 | ЛИТОСФЕРА И АСТЕНОСФЕРА |
В отличие от коры и мантии, выделяемым по вещественному составу и скачку скоростей сейсмических волн на границе Мохоровичича, литосфера и астеносфера — понятия реологические. Литосфера – это хрупкий, ломкий слой коры и верхней мантии, астеносфера – пластичный, податливый слой. Исходным основанием для выделения астеносферы — ослабленной (ductile), пластичной оболочки, подстилающей более жесткую и хрупкую(brittle) литосферу, была необходимость объяснения явления изостазии.
Поскольку геологические образования в основном находятся в изостатическом равновесии, а ледники действительно показывают, что под дополнительной нагрузкой происходит проседание коры, а при снятии нагрузки - ее подъем, это возможно только при наличии пластичного слоя, способного к перетеканию из областей повышенного геостатического давления в области пониженного. Астеносфера была установлена методом магнитотеллурического зондирования, при котором она проявляет себя как зона понижения электрического сопротивления и здесю же отмечается повышенное затухание сейсмических волн.
Все эти особенности астеносферы вызваны снижением вязкости из-за подплавления слагающего ее вещества. Содержание расплава должно быть невелико, несколько процентов; пленка расплава вокруг твердых зерен снижает вязкость и увеличивает пластичность. Этому способствует повышение температуры, его эффект более весом, чем действие давления, препятствующего плавлению.
Дальнейшее повышение температуры или понижение давления приводит к увеличению содержания расплава в астеносфере и к образованию магматических камер, питающих эффузивный или интрузивный магматизм. Образующаяся в астеносфере магма имеет базальтовый состав, т.е. содержит больше кремнезема, чем исходное ультраосновное вещество. И только при еще более высокой температуре происходит переход в расплав большего процента мантийного вещества и образование магмы ультраосновного состава. Но такие условия были широко распространены лишь на ранних стадиях развития Земли, до 2,5 млрд. лет, — в архее, когда тепловой поток был значительно более высоким, чем современный.
Таким образом, астеносфера является главным источником магматической деятельности на Земле. Но магматические очаги возникают и в коре, и в литосферной мантии, они часто являются вторичными по отношению к астеносферным и играют подчиненную роль. Мантийные магмы имеют базальтовый состав; если они возникают за счет истощенной, деплетированной мантии, их отличает крайне низкое содержание щелочей и некогерентных элементов, их продуктом являются толеитовые базальты. В случае, если магматические очаги образуются в недеплетированной мантии, они дают щелочные базальты, обогащенные некогерентными элементами. Коровые магмы имеют более разнообразный и более кислый состав, вплоть до риолитов и гранитов. Широко распространены породы, образовавшиеся благодаря взаимодействию мантийных магм с коровым веществом; к ним относятся диориты, монцониты и др. Существенное влияние на состав магм и пород имеют поднимающиеся из мантийных глубин или из зон поддвига океанской коры флюиды, вызывающие метасоматические изменения мантии и коры и привносящие в них легкоподвижные компоненты.
Астеносфере принадлежит ведущая роль и в горизонтальных движениях плит и пластин. Подъем поверхности астеносферы приводит к подъему литосферы, а в предельном случае — к разрыву ее сплошности, образованию раздвига и опусканию. К последнему ведет отток астеносферы. Из двух оболочек, астеносфера является активным, а литосфера — относительно пассивным элементом. Их взаимодействием определяется тектоническая и магматическая «жизнь» земной коры.
Данные глубинного сейсмического зондирования показали, что в осевых зонах срединно-океанских хребтов, особенно на Восточно-Тихоокеанском поднятии, кровля астеносферы находится на глубине всего 3—4 км, т.е. литосфера ограничивается лишь верхней частью коры. По мере движения к периферии океанов толщина литосферы увеличивается за счет низов коры и верхов мантии и может достигать 80 — 100 км. В центральных частях континентов, особенно под щитами древних платформ, таких как Восточно-Европейская или Сибирская, мощность литосферы измеряется уже 150-200 км, а в Южной Африке - 350 км, т.е. вся мантия выше слоя Голицына может входить в состав литосферы, однако существуют трудность обнаружения астеносферы на глубинах более 150—200 км, хотя ее присутствие на лицо из-за изостатического равновесия. Причина того, что астеносферу не везде легко обнаружить, состоит в уменьшении контраста между литосферой и астеносферой как в отношении скорости распространения сейсмических волн, так и в отношении электропроводности. Зависит это от уменьшения содержания в астеносфере расплава; в пределе отличие астеносферы от литосферы может состоять лишь в аморфизации вещества. И все это определяется величиной идущего из недр теплового потока: чем выше этот поток и соответственно геотермический градиент, тем на меньшей глубине происходит переход от литосферы к астеносфере и тем мощнее оказывается последняя.