Предложенные гипотезы проникновения мантийного расплава в океаническую кору и СОХ

Содержание:

1. Введение
2. Возможные механизмы образования океанической коры
3. Предложенные гипотезы проникновения мантийного расплава в океаническую кору и СОХ

3.1. Гипотезы  исследователей начала 1970-х

3.2. Гипотеза, предложенная Питером Килеменом

4. «Крышка» для поднимающегося расплава
5. Вулканическая деятельность СОХ
6. Заключение

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение

 

     Дно океанов на нашей планете представляет собой массив горных пород излившихся на поверхность. Излияние лавы происходит в срединно-океанических хребтах, которые опоясывают планету. Примерная длина СОХ равна 10 тыс. км. Мощность горных пород слагающих дно океана примерно равна 7 км., что о говорит о чрезвычайно активной вулканической деятельности.

     В середине прошлого века ученые решили узнать происхождение океанической коры, что питает вулканы СОХ. Было известно, что океаническая кора испытывает растяжение вдоль СОХ из чего следовало, что материал, слагающий кору, должен поступать из недр Земли. Чтобы тем самым заполнять образующиеся пустоты при растяжении океанической коры. И    перед   исследователями   встали    две   задачи:  1) Определить места образования лавы; 2) Определить способы выхода  (проникновения) лавы на поверхность.

     По  представлениям прошлых исследований считалось, что расплав сосредотачивается непосредственно под самим вулканом в большом резервуаре (камере) и затем по трещинам происходит его излияние на поверхность. Однако в последнее время представления о данном механизме претерпели некоторые изменения. Так стало известно, что расплавы горной породы начинают свое движение в жидком виде на глубине до 100 км под вулканом, капельки расплава просачиваются через микроскопические поры в твердой породе. Со скоростью примерно 10 см в год. А уже ближе к поверхности, когда масса и объем расплава резко возрастает (в силу слияния многих потоков магмы), излияние резко ускоряется и завершается в виде извержения.

     Таким образом установив механизм транспортировки  расплава через тверды горные породы можно будет объяснить способ возникновения океанической коры. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Возможные механизмы образования  океанической коры

 

     Как было сказано ранее, океаническая кора представляет собой мощный пласт  застывших горных пород. Под этой толщей пород находиться верхняя  мантия Земли, ее примерная мощность около 3.2 тыс. км, температура на поверхности 1300^оС, и с каждым километром погружения продолжает подниматься на 1^оС. Также и давление увеличивается на каждые 3 км около 1000 атмосфер.

     Основываясь на данные о высоких температурах и давлении в условиях верхней  мантии, ученые предположили, что океаническая кора могла начать образовываться в результате образования мельчайших капелек расплава. Это могло происходить как «запотевание», т.е. если часть твердой породы, при высоких T и P, изменит свое положение (произойдет подъем) то в микропорах данной породы начнет образовываться расплав самой породы, т.к. даже при небольшом уменьшении давления (при этом T=const) начинает происходить плавление. И т.к. расплав имеет меньшую плотность, в сравнении с твердыми породами, то он должен стремиться переместиться в места с меньшим давлением. Однако лабораторные исследования показали, что химический состав расплава не совпадает с составом пород СОХ. Этот факт можно объяснить тем, что когда расплав движется по порам наверх, он вступает во взаимодействие с окружающими его породами. Продвигаясь наверх, расплав растворяет зерна ортопироксена, и осаждает тем самым новообразованный оливин. Также было установлено, что химический состав образцов взятых с СОХ соответствует химическому составу расплава образовавшегося на глубине 45 км. И тут возникает вопрос : «Как мог пройти расплав через толщу горных пород в 45 км не растворив при этом ортопироксены?»  
 
 
 

3. Предложенные  гипотезы проникновения  мантийного расплава в океаническую кору и СОХ

3.1 Гипотезы исследователей начала 1970-х 

     В начале 1970-х исследователи сделали  предположение, что расплав просачиваясь через горные породы на последнем  отрезке своего пути должен настолько  быстро проходить этот путь, что  не должен вступить во взаимодействие с окружающими его породами. Ученые объясняли  этот факт открытыми трещинами, под СОХ (однако открытые трещины нехарактерны для верхней мантии, просто при таком давлении трещины не смогут образовываться).

