Preview

Геодинамика и тектонофизика

Расширенный поиск

ВЛИЯНИЕ МОЩНОСТИ ОКЕАНИЧЕСКОЙ КОРЫ НА СТИЛЬ СУБДУКЦИИ В РАННЕМ ДОКЕМБРИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЧИСЛЕННОГО ПЕТРОЛОГО-ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

https://doi.org/10.5800/GT-2025-16-5-0844

EDN: https://elibrary.ru/doovjr

Аннотация

Эклогитизация магматических пород океанической коры играет ключевую роль в механизме движения литосферных плит. Этот эффект (как и его кинетическая задержка) особенно важен в докембрийской субдукции, когда мощность океанической коры могла в несколько раз превышать современную. В данной работе приводятся результаты численного моделирования субдукции под континент при повышенной (на ΔT=150–250 °C относительно современной) потенциальной температуре мантии, отвечающей раннему докембрию, с разной мощностью океанической коры, в которых учитывается дискретная эклогитизация пород ее базальтового и габброидного слоев, а также деплетирование мантии. Моделирование впервые показало, что мощность океанической коры оказывает существенное влияние на режим докембрийской субдукции. Для моделей с толстой корой (18–24 км) при всех значениях ΔT наблюдается пологая субдукция. Для моделей с тонкой корой (7 км) пологая субдукция отмечается лишь при ΔT=250 °C, тогда как при ΔT=150–200 °C пологое погружение происходит только на начальных этапах субдукции, а затем реализуется стиль крутой субдукции, сопровождающейся откатом слэба и магматизмом на активной окраине с преобладанием кислого магматизма над базитовым. На основе этих данных предполагается, что зоны с современным стилем крутой субдукции (или близким к нему) могли возникать в раннем докембрии там, где погружались плиты с маломощной (близкой к современной) океанической корой.

Об авторах

В. С. Захаров
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Россия

119991, Москва, Ленинские горы, 1



А. Л. Перчук
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт экспериментальной минералогии им. академика Д.С. Коржинского РАН
Россия

119991, Москва, Ленинские горы, 1; 142432, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 4



Т. В. Геря
Швейцарская высшая техническая школа Цюриха
Швейцария

8092, Цюрих, 5, Зоннеггштрассе



Список литературы

1. Arndt N., 2023. How Did the Continental Crust Form: No Basalt, No Water, No Granite. Precambrian Research 397, 107196, https://doi.org/10.1016/j.precamres.2023.107196.

2. Artemieva I.M., 2006. Global 1°×1° Thermal Model TC1 for the Continental Lithosphere: Implications for Lithosphere Secular Evolution. Tectonophysics 416 (1–4), 245–277. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2005.11.022.

3. Bickle M.J., Nisbet E.G., Martin A., 1994. Archean Greenstone Belts Are Not Oceanic Crust. Journal of Geology 102 (2), 121–137. https://doi.org/10.1086/629658.

4. Bown J.W., White R.S., 1994. Variation with Spreading Rate of Oceanic Crustal Thickness and Geochemistry. Earth and Planetary Science Letters 121 (3–4), 435–449. https://doi.org/10.1016/0012-821X(94)90082-5.

5. Brown M., Johnson T., Gardiner N.J., 2020. Plate Tectonics and the Archean Earth. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 48, 291–320. https://doi.org/10.1146/annurev-earth-081619-052705.

6. Cawood P.A., Hawkesworth C.J., Dhuime B., 2013. The Continental Record and the Generation of Continental Crust. Geological Society of America Bulletin 125 (1–2), 14–32. https://doi.org/10.1130/B30722.1.

7. Chen Y.J., 1992. Oceanic Crustal Thickness Versus Spreading Rate. Geophysical Research Letters 19 (8), 753–756. https://doi.org/10.1029/92GL00161.

8. Clift P., Vannucchi P., 2004. Controls on Tectonic Accretion Versus Erosion in Subduction Zones: Implications for the Origin and Recycling of the Continental Crust. Reviews of Geophysics 42 (2), RG2001. https://doi.org/10.1029/2003RG000127.

9. Колман Р.Г. Офиолиты. М.: Изд-во «Мир», 1979. 262 с.

