Plášť plášť - Mantle plume

A superplume generované chladicími procesy v plášti (LVZ =nízkorychlostní zóna )[1]

A plášťový oblak je navrhovaný mechanismus proudění neobvykle horké horniny uvnitř Zemský plášť. Vzhledem k tomu, že oblak se částečně taví při dosažení malé hloubky, je oblak často vyvoláván jako příčina vulkanické aktivní body, jako Havaj nebo Island, a velké magmatické provincie tak jako Deccan a Sibiřské pasti. Některé takové vulkanické oblasti leží daleko od hranice tektonických desek, zatímco jiné představují neobvykle velký objem vulkanismus blízko hranic talíře.

The hypotéza oblaků plášťů z hloubky není všeobecně přijímáno jako vysvětlení veškerého takového vulkanismu. Vyžadovalo postupné vypracování hypotézy vedoucí k variantním návrhům, jako jsou mini-pera a pulzující pera. Další hypotézou pro neobvyklé vulkanické oblasti je „deskový model“. To navrhuje mělčí, pasivní únik magma z pláště na zemský povrch, kde to dovoluje prodloužení litosféry, přisuzující většinu vulkanismu deskovým tektonickým procesům, se sopkami daleko od hranic desky vyplývajícími z intraplateho prodloužení.[2]

Koncepty

Chrániče plášťů byly poprvé navrženy uživatelem J. Tuzo Wilson v roce 1963[3][není nutný primární zdroj ] a dále rozvíjeny W. Jason Morgan v roce 1971. Předpokládá se, že na horké hornině existuje oblak pláště nukleaty[je zapotřebí objasnění ] na hranice jádro-plášť a stoupá skrz plášť Země a stává se diapir v zemská kůra.[4] Zejména koncept, že chocholy plášťů jsou vzájemně fixovány a ukotveny na hranici jádra a pláště, by poskytl přirozené vysvětlení časově progresivních řetězců starších sopek, které vyčnívají z některých takových horkých míst, jako je Havajsko-císařský podmořský řetěz. Nicméně, paleomagnetický data ukazují, že chocholy plášťů lze spojit s Velké provincie s nízkou smykovou rychlostí (LLSVP)[5] a hýbat se.[6]

Jsou navrženy dva do značné míry nezávislé konvekční procesy:

  • široký konvekční tok spojený s deskovou tektonikou, poháněný primárně potopením studených desek z litosféra zpět do pláště astenosféra
  • oblak pláště, poháněný výměnou tepla přes hranici jádra a pláště, nesoucí teplo nahoru v úzkém stoupajícím sloupci, a předpokládá se, že je nezávislý na pohybech desek.

Hypotéza oblaku byla studována pomocí laboratorních experimentů prováděných v malých nádržích naplněných tekutinami na začátku 70. let.[7] Takto vytvořené tepelné nebo kompoziční fluidně dynamické chocholy modely pro mnohem větší postulované chocholy pláště. Na základě těchto experimentů se nyní předpokládá, že oblaky plášťů obsahují dvě části: dlouhý tenký kanál spojující horní část oblaku s jeho základnou a baňatá hlava, která se zvětšuje, jak oblak stoupá. Celá struktura je považována za podobnou houbě. Vytvoří se baňatá hlava tepelných oblaků, protože horký materiál se pohybuje potrubím nahoru rychleji, než samotný oblak stoupá svým okolím. Na konci 80. a na počátku 90. let 20. století experimenty s tepelnými modely ukázaly, že při rozšiřování baňaté hlavy může do hlavy strhávat část přilehlého pláště.

Velikost a výskyt oblaků houbových plášťů lze snadno předpovědět teorií přechodné nestability vyvinutou Tanem a Thorpem.[8][9] Teorie předpovídá hřbetní obláčky ve tvaru houby s hlavami o průměru asi 2 000 km, které mají kritický čas[je zapotřebí objasnění ] asi 830 Myr za jádrový plášť tepelný tok 20 mW / m2, zatímco doba cyklu[je zapotřebí objasnění ] je asi 2 Gyr.[10] Předpokládá se, že počet oblaků pláště bude asi 17.

Když se kouřová hlava setká se základnou litosféry, očekává se, že se narovná proti této bariéře a podstoupí rozsáhlé dekompresní tavení za vzniku velkých objemů čedičového magmatu. Poté může vybuchnout na povrch. Numerické modelování předpovídá, že k tání a erupci dojde během několika milionů let.[11] Tyto erupce byly spojeny s povodňové čediče, ačkoli mnoho z nich propukne v mnohem kratších časových měřítcích (méně než 1 milion let). Mezi příklady patří Deccanské pasti v Indii, Sibiřské pasti Asie, Karoo-Ferrar čediče / dolerity v Jižní Africe a Antarktidě, Pasti Paraná a Etendeka v Jižní Americe a Africe (dříve jedna provincie oddělená otevřením jižního Atlantického oceánu) a Čediče řeky Columbia Severní Ameriky. Povodňové čediče v oceánech jsou známé jako oceánské náhorní plošiny a zahrnují Ontongská náhorní plošina západního Tichého oceánu a Plošina Kerguelen Indického oceánu.

Úzká svislá trubka nebo potrubí, postulované k připojení oblakové hlavy k hranici jádra a pláště, je považováno za poskytující nepřetržitý přísun magmatu do pevného místa, často označovaného jako „hotspot“. Vzhledem k tomu, že se nad tímto hotspotem pohybuje nadložní tektonická deska (litosféra), očekává se, že erupce magmatu z pevného potrubí na povrch vytvoří řetěz sopek, který se vyrovná pohybu desky.[12] The Havajské ostrovy řetězový typ v Tichém oceánu je typovým příkladem. Nedávno bylo zjištěno, že vulkanický lokus tohoto řetězce nebyl časem fixován, a tak se připojil ke klubu mnoha příkladů typů, které nevykazují původně navrhovanou klíčovou vlastnost.[13]

Erupce kontinentálních povodňových čedičů je často spojována s kontinentální rifting a rozchod. To vedlo k hypotéze, že oblaky plášťů přispívají ke kontinentálnímu riftingu a tvorbě oceánských pánví. V kontextu alternativního „deskového modelu“ je kontinentální rozpad procesem integrálním s deskovou tektonikou a masivní vulkanismus nastává jako přirozený důsledek, když začíná.[14]

Současná teorie oblaku pláště je, že materiál a energie z vnitřku Země jsou vyměňovány s povrchovou kůrou ve dvou odlišných režimech: převládající tektonický režim desky v ustáleném stavu poháněný horním konvekce pláště a přerušovaný, přerušovaně dominantní režim převrácení pláště poháněný kouřovou oblak.[4] Tento druhý režim, i když často diskontinuální, je periodicky významný v budování hor[15] a kontinentální rozpad.[16]

Chemie, tok tepla a tavení

Hydrodynamické simulace jediného "prstu" systému Rayleigh – Taylorova nestabilita, možný mechanismus pro vytvoření oblaku.[17] Ve třetím a čtvrtém snímku v pořadí tvoří oblak „hřibovou čepici“. Všimněte si, že jádro je v horní části diagramu a kůra je dole.
Viz také: Rayleigh – Taylorova nestabilita
Průřez Země zobrazující umístění horního (3) a spodního (5) pláště, D ″-vrstva (6) a vnější (7) a vnitřní (9) jádro

Chemické a izotopové složení čedičů nacházejících se v hotspotech se mírně liší od čedičů uprostřed oceánu.[18] Tyto čediče, nazývané také oceánské ostrovní čediče (OIB), jsou analyzovány ve svých radiogenních a stabilních izotopových složeních. V radiogenních izotopových systémech vytváří původně subdukovaný materiál odlišné trendy, které se nazývají komponenty pláště.[19] Identifikovanými součástmi pláště jsou DMM (ochuzený středomorský hřebenový čedičový (MORB) plášť), HIMU (plášť s vysokým poměrem U / Pb), EM1 (obohacený plášť 1), EM2 (obohacený plášť 2) a FOZO (zaostřovací zóna)[20][21]. Tento geochemický podpis vzniká smícháním materiálů blízkého povrchu, například subdukovaných desky a kontinentální sedimenty ve zdroji pláště. Existují dva konkurenční výklady. V souvislosti s oblaky plášťů se předpokládá, že materiál blízkého povrchu byl transportován dolů na hranici jádra a pláště subdukcí desek a aby byl transportován zpět nahoru na povrch oblaky. V souvislosti s deskovou hypotézou je subdukovaný materiál většinou recirkulován v mělkém plášti a odtamtud odpálen sopkami.

Stabilní izotopy, jako je Fe, se používají ke sledování procesů, které povstalecký materiál zažívá během tavení.[22]

Zpracování oceánské kůry, litosféry a sedimentu subdukční zónou odděluje ve vodě rozpustné stopové prvky (např. K, Rb, Th) od imobilních stopových prvků (např. Ti, Nb, Ta) a koncentruje imobilní prvky v oceánská deska (ve vodě rozpustné prvky se přidávají do kůry v ostrovních obloukových sopkách). Seismická tomografie ukázat to tlumený oceánské desky klesají až ke dnu přechodová zóna pláště v hloubce 650 km. Subdukce do větších hloubek je méně jistá, ale existují důkazy, že se mohou potopit do hloubek středních a nižších plášťů v hloubce asi 1 500 km.

Zdrojem oblaků pláště se předpokládá hranice jádra a pláště v hloubce 3000 km.[23] Protože přes hranici jádra a pláště je malý transport materiálu, musí k přenosu tepla dojít vedením, s adiabatickými přechody nad a pod touto hranicí. Hranice jádra a pláště je silná tepelná (teplotní) diskontinuita. Teplota jádra je přibližně o 1 000 stupňů Celsia vyšší než teplota nadložního pláště. Předpokládá se, že oblaky stoupají, jak se základna pláště zahřívá a vznáší se.

Předpokládá se, že oblaky stoupají skrz plášť a začínají se částečně tát při dosažení mělkých hloubek v astenosféře dekompresní tavení. To by vytvořilo velké objemy magmatu. Hypotéza oblaku předpokládá, že tato tavenina stoupá na povrch a vybuchuje a vytváří „horká místa“.

Spodní plášť a jádro

Vypočítaná teplota Země vs. hloubka. Přerušovaná křivka: vrstvená konvekce pláště; Plná křivka: Konvekce celého pláště.[24]

Nejvýznamnější tepelný kontrast, o kterém je známo, že existuje v hlubokém (1 000 km) plášti, je na hranici jádra a pláště na 2 900 km. Původně se předpokládalo, že z této vrstvy stoupají chocholy pláště, protože se předpokládalo, že „horká místa“, o nichž se předpokládá, že jsou jejich povrchovým vyjádřením, jsou vzájemně fixována. To vyžadovalo, aby se oblaky získávaly zpod mělké astenosféry, o které se předpokládá, že rychle proudí v reakci na pohyb nad sebou tektonických desek. V hluboké Zemi není žádná jiná známá hlavní tepelná mezní vrstva, a tak byla hranice mezi jádrem a pláštěm jediným kandidátem.

Základna pláště je známá jako D ″ vrstva, seismologické dělení Země. Zdá se, že je kompozičně odlišný od překrývajícího pláště a může obsahovat částečnou taveninu.

