Статья
Название статьи Распределение температуры в верхней мантии под континентом
Авторы Кирдяшкин А.Г.
Кирдяшкин А.А.
Дистанов В.Э.
Библиографическое описание статьи
Категория
УДК 551.2+551.14+536.25
DOI 10.21209/2227-9245-2020-26-1-14-22
Тип статьи Научная
Аннотация Верхняя мантия под континентом представлена состоящей из трех слоев: 1) высоковязкой континентальной литосферы, в которой осуществляется кондуктивный теплообмен; 2) астеносферного слоя, теплообмен в котором происходит в условиях свободной конвекции; 3) слоя С (переходной зоны мантии), в котором также имеет место свободно-конвективный теплоперенос. С учетом имеющихся данных лабораторного и теоретического моделирования представлена структура свободноконвективных течений в астеносферном слое и слое С под континентом. При числах Рэлея Ra > 105 в астеносфере и слое С имеет место нестационарное крупномасштабное ячеистое свободно-конвективное течение. У поверхностей теплообмена (границ слоев) в условиях неустойчивой стратификации организуются продольные валики, оси которых совпадают с направлением течения крупномасштабных ячеек. Распределение температуры в континентальной литосфере найдено с учетом радиогенного тепловыделения в условиях кондуктивного теплообмена. Приведены оценки величины кинематической вязкости астеносферного слоя и слоя С. Представлены соотношения для определения сверхадиабатических перепадов температуры, перепадов температуры в тепловых пограничных слоях и кондуктивных подслоях в астеносфере и слое С. Кроме того, получены соотношения для толщины валиковых кондуктивных подслоев на границах астеносферы и слоя С. Определены значения температуры на границах слоев, толщины тепловых пограничных слоев, перепады температуры в них. Представлено распределение температуры в верхней мантии в континентальной области. Профили температуры по толщине астеносферного слоя и слоя С построены на основании экспериментально определенных закономерностей свободно-конвективного теплообмена в горизонтальном слое вязкой жидкости, подогреваемом снизу и охлаждаемом сверху
Ключевые слова верхняя мантия; астеносфера; слой С; свободно-конвективные течения; конвективные валики; граница фазового перехода; континентальная литосфера; кинематическая вязкость; тепловой пограничный слой; кондуктивный подслой; профили температуры
Информация о статье Кирдяшкин А. А., Кирдяшкин А. Г., Дистанов В. Э. Распределение температуры в верхней мантии под континентом // Вестник Забайкальского государственного университета. 2020. Т. 26, № 1. С. 14–22. DOI: 10.21209/2227-9245-2020-26-1-14-22.
Список литературы 1. Добрецов Н. Л., Кирдяшкин А. Г., Кирдяшкин А. А. Глубинная геодинамика. Новосибирск: ГЕО, 2001. 408 с. 2. Жарков В. Н. Внутреннее строение Земли и планет. М.: Наука, 1983. 416 с. 3. Сурков Н. В. Лерцолитовая палеогеотерма // Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге XXI века. Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2003. С. 430–433. 4. Anderson O. L. The temperature profile of the upper mantle // Journal of Geophysical Research. 1980. Vol. 85, No. B12. P. 7003–7010. 5. Bonatti E., Ligi M., Brunelli D., Cipriani A., Fabretti P., Ferrante V., Gasperini L., Ottolini L. Mantle thermal pulses below the Mid-Atlantic Ridge and temporal variations in the formation of oceanic litosphere // Nature. 2003. Vol. 423. P. 499–505. 6. Cammarano F., Goes S., Vacher P., Giardini D. Inferring upper-mantle temperatures from seismic velocities // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2003. Vol. 138. P. 197–222. 7. Choblet G., Parmentier E. M. Mantle upwelling and melting beneath slow spreading centers: effects of variable rheology and melt productivity // Earth and Planetary Science Letters. 2001. Vol. 184, No. 3–4. P. 589–604. 8. Herzberg C., Zhang J. Melting experiments on anhydrous peridotite KLB-1: compositions of magmas in the upper mantle and transition zone // Journal of Geophysical Research. 1996. Vol. 101, No. B4. P. 8271 – 8295. 9. Jaupart C., Mareschal J.-C. Heat flow and thermal structure of the lithosphere // Treatise on Geophysics. Vol. 6. Crust and lithosphere dynamics. Amsterdam: Elsevier, 2007. P. 217–251. 10. Jeanloz R., Morris S. Temperature distribution in the crust and mantle // Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 1986. Vol. 14. P. 377–415. 11. Kirdyashkin A. A., Kirdyashkin A. G. Effect of the oceanic lithosphere velocity on free convection in the asthenosphere beneath mid-ocean ridges // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 2008. Vol. 44, No. 4. P. 291–302. 12. Kirdyashkin A. A., Kirdyashkin A. G., Surkov N. V. Thermal gravitational convection in the asthenosphere beneath a mid-ocean ridge and stability of main mantle-derived parageneses // Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics). 2006. Vol. 47, No. 1. P. 76–94. 13. Kuskov O. L., Kronrod V. A. Determining the temperature of the earth’s continental upper mantle from geochemical and seismic data // Geochemistry International. 2006. Vol. 44, No. 3. P. 232–248. 14. Leontiev A. I., Kirdyashkin A. G. Experimental study of flow patterns and temperature fields in horizontal free convection liquid layers // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1968. Vol. 11, No. 10. P. 1461–1466. 15. McKenzie D., Jackson J., Priestley K. Thermal structure of oceanic and continental lithosphere // Earth and Planetary Science Letters. 2005. Vol. 233. P. 337–349. 16. Röhm A. H. E., Snieder R., Goes S., Trampert J. Thermal structure of continental upper mantle inferred from S-wave velocity and surface heat flow // Earth and Planetary Science Letters. 2000. Vol. 181. P. 395–407. 17. Trubitsyn V. P., Evseev A. N., Baranov A. A., Trubitsyn A. P. Phase transition zone width implications for convection structure // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 2008. Vol. 44, No. 8. P. 603–614. 18. Turcotte D. L., Schubert G. Geodynamics. New York: Cambridge University Press, 2002. 456 p. 19. Yasuda A., Fujii T., Kurita K. Melting phase relations of an anhydrous mid-ocean ridge basalt from 3 to 20 GPa: Implications for the behavior of subducted oceanic crust in the mantle // Journal of Geophysical Research. 1994. Vol. 99, No. B5. P. 9401–9414.
Полный текст статьиРаспределение температуры в верхней мантии под континентом