10. Davies G.F., 2006. Gravitational Depletion of the Early Earth’s Upper Mantle and the Viability of Early Plate Tectonics. Earth and Planetary Science Letters 243 (3–4), 376–382. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2006.01.053.

11. Davies J.H., 1999. The Role of Hydraulic Fractures in Generating Intermediate Depth Earthquakes and Subduction Zone Magmatism. Nature 398, 142–145. https://doi.org/10.1038/18202.

12. De Silva S.L., Kay S.M., 2018. Turning up the Heat: High-Flux Magmatism in the Central Andes. Elements 14 (4), 245–250. https://doi.org/10.2138/gselements.14.4.245.

13. Dilek Y., Furnes H., 2014. Ophiolites and Their Origins. Elements 10 (2), 93–100. https://doi.org/10.2113/gselements.10.2.93.

14. Dobretsov N.L., 2010. Distinctive Petrological, Geochemical, and Geodynamic Features of Subduction-Related Magmatism. Petrology 18 (1), 84–106. https://doi.org/10.1134/S0869591110010042.

15. Дубинин Е.П., Галушкин Ю.И., Сущевская Н.М. Спрединговые хребты и трансформные разломы // Мировой океан. Геология и тектоника океана. Катастрофические явления в океане / Ред. Л.И. Лобковский. М.: Научный мир, 2013. Т. 1. С. 92–170.

16. Gerya T., 2014. Precambrian Geodynamics: Concepts and Models. Gondwana Research 25 (2), 442–463. https://doi.org/10.1016/j.gr.2012.11.008.

17. Gerya T.V., Yuen D.A., 2003. Characteristics-Based Marker-in-Cell Method with Conservative Finite-Differences Schemes for Modeling Geological Flows with Strongly Variable Transport Properties. Physics of the Earth and Planetary Interiors 140 (3), 293–318. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2003.09.006.

18. Herzberg C., Condie K., Korenaga J., 2010. Thermal History of the Earth and Its Petrological Expression. Earth and Planetary Science Letters 292 (1–2), 79‒88. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2010.01.022.

19. Katz R.F., Spiegelman M., Langmuir C.H., 2003. A New Parameterization of Hydrous Mantle Melting. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 4 (9), 1073. https://doi.org/10.1029/2002GC000433.

20. Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., Дистанов В.Э., Гладков И.Н. Об источнике тепла в зоне субдукции // Геодинамика и тектонофизика. 2021. Т. 12. № 3. С. 471–484. https://doi.org/10.5800/GT-2021-12-3-0534.

21. Korenaga J., 2013. Initiation and Evolution of Plate Tectonics on Earth: Theories and Observations. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 41, 117–151. https://doi.org/10.1146/annurev-earth-050212-124208.

22. Korobeynikov S.N., Polyansky O.P., Sverdlova V.G., Babichev A.V., Reverdatto V.V., 2008. Computer Modeling of Underthrusting and Subduction Under Conditions of Gabbro-Eclogite Transition in the Mantle. Doklady Earth Sciences 421 (1), 724–728. https://doi.org/10.1134/S1028334X08050024.

23. Labrosse S., Jaupart C., 2007. Thermal Evolution of the Earth: Secular Changes and Fluctuations of Plate Characteristics. Earth and Planetary Science Letters 260 (3–4), 260–465. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2007.05.046.

24. Li Z.H., Xu Z.Q., Gerya T.V., 2011. Flat Versus Steep Subduction: Contrasting Modes for the Formation and Exhumation of High- to Ultrahigh-Pressure Rocks in Continental Collision Zones. Earth and Planetary Science Letters 301 (1–2), 65–77. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2010.10.014.

25. Liu L., Gurnis M., Seton M., Saleeby J., Müller R.D., Jackson J.M., 2010. The Role of Oceanic Plateau Subduction in the Laramide Orogeny. Nature Geoscience 3 (5), 353–357. https://doi.org/10.1038/ngeo829.

26. Лобковский Л.И., Никишин А.М., Хаин В.Е. Современные проблемы геотектоники и геодинамики. М.: Научный мир, 2004. 612 с.