Dva velmi široké, velké provincie s nízkou smykovou rychlostí, existují v spodní plášť pod Afrikou a pod středním Pacifikem. Předpokládá se, že chocholy stoupají z jejich povrchu nebo hran.[25] Jejich nízké seismické rychlosti naznačovaly, že jsou relativně horké, i když se nedávno ukázalo, že jejich nízké rychlosti vln jsou způsobeny vysokou hustotou způsobenou chemickou heterogenitou.[26][27]

Důkazy pro teorii

Na podporu pera plášťů byly citovány různé linie důkazů. Existují určité nejasnosti ohledně toho, co představuje podporu, protože po provedení pozorování existuje tendence znovu definovat postulované charakteristiky oblaků plášťů.[2]

Některé běžné a základní linie důkazů uváděné na podporu teorie jsou lineární vulkanické řetězce, vzácné plyny, geofyzikální anomálie a geochemie.

Lineární vulkanické řetězce

Věkově progresivní distribuce Havajsko-císařský podmořský řetěz bylo vysvětleno v důsledku stálého oblaku hlubokého pláště stoupajícího do horního pláště, částečně roztaveného a způsobujícího vznik vulkanického řetězce, když se deska pohybuje nad hlavou vzhledem ke zdroji pevného oblaku.[23] Mezi další „horká místa“ s časově progresivními vulkanickými řetězci za nimi patří Shledání, Chagos-Laccadive Ridge, Louisville Ridge, Devadesát East Ridge a Kerguelen, Tristan, a Yellowstone.

Podstatným aspektem hypotézy oblaku je, že „horká místa“ a jejich vulkanické stezky byly během geologického času vzájemně fixovány. I když existují důkazy o tom, že řetězce uvedené výše jsou časově progresivní, ukázalo se však, že nejsou vzájemně fixovány. Nejpozoruhodnějším příkladem toho je císařský řetěz, starší část havajského systému, který byl vytvořen migrací sopečné činnosti přes geostacionární desku.[13]

Mnoho postulovaných „horkých míst“ také postrádá časově progresivní vulkanické stezky, např. Island, Galapágy a Azory. Nesoulad mezi předpovědí hypotézy a pozorováním se běžně vysvětluje pomocnými procesy, jako je „vítr pláště“, „zachycení hřebene“, „únik hřebene“ a boční tok oblaku.

Ušlechtilý plyn a další izotopy

Hlavní článek: Hélium-3

Helium-3 je prvotní izotop, který se vytvořil v Velký třesk. Vyrábí se jen velmi málo a od té doby se na Zemi přidalo jen málo jiných procesů.[28] Hélium-4 zahrnuje prvotní složku, ale je také produkován přirozeným radioaktivním rozpadem prvků, jako jsou uran a thorium. V průběhu času se hélium v ​​horních vrstvách atmosféry ztrácí do vesmíru. Země se tak postupně vyčerpávala na hélium a 3Není nahrazen jako 4On je. Výsledkem je poměr 3On/4On na Zemi se časem snížil.

Neobvykle vysoká 3On/4Byli pozorováni v některých, ale ne ve všech „horkých místech“. V teorii oblaku oblaku se to vysvětluje oblaky, které poklepávají na hlubokou, prvotní nádrž ve spodním plášti, kde původní, vysoká 3On/4Poměry se zachovaly po celou dobu geologie.[29] V souvislosti s deskovou hypotézou jsou vysoké poměry vysvětleny zachováním starého materiálu v mělkém plášti. Starověké, vysoké 3On/4Poměry by byly zvláště snadno zachovány v materiálech bez U nebo Th, takže 4Nebyl přidán v průběhu času. Olivin a dunit, oba nalezené v subdukované kůře, jsou materiály tohoto druhu.[28]

Další prvky, např. osmium, byly navrženy jako stopovací látky materiálu vycházejícího z blízkosti jádra Země, v čedičích na oceánských ostrovech. Doposud však chybí přesvědčivý důkaz.[30]

Geofyzikální anomálie

Schéma ukazující průřez Zemí litosféra (žlutě) s magma stoupající z plášť (v červené). Kůra se může pohybovat vzhledem k oblaku a vytvářet a dráha.

Hypotéza oblaku byla testována hledáním geofyzikálních anomálií, u nichž se předpokládá, že budou s nimi spojeny. Patří mezi ně tepelné, seismické a elevační anomálie. Termální anomálie jsou inherentní termínu „hotspot“. Mohou být měřeny mnoha různými způsoby, včetně povrchového tepelného toku, petrologie a seismologie. Tepelné anomálie vytvářejí anomálie v rychlostech seismických vln, ale bohužel také jejich složení a částečné roztavení. Výsledkem je, že vlnové rychlosti nelze použít jednoduše a přímo k měření teploty, ale je třeba použít sofistikovanější přístupy.

Seismické anomálie jsou identifikovány mapováním variací rychlosti vln, jak seismické vlny procházejí Zemí. Předpokládá se, že oblak horkého pláště bude mít nižší seismické rychlosti vln ve srovnání s podobným materiálem při nižší teplotě. Materiál pláště obsahující stopu částečné taveniny (například v důsledku toho, že má nižší teplotu tání) nebo je bohatší na Fe, má také nižší rychlost seismické vlny a tyto účinky jsou silnější než teplota. Ačkoli tedy byly použity neobvykle nízké rychlosti vln k označení neobvykle horkého pláště pod „horkými místy“, tato interpretace je nejednoznačná.[2] Nejčastěji citované seismické vlnové obrazy, které se používají k hledání variací v oblastech, kde byly navrženy chocholy, pocházejí ze seismické tomografie. Tato metoda zahrnuje použití sítě seismometrů ke konstrukci trojrozměrných obrazů variace rychlosti seismických vln v celém plášti.[31]

Seismické vlny generovaná velkými zemětřeseními umožňuje určit strukturu pod zemským povrchem podél dráhy paprsku. Seismické vlny, které urazily tisíc nebo více kilometrů (nazývané také teleseismické vlny ) lze použít k zobrazení velkých oblastí zemského pláště. Mají však také omezené rozlišení a lze detekovat pouze struktury o průměru nejméně několik set kilometrů.

