В верхней мантии и литосфере

В пределах океанов положение ее кровли близко к 50 км и приближается к поверхности до 10-15 км под срединноокеаническими хребтами. Подошва не выходит за пределы 400 км. На континентах астеносфера крайне неоднородна по строению. Под молодыми горными странами (Альпы, Кавказ, Тянь-Шань) ее кровля поднимается до 80 км, а в рифтовых зонах - до 50-60 км и менее. Под наиболее стабильными областями земной коры - кристаллическими щитами древних платформ - астеносфера выражена слабее. На глубине от 100 до 200 км она представлена сравнительно маломощным слоем, часто состоящим из разобщенных астенолинз. Здесь астеносфера фиксируется с большим трудом лишь только по незначительному падению скоростей поперечных волн.

При изучении астеносферы самым важным был вывод о том, что в астеносфере располагаются очаги генерации базальтовой магмы. В 60-е годы прошлого века, Б.Гутенбергом и другими сейсмологами было доказано, что в астеносфере вещество разуплотнено за счет частичного (1 – 10%) плавления вещества мантии. Позднее установлено, что этот интервал разреза верхней мантии обладает также повышенной электропроводимостью. Вопрос о реологических свойствах вещества астеносферы, способного формировать различные течения в частично расплавленной или аморфизованной части верхней мантии, является ключевым в решении ряда проблем, касающихся истории развития земной коры и литосферы и связано с изучением причин неравномерного разуплотнения мантии, различной степени ее разогрева.

Эндогенные процессы в астеносфере. Астеносфера играет особую роль в развитии Земли.Здесь происходит частичное плавление вещества мантии и возникают расплавы базальтовой магмы.Финалом этого процесса является формирование литосферы и океанической коры.Возникает вопрос.Почему именно на уровне астеносферы получают развитие процессы плавления и возникает базальтовая магма?Как образуются твердая литосфера и океаническая кора?

Почему в отдельных регионах, как, например, под срединноокеаническими хребтами и рифтами оно выражено весьма контрастно, а под щитами древних платформ представлено лишь разобщенными, часто слабовыраженными астенолинзами? Причиной этого являлись не только различия в петрохимическом составе мантии, степени ее истощения, но и, что наиболее важно, геотермический режим, геостатическое давление, а также степень напряженности растяжения - сжатия недр.

Разуплотнению и плавлению особенно благоприятствуют условия растяжения (декомпрессия). Общеизвестно, что состояние вещества в разрезе Земли зависит от его петрохимического состава и термобарических условий (температура-давление). Повышение температуры способствует плавлению минеральных масс, тогда как повышение давления снижает возможности появления расплавов. Граничные условия определяются адиобатическим градиентом и солидусом вещества мантии.

Распределение температуры в верхней мантии и литосфере, включая земную кору, контролируется динамическими обстановками и тепловым режимом, а магматические процессы в астеносфере могут развиваться только при возникновении очагов магмагенерации.

Главной характеристикой этого процесса является температура плавления (солидус) минералов и их смесей на разной глубине,т.е.в разных адиобатических условиях.Например, температура плавления минералов при давлении 1 бар для периклаза составляет – 2530^оС, форстерита – 2163^оК, энстатита – 1830^оК, диопсида – 1664^оК, альбита – 1378^оК, мусковита – 1000^оК. В настоящее время накоплен большой лабораторный опыт плавления основных пород мантии (лерцолитов или перидотитов) при давлении и температуре, соответствующих обстановкам в верхней мантии.Это позволяет расшифровать сущность процессов,происходящих в мантии.При этом следует учитывать,что эти эксперименты позволили установить закономерности изменения солидусов в зависимости от изменений температуры и давления.

В твердой мантии все минералы находятся в кристаллическом состоянии,т.к. значение их солидусов выше адиобатической температуры.Поднимаясь выше в астеносферу,породы попадают в новые термо-барические условия.Снижается температура.Казалось бы,что это должно исключить возможность плавления.Однако,наоборот,на этом уровне мантия начинает плавиться.Причиной этому является снижение давления и,как следствие,снижение значений солидуса.Подобным образом развиваются процессы в астеносфере (рис.4.11).

Рис.4.11.Последовательность генерации базальтовой магмы и воникновение литосферы и океанической коры (минералы мантии:эпидот-зеленый,пироксен-коричневый,I-VI-стадии развития процессов в мантии).

I.В твердой мантии все минералы находятся в кристаллическом состоянии.

II.В основании астеносферы начинается процесс плавления пироксена,солидус которого ниже чем у оливина.Возникают капли базальта.

III.Выше процесс усиливается.

IV.В итоге формируются очаги магмагенерации-источники базальтовой магмы.На этой стадии мантия представляет собой сочетание тугоплавких минералов (кристаллы оливина и др.) и родоначальной базальтовой магмы.

V.По ослабленным каналам магма покидает астеносферу и изливается в зоне спрединга на дно океана.

VI.Завершением процесса является возникновение литосферы и океанической коры.Литосфера имеет двухслойное строение.Нижняя подкоровая часть литосферы представлена тугоплавкими минералами мантии,из которой извлечена легкоплавкая базальтовая фаза.Такие породы литосферы называются реститом.Разрез литосферы завершает базальтовая океаническая кора.

Фильм»плавление астеносферы и возникновение базальтовой магмы»Ctrl+щелчок

Механизм формирования подкоровой части литосферы впервые разработан А.П.Виноградовым и А.А.Ярошевским, согласно которому процесс магматической дифференциации пород мантии развивается путем зонного плавления. При этом зону плавления покидают щелочные, щелочноземельные и радиоактивные элементы. Вместе с ними мигрируют Al, Ca, Ti, Zr, Hf, Nb. С базальтовыми расплавами они покидают мантию и далее входят в состав базальтовой земной коры. В ходе последующей магматической дифференциации происходит их перераспределение в континентальной коре. Поэтому подкоровая часть литосферы слагается ультраосновными породами, потерявшими часть литофильных элементов Изменение ювенильной мантии, подверженной магматической дифференциации, приводит к возникновению широкого спектра ультраосновных пород. Высшей стадией таких изменений является рестит, слагающий подкоровую часть литосферы.

Основная масса базальтовых магм поступает из астеносферы в зоне спрединга расходящихся литосферных плит. В зависимости от гипсометрического положения магмагенерирующих очагов здесь продуцируются магмы толеитовых, щелочных, оливиновых и пикритовых базальтов.

Рис.4.12.Строение верхней мантии и литосферы и

Поиск по сайту: