Реологические свойства Земли

source: http://avspir.narod.ru/geo/khain1995/hain_18_2.htm

Характер тектонических процессов, протекающих в Земле, зависит от реологических свойств ее оболочек. Важнейшим показателем этих свойств является вязкость. Вязкость горных пород зависит от их петрографического состава, содержания воды, температуры и давления. Первые два фактора вносят неопределенность в оценку вязкости глубинных пород, а последние два, закономерно возрастая с глубиной, дают возможность рассчитать изменение вязкости в этом направлении. При этом температурные условия зависят от величины теплового потока, который зависит от возраста коры, особенно океанической. Косвенными показателями вязкости являются скорости распространения сейсмических волн и сейсмическая активность: чем последняя выше, тем с более вязкими, более хрупкими породами мы имеем дело, а отсутствие сейсмичности указывает на переход от хрупкого к пластичному состоянию.

Различия в вязкости сказываются уже при деформации верхнего, осадочно-вулканогенного слоя земной коры.

В континентальной коре высокой вязкостью и хрупкостью обладает ее верхняя часть до глубины 10—15км, где сосредоточена основная сейсмоактивность. Ниже кора оказывается пластичной. При повышенном тепловом потоке в верхах нижней коры, на уровне границы Конрада, наблюдается новое повышение вязкости и вырисовываются два минимума вязкости — один в низах верхней коры, другой в нижней коре. На уровне границы Мохо вязкость снова возрастает, затем постепенно снижаясь в литосферной мантии, вплоть до границы астеносферы. Таким образом, в континентальной литосфере выделяются один или два уровня пониженной вязкости — в нижней и средней коре, что и обусловливает ее тектоническую расслоенность и различное поведение коры и литосферной мантии в процессе перемещения и деформаций литосферных плит с континентальной корой.

Иные соотношения в океанической литосфере:до глубины 5км вязкость резко возрастает, затем с дальнейшим увеличением глубины идет ее постепенный рост, сменяющийся значительно более быстрым падением вязкости у границы астеносферы. Наблюдается сильная зависимость вязкости от возраста литосферы. Чем моложе океаническая литосфера, тем на меньшей глубине начинается падение вязкости. Этим, согласно Р. Майснеру и Т. Уиверу, можно объяснить срыв пластин офиолитовых шарьяжеи. Кроме того, в литосфере с возрастом до 30 Му на границе Мохо отмечается понижение вязкости, что создает условия для срыва некоторых офиолитовых наползней непосредственно по поверхности Мохо, тем более что на уровне последней обычно наблюдается интенсивная серпентинизация.

Переход от литосферы к астеносфере знаменуется более или менее резким, в зависимости от величины теплового потока, понижением вязкости. Вязкость астеносферы под континентами составляет 1021—1022 П (пуаз), под океанами — 1019—1020 П по сравнению с 1022—1026 и 1022—1025 П для литосферы. Астеносфера, в отличие от литосферы, не обладает пределом прочности и ее вещество способно к течению даже при малых избыточных давлениях. Этим обеспечивается изостатическое равновесие литосферы — при возрастании на нее нагрузок и погружении происходит отток астеносферы на глубине и ее нагнетание в область утонения литосферы вследствие денудации или других причин. Скорость подъема земной поверхности при снятии ледовой нагрузки со щитов, подвергавшихся четвертичному покровному оледенению, дала возможность определить вязкость астеносферы.

В подастеносферной мантии вязкость выше, но ее определение затруднено из-за отсутствия достоверных сведений о температуре на соответствующй глубине. Исходя из того, что вязкость не препятствует конвекции, вязкость средней мантии до глубины 670 км принимается как 1022— 1023 П, а нижней мантии — 1023—1024 П (В.Н. Жарков).