Snímky seismické tomografie byly citovány jako důkaz pro řadu oblaků plášťů v plášti Země.[32] Probíhá však intenzivní diskuse o tom, zda jsou zobrazené struktury spolehlivě vyřešeny a zda odpovídají sloupům horké, stoupající horniny.[33]

Hypotéza oblaku oblaku předpovídá, že se domácí topografické povznesení vyvine, když se oblaky dotknou základny litosféry. K povznesení tohoto druhu došlo, když se asi před 54 miliony let otevřel severní Atlantický oceán. Někteří vědci to spojili s oblakem pláště, o kterém se předpokládá, že způsobil rozpad Eurasie a otevření severního Atlantiku. Island. Současný výzkum ukázal, že časová historie pozvednutí je však pravděpodobně mnohem kratší, než se předpokládalo. Není tedy jasné, jak silně toto pozorování podporuje hypotézu oblaku oblačnosti.

Geochemie

Čediče nalezené na oceánských ostrovech jsou geochemicky odlišné od bazaltů nalezených na hřebeny středního oceánu a sopky spojené s subdukční zóny (čediče ostrovního oblouku). "Oceánský ostrov čedič „je také podobný čedičům vyskytujícím se v oceánech na malých i velkých podmořských horách (předpokládá se, že jsou tvořeny erupcemi na mořském dně, které nevystoupily nad hladinu oceánu). Rovněž jsou kompozičně podobné některým čedičům nalezeným v interiéry kontinentů (např. Snake River Plain).

V hlavních prvcích jsou oceánské ostrovní čediče obvykle vyšší žehlička (Fe) a titan (Ti) než čediče středooceánského hřbetu v podobných podmínkách hořčík (Mg) obsah. v stopové prvky, jsou obvykle ve světle více obohacené prvky vzácných zemin než čediče středooceánského hřbetu. Ve srovnání s čediči na ostrovním oblouku jsou oceánské čediče na ostrově nižší oxid hlinitý (Al2Ó3) a vyšší v nepohyblivých stopových prvcích (např. Ti, Pozn, Ta ).

Tyto rozdíly vyplývají z procesů, ke kterým dochází během subdukce oceánská kůra a plášť litosféra. Oceánská kůra (a v menší míře podkladový plášť) se obvykle na mořském dně hydratuje v různé míře, částečně v důsledku zvětrávání mořského dna, a částečně v reakci na hydrotermální cirkulaci v blízkosti hřebene středního oceánu, kde byl původně vytvořen. Jako oceánská kůra a podkladový litosférový subdukt se voda uvolňuje dehydratačními reakcemi spolu s prvky rozpustnými ve vodě a stopovými prvky. Tato obohacená tekutina stoupá k metasomatizovat překrývající plášťový klín a vede k tvorbě ostrovních obloukových čedičů. Subdukční deska je v těchto vodo-mobilních prvcích vyčerpána (např. K., Rb, Čt, Pb ) a tedy relativně obohacené o prvky, které nejsou mobilní (např. Ti, Nb, Ta) ve srovnání s hřebeny středního oceánu a bazalty ostrovních oblouků.

Čedičové ostrovy oceánu jsou také relativně obohaceny o nepohyblivé prvky ve vztahu k vodním pohyblivým prvkům. Toto a další pozorování bylo interpretováno tak, že naznačuje, že výrazný geochemický podpis oceánských ostrovních čedičů je výsledkem zahrnutí složky subduktovaného deskového materiálu. To muselo být recyklováno v plášti, pak znovu roztaveno a začleněno do lávy vybuchlo. V souvislosti s hypotézou oblaku se předpokládá, že subdukované desky byly subdukovány dolů až k hranici jádra a pláště a transportovány zpět nahoru na povrch ve stoupajících oblacích. V deskové hypotéze se předpokládá, že se desky recyklují v mělčích hloubkách - v horních několika stech kilometrech, které tvoří horní plášť. Hypotéza desek je však v rozporu jak s geochemií mělkých tavenin astenosféry (tj. Středooceánských hřebenových čedičů), tak s izotopovými složeními oceánských ostrovních čedičů.

Seismologie

V roce 2015 sestavili vědci na základě údajů z 273 velkých zemětřesení model založený na plná křivka tomografie, což vyžaduje ekvivalent 3 milionů hodin superpočítačového času.[34] Kvůli výpočetním omezením stále nebylo možné použít vysokofrekvenční data a seismická data zůstala z velké části mořského dna nedostupná.[34] Vertikální chocholy, o 400 ° C teplejší než okolní skála, byly nicméně vizualizovány pod mnoha hotspoty, včetně Pitcairn, Macdonald, Samoa, Tahiti, Marquesas, Galapágy, Kapverdy, a Kanárek aktivní body.[35] Prodloužili se téměř svisle od hranice jádra a pláště (hloubka 2900 km) k možné vrstvě stříhání a ohýbání na 1000 km.[34] Byly detekovatelné, protože byly 600–800 km široké, což je více než trojnásobek šířky očekávané od současných modelů.[34] Mnoho z těchto chocholů je v velké provincie s nízkou smykovou rychlostí v Africe a Tichomoří, zatímco některé další hotspoty, jako je Yellowstone, byly méně jasně spojené s vlastnostmi pláště v modelu.[36]

Neočekávaná velikost oblaků ponechává otevřenou možnost, že mohou vést převážnou část zemského 44 terawattů vnitřního tepelného toku z jádra na povrch, a znamená, že spodní plášť proudí méně, než se očekávalo, pokud vůbec. Je možné, že existuje kompoziční rozdíl mezi chocholy a okolním pláštěm, který je zpomaluje a rozšiřuje.[34]

Navrhovaná umístění obláčku

Příklad umístění oblaku navrženého jednou nedávnou skupinou.[37] Obrázek od Foulgera (2010).[2]

Mnoho různých lokalit bylo navrženo tak, aby bylo podloženo perem pláště, a vědci se nemohou dohodnout na definitivním seznamu. Někteří vědci naznačují, že existuje několik desítek oblaků,[37] zatímco jiní naznačují, že žádné neexistují.[2] Tato teorie byla skutečně inspirována havajským sopkovým systémem. Havaj je velká sopečná budova ve středu Tichého oceánu, daleko od hranic desek. Jeho pravidelný, časově progresivní řetězec ostrovů a podmořských hor povrchově dobře zapadá do teorie oblaků. Na Zemi je však téměř jedinečný, protože nikde jinde neexistuje nic tak extrémního. Druhým nejsilnějším kandidátem na místo oblaku je často uváděn Island, ale podle odpůrců hypotézy oblaku lze jeho masivní povahu vysvětlit deskovými tektonickými silami podél středoatlantického šířícího se centra.

