ЛИТОСФЕРA ЗЕМЛИ -ТИХИЙ ОКЕАН

Source: Мелекесцев -
http://geo.web.ru/Mirrors/ivs/publication/whirlwinds/Melekesev.htm
Институт вулканической геологии и геохимии ДВО РАН
РОЛЬ ВИХРЕЙ В ПРОИСХОЖДЕНИИ И ЖИЗНИ ЗЕМЛИ



К самой крупной глобальной структуре Земли, которую можно связывать на ранней стадии развития с вихревыми движениями, созданной уже после формирования литосферы Земли, предположительно отнесена впадина Тихого океана с реликтовым Поднятием Дарвина (Викулин, Мелекесцев, 1997).

Поднятие Дарвина (ПД) выделено Г.У.Менардом (1966). Это обширное (10000х4000 км) возвышение в центре Тихого океана.

Предполагается, что 100 Ма оно поднималось над дном океана не менее чем на 2 км, имело объем свыше 20 млн. Км3 и было приурочено к широтному выступу мантии – мантийному плюму.

Более молодым аналогом Поднятия Дарвина Менард считает Восточно-Тихоокеанское поднятие. По современным представлениям (Maruyama et al., 1994), Восточно-Тихоокеанское поднятие также результат суперплюма. Время возникновения ПД не установлено, хотя Харланд и др., 1985, считают, что его рост начался с альба (113-97.5 Ма), а наиболее интенсивно он протекал в позднем мелу. Величина вихря составляла более 6000 км.

Положительная деформация океанической литосферы при формировании ПД с образованием сводообразного вздутия планетарного масштаба была следствием подъема наверх огромных масс сильно нагретого магматического вещества.

Большая часть магмы не доходила до поверхности, а внедрялась и распространялась под ним в литосфере по субгоризонтальным границам раздела в виде мощных силлоподобных тел. Вначале центр ПД находился в западной части современной впадины Тихого океана, а затем он сместился к ее центру, в район о.Гавайи.
В течение всего периода роста ПД по периферии Тихого океана должна была доминировать тенденция общего сжатия. Вероятно также, что рост ПД способствовал уменьшению скоростей раздвига в существовавших тогда зонах спрединга.

Ускорение движения магматических потоков в периоды роста усиливало процессы сжатия на восточной периферии Тихого океана. Тот же эффект торможения на западной периферии Тихого океана "работал" в противоположном направлении, замедляя или прекращая на время продвижение магматических потоков на запад. Сжатие в пределах западной окраины Тихого океана ослабевало.

Наоборот, в ходе разрушительных периодов ПД, сопровождавшихся массовыми базальтовыми излияниями на дне океана, оттоком магматического вещества под азиатский и американский материки , преобладавшее на периферии Тихого океана сжатие сменялось преобладавшим растяжением, что способствовало возникновению многочисленных зон разломов, в том числе глубинных, по которым на поверхность стали поступать огромные объемы вулканических продуктов.

Резко активизировались зоны спрединга и как результат – усилились субдукционные процессы по периметру Тихого океана. Не исключено, что именно в то время зоны субдукции приобрели главные черты своего современного строения. При разрушении ПД и уменьшении энергетики эндогенных процессов вместо двух гигантских вихрей в центре Тихого океана возникло множество более мелких вихревых структур на его периферии. Диаметр этих структур от 300-400 до 1000 км. Они прекрасно выражены в рельефе как на северо-западном, так и на северо-восточном обрамлении Тихого океана. Поднятие Дарвина разрушилось за 1 Му. Об этом свидетельствует краткость проявления глобальной иридиевой аномалии, которая, возможно, была индикатором базальтового вулканизма около 65 Ма.

Вулканическая деятельность времен коллапса ПД была преимущественно эффузивной, но были и мощные катастрофические взрывы, ионизированные эруптивные тучи которых достигали ионосферы. В результате таких взрывов создавались условия для образования импактитных алмазов (Мелекесцев, 1979), которые обнаруживались на Камчатке.
Произошла структурно-тектоническая перестройка всей периферии Тихого океана. Вулканизм, тектонические движения, сейсмичность здесь носили катастрофический характер и возникла единая и динамичная переходная зона обрамления Тихого океана, в пределах которой эндогенные процессы протекают взаимосвязанно.

Зону обрамления Тихого океана часто называют Огненным кольцом из-за обилия вулканов. Однако вулканы – это "вершки", на которые приходится всего порядка 1/5-1/10 магматического вещества питающих их магматических очагов. Вещество "вершков" и "корешков" во времени ведет себя по-разному.

