Тихоокеанское огненное (вулканическое) кольцо


 

 

Тихоокеанскую подвижную зону называют circum-Pacific orogenic belt, известный также как Ring of Fire. 

Глубинные корни вулканов изучаются методами геофизики: аппаратура улавливает идущие из недр упругие колебания, тепловой поток, прохождение естественных электрических токов. С помощью геофизических методов можно просвечивать недра упругими волнами и получать объемное изображение образований (метод томографии). Наконец, по аномалиям силы тяжести выявляется распределение масс и определяются магнитные свойства тех или иных объемов глубинного вещества. 

Однако корни вулканов Тихоокеанского обрамления прослеживаются гораздо глубже, чем это предполагали прежде, а зарождение и размещение вулканов строго обусловлены геологической обстановкой. 

На сходящихся границах литосферных плит происходит субдукция. По мере субдукции океаническая литосфера попадает в область все более высоких температур и давлений, где из нее выделяются перегретые минеральные флюиды. От наклонной зоны субдукции эти флюиды и тепловой поток направляются вверх, возбуждая плавление горных пород и образование магмы. В свою очередь, магма прорывается на земную поверхность, порождая вулканические извержения. 

Так над зоной субдукции образуются связанные с нею вулканы. 

В Тихом океане находится несколько зон спрединга океанической литосферы, главная из которых Восточно-Тихоокеанская . По периферии океана происходит субдукция этой литосферы под обрамляющие континенты и Тихоокеанское огненное полукольцо. 

Соотношения между вулканами и уходящей под них зоной субдукции можно рассмотреть на примере Камчатки: ее геологическое строение подробно изучено, а действующие вулканы (их около 30) находятся под постоянным наблюдением ученых. Эта часть вулканического кольца приурочен к активной границе двух крупных литосферных плит: Тихоокеанская плита, которая движется здесь на северо-запад со скоростью 8-9 см/год, пододвигается под почти неподвижный континентальный край. 

Согласно некоторым расчетам, этот край, возможно, тоже перемещается на северо-запад, но очень медленно (со скоростью менее 1 см/год). 

Таким образом, скорость относительного схождения (конвергенции) литосферных плит близка здесь к 8 см/год, что определяет и скорость субдукции. В рельефе морского дна линия соприкосновения двух литосферных плит выражена узким и глубоководным (до 8 км) Камчатским желобом. 

На Камчатской зоне субдукции Тихоокеанская плита сначала полого пододвигается под камчатскую континентальную окраину, затем перегибается и уходит на глубину под углом около 55о. Это старая, меловая, мощностью около 70 км, остывшая и упругая океаническая литосфера, которая хорошо различима ниже, где погружается в разогретый и размягченный материал астеносферы. С помощью сейсмической томографии удалось проследить субдуцирующую плиту очень глубоко. В отличие от многих других зон субдукции, здесь литосфера пересекает границу верхней и нижней мантии Земли (в 670 км от поверхности), достигая глубин более 1000 км. При этом, погружаясь наклонно, Тихоокеанский слэб проходит под всей Камчаткой, а далее под Охотское море. 

Субдукция под Камчатку сопровождается образованием очагов землетрясений. Они появляются уже на первом перегибе литосферы у глубоководного желоба (очаги растяжения на своде и сжатия внутри изгибающейся плиты). 

Затем следуют многочисленные и сильные очаги скалывающих напряжений на контакте двух сходящихся литосферных плит - там, где одна из них отжимается вниз и начинает пододвигаться. Наконец, еще ниже, где океаническая плита пересекает вязкую астеносферу, очаги зарождаются внутри нее до тех пор, пока плита не разогреется и не утратит способность к хрупким деформациям. Это очаги растяжения и сжатия, порожденные температурными и иными изменениями объема пород. Как видно на разрезе, такие очаги землетрясений сначала (до некоторой глубины) размещаются в два ряда, это обусловлено большой толщиной субдуцирующей литосферы. В целом вырисовывается наклонная сейсмическая зона, берущая начало от Камчатского желоба и доходящая до глубин 500-550 км. Подобные наклонные системы очагов характерны для всех современных зон субдукции по зоне Беньофа, кое-где они достигают глубин около 700 км. 