Jako zdroj byly navrženy chocholy pláště povodňové čediče.[38][39] Tyto extrémně rychlé rozsáhlé erupce čedičových magmat pravidelně vytvářely kontinentální povodňové čedičové provincie na souši a oceánských plošinách v oceánských pánvích, jako je Deccanské pasti,[40] the Sibiřské pasti[41] the Karoo-Ferrar povodňové čediče Gondwana,[42] a největší známý kontinentální povodňový čedič, Magmatická provincie ve středním Atlantiku (TÁBOR).[43]

Mnoho kontinentálních povodňových čedičových událostí se shoduje s kontinentálním riftingem.[44] To je v souladu se systémem, který má sklon k rovnováze: jak hmota stoupá v oblaku pláště, do pláště se táhne další materiál, což způsobuje rifting.[44]

Alternativní hypotézy

Souběžně s modelem oblaku pláště byly uvažovány dvě alternativní vysvětlení pozorovaných jevů: desková hypotéza a hypotéza dopadu.

Desková hypotéza

Ilustrace konkurenčních modelů recyklace kůry a osud utlumených desek. Hypotéza oblaku vyvolává hlubokou subdukci (vpravo), zatímco desková hypotéza se zaměřuje na mělkou subdukci (vlevo).

Počínaje počátkem dvacátých let minulého století nespokojenost se stavem důkazů o oblacích plášťů a šíření ad hoc hypotézy řídil řadu geologů v čele s Don L. Anderson, Gillian Foulger, a Warren B. Hamilton, navrhnout širokou alternativu založenou na mělkých procesech v horním plášti a výše, s důrazem na deskovou tektoniku jako hnací sílu magmatismu.[45]

Hypotéza talíře naznačuje, že „anomální“ vulkanismus je výsledkem litosférického rozšíření, které umožňuje pasivnímu růstu taveniny z astenosféry pod ním. Jde tedy o koncepční inverzi chocholické hypotézy, protože desková hypotéza připisuje vulkanismus povrchním procesům blízkým povrchu spojeným s deskovou tektonikou, spíše než aktivním procesům vznikajícím na hranici jádra a pláště.

Litosférická extenze se připisuje procesům souvisejícím s deskovou tektonikou. Tyto procesy jsou dobře známy na středooceánských hřebenech, kde se vyskytuje většina zemského vulkanismu. Méně běžně se uznává, že samotné desky se vnitřně deformují a mohou umožnit vulkanismus v těch oblastech, kde je deformace extenzivní. Známými příklady jsou Basin and Range Province v západních USA, USA Východoafrický rozpor údolí a Rýn Graben. Podle této hypotézy se variabilní objemy magmatu připisují spíše změnám v chemickém složení (velké objemy vulkanismu odpovídající snadněji roztavenému materiálu pláště) než teplotním rozdílům.

I když se nepopírá přítomnost hluboké konvekce pláště a upwellingu obecně, hypotéza desky tvrdí, že tyto procesy nevedou ke vzniku plášťových chocholů ve smyslu sloupcových vertikálních rysů, které pokrývají většinu zemského pláště, transportují velké množství tepla a přispívají k povrchovému vulkanismu.[2]:277

Pod záštitou deskové hypotézy jsou rozpoznávány následující dílčí procesy, které všechny mohou přispět k povolování povrchového vulkanismu:[2]

  • Kontinentální rozpad;
  • Plodnost na středooceánských hřebenech;
  • Vylepšený vulkanismus na hraničních křižovatkách desek;
  • Sublitosférická konvekce malého rozsahu;
  • Oceánské intraplate prodloužení;
  • Trhání a odlamování desky;
  • Mělká konvekce pláště;
  • Náhlé boční změny napětí při strukturálních diskontinuitách;
  • Kontinentální nástavec Intraplate;
  • Katastrofické litosférické ředění;
  • Sublitosférická tavenina se táhla a vypouštěla.

Hypotéza dopadu

Kromě těchto procesů nárazové události například ty, které vytvořily Addamsův kráter na Venuši a Sudbury Igneous Complex v Kanadě je známo, že způsobily tání a vulkanismus. V hypotéze dopadu se navrhuje, aby některé oblasti vulkanismu hotspotů mohly být vyvolány určitými oceánskými dopady velkých těl, které jsou schopné proniknout do tenčího oceánská litosféra, a povodňový čedič vulkanismus může být spuštěn konvergující seismickou energií zaměřenou na antipodální bod opačné hlavní dopadové stránky.[46] Dopadem vyvolaný vulkanismus nebyl dostatečně studován a zahrnuje samostatnou kauzální kategorii pozemského vulkanismu s důsledky pro studium hotspotů a deskové tektoniky.