Первоначально высокая (до 1000-1100oС) температура изверженных вулканических продуктов быстро падает до температуры окружающей среды, а сами вулканы за тысячу-миллион лет разрушаются. Наоборот, оставшиеся на глубине огромные объемы недоизверженной магмы не успевают остывать и сохраняют высокую температуру намного дольше.

Сопряженно с формированием Поднятия Дарвина происходило и развитие Тихоокеанского подвижного пояса. В хорошем согласии находится этапность развития орогенных зон мезозойской складчатости на территории Северо-Востока СССР и запада Северной Америки. Фазы складчатости на границе верхней юры и нижнего мела, нижнего и верхнего мела в точности соответствуют этапам роста Поднятия Дарвина.

Возникновение Охотско-Чукотского вулканогенного пояса, происходившее по данным палеовулканологов (В.Ф.Белый и др.), в течение очень короткого времени (конец среднего альба-первая половина сеномана), является, по-видимому, реакцией на быстрое растяжение, которое должно было последовать в результате опускания Поднятия Дарвина после первой кульминационной фазы развития.

Динамика формирования и разрушения Поднятия Дарвина позволяет объяснить наблюдающуюся сейчас асимметрию строения западного и восточного обрамления Тихого океана: широкое распространение структур типа островных дуг – на западе и их специфическое развитие на востоке (на западной периферии океана господствует растяжение, а на востоке – сжатие). На западе сжатие ослабевало даже в периоды роста ПД, на востоке же сжатие усиливалось. В периоды разрушения и опускания ПД общее растяжение, которое проявлялось по всей периферии океана, на западе дополнялось за счет двух факторов: продвижения к востоку магматических потоков возникших там вихрей второго порядка и усиления активизации спрединговой зоны в Северной Атлантике. В последнем случае это было обусловлено тем, что Евразийская плита ускоренно двигалась к востоку от зоны спрединга, усиливая растяжение, а Североамериканская – к западу, компенсируя растяжение.


Однако наибольшие последствия для формирования главных черт современного геологического строения подвижного пояса периферии и дна Тихого океана имели распад и опускание Поднятия Дарвина после второй кульминационной фазы. Именно тогда произошло заложение близкой к современной системы глубинных разломов и активизировался процесс поддвигания океанической плиты под материковую в западном секторе периферии Тихого океана, что в итоге привело к возникновению здесь характерной системы островных дуг и родственных им тектонических систем. В свою очередь, поддвигание плит способствовало появлению в переходной зоне локальных нисходящих вихрей как причины образования глубоководных впадин окраинных морей – Охотского, Берингова, Японского и др.).

Опускание центральной части Поднятия Дарвина также сопровождалось возникновением нисходящих спиральных вихрей. "Отлитые в камне" следы этих вихрей (вулканические поднятия островов Кука, Лайн, Маршалловых, вулканическое нагорье Маркус-Неккер) окружают в настоящее время Центральную котловину Тихого океана.

В глобальном плане финальное опускание и разрушение Поднятия Дарвина явились, по-видимому, причиной общего растяжения литосферы и сопровождающих его базальтовых излияний в интервале от 65-70 до 55 Ма, происходивших по всему земному шару (траппы Декана, Арктической трапповой провинции, базальтовые излияния в Австралии, Африке, на Аравийском полуострове и т.д.). Но особенно мощное оживление вулканической деятельности, приведшее к резкому возрастанию скорости спрединга и перемещения плит (Диц, Холден, 1974; Кулон, 1973) и др., имело место в пределах срединно-океанических хребтов.

Юго-западный сектор Тихоокеанского подвижного тектонического пояса приобрел важнейшие особенности своего геологического строения и морфологии под влиянием системы нисходящих вихрей, наблюдающихся по периметру Австралийской плиты. Здесь можно выделить четыре вихря: Восточно-Индонезийский (между островами Калимантан, Новая Гвинея и северо-западной окраиной Австралийской плиты), Ново-Гвинейский (к северо-востоку от о.Новая Гвинея), вихри Соломоновых островов и островов Фиджи. Все они закручены против часовой стрелки. Первые два являлись субстационарными, а два других были подвижными и перемещались с юга на север. С местоположением и развитием названных вихрей, возникших при движении в северном направлении Австралийской плиты, согласуются главные черты геологии и тектоники этого региона, рельеф, размещение вулканов и строение отдельных участков фокальных зон.

