II проблема – Локализация плюмов.

По расположению относительно литосферных плит большинство плюмов можно разделить на две группы:

• Плюмы первой группы находятся на пересечении оси спрединга с крупными разломами: Исландский и Азорский плюмы в Атлантике, вулканические острова Сен-Поль и Амстердам на Юго-Восточном Индоокеанском хребте и др. Поднятие Шатского и ряд аналогичных океанских плато возникли на древнем тройном сочленении осей спрединга.

• Плюмы второй группы приурочены к внутриплитным, внутриконтинентальным рифтовым системам, тяготея опять-таки к их тройным сочленениям (например, район Афара в Восточной Африке) или пересечению крупными зонами разломов.

Отсюда можно сделать вывод, что размещение горячих точек на поверхности контролируется ослабленными, проницаемыми зонами в коре и литосфере. Но корни этих плюмов ниже литосферы могут иметь и иное положение.

III проблема – Стационарность плюмов.

Краеугольным камнем гипотезы Вилсона-Моргана было представление о фиксированном положении корней плюмов в подлитосферной мантии и о том, что образование вулканических цепей, с закономерным увеличением возраста построек по мере удаления от современных центров извержений, обязано «прошиванию» движущихся над ними литосферных плит горячими мантийными струями. Это положение было использовано для определения абсолютных векторов относительного перемещения плит. Позднее стало допускаться отклонение верхушки плюма в направлении течения астеносферы.

Однако совершенно бесспорных примеров вулканических цепей гавайского типа не так уж много. Например, нет четкого увеличения возраста в весьма протяженной цепи о-вов Лайн в Тихом океане. Эти трудности обусловили возникновение альтернативных гипотез образования линейных вулканических цепей. Основная их идея заключается в том, что подобные структуры приурочены к зонам разломов, а их закономерное “старение” (далеко не везде проявленное) может объясняться течением астеносферы, зависящим от вращения Земли.

Гипотеза плюмов, выступающих на поверхность в “горячих точках”, выдвинута в 1963 г. Дж. Вилсоном и обоснована в 1972 г. В. Морганом. С ее помощью объясняется внутриплитный магматизм, и в особенности образование линейных вулканических цепей, в которых возраст построек закономерно увеличивается по мере удаления от современных активных вулканов. Эта плюм-тектоника с каждым годом все более популярна. Она становится если не альтернативной, то почти равноправным партнером тектоники литосферных плит. Доказывается, в частности, что глобальный масштаб выноса глубинного тепла через “горячие точки” превосходит тепловыделение в зонах спрединга срединно-океанских хребтов.

Мантийные плюмы(или просто плюмы) представляют собой сравнительно узкие колонны разогретого вещества, поднимающиеся из глубоких слоев мантии. Плюмы, скорее всего, зарождаются на глубине не менее 700 км . По некоторым оценкам диаметр их составляет от 100 до 240 км, а скорость подъема 2 м/год. Плюмы порождают купола диаметром до 1000 км, центральные участки которых возвышаются на 1-2 км над окружающей местностью.

Горячие точки определяются как участки земной поверхности с необычно высокой вулканической активностью в настоящее время или проявлявшейся в прошлом. Иногда под горячей точкой понимают участок внутри мантии, температура которого выше средней температуры на этой глубине. Существование горячей точки устанавливается непосредственно из наблюдений за вулканической активностью рассматриваемой области, тогда как вывод о существовании плюмов – результат интерпретации, и прямое наблюдение недоступно (рис.1).

Классический пример современной “горячей точки” - о. Исландия, расположенный на пересечении оси спрединга Срединно-Атлантического хребта и зоны поперечных разломов. Действие плюма в Северной Атлантике началось на рубеже мела и палеогена, а в районе Исландии он сфокусировался в миоцене. Мощность коры океанского типа под этим островом достигает 40 км.

Рис. 1. Разрез земного шара по экватору через Тихий океан. По­казан слой D и быстро поднимающийся от него плюм, который пересекает конвективные потоки мантии.

Палеоаналоги Исландии - океанские плато, распространенные в Тихом и Индийском океанах: поднятия Шатского, Хесса, Онтонг-Джава, Кергелен и др. Область концентрации вулканических островов и подводных вулканов в центрально-западной части Тихого океана, выделенная в свое время Г.Менардом, - поднятие Дарвина - после работы американского геофизика Р.Ларсона рассматривается как проявление гигантского суперплюма, “работавшего” в середине раннего мела. Наши исследователи Л.Зоненшайн и М.Кузьмин обозначили этот регион в качестве “горячего пятна”, а не отдельной точки, современную же проекцию суперплюма усматривают в юго-западной части океана, в Полинезии. Последнее подтверждается и данными сейсмотомографии. Второй подобный современный суперплюм, по тем же данным, существует под Восточной Африкой и смежной частью Индийского океана. Имеются серьезные основания предполагать, что корни суперплюмов достигают самых низов мантии.

Не подлежат сомнениям реальность существования, а следовательно и значительная роль плюмов в развитии литосферы и магматизма как внутриплитного, так и на дивергентных (расходящихся) границах плит (Исландия только один из примеров). Эта роль была, вероятно, особенно высока на ранних стадиях истории планеты. Вместе с тем возникает ряд проблем, пока не нашедших убедительного решения.

Помимо перечисленных выше проблем (глубина заложения плюмов, или иначе говоря, положение их корней в мантии; их локализация относительно границ литосферных плит и внутри последних; стационарность - абсолютная или относительная; длительность проявления) имеется главная проблема – соотношение конвекции, управляющей кинематикой литосферных плит, с адвекцией, вызывающей подъем плюмов. Они уже в принципе не могут быть независимыми процессами.

Таким образом, в проблеме плюмов остается еще много неясного. А как они вписываются в общую картину мантийной конвекции?

С плюмами, расположенными на осях спрединга, все более или менее ясно: они отвечают участкам более интенсивного восходящего конвективного тепломассопереноса, причем глубинные плюмы подпитывают верхнемантийную конвекцию. На основных плюмогенерирующих уровнях погружение субдуцируемых слэбов провоцирует подъем соседних плюмов, которые используют поступающий из слэбов материал. Такой сценарий в частности предполагается для слоя D''. По идее А.Никишина, возникновение суперконтинента, опоясанного зонами субдукции, вызывает формирование под ним суперплюма. Последний в конечном счете стимулирует рифтинг и распад суперконтинента с образованием многочисленных “горячих точек”. Этот процесс наглядно иллюстрирует пример отдельных разновозрастных сегментов Атлантики, в пределах которых континентальный рифтинг с роем даек и платобазальтовыми полями закономерно предшествовал началу спрединга и образованию океана. В Центральной Атлантике это происходило в конце триаса – начале юры, в Южной Атлантике - в конце юры –начале мела, в Северной Атлантике – в самом конце мела и палеоцене.