Srovnání hypotéz

V roce 1997 bylo možné pomocí seismické tomografie zobrazit ponořené tektonické desky pronikající z povrchu až k hranici jádra a pláště.[47]

Pro Havajský hotspot, dlouhodobá seizmická tělesná vlnová difrakční tomografie poskytla důkaz, že je zodpovědný oblak pláště, jak bylo navrženo již v roce 1971.[48] Pro Hotspot Yellowstone, seismické důkazy začaly sbíhat od roku 2011 na podporu modelu oblaku, jak uzavírají James a kol., „upřednostňujeme oblak nižšího pláště jako původ hotspotu Yellowstone.“[49][50] Data získaná prostřednictvím Earthscope, program shromažďující seizmická data s vysokým rozlišením v celém systému sousedící USA zrychlil přijetí oblaku pod Yellowstone.[51][52]

I když existují přesvědčivé důkazy[je zapotřebí objasnění ] že nejméně dva hluboké chocholy[který? ] vzestup na hranici jádra a pláště, potvrzení, že lze odmítnout jiné hypotézy, může vyžadovat podobné tomografické důkazy pro další horká místa.

Viz také

  • Delaminace (geologie) - Proces, ke kterému dochází, když se spodní kontinentální kůra a litosféra pláště odtrhnou od horní kontinentální kůry
  • Epeirogenní pohyb - Převraty nebo prohlubně půdy vykazující dlouhé vlnové délky a malé skládání
  • Orogeny - Formování pohoří
  • Verneshot - hypotetická sopečná erupce způsobená hromaděním plynu hluboko pod kratonem

