8.2. Плюм-тектоника.

Важным результатом рассмотренной выше термохимической модели конвекции является вытекающая из нее плюм-тектоника, характерные черты которой проиллюстрированы на рис.14. Здесь показаны три принципиально различные ситуации в динамическом развитии мантийных плюмов, полученные в результате численного моделирования. В верхней части рисунка (рис.14а) показана эволюция нижнемантийного суперплюма, обладающего подъемной силой химической плавучести, достаточной, чтобы легко преодолеть барьерную границу между верхней и нижней мантией на глубине 670 км. В этом случае нижнемантийный суперплюм непосредственно достигает подошву литосферы, растекаясь вдоль нее по латерали на большие расстояния (порядка первых тысяч километров) и приводя (в зависимости от условий взаимодействия с литосферой ) либо к огромным объемам трапповых излияний (например, Тунгусская платобазальтовая провинция), либо к крупным рифтовым системам (например, Западно-Сибирская или Южно-Карская рифтовые системы) с проявлением в большей или меньшей степени сопутствующего магматизма.

В средней части рисунка (рис.14б) представлена иная ситуация, когда нижнемантийный плюм с меньшей подъемной силой плавучести по-сравнению с предыдущим случаем, достигая «барьерной» границы между верхней и нижней мантией и будучи не в состоянии схожу ее преодолеть, сначала растекается вдоль этой границы, а затем все таки прибивает себе путь наверх сразу в нескольких местах, образуя вторичные или «дочерние» плюмы, которые как бы заново «стартуют» из слоя, расположенного в подошве верхней мантии. В этом случае на поверхности Земли могут возникнуть сразу несколько рифтовых систем или трапповых провинций, разнесенных в пространстве на достаточно большие расстояния. Характерным примером развития такой геодинамической ситуации является девонский рифтогенез, сопровождаемый магматической активностью на Восточно-Европейской платформе, в результате которого образовались Припятско-Днепровско-Донецкая, Кольская, Тимано-Печорская и Вятская рифтовые системы и магматические провинции, удаленные друг от друга на значительные расстояния.

Наконец, в нижней части рисунка (рис.14в) показана ситуация, при которой нижнемантийный плюм, достигая подошвы верхней мантии, в силу недостаточной силы плавучести оказывается не в состоянии преодолеть эту границу и вынужден растекаться вдоль нее на большие расстояния, формируя переходный слой мантии с особыми геохимическими свойствами.

Возвращаясь ко второму случаю описанной плюмовой тектоники (рис.14б), заметим, что двухъярусная термическая конвекция (с полупроницаемой барьерной границей между векрхней и нижней мантией) вызывает дробление плюмов химического происхождения, а взаимодействие термического и химико-плотностного механизмов конвекции приводит к случайно-ступенчатому характеру движений в мантии. Вертикальные перемещения вещества чередуются с латеральными, причем величина последних колеблется в широких пределах даже при незначительных изменениях плотности - этим можно объяснить сложный стохастический характер движения мантии в периоды между редкими исключительными событиями - суперплюмами. Напомним, что в западной литературе хаотический характер движений моделируется турбулентным режимом термической конвекцией при числах Рэлея порядка 10⁷ [51, 41].

Еще одной важной проблемой геодинамики плюмов является особенность их поверхностного проявления, которая заключается в очень быстром образованиии крупных трапповых провинций за время меньше одного миллиона лет. Например, чтобы объяснить образование на границе перми и триаса за столь короткий промежуток времени гигантской Тунгусской трапповой провинции в Восточной Сибири, необходимо иметь реальный механизм накопления громадного объема магматического расплава непосредственно в подошве литосферы на очень большой площади, способного затем практически мгновенно (в геологическом масштабе времени) излиться на поверхность Земли при возникновении системы выводных каналов.

Такой механизм концентрации расплава, как показано в работах [7,12], действительно существует и связан с явлением гидроразрыва скелета астеносферной среды, при котором образуются горизонтальные слои практически чистого расплава на большой площади. Одним из таких наиболее мощных слоев гидро- или магморазрыва может оказаться подошва литосферы, вблизи которой в результате вертикальной фильтрации магмы из нижележащей двухфазной астеносферы будет накапливаться магматический расплав. При мощном тепловом воздействиии всплывающего и растекающегося мантийного плюма над ним образуется достаточно толстый слой двухфазной частично расплавленной астеносферы, поровый магматический расплав которой (в силу указанных механизмов вертикальной фильтрации и горизонтального магморазрыва) может быстро сконцентрироваться у подошвы литосферы в виде слоя чистого расплава мощностью несколько километров, распределенного по большой площади. После этого уже готовый огромный резервуар магмы при определенных механических условиях может быть практически мгновенно выведен на поверхность по системе трещин в литосфере в виде трапповых излияий. При этом территория такой трапповой провинции будет устойчиво находится в приподнятом состоянии. В случае частичного излияния расплава из подлитосферного резервуара на поверхность в процессе рифтогенеза оставшийся объем магмы при затухании процесса и общем охлаждении среды будет испытывать фазовый переход типа «габбро-эклогит», образуя линзы тяжелого вещества, приводящего к погружению территории с образованием иногда очень глубоких осадочных бассейнов [14].

Таковы некоторые особенности плюмовой тектоники, вытекающие из рассмотренной термохимической модели глобальной геодинамики, которые позволяют понять формирование различных внутриплитных структур на поврхности Земли.