Геодинаміка
У геодинаміці розглядається взаємодія складних процесів, що йдуть в корі і мантії. Один з варіантів геодинаміки, що дає більш складну картину руху мантії, ніж описана вище (рис. 12.2), розробляється членом-кореспондентом РАН Є. В. Артюшкова в його книзі “Геодинаміка” (М., Наука, 1979). На цьому прикладі видно як переплітаються різні фізичні та хімічні моделі в реальному геодинамічному описі.
Згідно викладеної в цій книзі концепції основним джерелом енергії, для всіх тектонічних процесів є процес гравітаційної диференціації речовини, який відбувається в нижній мантії. Після відділення від породи нижньої мантії важкої компоненти (заліза та ін.), Яка опускається в ядро, “залишається суміш твердих речовин, легша, ніж вищерозміщена нижня мантія… Розташування шару легкого матеріалу під більш важким речовиною нестійко… Тому що накопичується під нижньою мантією легкий матеріал періодично збирається у великі блоки розміром порядку 100 км і спливає у верхні шари планети. З цього матеріалу за час життя Землі сформувалася верхня мантія.
Нижня мантія швидше за все являє собою первинне, ще не Продиференціювали речовина Землі. У процесі еволюції планети відбувається зростання ядра і верхньої мантії за рахунок нижньої мантії.
Найбільш ймовірно, що підйом блоків легкого матеріалу в нижній мантії відбувається уздовж каналов6 (див. Рис. 12.6), в яких температура речовини сильно підвищена, а в’язкість різко знижена. Підвищення температури пов’язано з виділенням великої кількості потенційної енергії при підйомі легкого матеріалу в полі сили тяжіння на відстань ~ 2000 км. Пройшовши через такий канал, легкий матеріал також сильно нагрівається, на величину ~ 1000 °. Тому в верхню мантію він надходить аномально нагрітим і легшим по відношенню до оточуючих областям.
Рис. 12.6
Завдяки зниженої щільності легкий матеріал спливає у верхні шари верхньої мантії, аж до глибин в 100-200 км і менше. Температура плавлення складових його речовин з пониженням тиску сильно падає. Тому на невеликих глибинах відбувається часткове плавлення легкого матеріалу і вторинна диференціація по щільності, після первинної диференціації на кордоні ядро - мантія. Виділяються при диференціації більш щільні речовини занурюються в нижні частини верхньої мантії, а найбільш легкі – спливають нагору. Сукупність рухів речовини в мантії, пов’язаних з перерозподілом в ній речовин з різною щільністю в результаті диференціації, можна назвати хімічною конвекцією.
Підйом легкого матеріалу по каналах в нижній мантії відбувається періодично з інтервалами приблизно в 200 млн. Років. В епоху його підйому за час в декілька десятків мільйонів років і менше у верхні шари Землі з кордону ядро - мантія надходять великі маси сильно нагрітого легкого матеріалу, відповідні за обсягом шару верхньої мантії потужністю в кілька десятків кілометрів і більше. Проте впровадження легкого матеріалу у верхню мантію відбувається не повсюдно. Канали в нижній мантії розташовані на великих відстанях один від одного, порядку декількох тисяч кілометрів. Вони можуть утворювати і лінійні системи, де канали розташовуються ближче один до одного, але самі системи також будуть сильно віддалені один від одного. Минулий через канали легкий матеріал у верхній мантії спливає в основному вертикально і заповнює області, розташовані над каналами (див. Рис. 12.6), що не поширюючись на великі відстані в горизонтальному напрямку. У верхніх частинах мантії недавно внедрившиеся великі обсяги легкого матеріалу утворюють сильно виражені високотемпературні неоднорідності з підвищеною електропровідністю, зниженими швидкостями пружних хвиль і їх підвищеним загасанням. Горизонтальний масштаб неоднорідностей в поперечному напрямку ~ 1000 км…
У верхніх шарах верхньої мантії відбувається різке зниження в’язкості її речовини. Завдяки цьому на глибинах в середньому від 100 до 200 км утворюється шар зниженої в’язкості – астеносфера. Її в’язкість в областях порівняно холодною мантії η ~ 1019- 1020 пуаз.
Там, де в астеносфері розташовані недавно піднялися з кордону ядро-мантія великі маси легкого нагрітого матеріалу, в’язкість цього шару падає ще сильніше, а потужність збільшується. Над астеносферой знаходиться багато більш в’язкий шар – літосфера, яка в загальному випадку включає кору і верхні, найбільш холодні і в’язкі шари верхньої мантії. Потужність літосфери в стабільних областях ~ 100 км і досягає кілька сотень км. Значне підвищення в’язкості, принаймні на три порядки величини, відбувається і в мантії під астеносферой.
Хімічна конвекція пов’язана з великими переміщеннями великих мас речовини у верхній мантії. Однак течії в мантії самі по собі не призводять до значних вертикальним або горизонтальним зміщенням літосфери. Це пов’язано з різким зниженням в’язкості в астеносфері, що грає роль мастильного шару між літосферою і основною частиною мантії, розташованої під астеносферой. Через існування астеносфери в’язке взаємодія літосфери з течіями в підстилаючої мантії, навіть при їх великої інтенсивності, виявляється слабким. Тому тектонічні рухи земної кори і літосфери не пов’язані безпосередньо з цими течіями “[Артюшков, с. 288-291] і механізми вертикального і горизонтального руху літосфери вимагають особливого розгляду.
(2 votes, average: 4.50 out of 5)