Газета Троицкий Вариант # 49

Еще один поворот в споре о мантийных плюмах

Алексей Иванов

В мартовском выпуске журнала Earth and Planetary Science Letters опубликована статья студента физического факультета Колорадского университета в Боулдере (Department of Physics, University of Colorado at Boulder) Вея Ленга (Wei Leng) и его руководителя, профессора Шие Жонга (Shijie Zhong) [1]. Будучи достаточно технической по своей сути, представляя новую численную модель, эта статья может внести очередную коллизию в спор о мантийных плюмах, который считают одним из основных вопросов современной геологии.

Кратко суть спора в следующем. Гипотеза мантийных плюмов зародилась в 1960-70-х годах и стала доминирующей в последние ~20 лет. Согласно этой гипотезе, из-за резкого перепада температур на глубине ~2800 км, на границе металлического ядра и силикатной мантии, периодически происходит перегрев мантийных пород, которые начинают всплывать к поверхности. Колонна такого всплывающего вещества и называется плюмом. Практически на всем своем пути сквозь мантию Земли вещество плюма находится в твердом состоянии, однако на относительно малых глубинах (менее 100-200 км) начинается плавление из-за снижения давления. Считается, что благодаря плюмам образуются вулканы на удалении от границ литосферных плит, например на Гавайях, и происходят объемные базальтовые извержения, как, например, 250 млн лет назад на территории нынешней Сибири. Существует и другая точка зрения, поддерживаемая теперь уже достаточно большим количеством авторов, включая меня. Суть ее в том, что любой вулканизм на поверхности можно объяснить процессами, происходящими в верхних 600-700 км мантии. Не глубже.

Из множества предшествующих работ по моделированию плюмов выходило, что из-за наличия разогретого мантийного вещества в плюме и из-за его движения вверх земная кора на поверхности должна вспучиваться, т.е. должны расти горы. Причем рост гор должен предшествовать вулканизму, связанному с таким плюмом, на несколько миллионов лет [2]. Такому предшествующему росту гор в тех или иных районах вулканизма было посвящено, пожалуй, без преувеличения сотни статей, опубликованных в основном в 1990-х — начале 2000-х годов. Однако так случилось, что практически для каждого региона, где такое поднятие гор было якобы «зафиксировано», было показано, что на самом деле перед вулканизмом происходило не поднятие гор, а формирование впадин и обширных осадочных бассейнов. Об одном таком случае подробно рассказывалось в заметке с названием «Поворот в споре о мантийных плюмах» в ТрВ №13. Причина такого несоответствия взглядов — в том, что в ранних работах был излишний энтузиазм и желание подтвердить ставшую модной гипотезу плюмов, а иногда и откровенная недобросовестность при подборе и интерпретации фактов.

Вопрос было или не было поднятие гор в том или ином регионе привел к явной коллизии между рядом авторов. В теории, в науке появление новых фактов должно приводить к выводу из оборота устаревших представлений. Однако наукой занимаются люди со всеми своими недостатками. Зачастую бывает трудно отказаться от идей, на которых построены целые карьеры. Поэтому статьи о том, что поднятия гор все-таки были, например перед извержениями Сибирских траппов, траппов Эмейшань в Китае и Деканских траппов в Индии, продолжают появляться [3, 4], несмотря на очевидность, что таких поднятий не было. Причина опять же в том, что предвулканические поднятия являлись ключевым предсказанием плюмовой гипотезы [5].

Наконец-то переходим к статье [1]. Новая, более реалистичная модель, по крайней мере по утверждению авторов, показывает, что при проникновении плю-ма из нижней мантии в верхнюю (глубина ~660 км) приводит не к росту гор на поверхности Земли, а, наоборот, к формированию впадин. В момент, когда плюм подходит к основанию литосферы (для континентов это глубины ~100-200 км) и вещество плюма начинает растекаться в разные стороны, горы все еще не растут, поскольку извергающийся наверху базальтовый материал тяжелее гранитной коры и «топит» ее (рисунок).

Вей Ленг и Шие Жонг говорят в статье буквально следующее: «Наше исследование ... показывает, что наблюдаемая история опускания во многих трапповых провинциях является характеристикой динамики мантийных плюмов и может быть использована для распознавания вулканических событий, связанных с плюмами». То есть говорят прямо противоположное тому, что говорилось еще совсем недавно Яном Кампбеллом (Ian Campbell), флагманом плюмовой гипотезы [5] и активным сторонником того, что поднятия гор все же были [4]. Вот такой очередной поворот в споре о мантийных плюмах получается, просто кульбит какой-то. Если результаты моделирования в работе [1] не содержат какой-либо фатальной ошибки, что маловероятно, то Яну Кампбеллу и его последователям придется либо наконец-то признать ошибочность своих статей о поднятиях гор перед «плюмовым» вулканизмом, либо отказаться от самой идеи плюмов. Впрочем, есть еще возможность постараться просто не заметить статью Вей Ленга и Шие Жонга, как ранее «не замечались» статьи об отсутствии роста гор.

Алексей Иванов, канд. геол. -мин. наук, с.н.с. Института земной коры СО РАН (Иркутск)

[1] Leng W., Zhong S. Surface subsidence caused by mantle plumes and volcanic loading in large igneous provinces. Earth and Planetary Science Letters, 2010, v. 291, p. 207-214.

[2] Griffiths R.W., Campbell I.H. Interaction of mantle plume heads with the Earth's surface and onset of smallscale convection. Journal of Geophysical Research, 1991, v 96, B11, p. 18295-18310.

[3] Saunders, A.D., Jones, S.M., Morgan, L.A., Pierce, K.L., Widdowson, M., Xu, Y.G., 2007. Regional uplift associated with continental large igneous provinces: the roles of mantle plumes and the lithosphere. Chemical Geology, v. 241, p. 282-318.

[4] He B., Xu Y.G., Campbell I. Pre-eruptive uplift in Emeishan? Nature Geoscience, 2009, v. 2, p. 530-531.

[5] Campbell I.H. Large igneous provinces and the mantle plume hypothesis. Elements, 2005, v. 1, p. 265-269.