Пространственно-временные пульсации активности плюмов и наложенный на океаническую литосферу магматизм

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Взаимодействие подвижных литосферных плит и подходящих к поверхности мантийных плюмов, имеющих цикличный характер поступления магматического вещества, приводит к изменению геолого-геофизических характеристик и появлению в океанах цепочек и компактных групп вулканов разного возраста. Данные о рельефе, аномалиях Буге и датировки пород подводных гор по трекам горячих точек в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах показывают наличие устойчивых временны́х ~1.5, ~3.7, ~4.5‒7.5 и 10‒12 млн лет периодов магматизма с питанием от разных суперплюмов. Эти значения соответствуют периодам максимумов спектральной плотности колебаний уровня моря. Одинаковый частотный набор этих явлений указывает на единый механизм и временну́ю модуляцию активности в магмовыводящих каналах. Анализ времен экстремумов в треках указывает также на совместимость периодичности магматизма по фазе. Группы подводных магматических построек без треков движения плит в координатах возраста фундамента и аналитического возраста пород образуют в этой системе отсчета компактные, но разнесенные географически группы, в диапазоне всех возрастов фундамента в Атлантическом океане, и имеют длительность импульсов наложенного на фундамент магматизма от 20 до 60 млн лет. Этот и другие факты указывают на фиксированное положение подводящих каналов относительно Африканской плиты на восточном фланге Срединно-Атлантического хребта в течение кайнозоя. Они обосновывают предположение об общем западном дрейфе литосферных плит и их смещении от питающего плюма. Импульсам магматизма, продолжающимся в настоящее время в различных частях Атлантики, предшествовала пауза магматизма от 20 до 60 млн лет. Анализ данных сейсмотомографии позволяет объяснить дискретное пространственно-временное распределение магматических импульсов сочетанием переменного режима вертикального поступления прогретого вещества с одновременным горизонтальным движением плит.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Ю. Соколов

Геологический институт РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sysokolov@yandex.ru
Россия, Пыжевский пер., 7, Москва, 119017