27. Лобковский Л.И., Рамазанов М.М., Котелкин В.Д. Развитие модели верхнемантийной конвекции, сопряженной с зоной субдукции, с приложениями к мел-кайнозойской геодинамике Центрально-Восточной Азии и Арктики // Геодинамика и тектонофизика. 2021. Т. 12. № 3. С. 455–470. https://doi.org/10.5800/GT-2021-12-3-0533.

28. Martin H., Smithies R.H., Rapp R., Moyen J.-F., Champion D., 2005. An Overview of Adakite, Tonalite-Trondhjemite-Granodiorite (TTG), and Sanukitoid: Relationships and Some Implications for Crustal Evolution. Lithos 79 (1–2), 1–24. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2004.04.048.

29. McKenzie D.A.N., Bickle M.J., 1988. The Volume and Composition of Melt Generated by Extension of the Lithosphere. Journal of Petrology 29 (3), 625–679. https://doi.org/10.1093/petrology/29.3.625.

30. Moyen J.-F., van Hunen J., 2012. Short-Term Episodicity of Archaean Plate Tectonics. Geology 40 (5), 451–454. https://doi.org/10.1130/G322894.1.

31. Palin R.M., Santosh M., 2021. Plate Tectonics: What, Where, Why, and When? Gondwana Research 100, 3–24. https://doi.org/10.1016/j.gr.2020.11.001.

32. Palin R.M., Santosh M., Cao W., Li Sh.-Sh., Hernández-Uribe D., Parsons A., 2020. Secular Change and the Onset of Plate Tectonics on Earth. Earth-Science Reviews 207, 103172. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103172.

33. Perchuk A.L., Gerya T.V., Zakharov V.S., Griffin W.L., 2021. Depletion of the Upper Mantle by Convergent Tectonics in the Early Earth. Scientific Reports 11, 21489. https://doi.org/10.1038/s41598-021-00837-y.

34. Perchuk A.L., Zakharov V.S., Gerya T.V., Brown M., 2019. Hotter Mantle but Colder Subduction in the Precambrian: What Are the Implications? Precambrian Research 330, 20–34. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2019.04.023.

35. Perchuk A.L., Zakharov V.S., Gerya T.V., Griffin W.L., 2023. Flat Subduction in the Early Earth: The Key Role of Discrete Eclogitization Kinetics. Gondwana Research 119, 186–203. https://doi.org/10.1016/j.gr.2023.03.015.

36. Perchuk A.L., Zakharov V.S., Gerya T.V., Griffin W.L., 2025a. Felsic Magmatism During Precambrian Flat Subduction. Geoscience Frontiers 16 (6), 102133. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2025.102133.

37. Perchuk A.L., Zakharov V.S., Gerya T.V., Stern R.J., 2025b. Shallow vs. Deep Subduction in Earth History: Contrasting Regimes of Water Recycling Into the Mantle. Precambrian Research 418, 107690. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2025.107690.

38. Ranalli G., 1995. Rheology of the Earth. Chapman & Hall, London, 413 p.

39. Rebetskiy Yu.L., 2020. Pattern of Global Crustal Stresses of the Earth. Geotectonics 54 (6), 723–740. https://doi.org/10.1134/S0016852120060114.

40. Savko К.А., Samsonov А.V., Korish Е.Kh., Larionov А.N., Salnikova Е.B., Ivanova А.А., Bazikov N.S., Tsybulyaev S.V., Chervyakovskaya М.V., 2024. Granitoid Intrusions at the Periphery of the Kursk Block as Part of a Paleoproterozoic Silicic Large Igneous Province in Eastern Sarmatia. Petrology 32 (6), 719–771. https://doi.org/10.1134/S0869591124700218.

41. Schmidt M.W., Poli S., 1998. Experimentally Based Water Budgets for Dehydrating Slabs and Consequences for Arc Magma Generation. Earth and Planetary Science Letters 163 (1–4), 361–379. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(98)00142-3.

42. Shchipansky A.A., 2012. Subduction Geodynamics in Archean and Formation of Diamond-Bearing Lithospheric Keels and Early Continental Crust of Cratons. Geotectonics 46 (2), 122–141. https://doi.org/10.1134/S0016852112020057.