Размещение активных вулканов согласуется с зоной Беньофа и почти все извержения происходят там, где субдуцирующая литосфера достигает глубин 100-200 км. Но именно на таких глубинах под вулканическим поясом очагов землетрясений мало: в зоне Беньофа прослеживается слабосейсмичный пробел, который означает снижение упругих свойств субдуцирующей литосферы.

Наиболее вероятной причиной этого считают массовое выделение флюидов, поскольку литосфера, перемещаясь на глубину, достигает критических значений температуры и давления. 

Подъем горячих флюидов формирует магматические очаги и вулканический пояс. 

По всему Тихоокеанскому полукольцу корни действующих вулканов прослеживаются до субдукционного слэба. Условия субдукции от места к месту меняются: различен возраст (толщина и температурные условия) пододвигающейся океанической литосферы и скорости субдукции. Под Марианской и Идзу-Бонинской вулканическими дугами, земная кора над слэбом в фундаменте вулкана очень тонкая, сложенная железисто-магнезиальными породами. Под Андами кора толстая, богата кремнием и алюминием. Все это сказывается на характере вулканических извержений и составе изливающихся лав. Но геологические причины вулканизма по всему Тихоокеанскому кольцу сходны, они определяются субдукцией, направленной от океана под его обрамление. 

От места к месту меняется и угол наклона зоны субдукции, но остаются постоянными глубины, по достижении которых уходящая вниз литосфера дает начало магматическим очагам (около100-200 км), поэтому при больших углах наклона вулканический пояс приближен к глубоководному желобу, а при малых углах - удален. 

Эти простые геометрические соотношения соблюдаются по всему Тихоокеанскому кольцу, потому что в наши дни Тихий океан с его непосредственным обрамлением работает как единая геологическая система планетарного масштаба, в которой кольцо активных вулканов занимает вполне определенное место. Поднимающиеся под зонами спрединга, а затем расходящиеся потоки астеносферного вещества поддерживают разрастание океанической литосферы и ее перемещение к зонам субдукции на периферии океана, где весь избыток новообразованной литосферы пододвигается под континентальное обрамление и поглощается на глубине. При этом от субдуцирующей литосферы отделяются и направляются вверх флюиды, которые вместе с тепловым потоком дают начало магматическим очагам и вулканам. Пока вся эта система действует, развивается и вулканическое кольцо Тихого океана.

Вулканическое кольцо Тихого океана

История вулканического кольца

200-225 Ма все континенты были слиты в единый суперконтинент Пангея, охватывавший около 40% ее поверхности. Окружавший Пангею единый океан Панталасса, охватывавший всю остальную поверхность планеты, по своим размерам был близок суммарной площади всех современных океанов. 

Огромный залив вдавался в суперконтинент между Евразией и Австралией, его называют океаном Тетис. В срединных хребтах Панталассы, так же как и в современном Тихом океане, происходило разрастание океанической литосферы от осей спрединга, и эта литосфера со всех сторон пододвигалась под Пангею, субдуцировала и поглощалась на глубине. В целом глобальную систему зон субдукции того времени можно уподобить гигантской воронке диаметром около 18 тыс. км. 

Над зонами субдукции, окружавшими Пангею, развивались вулканы -обнаружены мощные пояса вулканических пород, образовавшиеся в раннем мезозое на периферии суперконтинента. Они хорошо сохранились в виде сегментов, разобщенных при последующем распаде Пангеи. 

Пангейские вулканические пояса прослежены на востоке Австралии и в Новой Зеландии, в Антарктиде, Андах и Кордильерах, вдоль восточных окраин Азии и в Средиземноморско-Гималайском складчатом поясе. 

Во второй половине юрского периода Пангея начала распадаться. Ее пересекли разломы и рифты, а осколки суперконтинента начали удаляться друг от друга. По мере центробежного перемещения фрагментов Пангеи, между ними раскрывались Атлантический и Индийский океаны с их ответвлениями, одно из которых прослеживается в Северном Ледовитом океане. 

Площадь Панталассы соответственно сокращалась, а то, что осталось, мы и называем Тихим океаном. 

