Геотектоника и тепловые потоки
Аномальные тепловые потоки Земли характерны для областей современного вулканизма, где проявляются магматические, гидротермальные и сейсмотектонические процессы. Эти события происходили в течение всей истории Земли. Пираджно (Pirajno, 2009) называет их термально-тектоническими, что подчёркивает взаимосвязь земного тепла и тектонических процессов.
В таблице 1 приведены данные по тепловой мощности термальных полей и гидротермальных систем, при определении которых с той или иной степенью точности учтены все ее составляющие, включая скрытую разгрузку высокотермальных вод (Аверьев, 1967). В таблице 2 приведены данные удельного выноса тепла, питающего гидротермальные системы (Ковалева, 1971).
Таблица 1. Теплоемкость и удельная вынос тепла (теплового потока) некоторых гидротермальных систем и тепловых полей в зонах вулканической активности (Aверьев, 1967).
Таблица 2. Удельный вынос тепла (тепловой поток) гидротермальных систем и вулканов (Koвалёв, 1971).
В энергетическом смысле гидротермальные системы и андезитовые вулканы – эквивалентны. Вулканическая зона центральной части Срединного хребта Камчатки (Огородов и др., 1972) наиболее пригодна для оценки аномального теплового потока района проявления мантийного базальтового вулканизма.
Расчёты показывают, что аномальный тепловой поток, сопровождавший это событие составлял около 7000 ккал/км2 с и превышает, примерно в 4-10 раз тепловые потоки гидротермальных систем. Различие значений аномальных тепловых потоков, как между гидротермальными системами, так и между гидротермальными и магматическими системами связано с тем, что при их оценке тепловых потоков систем не учитывался тепловые потери вулканизмом, метаморфизмом, скрытой разгрузкой термальных вод. Также эти значения связаны с различными оценками площадей генерации тепла. Кроме того, разница тепловых потоков районов базальтового (мантийного) вулканизма и районов развития гидротермальной деятельности и центральных (андезитовых) вулканов, может быть обусловлена аккумуляцией тепла в земной коре и такими геологическими процессами, как общее нагревание земной коры, частичное плавление, гранитизация in situ (Chen G-N, Grapes, 2007), деформация вмещающих пород и т. д.
Миграция базальтовой магмы начинается из магматических резервуаров, расположенных в верхней мантии (рис. 4). Расплав транспортируется через земную кору к земной поверхности в плоских каналах с большой поверхностью остывания. Этот процесс сопровождается большими тепловыми потерями, которые приводят к падению температуры магмы, в результате чего в магматическом канале создаётся большой градиент температур. Его величина определяет скорость движения магмы.
Схематическая структура магматической системы в Исландии (Thordarson. Larsen, 2007).
мр – магматический резервуар; к – коровый магматический очаг; рд – рой даек; вц- центральный вулкан; рт – рой трещин, ти –трещинное извержение
Образование мантийного резервуара под земной корой можно объяснить отдачей тепла скоплений магмы под экранами всплывающих расплавов частичного плавления.
В результате процессов остывания образуется горизонт сплошных даек над магматическим базальтовым резервуаром
Предполагается, что магма под экраном горизонта сплошных даек (тепловым изолятором), постоянно возобновляемым и увеличивающим толщину, является аккумулятором тепловой энергии, которая обусловливает образование высокотемпературного трансмагматического флюида. Достигнув предельных термодинамических параметров, соответствующих теплофизическим свойствам экрана, флюиды переходят в состояние низкотемпературной плазмы. Трансмагматические флюиды, концентрируясь в апикальных частях магматического резервуара, «прожигают» выше расположенные относительно твёрдые базальты, не производя заметных деформаций вмещающих пород (Белоусов, 1978; Belousov, Belousova, 2016) .