В. Н. Пучков

Институт Геологии УНЦ РАН,

г. Уфа

 

 

Идея о том, что цепи океанических островов являются следами движения “горячих точек” – неких участков плавления в мантии – была высказана 40 лет тому назад Т. Вильсоном (Wilson, 1963). Вслед за тем (Morgan, 1971) идея была развита в виде концепции мантийных плюмов, – пространственно зафиксированных вертикальных потоков горячего легкого вещества, поднимающихся от границы ядро-мантия, положение которых на земной поверхности зависит от движения литосферных плит, что позволяет использовать любой из них в качестве точки отсчета при анализе движений плит. В течение последующих десятилетий эта идея получила значительное развитие, играя, вместе с концепцией плейт-тектоники, роль двойной парадигмы. И до возникновения плейт-тектоники представление о наличии в мантии Земли воздымающихся столбов легкого вещества – астенолитов – уже высказывалось (Белоусов, 1975 и др.), хотя это делалось на фоне категорического отрицания масштабных горизонтальных перемещений. Дальнейшие десятилетия были временем триумфального марша плейт-тектоники. Однако и плюм-тектоника не стояла на месте.

Движения плит относительно плюмов были подтверждены изотопными датировками и посредством анализа магнитных изохрон океанического дна, которые указывали на последовательное омоложение базальтов вдоль цепей вулканических островов. Были предложены критерии отличия плюмовых базальтов от базальтов СОХ, заключающиеся в более высоких содержаниях литофильных элементов с крупными ионными радиусами, легких РЗЭ, и в повышенных соотношениях изотопов ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd, ²⁰⁶Pd/²⁰⁴Pd, и особенно ³He/⁴He, что должно было свидетельствовать о глубинном характере источника (Зоненшайн, Кузьмин, 1993). Было высказано представление о горячих полях (Зоненшайн, Кузьмин, 1983), развившееся в учение о грандиозных магматических провинциях (LIPs) и порождающих их суперплюмах; с их появлением стали связывать распад суперконтинентов (Storey 1995; Добрецов и др., 2001 и др.). В свою очередь, развитие суперплюмов и LIPs стали соотносить с системами радиальных даек большого масштаба, движение магмы в которых происходило от центра (от головки суперплюма) к периферии (Ernst, Buchan, 2001). С активным развитием суперплюмов (верхний девон, граница перми и триаса, мела и палеогена и др.) стали связываться эпохи глобальных изменений климата и массового вымирания живых организмов; появилась альтернативная гипотеза происхождения астроблем: появление гигантских кратеров трактовалось как результат взрывного прорыва флюидов, связанного с действием плюмов (Morgan et al., 2004).

Учение о плюмах и суперплюмах получило значительную поддержку со стороны планетологии, где плюмовый механизм стал рассматриваться как основной в тектогенезе; более того, – потребовалось дать объяснение, почему ни на одной планете, кроме Земли, не действует плейт-тектонический механизм. Такое объяснение было предложено: в более остывших планетах (напр., Марс) уже нет астеносферы, в более горячих (напр., Венера) – еще нет литосферных плит (Трубицын, 2003).

Понимание существенных различий в составе и физических свойствах астеносферы и нижележащей мантии привело к возникновению теоретических и экспериментальных моделей двуслойной конвекции (Добрецов, Кирдяшкин, 1993), в которых астеносферная конвекция непосредственно определяет основные особенности структур литосферы, тогда как нижнемантийная, кооперируясь с плюмами, создает дополнительные осложнения этой структуры, хотя, вследствие вязкости нижней мантии, скорость ее значительно ниже астеносферной. В этих и других подобных схемах взаимодействия плейт- и плюм- тектоники функция и конвекции, и плюмов, скорость которых на 1–2 порядка выше астеносферных течений, едина: тепломассоперенос, осуществляющий остывание Земли и дифференциацию ее вещества в гравитационном поле на легкие и тяжелые компоненты.