Reference

  1. ^ Na základě obrázku 17 v Matyska, Ctirad; Yuen, David A. (2007). "Vlastnosti materiálu nižšího pláště a modely konvekce oblaků s více stupnicemi". v Foulger, G. R.; Jurdy, D. M. (eds.). Desky, chocholy a planetární procesy. Geologická společnost Ameriky. str. 159. CiteSeerX  10.1.1.487.8049. doi:10.1130/2007.2430(08). ISBN  978-0-8137-2430-0.
  2. ^ A b C d E F G Foulger, G. R. (2010). Desky vs. pera: Geologická kontroverze. Wiley-Blackwell. ISBN  978-1-4051-6148-0.
  3. ^ Wilson, J. Tuzo (8. června 1963). „Hypotéza o chování Země“. Příroda. 198 (4884): 925–929. Bibcode:1963Natur.198..925T. doi:10.1038 / 198925a0. S2CID  28014204.
  4. ^ A b Larson, R.L. (1991). "Poslední puls Země: Důkaz pro středokřídový superplém". Geologie. 19 (6): 547–550. Bibcode:1991Geo .... 19..547L. doi:10.1130 / 0091-7613 (1991) 019 <0547: LPOEEF> 2.3.CO; 2.
  5. ^ Francouzština, Scott W .; Romanowicz, Barbara (2015). „Široké chocholy zakořeněné na základně zemského pláště pod hlavními hotspoty“. Příroda. 525 (7567): 95–99. Bibcode:2015 Natur.525 ... 95F. doi:10.1038 / příroda14876. ISSN  0028-0836. PMID  26333468. S2CID  205245093.
  6. ^ Bono, Richard K .; Tarduno, John A .; Bunge, Hans-Peter (2019-07-29). „Pohyb hotspotu způsobil, že havajsko-císařský ohyb a LLSVP nejsou opraveny“. Příroda komunikace. 10 (1): 3370. Bibcode:2019NatCo..10,3370B. doi:10.1038 / s41467-019-11314-6. ISSN  2041-1723. PMC  6662702. PMID  31358746.
  7. ^ Whitehead, Jr., John A .; Luther, Douglas S. (1975). „Dynamika laboratorních modelů diapirů a oblaků“. Journal of Geophysical Research. 80 (5): 705–717. Bibcode:1975JGR .... 80..705W. doi:10.1029 / JB080i005p00705. S2CID  129327249.
  8. ^ Tan, K. K .; Thorpe, R. B. (1999). "Nástup konvekce způsobený vztlakem způsobeným různými režimy přechodného vedení tepla, Část I: Přechodná Rayleighova čísla". J. Chem. Eng. Sci. 54 (2): 225–238. doi:10.1016 / S0009-2509 (98) 00248-6.
  9. ^ Tan, K.K. & Thorpe, R. B. (1999). „Nástup konvekce způsobený vztlakem způsobeným různými režimy přechodného vedení tepla, část II: velikosti oblaků“. J. Chem. Eng. Sci. 54 (2): 239–244. doi:10.1016 / S0009-2509 (98) 00249-8.
  10. ^ Tan, K. K .; Thorpe, R. B .; Zhao Z., Zhidan (2011). „Předpovídání oblaků hub z pláště“. Geoscience Frontiers. 2 (2): 223–235. doi:10.1016 / j.gsf.2011.03.001.
  11. ^ Farnetani, C. G .; Richards, M. A. (1994). "Numerické vyšetřování modelu iniciace oblaku pláště pro povodňové čedičové události". J. Geophys. Res. 99 (B7): 13, 813–13, 833. Bibcode:1994JGR .... 9913813F. doi:10.1029 / 94jb00649.
  12. ^ Skilbeck, J. N .; Whitehead, J. A. (1978). "Tvorba diskrétních ostrovů v lineárních řetězcích". Příroda. 272 (5653): 499–501. Bibcode:1978Natur.272..499S. doi:10.1038 / 272499a0. S2CID  33087425.
  13. ^ A b Sager, William W. „Pohled do pohybu havajského hotspotu z paleomagnetismu“. www.MantlePlume.org. Citováno 2011-01-10.
  14. ^ Foulger, Gillian R. (2005). Desky, chocholy a vzory; Svazek 388 speciálních prací. Geologická společnost Ameriky. str. 195. ISBN  978-0-8137-2388-4.
  15. ^ Stein, M. & Hofmann, A.W. (1994). "Obláčky a epizodický kontinentální růst". Příroda. 372 (6501): 63–68. Bibcode:1994 Natur.372 ... 63S. doi:10.1038 / 372063a0. S2CID  4356576.
  16. ^ Storey, B.C. (1995). „Role plášťových per v kontinentálním rozpadu: Případové studie z Gondwany“. Příroda. 377 (6547): 301–308. Bibcode:1995 Natur.377..301S. doi:10.1038 / 377301a0. S2CID  4242617.
  17. ^ Li, Shengtai; Li, Hui. „Parallel AMR Code for Compressible MHD or HD Equations“. Národní laboratoř Los Alamos. Archivovány od originál dne 03.03.2016. Citováno 2006-09-05.
  18. ^ White, William M. (2010). „Čedičové ostrovy oceánu a pera plášťů: Geochemická perspektiva“. Výroční přehled o Zemi a planetárních vědách. 38 (1): 133–160. Bibcode:2010AREPS..38..133W. doi:10.1146 / annurev-earth-040809-152450. ISSN  0084-6597. S2CID  53070176.
  19. ^ Hofmann, A. W. (1997). „Geochemie pláště: zpráva z oceánského vulkanismu“. Příroda. 385 (6613): 219–229. Bibcode:1997 Natur.385..219H. doi:10.1038 / 385219a0. ISSN  0028-0836. S2CID  11405514.
  20. ^ Zindler, A (01.01.1986). "Chemická geodynamika". Výroční přehled o Zemi a planetárních vědách. 14 (1): 493–571. doi:10.1146 / annurev.earth.14.1.493. ISSN  0084-6597.
  21. ^ Stracke, Andreas; Hofmann, Albrecht W .; Hart, Stan R. (2005). „FOZO, HIMU a zbytek zoo v plášti“. Geochemie, geofyzika, geosystémy. 6 (5): n / a. Bibcode:2005GGG ..... 6.5007S. doi:10.1029 / 2004gc000824. hdl:1912/451. ISSN  1525-2027.
  22. ^ Nebel, Oliver; Sossi, Paolo A .; Bénard, Antoine; Arculus, Richard J .; Yaxley, Gregory M .; Woodhead, Jon D .; Rhodri Davies, D .; Ruttor, Saskia (2019). „Sladění petrologických a izotopových směšovacích mechanismů v oblaku pláště Pitcairn pomocí stabilních izotopů Fe“. Dopisy o Zemi a planetách. 521: 60–67. Bibcode:2019E & PSL.521 ... 60N. doi:10.1016 / j.epsl.2019.05.037. ISSN  0012-821X.
  23. ^ A b Morgan, W. J. (1972). "Hluboké konvekční chocholy a pohyby desek". Býk. Dopoledne. Doc. Pet. Geol. 56: 203–213.
  24. ^ Condie, Kent C. (1997). Desková tektonika a vývoj kůry (4. vydání). Butterworth-Heinemann. str. 5. ISBN  978-0-7506-3386-4.
  25. ^ Niu, Yaoling (2018). „Původ LLSVP ve spodní části pláště je důsledkem deskové tektoniky - petrologická a geochemická perspektiva“. Geoscience Frontiers. 9 (5): 1265–1278. Bibcode:2018AGUFM.T43A..02N. doi:10.1016 / j.gsf.2018.03.005. ISSN  1674-9871.
  26. ^ Brodholt, John P .; Helffrich, George; Trampert, Jeannot (2007). „Chemická versus tepelná heterogenita ve spodním plášti: nejpravděpodobnější role anelasticity“. Dopisy o Zemi a planetách. 262 (3–4): 429–437. Bibcode:2007E & PSL.262..429B. doi:10.1016 / j.epsl.2007.07.054.
  27. ^ Trampert, J .; Deschamps, F .; Resovsky, J .; Yuen, D. (2004). „Pravděpodobnostní tomografie mapuje chemické heterogenity v celém spodním plášti“. Věda. 306 (5697): 853–856. Bibcode:2004Sci ... 306..853T. doi:10.1126 / science.1101996. PMID  15514153. S2CID  42531670.