     Еще одним предположением было то, что  сила просачивания расплава была достаточной для того чтобы разбивать горные породы изливаясь при этом на поверхность и не взаимодействуя с ортопироксенами. (Но верхняя мантия на глубине уже 10 км имеет не твердое состояние, а скорее чем то напоминает расплавленную карамель. Из чего следует вывод что расплав не мог «пробивать» окружающие горные породы) 
 

     3.2 Гипотеза, предложенная  Питером Килеменом 

     Келемен в своей диссертации конца 1980-х  предположил, что расплав при  растворении ортопироксенов и одновременном  осаждении мелкозернистого оливина (в меньшем количестве), объем расплава увеличивается. После чего были произведены математические расчеты которые показали, что при растворении, кристаллы ортопироксенов «съедаются» по краям тем самым увеличивая свободное пространство между зернами, т.е. при поступлении новых порций расплава поры в породах увеличиваются тем самым образуя сеть каналов (примерно также образуются реки: сливаясь, маленькие ручьи образуют небольшой поток воды, который впадает в более крупную реку).

     Также теперь становиться понятным почему химический состав образцов взятых с СОХ отвечает расплаву, образовавшемуся на глубине 45 км. При прохождении через горные породы во взаимодействие с ними (т.е. растворение ортопироксенов) вступает лишь часть расплава, а именно та часть, которая находится в непосредственном контакте со стенками канала. А в срединной части канала никакого растворения не происходит по причине отсутствия там ортопироксенов, из-за чего расплав транспортируется в «первозданном» виде. 
 
 
 

4. «Крышка»  для поднимающегося расплава

 

     Данный  расплав, застывая, образует породу дунит (95% - оливин; 5% - примеси, хоромит). Более  понятную картину выхода дунитовых  жил мы можем видеть на офиолитах (часть древней океанической коры оказавшейся на суше вследствие столкновения тектонических плит), наблюдается, что излияния расплава происходит вдоль СОХ в 5-ти километровой зоне. Однако по данным геофизиков расплав на глубине до 100 км находится примерно на удалении сотен километров от СОХ. Тогда возникает вопрос: «Почему излияние расплава происходит в столь малом пространстве?»

     На  этот вопрос, вначале 90-х, попытались ответить Марк Пармантье и Дэвид Спаркс из Брауновского университета. Поскольку  излияние  расплава происходит на СОХ, то материал для образования океанической коры добавляется с двух сторон (т.к. раздвижение происходит во взаимообратном направлении), то излившаяся лава, затвердевая, образует некое подобие экрана для вновь поступающего расплава. Однако мощность затвердевших новообразованных пород не одинакова, так вблизи СОХ мощность намного меньше нежели на остальной части океанического дна. Это связано с тем, что новообразованные части океанической коры сползают с СОХ и глубже погружаются в верхнюю мантию (из за малой tº и как следствие – большей плотности), из этого следует, что мощность океанической коры намного больше чем непосредственно под гребнями СОХ. Поэтому расплав достигая более твердых и мощных пород не изливается, а продолжает свой путь к СОХ под небольшим углом.

     Подобие данному процессу мы также можем  наблюдать и на примере речной сети. Когда на реках ставят плотины (части более мощной океанической коры), то вода (расплав) устремляется в единственно свободное пространство (СОХ). 
 
 
 

5. Вулканическая деятельность СОХ

 

     Теперь  стал понятен механизм проникновения расплава через мантийные перидотиты, а также была выявлена причина отсутствия изменений в химическом составе поднимающегося расплава. Однако, если проникновение жидкой породы это долгий и продолжительный процесс (скорость продвижения расплава через твердые горные породы несколько сантиметров в год), то почему на СОХ мы наблюдаем время от времени бурную вулканическую деятельность?

     Оказывается, что при постоянном притоке расплава снизу вышележащее дно океана охлаждает данные потоки, и часть  расплава затвердевает, так и не выйдя наружу. При последующем поступлении порции расплава, он начинает накапливаться, образуя при этом линзы. Величина их изменяется от нескольких десятков до сотен метров. В результате постоянного поступления расплава в линзы, внутри нарастает давление и иногда в линзах образуются трещины, по которым лава и выплескивается наружу. После обширного излияния расплава трещины снова затягиваются, и в линзах продолжает накапливаться расплав до последующего извержения. 
 
 
 

6. Заключение

 

     Теперь  исследователям стал ясен механизм проникновения расплава,  а также была выявлена примерная глубина образования магмы.

     Проведенные исследования, в области транспортировки  расплава через мантийные перидотиты, дали понять, что данный процесс  имеет очень много схожего с механизмом речных сетей. Возможно в последующих исследованиях будут найдены новые точки соприкосновения этих двух систем. Также вполне вероятно, что данные системы имеют под собой общую фундаментальную теорию процессов переноса и взаимодействия.