Независимые свидетельства существования плюмов были получены в результате исследований в области сейсмотомографии, указавшие на существование под горячими точками столбов относительно разогретого низкоскоростного вещества, простирающихся на значительную глубину (Rodes & Davies, 2001 и др.).

Казалось бы, плейт- и плюм-тектонике суждено достаточно бесконфликтное развитие и даже слияние в рамках единой парадигмы. Однако в последнее время (особенно в 2003 году) само существование плюмов (по крайней мере, в их классическом понимании) подвергалось все большему сомнению. Оживленная дискуссия разгорелась как в научных журналах, так и на веб-сайтах, таких как www.mantleplumes.org, www.geolsoc.org и др. Наступление “антиплюмового лобби” (Saunders, 2003) ведется по всем линиям: геохимические метки, в частности, гелиевое изотопное соотношение (Meibom et al., 2003) не обязательно свидетельствуют о происхождении плюма на границе ядра и мантии, сейсмотомография нигде не прослеживает столбы плюмов от поверхности Земли до ядра (Foulger et al., 2000 и др.), происхождение целого ряда рифтов, вместе с сопровождающими проявлениями вулканизма, легче объясняются декомпрессией в результате развития “бегущей трещины” разрыва, или растяжения, сопряженного со сдвигом (“pull-apart basins”). Но главное, было поколеблено представление о плюмах, как о жестко закрепленной референтной системе. Были описаны смещения верхних частей плюмов относительно нижних (Gorbatov et al., 2001; Yang Shen et al., 2002). В ходе палеомагнитных исследований были также выявлены смещения следов плюмов на поверхности, в результате чего их было предложено рассматривать скорее в качестве “плавучих якорей”, чем закрепленных точек отсчета (Davaille et al., 2002). Более того, сравнение положения горячих точек для Тихого океана относительно плюмов в Атлантическом и Индийском показали их взаимный дрейф (Raymond et al., 2000), как если бы они принадлежали разным глубинным, подастеносферным плитам (мезоплитам, по Pilger, 2003). Есть смещения между плюмами и в пределах одного океана, – (Antretter et al., 2002; Norton, 2000; Torsvik et al., 2001; O’Neil et al., 2003 и др.). Если не принимать буквально представление о перемещениях в нижней мантии как о конвекции – поскольку сомнения в этом, высказанные В. Н. Анфилоговым (2002), достаточно серьезно аргументированы – то быть может следует говорить о “плейт-тектонике кверх ногами” в нижней мантии, в отдельных зонах которой, несмотря на ее колоссальную вязкость, происходят огромные деформации и замещения, а между ними – значительные перемещения слабо деформируемых мезоплит. Это можно увязывать не только с данными о проникновении субдуцируемых слэбов литосферного вещества в подастеносферную мантию до больших глубин (Karason, Van der Hilst, 2000), но и с существованием относительно легких, низкоскоростных ее участков, по-видимому испытывающих действие сил, направленных вверх, к астеносфере – т. е., с существованием даунвеллингов и апвеллингов (Меланхолина и др., 2001).

Приходится признавать (Courtillot et al., 2003), что мантийные плюмы могут рождаться на разных уровнях или границах внутри Земли, и что существует по крайней мере три их разновидности: первичные (“моргановские”), идущие от низов мантии; промежуточные, рождающиеся в основании переходной зоны, и верхнемантийные, возможно, возникающие в верхах астеносферы как ответ на движения плит.

Эти представления перекликаются с утверждениями о химической неоднородности мантии как ее фундаментальном качестве (Meibouw &Anderson, 2003).

В конечном счете, становится ясным, что представления о плюмах не могут быть сохранены в их первозданной чистоте. Зато остается несомненным, что одни только плейт-тектонические процессы не в состоянии объяснить всех особенностей структуры литосферы: эффекты плейт- и плюм- процессов, рождающихся на разных глубинах и нередко независимо, cуммируются на ее поверхности, интерферируя и взаимодействуя. Это в особенности справедливо как для внутриплитных, так и для общепланетарных явлений.