  28. ^ A b Anderson, D. L. (1998). „Model vysvětlující různé paradoxy spojené s geochemií pláště ušlechtilého plynu“. Proc. Natl. Acad. Sci. 95 (16): 9087–9092. Bibcode:1998PNAS ... 95.9087A. doi:10.1073 / pnas.95.16.9087. PMC  21296. PMID  9689038.
  29. ^ Kurz, Mark (1999). „Dynamika hotspotu Galapágy z geochemie izotopů helia“. Geochimica et Cosmochimica Acta. 63 (23–24): 4139–4156. Bibcode:1999 GeCoA..63,4139K. doi:10.1016 / S0016-7037 (99) 00314-2.
  30. ^ Scherstén, Anders. „Izotopy Re-Os, Pt-Os a Hf-W a sledování jádra v taveninách pláště“. www.MantlePlume.org. Citováno 2011-01-18.
  31. ^ Ritsema, J .; van Heijst, H. J .; Woodhouse, J. H. (1999). „Složitá struktura rychlosti smykových vln zobrazená pod Afrikou a Islandem“ (PDF). Věda. 286 (5446): 1925–1928. doi:10.1126 / science.286.5446.1925. PMID  10583949. Archivovány od originál (PDF) dne 22.05.2011.
  32. ^ Montelli, R .; Nolet, G .; Dahlen, F .; Masters, G. (2006). „Katalog oblaků hlubokých plášťů: nové výsledky z konečněfrekvenční tomografie“. Geochemie, geofyzika, geosystémy. 7 (11): n / a. Bibcode:2006GGG ..... 711007M. doi:10.1029 / 2006GC001248.
  33. ^ „Banografická prstencová tomografie - může odhalit chocholy (lepší než konvenční teorie paprsků)?“. www.MantlePlumes.org. Citováno 2011-01-19.
  34. ^ A b C d E Eric Hand (04.09.2015). „Obrysy plášťů viděné stoupat z jádra Země“. Věda. 349 (6252): 1032–1033. Bibcode:2015Sci ... 349.1032H. doi:10.1126 / science.349.6252.1032. PMID  26339001.
  35. ^ Scott W. French; Barbara Romanowicz (2015-09-03). „Široké chocholy zakořeněné na základně zemského pláště pod hlavními hotspoty“. Příroda. 525 (7567): 95–99. Bibcode:2015 Natur.525 ... 95F. doi:10.1038 / příroda14876. PMID  26333468. S2CID  205245093.
  36. ^ Robert Sanders (02.09.2015). „CT sken Země spojuje chocholy hlubokých plášťů se sopečnými hotspoty“. Berkeley News (UC Berkeley ).
  37. ^ A b Courtillot, V .; Davaillie, A .; Besse, J .; Stock, J. (2003). „Tři odlišné typy hotspotů v zemském plášti“. Dopisy o Zemi a planetách. 205 (3–4): 295–308. Bibcode:2003E & PSL.205..295C. CiteSeerX  10.1.1.693.6042. doi:10.1016 / S0012-821X (02) 01048-8.
  38. ^ Richards, M.A.; Duncan, R.A .; Courtillot, V.E. (1989). „Povodňové čediče a stopy hotspotů: Plume heads and tails“. Věda. 246 (4926): 103–107. Bibcode:1989Sci ... 246..103R. doi:10.1126 / science.246.4926.103. PMID  17837768. S2CID  9147772.
  39. ^ Griffiths, R.W .; Campbell, I.H. (1990). "Míchání a struktura v oblacích pláště". Dopisy o Zemi a planetách. 99 (1–2): 66–78. Bibcode:1990E & PSL..99 ... 66G. doi:10.1016 / 0012-821X (90) 90071-5.
  40. ^ Duncan, R.A. & Pyle, D.G. (1988). „Rychlá erupce deccanských povodňových čedičů na hranici křídy / třetihor“. Příroda. 333 (6176): 841–843. Bibcode:1988Natur.333..841D. doi:10.1038 / 333841a0. S2CID  4351454.
  41. ^ Renne, P.R .; Basu, A.R. (1991). „Rychlá erupce sibiřských pastí zaplavila čediče na hranici permotriasu“. Věda. 253 (5016): 176–179. Bibcode:1991Sci ... 253..176R. doi:10.1126 / science.253.5016.176. PMID  17779134. S2CID  6374682.
  42. ^ Encarnacion, J .; Fleming, T.H .; Elliot, D.H .; Eales, H.V. (1996). „Synchronní rozmístění doleritů Ferrar a Karoo a brzký rozpad Gondwany“. Geologie. 24 (6): 535–538. Bibcode:1996Geo .... 24..535E. doi:10.1130 / 0091-7613 (1996) 024 <0535: SEOFAK> 2.3.CO; 2.
  43. ^ El Hachimi, H .; et al. (2011). „Morfologie, vnitřní architektura a mechanismy umístění lávových proudů ze středoatlantické magmatické provincie (CAMP) v povodí Argany (Maroko)“. In van Hinsbergen, D. J. J. (ed.). Vznik a vývoj Afriky: shrnutí historie Země 3,8 Ga. Geologická společnost, Londýn, speciální publikace. Svazek zvláštních publikací 357. 357. London: Geologická společnost v Londýně. 167–193. Bibcode:2011GSLSP.357..167H. doi:10.1144/SP357.9. ISBN  978-1-86239-335-6. S2CID  129018987.
  44. ^ A b Renne, P.R .; Zhang, Z.C.; Richards, M.A.; Black, M.T.; Basu, A.R. (1995). "Synchrony and causal relations between Permian-Triassic boundary crises and Siberian flood volcanism". Věda. 269 (5229): 1413–1416. Bibcode:1995Sci...269.1413R. doi:10.1126/science.269.5229.1413. PMID  17731151. S2CID  1672460.
  45. ^ Pratt, Sara (2015-12-20). "The question of mantle plumes". Časopis EARTH. American Geosciences Institute. Archivováno od původního dne 7. 12. 2019. Citováno 2019-12-07.
  46. ^ Hagstrum, Jonathan T. (2005). "Antipodal Hotspots and Bipolar Catastrophes: Were Oceanic Large-body Impacts the Cause?" (PDF). Dopisy o Zemi a planetách. 236 (1–2): 13–27. Bibcode:2005E&PSL.236...13H. doi:10.1016/j.epsl.2005.02.020.
  47. ^ Kerr, Richard A. (31 January 1997). "Deep-Sinking Slabs Stir the Mantle". Věda. AAAS. Citováno 2013-06-13.
  48. ^ Ji, Ying; ataf, Henri-Claude N (June 1998). "Detection of mantle plumes in the lower mantle by diffraction tomography: Hawaii". Dopisy o Zemi a planetách. 159 (3–4): 99–115. Bibcode:1998E&PSL.159...99J. doi:10.1016/S0012-821X(98)00060-0.
  49. ^ James, David E .; Fouch, Matthew J.; Carlson, Richard W .; Roth, Jeffrey B. (May 2011). "Slab fragmentation, edge flow and the origin of the Yellowstone hotspot track". Dopisy o Zemi a planetách. 311 (1–2): 124–135. Bibcode:2011E&PSL.311..124J. doi:10.1016/j.epsl.2011.09.007.
  50. ^ Schmandt, Brandon; Dueker, Kenneth; Humphreys, Eugene & Hansen, Steven (April 2012). "Hot mantle upwelling across the 660 beneath Yellowstone" (PDF). Dopisy o Zemi a planetách. 331–332: 224–236. Bibcode:2012E&PSL.331..224S. doi:10.1016/j.epsl.2012.03.025.
  51. ^ Kerr, Richard A. (June 2013). "Geophysical Exploration Linking Deep Earth and Backyard Geology". Věda. 340 (6138): 1283–1285. Bibcode:2013Sci...340.1283K. doi:10.1126/science.340.6138.1283. PMID  23766309.
  52. ^ Kerr, Richard A. (April 2013). "The Deep Earth Machine Is Coming Together". Věda. 340 (6128): 22–24. Bibcode:2013Sci...340...22K. doi:10.1126/science.340.6128.22. PMID  23559231.

externí odkazy