43. Sizova E., Gerya T., Brown M., Perchuk L.L., 2010. Subduction Styles in the Precambrian: Insight from Numerical Experiments. Lithos 116 (3–4), 209–229. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2009.05.028.

44. Sleep N.H., 1975. Formation of Oceanic Crust: Some Thermal Constraints. Journal of Geophysical Research 80 (29), 4037–4042. https://doi.org/10.1029/JB080i029p04037.

45. Su W., Mutter C.Z., Mutter J.C., Buck W.R., 1994. Some Theoretical Predictions on the Relationships Among Spreading Rate, Mantle Temperature, and Crustal Thickness. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 99 (B2), 3215–3227. https://doi.org/10.1029/93JB02965.

46. Syracuse E.M., van Keken P.E., Abers G.A., 2010. The Global Range of Subduction Zone Thermal Models. Physics of the Earth and Planetary Interiors 183 (1–2), 73–90. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2010.02.004.

47. Tang M., Chen K., Rudnick R.L., 2016. Archean Upper Crust Transition from Mafic to Felsic Marks the Onset of Plate Tectonics. Science 35 (6271), 372–375. https://doi.org/10.1126/science.aad5513.

48. Till C.B., Grove T.L., Withers A.C., 2012. The Beginnings of Hydrous Mantle Wedge Melting. Contributions to Mineralogy and Petrology 163 (4), 669–688. https://doi.org/10.1007/s00410-011-0692-6.

49. Trubitsyn V.P., 2019. Problems of Global Geodynamics. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 55 (2), 152–167. https://doi.org/10.1134/S1069351319010129.

50. Trubitsyn V.P., Baranov A.A., Kharybin E.V., 2007. Numerical Models of Subduction of the Oceanic Crust with Basaltic Plateaus. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 43 (7), 533–542. https://doi.org/10.1134/S1069351307070014.

51. Turcotte D.L., Schubert G., 2014. Geodynamics. Cambridge University Press, Cambridge, 626 p.

52. Van Hunen J., van den Berg A.P., 2008. Plate Tectonics on the Early Earth: Limitations Imposed by Strength and Buoyancy of Subducted Lithosphere. Lithos 103 (1–2), 217–235. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2007.09.016.

53. Weller O.M., Copley A., Miller W.G.R., Palin R.M., Dyck B., 2019. The Relationship Between Mantle Potential Temperature and Oceanic Lithosphere Buoyancy. Earth and Planetary Science Letters 518, 86–99. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2019.05.005.

54. Zakharov V.S., Perchuk A.L., Gerya T.V., Eremin M.D., 2024. Subduction Styles at Different Stages of Geological History of the Earth: Results of Numerical Petrological-Thermomechanical 2D Modeling. Geotectonics 58 (4), 403–427. https://doi.org/10.1134/S0016852124700298.

55. Zhou D., Li Ch.-F., Zlotnik S., Wang J., 2020. Correlations Between Oceanic Crustal Thickness, Melt Volume, and Spreading Rate from Global Gravity Observation. Marine Geophysical Research 41 (3), 14. https://doi.org/10.1007/s11001-020-09413-x.


Рецензия

Для цитирования:


Захаров В.С., Перчук А.Л., Геря Т.В. ВЛИЯНИЕ МОЩНОСТИ ОКЕАНИЧЕСКОЙ КОРЫ НА СТИЛЬ СУБДУКЦИИ В РАННЕМ ДОКЕМБРИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЧИСЛЕННОГО ПЕТРОЛОГО-ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ. Геодинамика и тектонофизика. 2025;16(5):0844. https://doi.org/10.5800/GT-2025-16-5-0844. EDN: https://elibrary.ru/doovjr

For citation:


Zakharov V.S., Perchuk A.L., Gerya T.V. THE EARLY PRECAMBRIAN EFFECT OF OCEANIC CRUSTAL THICKNESS ON THE SUBDUCTION STYLE OBTAINED BY NUMERICAL PETROLOGICAL AND THERMOMECHANICAL MODELING. Geodynamics & Tectonophysics. 2025;16(5):0844. (In Russ.) https://doi.org/10.5800/GT-2025-16-5-0844. EDN: https://elibrary.ru/doovjr

Просмотров: 32


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2078-502X (Online)