На Поднятии Дарвина эксплозивный вулканизм имеет подчиненное положение, а главная роль принадлежит массовым базальтовым излияниям на дне океанов.

Образуется огромное количество крупных подводных базальтовых вулканов и островов-вулканов.

Магматические потоки от главного вихря распространяются на большое расстояние под материковые плиты азиатского и американских континентов.

Вихри II порядка по периферии Тихого океана тоже генерировали магматические потоки разных рангов и размеров. В качестве примера можно привести магматические потоки хребта Бауэрса и вулканического массива Вулканологов в юго-западной части Берингова моря, многочисленные магматические потоки Центральной Америки, магматический поток Snake River в Северной Америке (Smith, Braile, 1993).

Примером небольшого подвижного вихря антициклонального типа служит Гавайский, приуроченный к юго-восточной оконечности Гавайского вулканического хребта).

Центральная часть вихря совпадает с гигантским (объем 113 тыс. км3) подводно-надводным островом-вулканом Гавайи. Средняя скорость поступления магматического материала за последние 150лет оценивается в 0.11 км3/год (Swanson, 1972). Однако по данным С.Тораринссона (1970) только ¼ базальта достигает поверхности литосферы. С внешней стороны закрученная против часовой стрелки цепочка молодых вулканов о-вов Гавайи, Мауи и других окружена сходно ориентированным валом, а еще дальше – понижением. Судя по следам вихря на поверхности дна океана, его поперечник равен 800-1000 км.

Поступательное движение Гавайского вихря происходило в целом с СЗ на ЮВ.

Пройденный путь трассируется подводными вулканами и вулканическими островами Императорского (двигался с ССЗ на ЮЮВ, длина ~2200 км) и Гавайского (двигался с СЗ на ЮВ, длина ~2400 км) хребтов. Его исток был приурочен к Камчатско-Командорскому вихрю II порядка, возникшему во время одного из эпизодов разрушения Поднятия Дарвина 90-85 Ма. Движение же Гавайского вихря началось, по-видимому, ~85 Ма, поскольку возраст базальтов подводных вулканических массивов Meiji (возвышенность Обручева) и Detroit на крайнем его ССЗ равен соответственно 85 и 81 Ма (Regelous et al., 2003).

А поворот на СЗ, судя по возрасту пород подводных вулканических массивов Yuryaku и Daikakuji, произошел 43-42 Ма (Regelous et al., 2003). Таким образом, средняя скорость движения вихря вдоль Императорского хребта составляла ~5.2 см/год, Гавайского хребта - ~5.6 см/год. Но она была весьма непостоянной, о чем свидетельствует групповое распределение островов-вулканов, и могла достигать в некоторые интервалы времени большей величины. В настоящее время активная часть центральной части вихря испытывает опускание (о-в Гавайи – 4.8 мм/год, о-в Мауи – 1.7 мм/год).

Граница активной зоны проходит через о-в Молокаи, который стабилен. Все остальные острова испытывают поднятие. Моделью Гавайского спирального вихря может служить прохождение воронкообразного вихря по поверхности воды.
Центры аналогичных вихрей располагаются сейчас под вулкано-тектоническими депрессиями Тоба (на о-ве Суматра) и Таупо-Роторуа (Северный остров Новой Зеландии), где в плейстоцене имели место самые крупные на земном шаре извержения кислого пирокластического материала: более 5000 км3 в первом случае и ~8000 км3 – во втором (в сумме).

Разница в составе изверженного материала объясняется неодинаковым строением литосферных плит над вихрями: в первом случае океаническая плита, в двух других – окраины материковых плит.

Следы других подвижных вихрей антициклонального типа видны в районе о-вов Фиджи, южной части архипелага Соломоновых островов. Их поперечники колеблются от 600 до 2000 км.
Комплекс центральноамериканских дуг связан с прорывом магматических потоков между Северной и Южной Америкой из-за отсутствия там препятствия в виде мощной континентальной литосферы. Причем наиболее молодые подвижки магматических потоков ассоциируются уже не суперплюмом Поднятия Дарвина, а с Галапагосским вихрем, активным в плиоцене и плейстоцене.

Причиной возникновения островных дуг Фолклендских, Южно-Сандвичевых и Южно-Шотландских островов между Южной Америкой и Антарктидой является такой же прорыв магматического потока из района Восточно-Тихоокеанского поднятия – более молодого аналога Поднятия Дарвина.