Подложечная область Земли¶
Подложечная область — верхняя часть мантии Земли, расположенная непосредственно под литосферной плитой (подложкой) и вовлечённая в её горизонтальное перемещение вместе с остальной плитой. Термин используется в геологии и геофизике для обозначения зоны, где литосфера переходит в астеносферу, и которая участвует в процессах, формирующих тектонику плит.
¶Положение в строении Земли
Земля состоит из концентрических оболочек: коры, мантии, внешнего и внутреннего ядра. Литосфера включает земную кору и верхнюю rigidную часть мантии. Под ней располагается астеносферная зона — слабый, частично расплавленный слой мантии, по которому плиты скользят. Подложечная область занимает промежуточное положение: это верхняя мантия, непосредственно примыкающая к основанию литосферы и перемещающаяся вместе с ней.
Граница между литосферой и астеносферой определяется реологическими свойствами пород, а не строгой химической границей. Подложечная область — это зона, в которой температура и давление таковы, что породы ещё сохраняют жёсткость, достаточную для совместного перемещения с плитой, но уже приближаются к условиям астеносферы.
¶Состав и свойства
Подложечная область сложена преимущественно ультраосновными и основными породами мантийного состава — перidotитами, в том числе лерцолитами и гарцбургитами. Химический состав сопоставим с верхней мантией в целом, однако подложечная область может отличаться обогащённостью легкоплавкими компонентами, связанными с процессами плавления и метасоматоза.
Ключевые свойства:
- Температура — по мере углубления растёт от значений, близких к температуре основания литосферы (около 400–600 °C в областях с тонкой литосферой), до астеносферных величин (порядка 1300 °C).
- Вязкость — на два-три порядка ниже, чем у средней литосферы, но выше, чем у астеносферы.
- Сейсмическая анизотропия — обусловлена ориентировкой осевых минералов (оливина, пироксена), вытянутых при деформации вдоль направления движения плиты.
¶Формирование
Подложечная область формируется в результате охлаждения и поднятия мантийного вещества под рифтовыми зонами. По мере удаления от оси хребта литосфера утолщается за счёт аккреции мантийного материала, который постепенно остывает и становится частью литосферной плиты. Нижняя граница подложечной области при этом опускается.
В зонах субдукции подложечная область литосферной плиты, погружающейся в мантию, может сохраняться на протяжении сотен километров, постепенно трансформируясь в зону глубоких землетрясений. Сейсмологические данные показывают, что сейсмическая активность в зонах погружения ограничивается именно зоной, соответствующей подложечной области погружаемой плиты.
¶Роль в тектонике плит
Подложечная область участвует в передаче сил трения между астеносферой и литосферой. Модели взаимодействия плит учитывают, что сила, прилагаемая к плите со стороны мантии, распределяется по подложечной области. От её свойств — вязкости, температуры, наличия частичных расплавов — зависит характер скольжения плиты и интенсивность сопутствующего магматизма.
В океанических областях подложечная область обычно тоньше, чем в континентальных, что связано с разной толщиной литосферы и историей её термального развития. Под молодыми океаническими хребтами подложечная область может быть практически несформированной, тогда как под древними плато и кратонами она достигает максимальной мощности.
¶Методы изучения
Основные методы исследования подложечной области:
- Сейсмотомография — построение трёхмерных моделей скорости сейсмических волн, позволяющих выявить аномалии скорости и анизотропии, соответствующие подложечной зоне.
- Анализ поверхности раздела Мохо — глубина залегания границы кора-мантия и её рельеф косвенно характеризуют строение подложечной области.
- Изотопные и геохимические исследования мантийных ксенолитов — вулканические породы извергают фрагменты подложечной области, позволяя изучать их состав напрямую.
- Моделирование литосферного напряжённого состояния — данные GPS-наблюдений и анализ напряжений в зонах землетрясений ограничивают реологические свойства подложечной зоны.
¶Значение
Понимание строения и свойств подложечной области необходимо для построения моделей тектонических процессов, объясняющих формирование горных сооружений, вулканизм, распределение землетрясений и эволюцию материков. Изменения в подложечной области под континентами могут быть связаны с процессами, предшествующими рифтогенезу и крупным магматическим событиям.
Источники:
- «Тектоника плит» (учебная литература по геологии)
- «Строение и физика Земли» (геофизические монографии)
- Материалы по сейсмотомографии верхней мантии