“Другие” Плюмы.

Латеральные неоднородности фазовой скорости 75-ти секундных волн Релея

“Другие” плюмы – это модели, которые не укладываются в общепринятую концепцию мантийных плюмов, но, тем не менее, – это, возможно, тоже плюмы. Неожиданные, но плюмы. Перечислим их.
1.”Ископаемые” плюмы – это модель, в которой используется концепция плюмов для объяснения природы значительных низкоскоростных аномалий.
2.”Высокоскоростные” плюмы – модели, в которых плюмы связываются с высокоскоростными аномалиями.
3.”Тихие” плюмы (“quiet” plumes) – это плюмы, которые не проявились на поверхности Земли вулканической деятельностью.

1. Ископаемые плюмы.

Парана (Parana).

При проведении региональных томографических исследований части Бразильского щита группой из 10 широкополосных портативных станций размером 800 км [VanDecar et al 1995], была обнаружена низкоскоростная аномалия цилиндрической формы. Эта аномальная область простирается от поверхности вглубь до 500 км под бассейном реки Парано. Диаметр аномалии около 260 км, уменьшение скорости Р-волн -1.5%, S-волн -2%. Бассейн Параны покрыт излившимися базальтами возрастом 150 млн. лет, извержение которых произошло за короткое время до открытия Южной части Атлантического океана. Предполагается, что эти излившиеся базальты маркируют подход к земной поверхности головы мантийного плюма, который в настоящее время подпитывает горячую точку Тристан (Tristan da Cunha) (Рис. 1), расположенную возле Срединно-Атлантического рифта [Morgan 1972, Campbell & Griffiths 1990].

Всплывающие потоки и горячие точки.

Рисунок 1.Всплывающие потоки и имена горячих точек. Размер красных кружочков пропорционален размеру всплывающих потоков согласно [Sleep 1990.]. Для Гаваев характерен максимальный поток (8.7 Mg s-1). Для горячих точек обозначенных самыми маленькими кружочками, поток не определен. Границы плит изображены зелеными линиями. Для глобальной карты используется проекция Хаммера, центрированная на долготе 90о W.

Удивительно то, что в мантии сохранились следы этого древнего события вплоть до такой глубины. Под действием термальной диффузии это тело должно было рассеяться, но с тех пор максимум температуры сократился вдвое. Начальный диаметр тела был около 200 км. Ствол плюма сохранял свое вертикальное положение под Параной все это время. А это означает, что толстый мантийный “киль” прикреплен к движущейся Южно-Американской плите [Jordan 1975].

Декан (Deccan).

Похожие наблюдения были сделаны для Декана на северо-западе Индии [Kennett & Widiyantoro 1999]. Региональная томография на Р-волнах в Индии обнаружила зону пониженных скоростей под грабеном Камбей (Cambay). Эта область является северным окончанием Деканских траппов и содержит излившиеся 65 млн лет назад базальты, во время, когда этот регион располагался над горячей точкой Реюньон. Была обнаружена низкоскоростная аномалия цилиндрической формы (-1%, 300 км в диаметре), простирающаяся от поверхности и до глубины порядка 250 км. Эта аномалия, возможно, связана с широкой и резкой низкоскоростной аномалией, простирающейся вниз более чем на 500 км. Все это свидетельствует о том, что наблюдается остаток головной части плюма Реюньон, которая “застряла” под Индийской плитой и переезжает с ней до настоящего времени.
Отметим, что за это длительное время температура аномалии изменилась не так сильно, как это ожидалось бы при термальной диффузии.

2. Высокоскоростные плюмы?

В 1998 году был опубликован неожиданный результат, касающийся плюмов [Katzman et al 1998]. Авторы выполнили детальное изучение “мантийного коридора” между зоной субдукции Тонга и сейсмической станцией Кипапа (Kipapa) возле Гавайев. Неожиданно, они обнаружили высокие скорости поперечных волн в верхней мантии под районом с высокой топографией, ассоциируемой с поднятием горячей точки (включающим и Гавайское поднятие). Но это еще не все, авторы обнаружили низкие скорости поперечных волн в зоне субдукции Тонга, где старая и холодная Тихоокеанская плита погружается в мантию.
Нелегко согласовать эти наблюдения с данными, полученными другими исследователями – под Гавайским поднятием обнаружена область пониженных значений поперечных волн до глубины 200 км [Priestley & Tilmann 1999]. Низкие скорости а зоне субдукции Тонга так же противоречат данным глобальной томографии (Рис. 2).

Латеральные вариации скорости S-волн в слое, залегающем между 525 км и 650 км.

Рисунок 2.Латеральные вариации скорости S-волн в слое, залегающем между 525 км и 650 км. Отметим, что области, закрашенные синим цветом совпадают с зонами субдукции, закрашенные красным цветом, могут означать локальные разогретые регионы. Белыми кружками обозначены горячие точки [Grand et al 1997].

Методы, применяемые в работе и приведшие к таким противоречивым результатам [Katzman et al 1998], разработаны весьма тщательно [Zhao & Jordan (1998]. Возможно не все особенности примененного метода изучены. Ясно одно, метод, предназначенный для изучения двумерной структуры, игнорирующий азимутальную анизотропию, может дать артифакты.

3. Тихие (или не тихие) плюмы?

Некоторые региональные томографические исследования выявили плюмоподобные низкоскоростные области в регионах, где нет известных горячих точек на поверхности. Три такие зоны обнаружены в Сибири [Kulakov et al 1995], и одну такую зону для Тибета [Wittlinger et al 1996]. Возможно, что плюмы присутствуют там, но недостаточно горячие, чтобы возникло частичное плавление под толстой континентальной литосферой [Ebinger & Sleep 1998, Albers & Christensen 1996]. Эти наблюдения напоминают нам о том, что региональная, относительная томография на годографах выделяет горизонтальные вариации под сейсмическими группами и не чувствительна к любой глобальной вертикальной расслоенностьи. В результате применения подобных технологий продуцируются цилиндрические особенности. И действительно, модели, построенные по данным о поверхностных волнах, показывают, что мантия под Тибетом скорее высокоскоростная, чем нормальная вплоть до 300 км [Griot et al 1998, Matte et al 1999].

Источники информации:
Nataf H.-C.Seismic imaging of mantle plumes.Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2000. v. 28, p. 391–417