12.Конвекция оның түрлері. Мантия конвекциясының моделі

Плиталардың горизонталь (жазық) бағытта орын ауыстырып көшіретін күштің көзі мантия затының қызып тасуынан туатын конвективті ағыстар деп есептеледі.

Гравитациялық тұрақсыздықтың әсерінен «сұйық» заттың орын ауыстырып қозғалуын конвекция деп атайды. Конвекция заттың әртүрлі бөлігіндегі тығыздықтың өзгеше болуынан пайда болады. Тығыздықтың әркелкі болуының себебі жылулық немесе химиялық тепе-теңдік ауытқуларымен байланытырады.

Бүгінгі күні мантия туралы белгілі мәліметтерге сүйене отырып – мантияның физикалық жағдайы, химиялық құрамы, жер ядросынан литосфераға дейін, мантияны тұтас қамтитын конвективті ағыстар пайда болу мүмкіншілігі бар екені айқындалады. Бұл қорытынды жылулық конвективті ағысымен бірге, әсіресе химиялық-тығыздық конвекцияға тура келеді.

Ресей ғалымдары О.Г. Сорохтин және А.С. Монин ұсынған химиялық-тығыздық конвекция моделі Жер қойнауында тоқтаусыз жүріп жатқан процестерді, олармен байланысты тектоникалық қозғалыстар мен магматизмді дұрыс түсіндіруге талпынады. О.Г. Сорохтин бойынша тығыздық ауытқулары мантия мен ядроның шектейтін Берзан қабатында (D” – 2700-2900 км) пайда болады. Бұл шекте мантия мен ядро арасында зат алмасу байқалады. Осының салдарынан ядро көлемі мантия материал есебінен ұлғаяды. Бұл процестің ең ықтимал реакциясы: Fe₂O₃-Fe₂O+O₂

Тотықтанған бір валентті темір ядроға қосылады, ал мантияның төменгі бөлігін кремнезем, алюминий, магний, кальций тотықтары (оксидтері) толықтырады. Сонымен мантияның төменгі бөлігінде тығыздығы жоғарғы қабаттармен салыстырғанда 0,05 г/см³ кем учаскелер пайда болады. Бұл жағдай жеңілірек заттың жоғары көтерілуіне мүмкіндік туғызады. О.Г. Сорохтин бойынша заттың жіктелуімен байланысты мантиядағы тығыздық конвекция, заттың химиялық әркелдігінің әсерінен, тығыздықтың аз мөлшердегі ауытқуы болғанда пайда болады. Химиялық-тығыздық жіктелу процесінің жылдамдығы ядро бетінің ауданы мен мантиядағы темірдің шоғырлану мөлшеріне сайма-сай келеді. Сондықтан, ядроның мөлшері көбейген сайын заттың бөлшектену процесі жылдамдайды, осыған сәйкес конвективтік қозғалыстар мен тектондық белсенділік күшейеді. Осымен қатар Жер мантиясында темірдің мөлшері азая түседі, осының салдарынан бұл процестер бәсеңдейді. Энергия бөлінудің және тектондық белсенділіктің қисық сызығының максимумы О.Г. Сорохтин бойынша 1700-1900 млн жыл деңгейінде болуы мүмкін. Конвективтік мантия затының толық айналымы болуын есептеп, О.Г. Сорохтин заттың айналу уақытымен Жердің басты тектондық циклдері тура келетінін белгіледі. Жер мантиясының гидродинамикалық ерекшелігі - тұтқырлығы азырақ екі қабаттың аралығында орналасқан: астеносфера қабаты (10¹⁹ Па*с) және сұйық сыртқы ядро. Нәтижесінде мантияда тек қана тік бағытталған қозғалыстар мүмкін, ал конвектитвті ағындардың горизонталь тармақтары тұтқырлығы азырақ қабаттарға ұштасқан: жоғарғы шетінде астаносфера., төменде Берзон қабатты (2700-2900 км). Төменгі мантияның тұтқырлығы айтарлықтай жоғары болғандықтан, конвективті ұялардың (ячейкалардың) кескіні кең болу қажет. Сондықтан, бір-немесе екіұялы құрылымдардың болуы тиімді, дегенмен қысқа мерзім аралығында ағындардың күрделі пішіндері болу мүмкін. О.Г. Сорохтиннің есептеулері бойынша бірұялы конвекция жағдайында энергия негізінде астеносферада бөлінеді, ал екіұялы жағдайында – төменгі мантияда. Бұл уақыт аралығында мезгіл сайын бірұялы жүйеінің екіұялы жүйеге алмасуына себепкер болады. Қазіргі уақытта конвектитвті ағындардың екіұялы құрылымы байқалады. Жоғары бағытталған ағындардың орталықтары орталықтары, О.Г. Сорохтиннің пікірі бойынша, Шығыс Африка және Шығыс Тынық мұхит көтерілімінің астында орналасқан, ал төмен бағыттанған ағындар Тынық мұхитының батыс және шығыс шектеріне тән.

Глобалды конвекция және бірұялы құрылымның екі ұялыға және керісінше алмасуы литосфералық плиталардың жарылып бұзылуын және бірігуін түсіндіруі мүмкін. Осындай конвективті ағындары құрылымдарының қайта құрылуымен Жер тарихында суперконтиненттердің Пангеялардың - 2500, 1700, 1000 250 млн. жыл бұрын қалыптасу мерзімі сәйкес келеді.