Плюм как геологический термин¶
Плюм (от англ. plume — «перо, струя») — в науках о Земле общее название восходящего потока вещества в мантии или иной оболочке планеты. В наиболее употребительном значении термин обозначает мантийный плюм — относительно узкую струю горячего глубинного материала, поднимающуюся от границы ядра и мантии к подошве литосферы и проявляющуюся на поверхности вулканизмом, поднятием рельефа и аномалиями теплового потока. Понятие используется в геологии, геофизике и геохимии; в более широком смысле слово применяется также в метеорологии, гидродинамике и экологии.
¶Происхождение понятия
Представление о глубинных восходящих потоках сформировалось в 1960–1970-е годы. Канадский геофизик Джон Тюдзо Уилсон в 1963 году предложил объяснять цепочки вулканических островов движением литосферной плиты над неподвижным «источником» тепла в мантии. В 1971 году американский геофизик Уильям Джейсон Морган развил эту идею в гипотезу мантийных плюмов, связав их с так называемыми горячими точками — областями длительного, устойчивого вулканизма, не приуроченными к границам плит.
Согласно классической модели, плюм зарождается на границе ядра и мантии (глубина около 2900 км), где вещество нагревается и всплывает благодаря меньшей плотности. Диаметр головы плюма оценивается в сотни — первые тысячи километров, а «хвост» (канал подъёма) значительно уже. При достижении подошвы литосферы происходит растекание головы, частичное плавление и образование крупных магматических провинций.
¶Классификация
В литературе выделяют несколько типов плюмов:
- Мантийные (глубинные) — связаны с границей ядра и мантии, порождают океанические горячие точки и крупные изверженные провинции.
- Литосферные (мелкие, вторичные) — формируются в верхней мантии, нередко объясняются локальными неоднородностями.
- Гидротермальные плюмы — в океанологии: восходящие струи нагретой воды вблизи подводных гидротермальных источников.
- Атмосферные (конвективные) — в метеорологии: восходящие потоки тёплого воздуха, в том числе термики, используемые планеристами.
В геохимии различают также «первичные» и «вторичные» плюмы по изотопным характеристикам слагающего их материала.
¶Диагностические признаки
На поверхности мантийный плюм распознаётся по совокупности признаков:
| Признак | Проявление |
|---|---|
| Вулканизм | щелочные и толеитовые базальты, часто с повышенным содержанием несовместимых элементов |
| Возрастные цепочки | закономерное удревнение вулканов вдоль движения плиты |
| Тепловой поток | локальные аномалии, превышающие фоновые значения |
| Рельеф | куполообразные поднятия, океанические плато, сводовые возвышенности |
| Сейсмическая томография | зоны пониженных скоростей сейсмических волн в мантии |
Наиболее известные примеры горячих точек — Гавайская, Исландская, Йеллоустонская, Реюньонская и Тристан-да-Кунья. С плюмовой активностью связывают образование крупных изверженных провинций, таких как траппы Декана и Сибирские траппы.
¶Российские исследования
В России проблематика плюмов разрабатывалась в институтах геологического профиля. Сибирские траппы — одна из крупнейших изверженных провинций мира, сформировавшаяся на рубеже перми и триаса, — рассматриваются как классический пример проявления плюмовой активности. Изучение трапповых формаций Сибирской платформы велось в Институте геологии и минералогии, а также в вузах геологического профиля. Камчатка и Курильские острова, относящиеся к зонам современного вулканизма, исследуются в связи с взаимодействием плюмовых и субдукционных процессов.
¶Альтернативные точки зрения
Гипотеза мантийных плюмов не является общепринятой в бесспорном виде. Ряд исследователей объясняет горячие точки и крупные магматические провинции иными механизмами: растяжением литосферы, трещиноватостью, неоднородностями верхней мантии, задержкой субдуцированного материала. Дискуссия затрагивает вопрос о глубине источников, стабильности горячих точек и возможности их относительного смещения. Сейсмическая томография даёт аргументы как в пользу существования глубинных каналов, так и против универсальности модели.
¶Другие значения
Помимо геологии, термин употребляется в нескольких областях:
- Метеорология — конвективный плюм, восходящая струя воздуха над нагретой поверхностью.
- Гидродинамика — струйное течение, образующееся при всплытии жидкости или газа с иной плотностью.
- Экология — шлейф загрязнения, распространяющийся от источника в водной или воздушной среде.
- Техника — в англоязычной литературе «plume» обозначает факел выхлопа, дымовой шлейф, струю ракетного двигателя.
Во всех этих значениях сохраняется исходная идея направленного восходящего или распространяющегося потока.
¶Значение
Концепция плюмов связывает глубинные процессы в недрах Земли с поверхностными явлениями: вулканизмом, горообразованием, изменениями климата в геологическом прошлом. С плюмовой активностью связывают массовые вымирания, коррелирующие с излияниями траппов. Термин широко используется в тектонике, петрологии, геофизике и при поиске полезных ископаемых, поскольку с магматизмом горячих точек связаны месторождения ряда металлов.
Источники: работы Дж. Т. Уилсона, У. Дж. Моргана по горячим точкам; публикации по тектонике литосферных плит; материалы по Сибирским траппам и вулканизму Камчатки; учебная литература по общей геологии и геофизике.