii, I – Iceland, L – Louisville, R – Reunion, Т – Tristan).

Два полушария так же увязываются с преобладающими 2-х градусными особенностями геоида. В настоящее время конвекция в нижней мантии, как представляется, доминирует в квадрупольной моде, в которой холодный, более плотный материал субдуцирует и погружается в мантию, охватывая две большие области с центрами, расположенными приблизительно с противоположных сторон экваториальной области, под Африкой и центральной частью Тихого океана, где горячее, менее плотное и низкоскоростное вещество (два суперплюма) поднимается вверх. Много горячих точек располагаются выше этих “горячих” регионов (Рис. 1). При более детальном рассмотрении, картина в горячих полусферах может оказаться более сложной. Два массивных плюма, отвечающих за суперподнятия под западной Африкой и Французской Полинезией не столько горячее, сколько химически неоднороднее вмещающего вещества. Несмотря на то, что суперплюмы располагаются примерно в центральной части горячих областей, шесть из семи первичных горячих точек находятся в пограниных районах этих областей. Лишь Исландский плюм довольно далеко расположен от этих горячих областей. Однако следует отметить, что динамические поднятия ассоциируют с суперплюмами и, по крайней мере, пять первичных горячих точек (Louisville, Hawaii, Tristan, Reunion and Iceland) не пересекаются) (Рис. 2).

Рисунок 2. Первичные плюмы и суперподнятия показанные на томографической схеме поперечных волн для глубины 2850 км. Положительные (повышенные скорости, холодные) аномалии показаны синими тонами. Отрицательные (пониженной скорости, разогретые) аномальные области показаны белым цветом. Положение Тихоокеанского и Африканского суперподнятий представлены большими розовыми точками. Семь первичных горячих точек (Afar, Easter, Hawaii, Iceland, Louisville, Reunion, Tristan)показаны маленькими красными точками. Три горячие точки, которые могут быть включены в группу первичных горячих точек (Marquesas, Galapagos и Kerguelen), показаны зелеными точками с красными краями. Первичные горячии точки имеют тенденцию к развитию над разогретыми регионами, но вне пределов обоих суперподнятий и холодных (связанных с субдукцией) поясов.

Следовательно, хотя первичные горячие точки и кажутся связанными с конвекцией в нижней мантией, они могут происходить не из суперплюмов.

Источники:
Courtillot V.,Davaille A., Besse J., and J. Stock Three distinct types of hotspots in the Earth’s mantle. Earth and Planetary Science Letters 205 (2003) 295-308.

Category: Суперплюмы

Происхождение первичных плюмов.

Плюмы и суперплюмы.