Н. П. Чамов

Геологический институт РАН

Email: sysokolov@yandex.ru
Россия, Пыжевский пер., 7, Москва, 119017

А. С. Абрамова

Геологический институт РАН

Email: sysokolov@yandex.ru
Россия, Пыжевский пер., 7, Москва, 119017

Список литературы

  1. Жулева Е.В. Пространственно-возрастные характеристики процесса формирования вулканических гор ложа океана // Вестн. КРАУНЦ. Науки о Земле. 2006. № 1. Вып. 7. С. 115–120.
  2. Мазарович А.О. Геологическое строение Центральной Атлантики: разломы, вулканические сооружения и деформации океанского дна. ‒ М.: Научный Мир. 2000. 176 с.
  3. Сколотнев С.Г., Пейве А.А. Состав, строение, происхождение и эволюция внеосевых линейных вулканических структур бразильской котловины (Южная Атлантика) // Геотектоника. 2017. № 1. С. 59‒80.
  4. Соколов С.Ю. Тектоника и геодинамика Экваториального сегмента Атлантики. ‒ М.: Научный мир, 2018. 269 с. (Тр. ГИН РАН. Вып. 618).
  5. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Природа тектонической активности Земли. ‒ В сб.: Итоги науки и техники. Серия Физика Земли. ‒ М.: ВИНИТИ, 1992. 292 с.
  6. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Развитие Земли. ‒ М.: МГУ, 2002. 560 с.
  7. Трифонов В.Г., Соколов С.Ю. Пoдлитосферные течения в мантии // Геотектоника. 2017. № 6. С. 3–17. doi: 10.7868/S0016853X1706008X
  8. Шипилов Э.В. Океаническая кора, трансрегиональные зоны сдвига и Амеразийская микроплита в мел-кайнозойской геодинамике формирования океана в Арктике // Арктика: экология и экономика. 2023. Т. 13. № 1. С. 4‒17. doi: 10.25283/2223-4594-2023-1-4-17
  9. Abbott D.H., Isley A.E. The intensity, occurrence, and duration of superplume events and eras over geological time // J. Geodynam. 2002. Vol. 34. P. 265–307.
  10. Balmino G., Vales N., Bonvalot S., Briais A. Spherical harmonic modeling to ultra-high degree of Bouguer and isostatic anomalies // J. Geodes. 2012. Vol. 86. No. 7. P. 499‒520. Doi: https://doi.org/10.1007/s00190-011-0533-4
  11. Bonatti E., Ligi M., Brunelli D., Cipriani A., Fabretti P., Ferrante V., Gasperini L., Ottolini L. Mantle thermal pulses below the Mid-Atlantic Ridge and temporal variations in the formation of oceanic lithosphere // Nature. 2003. Vol. 423. P. 499‒505.
  12. Bryan S., Ernst R. Revised Definition of Large Igneous Province (LIP) // Earth Sci. Rev. 2008. Vol. 86. P. 175–202.
  13. Coltice N., Husson L., Faccenna C., Arnould M. What drives tectonic plates? // Sci. Advances. 2019. Vol. 5. No. 10. P. 1‒9. doi: 10.1126/sciadv.aax4295
  14. Courtillot V., Davaille A., Besse J., Stock J. Three distinct types of hotspots in the Earth’s mantle // Earth and Planet. Sci. Lett. 2003. Vol. 205. P. 295‒308.
  15. Dang Z., Zhang N., Li Z.-X., Huang C., Spencer C.J., Liu Y. Weak orogenic lithosphere guides the pattern of plume-triggered supercontinent break-up // Nature Commun. Earth and Environ. 2020. Vol. 1. Art. 51. P. 1–11. doi: 10.1038/s43247-020-00052-z
  16. Duncan R.A. Geochronology of basalts from the Ninety-East Ridge and continental dispersion in the eastern Indian Ocean // J. Volcanol. and Geotherm. Res. 1978. Vol. 4. P. 283–305. doi: 10.1016/0377-0273 (78) 90018-5
  17. Duncan R.A. Age distribution of volcanism along aseismic ridges in the eastern Indian Ocean // Proc. Ocean Drilling Program. Sci. Results. 1991. Vol. 121. P. 507–517.
  18. Duncan R.A., Keller R.A. Radiometric ages for basement Seamounts, ODP Leg 197 // Geochem., Geophys., Geosyst. (G3). 2004. Vol. 5. No. 8. P. 1‒23. doi: 10.1029/2004GC000704
  19. Eldholm O., Coffin M. Large Igneous Provinces and Plate Tectonics. ‒ In: The History and Dynamics of Global Plate Motions. ‒ Ed by M.A. Richards, R.G. Gordon, R.D. Van Der Hilst ‒ (AGU. USA. Geophys. Monogr. Ser. 2000. Vol. 121), p. 309–326. doi: 10.1029/GM121
  20. French S., Lekic V., Romanowicz B. Waveform tomography reveals channeled flow at the base of the oceanic asthenosphere // Science. 2013. Vol. 342. P. 227‒230. doi: 10.1126/science.1241514
  21. GEBCO 30” Bathymetry Grid. Vers. 2014. URL: http://www.gebco.net. Accessed November, 2024.
  22. GEOROC geochemical database. URL: http://georoc.mpch-mainz.gwdg.de/georoc/. Accessed August 8, 2017.
  23. Gordon A.C., Mohriak W.U. Seismic volcano-stratigraphy in the basaltic complexes on the rifted margin of Pelotas Basin, Southeast Brazil. ‒ In: Petroleum Systems in “Rift” Basins. ‒ Ed. by P.J. Post, J. Coleman (Jr.), N.C. Rosen, D.E. Brown, T. Roberts-Ashby, P. Kahn, M. Rowan, (GCSSEPM 34th Annu. Conf., Houston, Texas, USA. 2015), p. 748–786.
  24. Grand S.P., Van Der Hilst R.D., Widiyantoro S. Global seismic tomography: A snapshot of convection in the Earth // GSA Today. 1997. Vol. 7. P. 1–7.
  25. Guan H., Geoffroy L., Xu M. Magma-assisted fragmentation of Pangea: Continental breakup initiation and propagation // Gondwana Research. 2021. Vol. 96. P. 56–75. doi: 10.1016/j.gr.2021.04.003
  26. Haq B.U., Hardenbol J., Vail P.R. Chronology of fluctuating sea levels since the Triassic // Science. 1987. Vol. 235. P. 1156–1187.
  27. Harrison C.G.A. Power spectrum of sea level change over fifteen decades of frequency // Geochem., Geophys., Geosyst. (G3). 2002. Vol. 3. No. 8. P. 1‒17. 10.1029/2002GC000300
  28. Huang L., Li C.-F. What controls the magma production rate along the Walvis Ridge, South Atlantic? // Tectonophysics. 2024. Vol. 883. Art. 230381. P. 1‒12. doi: 10.1016/j.tecto.2024.230381
  29. Mjelde R., Wessel P., Müller R.D. Global pulsations of intraplate magmatism through the Cenozoic // Lithosphere. 2010. Vol. 2. No. 5. P. 361–376. doi: 10.1130/L107.1
  30. Müller R.D., Sdrolias M., Gaina C., Roest W.R. Age, spreading rates, and spreading asymmetry of the world’s ocean crust // Geochem., Geophys., Geosyst. (G3). 2008. Vol. 9. No. 4. P. 1‒19.
  31. Nobre Silva I.G., Weis D., Scoates J.S., Barling J. The Ninety-East Ridge and its relation to the Kerguelen, Amsterdam and St. Paul hotspots in the Indian Ocean // J. Petrol. 2013. Vol. 54. P. 1177–1210. doi: 10.1093/petrology/egt009
  32. Schaeffer A.J., Lebedev S. Global shear speed structure of the upper mantle and transition zone // Geophys. J. Int. 2013. Vol. 194. No. 4. P. 417‒449.
  33. Torsvik T.H., Smethurst M.A., Burke K., Steinberger B. Large igneous provinces generated from the margins of the large low-velocity provinces in the deep mantle // Geophys. J. Int. 2006. Vol. 167. P. 1447–1460. doi: 10.1111/j.1365-246X.2006.03158.x
  34. Trubitsin V.P., Evseev M.N. Pulsation of mantle plumes // Rus. J. Earth Sci. 2016. Vol. 16. No. 3. P. 1‒14. ES3005. doi: 10.2205/2016ES000569
  35. Zhang Y.S., Tanimoto T. Ridges, hotspots and their interaction, as observed in seismic velocity maps // Nature. 1992. Vol. 355. No. 6355. P. 45‒49.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Горы и хребты Атлантического океана с превышением над абиссальным основанием ∼ 1000 м (по данным [12, 19, 29]). 1 – горы и хребты; 2 – Большие Магматические Провинции