При распаде Пангеи, обрамлявшее ее кольцо зон субдукции и вулканизма оказалось разорванным. В ходе центробежного движения каждый континент наезжал на свой отрезок субдукционного кольца, отодвигая его. Поэтому на фронтальной стороне расходившихся континентов субдукция продолжалась, не прекращался вулканизм. Так, после распада кольца Пангеи обособились, но продолжали действовать вулканический пояс Кордильер Северной Америки и сходный с ним пояс Анд. 

На активной окраине Азии мелового времени таким же образом формировался Охотско-Чукотский вулканический пояс. Длиной более 3000 км и шириной 100-300 км он протянулся вдоль всего Хабаровского края. По размещению магматических пород пояса и особенностям их состава были определены угол наклона и другие характеристики уходившей под него зоны субдукции. Этот вулканический пояс отмер в палеогене, когда со стороны океана к азиатской континентальной окраине причленились складчатые сооружения Корякского нагорья и Камчатки. Вместо него над зоной субдукции образовалась Курило-Камчатская вулканическая дуга, действующая до наших дней. 

По мере центробежного перемещения континентов все дальше отодвигались как зоны субдукции, так и фрагменты распавшегося пангейского вулканического кольца. Со временем, пройдя линию большого круга Земли, они оказались на противоположной стороне земной сферы и, продолжая встречное движение, стали сближаться. 

Наступая со всех сторон на пространство, оставшееся от Панталассы, они замкнули его. Так определились контуры современного Тихого океана, а из отдельных вулканических поясов сложилось Тихоокеанское огненное кольцо, впрочем все еще не полностью сомкнувшееся. Таким образом, по своему происхождению Тихоокеанское кольцо представляет собой как бы вывернутое наизнанку вулканическое кольцо Пангеи. 

Вокруг Тихого океана - от Чили до Индокитая и Чукотки разместились важнейшие месторождения меди, свинца, цинка, олова, молибдена, вольфрама, серебра, золота. 

Формирование этих месторождений началось еще на обрамлении Пангеи.

Будущее тихоокеанского вулканического кольца

Распад Пангеи и центробежное перемещение ее фрагментов продолжаются в наши дни. 

Поэтому континенты, окружающие Тихий океан, все еще наступают на него, а тихоокеанское вулканическое кольцо сокращается. 

По данным GPS оказалось, что и в настоящее время сохраняются приблизительно те же направления и скорости движений, что и 3 Ма. 

Быстрее всего наступают на Тихий океан Северная Америка (около 2,5 см/год) и Южная Америка (около 3,5 см/год). 

Австралия перемещается даже с большей скоростью (до 7,5 см/год), но под острым углом к границе с океаном. 

Антарктида тоже наступает, но очень медленно (1 см/год и менее). Только Евразия почти не смещается и даже, вероятно, немного отступает от океана в северо-западном направлении. 

Зная эти скорости, нетрудно рассчитать, где окажутся континенты через 10 или 20- Му и какими будут очертания Тихого океана. Главное условие расчета - постоянство направления и скорости движения литосферных плит, что вообще-то противоречит геологическим реальностям, но только этот тренд и поддается расчету. 

Можно полагать, что дальнейшее встречное движение континентов тихоокеанского обрамления, обусловленное распадом Пангеи, все же замедлится согласно циклам суперконтинентов. Полная длительность этапов распада суперконтинентов - около 200 Му. Современный нам незавершившийся этап распада Пангеи начался уже 165-170 Ма и близок к своему завершению. 

Есть некоторые признаки близости предстоящего перехода от распада Пангеи к новому объединению континентальных единиц. 

Главный из них - зрелость раскрывающихся межконтинентальных океанов, особенно Атлантического. 

Нараставшие с возрастом толщина и плотность подстилающей их литосферы местами приближаются к тем критическим значениям, при которых океаническая литосфера потеряет свою плавучесть и начнет погружаться в подстилающую астеносферу. Это способствует прекращению раскрытия межконтинентальных океанов и создаст механизм для их сокращения. 

Вполне вероятно, что через несколько десятков миллионов лет тихоокеанское вулканическое кольцо, сжатое и полное, будет разорвано на самостоятельные сегменты. 

Эти сегменты начнут удаляться один от другого вместе со своими континентами, которые будут двигаться к центру объединения нового суперконтинента.



Реклама