Краткая геофизическая характеристика плит

В результате изучения геологии океанического дна было выявлено, что границам литосферных плит свойственно не только резкое изменение мощности литосферы, но и аномальные значения многих геофизических параметров.

Характерным признаком являются, например, гравиметрические данные - результаты измерения ускорения свободного падения. Гравиметрические данные отображают распределение плотности литосферы и мантии, поэтому по этим данным можно судить о рельефе океанического дна, об изменениях глубин основных плотностных границ в земной коре и верхней мантии, а также о горизонтальных изменениях плотности внутри отдельных слоев. И так как влияние рельефа дна и поведение в разрезе основных плотностных границ можно исключить (по данным батиметрии и сейсмологии), то особый интерес приобретает анализ горизонтальных изменений плотности.

В соответствии с результатами интерпретации гравиметрических данных под срединно-океаническими хребтами верхняя мантия находится в разуплотненном состоянии, что, по-видимому, соответствует положению, астеносферного диапира (прорыву астеносферы) под рифтами. Этим данным отвечают и результаты сейсмических исследований, выявившие, что в верхней мантии, при приближении к рифту, скорость распространения упругих волн снижается, а поверхность Мохоровичича не прослеживается.

В целом гравиметрические данные позволяют считать срединно-океанические хребты изостатически уравновешенными - их рельеф соответствует мощности литосферы и распределению ее плотности.

Совсем иначе обстоит дело с гравитационным полем глубоководных желобов и островных дуг, представляющих другой тип границ литосферных плит. Здесь в пределах желобов наблюдается некомпенсированное глубокое прогибание литосферы, поэтому островным дугам соответствуют гравитационные аномалии, свидетельствующие о резком нарушении изостатического равновесия. Скорость распространения упругих волн под корой островных дуг резко снижается до 7,6-7,7 ^км/_с, причем это снижение прослеживается во всей толще твердой верхней мантии и сливается с астеносферой.

Гравитационное поле окраинных морей свидетельствует о наличии здесь разуплотнения вещества верхней мантии. Однако в связи с постоянством скорости упругих волн это разуплотнение следует отнести к астеносфере; окраинным морям вообще соответствуют более мощная астеносфера и более тонкая твердая часть верхней мантии.

Приведем также гравитационную характеристику других океанических структур. Поле силы тяжести вулканических хребтов свидетельствует о их изостатической неуравновешенности, об избытке масс верхней мантии, где отмечается возрастание скорости упругих волн. Асейсмичные хребты, наоборот, характеризуются дефицитом масс, что, по-видимому, связано с наличием здесь "корней гор", глубоких прогибов поверхности Мохоровичича.

И наконец, гравитационная характеристика глубоководных котловин. Эти структуры характеризуются небольшими вариациями поля силы тяжести и находятся, в общем, в изостатически уравновешенном состоянии.

Значительные сложности вызывает интерпретация данных измерения теплового поля океанического дна. Как уже указывалось, термический режим дна океанов практически не подвержен суточным и сезонным колебаниям - здесь господствует постоянная невысокая температура около 3°С, обусловленная влиянием практически только глубинного фактора Земли.

Рис. 33. Изменение теплового потока океанического дна: а - сопоставление гистограмм теплового потока океанического дна и континентов; б - связь теплового потока с возрастом базальтового фундамента Восточно-Тихоокеанского поднятия; в - изменения теплового потока над океаническими структурами. Средние значения теплового потока: 1 - Мирового океана в целом; 2 - центральных районов Тихого океана

Основным, но не единственным источником внутреннего тепла Земли принято считать энергию естественного распада радиоактивных элементов. Среди известных на планете пород наибольшим содержанием радиоактивных элементов характеризуются граниты. Значительно меньше их в базальтах и практически нет радиоактивных элементов в ультраосновных породах мантии. Результаты непосредственного измерения теплового потока на континентах показывают, что его значения в основном колеблются в интервале 25-100 ^мВт/_м². В то же время, по подсчетам, слой континентальной коры толщиной 30 км и состоящий из 15 км гранитов и 15 км базальтов, способен генерировать тепловой поток только за счет содержащихся в нем радиоактивных элементов мощностью в 35-40 ^мВт/_м². Таким образом, получается, что основная доля внутреннего тепла Земли связана не с глубинными геосферами, а генерируется в самой верхней из них - земной коре, причем преимущественно в гранитном слое. Но так обстоит дело на континентах. А в океанах? Здесь при отсутствии гранитного слоя и значительно меньшей мощности базальтов следует ожидать, что тепловой поток будет в десятки раз слабее континентального. Однако, к удивлению ученых, прямые измерения не подтвердили это предположение. Более того, значения теплового потока, измеренные в некоторых районах Мирового океана, значительно превышают значения на континентах и достигают 200-250 ^мВт/_м². Удивительным оказалось и практическое равенство средних значений для континентов и океанов - около 48 ^мВт/_м² (рис. 33, а).

Максимальные значения теплового потока оказались у срединно-океанических хребтов. Здесь тепловой поток обычно в 2-2,5 раза выше среднего значения, а иногда достигает 250 ^мВт/_м² и более (Восточно-Тихоокеанское поднятие, Красное море).

Кривая изменения теплового потока испытывает уверенную тенденцию к возрастанию с уменьшением возраста базальтового фундамента, т. е. по направлению к рифтовой долине или гребню срединно-океанического хребта. Это обстоятельство указывает на несомненную связь таких аномалий теплового потока с астеносферным диапиром (рис. 33, б). Здесь, однако, иногда отмечается небольшой минимум теплового потока, что, возможно, обусловлено горизонтальным изменением теплопроводности (рис. 33, в).

Таким образом, в океанах в отличие от континентов основная часть глубинного теплового потока формируется не в коре, а поступает из астеносферы.

В противоположных частях литосферных плит, в пределах глубоководных желобов, отмечаются региональные минимумы теплового потока, снижающегося здесь в среднем до 25 ^мВт/_м². В сопряженных с желобами островных дугах, наоборот, отмечается увеличение теплового потока до 60-120 ^мВт/_м², что связано с развитием вулканизма в этой зоне. Примерно такие же повышенные значения теплового потока характерны и для окраинных морей, для которых, как указывалось выше, характерно приближение астеносферного слоя.

Приведем также геотермическую характеристику для других океанических структур.

Вулканическим хребтам свойственны средние значения теплового потока около 40-60 ^мВт/_м². Асейсмичные хребты обладают пониженными значениями теплового потока, в основном не выше 40 ^мВт/_м². Еще ниже значения теплового потока глубоководных котловин, где они снижаются до 35-40 ^мВт/_м².