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Вариации сейсмических скоростей S-волн на глубине 100 км (по данным модели SL2013sv [31]), горячие точки (по данным [13]) и точки с полученными данными опробования коренных пород на внутриплитном пространстве, отградуированные разницей между возрастом фундамента по данным аномального магнитного поля и возрастом, полученным по геохимическим исследованиям образцов. Обозначены (арабские цифры жирным шрифтом) группы внутриплитных магматических гор с определением возраста (Атлантический океан): 1 – острова Исландии, арх. Азорские острова, о. Св. Елены, о. Гоф, о. Тристан-да-Кунья; 2 – Камерунская линия; 3 – Бразильская котловина (“холодная” мантия); 4 – арх. Острова Зеленого Мыса (Западная Африка) и Канарские острова (северо-западное побережье Африки); 5 – Бермудские острова; 6 – горы Новой Англии; 7 – Иберийская котловина; 8 – горы Батиметристов (восточная окраина Экваториальной Атлантики); 9 – Бразильская котловина (“горячая” мантия); 10 – Китовый хребет. 1 – горячие точки; 2 – аналитический возраст пород с подводных гор вне оси САХ, отградуированный от 0 до 178 млн лет.

Скачать (1002KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сопоставление геолого-геофизических параметров вдоль трека Императорского хребта от горячей точки Гавайских остовов в северо-западной части Тихого океана (по данным [10, 18, 21]). (а) – Профиль рельефа дна со сглаженным в 111 км плавающем окне профиля (линия синим); аномалии (линия красным); возраст (млн лет) максимумов совпадения: с Восточно-Индийским хребтом 90° в.д. (стрелки черным), с Китовым хребтом в Южной Атлантике (стрелки синим); (б) – рельеф дна Северо-Западной части Тихого океана и положение профиля трека Императорского хребта; (в) ‒ гистограмма возрастных интервалов между подводными горами, полученных привязкой к линейно интерполированным значениям между реперными датировками в сегментах с разной скоростью; (г) – гистограмма возрастных интервалов между максимумами сглаженного рельефа, полученных привязкой к линейно интерполированным значениям между реперными датировками.

Скачать (653KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сопоставление геолого-геофизических параметров вдоль трека Восточно-Индийского хребта 90° в.д. от горячей точки Кергелен от возраста 40 млн лет (по данным [16, 17, 21, 31]). (а) – Профиль рельефа дна (линия синим) со сглаженным в 111 км в плавающем окне профиля (линия красным); возраст (млн лет) максимумов совпадения с Императорским хребтом (стрелки черным); (б) – рельеф дна Восточной части Индийского океана и положение трека Восточно-Индийского хребта (90° в.д.); (в) – гистограмма возрастных интервалов между подводными горами, полученных привязкой к линейно интерполированным значениям между реперными датировками в сегментах с разной скоростью; (г) – гистограмма возрастных интервалов между максимумами сглаженного рельефа, полученных привязкой к линейно интерполированным значениям между реперными датировками.

Скачать (636KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Сопоставление геолого-геофизических параметров вдоль трека Китового хребта от горячей точки островов о. Гоф и о. Тристан-да-Кунья (по данным [10, 21, 28]). (а) – Профиль рельефа дна (линия синим) со сглаженным в 111 км плавающем окне профиля (линия красным); возраст (млн лет) максимумов совпадения с Императорским и Восточно-Индийским хребтами (стрелки черным); (б) – рельеф дна Южной Атлантики и положение трека Китового хребта, проведенного по областям с максимальной плотностью датировок пород; (в) – гистограмма возрастных интервалов между подводными горами, полученных привязкой к линейно интерполированным значениям между реперными датировками в сегментах с разной скоростью; (г) – гистограмма возрастных интервалов между максимумами сглаженного рельефа, полученных привязкой к линейно интерполированным значениям между реперными датировками.

Скачать (586KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Диаграмма датировок магматических пород в координатах возраста фундамента (по магнитным данным [30]) и аналитических значений возраста (по данным [2, 3, 22]). Показано: датировки магматических пород (кружки зеленым); поля возрастных кластеров соответствуют областям с положительными (холодными) значениями вариации сейсмических скоростей в слое от 0 до 100 км (синим); области с отрицательными (горячими) значениями (красным); горизонт магматических событий (диагональ фиолетовым); область паузы в появлении импульсов магматизма (прямоугольник синим); область без перерывов магматизма (прямоугольник красным). Обозначены (арабские цифры жирным шрифтом) группы внутриплитных магматических гор с определением возраста (Атлантический океан): 1 – острова Исландии, арх. Азорские острова, о. Св. Елены, о. Гоф, о. Тристан-да-Кунья; 2 – Камерунская линия; 3 – Бразильская котловина (“холодная” мантия); 4 – арх. Острова Зеленого Мыса (Западная Африка) и Канарские острова (северо-западное побережье Африки); 5 – Бермудские острова; 6 – горы Новой Англии; 7 – Иберийская котловина; 8 – горы Батиметристов (восточная окраина Экваториальной Атлантики); 9 – Бразильская котловина (“горячая” мантия); 10 – Китовый хребет.

Скачать (402KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Диаграмма датировок магматических пород в координатах возраста фундамента (по магнитным данным [2930]) и аналитических значений возраста (по данным [2, 3, 22]). Показано: датировки магматических пород (кружки зеленым); области с положительными (холодными) значениями вариации сейсмических скоростей в слое от 0 до 100 км (синий); области с отрицательными (горячими) значениями (красным); горизонт магматических событий (диагональ фиолетовым); генетически и пространственно-связанные группы подводных гор (двойные стрелки черным); область САХ (кружок голубым); группы подводных гор, расположенные: к западу от САХ (кружки синим), к востоку от САХ (кружки красным). Обозначены (арабские цифры жирным шрифтом) группы внутриплитных магматических гор с определением возраста (Атлантический океан): 1 – острова Исландии, арх. Азорские острова, о. Св. Елены, о. Гоф, о. Тристан-да-Кунья; 2 – Камерунская линия; 3 – Бразильская котловина (“холодная” мантия); 4 – арх. Острова Зеленого Мыса (Западная Африка) и Канарские острова (северо-западное побережье Африки); 5 – Бермудские острова; 6 – горы Новой Англии; 7 – Иберийская котловина; 8 – горы Батиметристов (восточная окраина Приэкваториальной Атлантики); 9 – Бразильская котловина (“горячая” мантия); 10 – Китовый хребет.

Скачать (388KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Разрез dV сейсмо-томографической модели NGRAND [24] по S-волнам от кровли мантии до ее подошвы (а) и положение его профиля на срезе этой модели на глубине 100 км (б). Контуры проведены через 0.5%; нулевая изолиния показана пунктиром.

Скачать (703KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025