Preview

Геодинамика и тектонофизика

Расширенный поиск

ДВИЖУЩИЕСЯ ДЕФОРМИРУЕМЫЕ КОНТИНЕНТЫ, СМОДЕЛИРОВАННЫЕ АКТИВНЫМИ МАРКЕРАМИ: ЗАКРЫТИЕ И РАСКРЫТИЕ ОКЕАНОВ, РЕЦИРКУЛЯЦИЯ ОКЕАНИЧЕСКОЙ КОРЫ

https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-1-0349

Полный текст:

Аннотация

В численных экспериментах изучена эволюция системы мантия – движущиеся деформируемые континенты. Континенты движутся самосогласованно с мантийными течениями термокомпозиционной конвекции. Определены основные черты глобальной геодинамики – схождение и сжатие континентов, возникновение и исчезновение зон субдукции, бэкроллинг зон субдукции, перестройка мантийных течений и растяжение континентов с их последующим расхождением, раскрытие и закрытие океанов, а также рециркуляция океанической коры в мантии. Континентальная кора смоделирована активными маркерами, имеющими добавочную вязкость и плавучесть, тогда как континентальная литосфера – маркерами только с повышенной вязкостью, имеющими нейтральную плавучесть. Океаническая кора, в свою очередь, смоделирована активными маркерами, имеющими плавучесть. Принципиальный результат – соответствие численных расчетов реальной двухмодовости динамики Земли: океаническая кора, несмотря на свою положительную плавучесть у поверхности, погружается в зонах субдукции и уходит глубоко в мантию. (Часть океанической коры остается налипшей на окраинах континентов и не тонет, сохраняясь на длительное время.) В отличие от нее, континентальная кора не субдуцирует в зонах субдукции. Континентальная литосфера, несмотря на свою нейтральную плавучесть, за счет вязкости и сцепления с континентальной корой также остается на поверхности. При этом при «наезде» континента на зону субдукции происходит ее исчезновение и локальная перестройка течений в мантии. Изучено влияние перехода базальт – эклогит в океанической коре на структуру мантийных течений и движение континентов. Установлено, что включение в модель эффекта этого перехода существенно меняет картину мантийных течений и положения континентов. Кроме того, появляется новый эффект – возникновение скоплений остатков океанической коры на дне мантии. Вещество океанической коры накапливается на дне мантии неоднородно, образуя несколько скоплений. Поднимаясь вместе с плюмами, вещество океанической коры вновь оказывается на поверхности Земли.

Об авторах

А. М. Бобров
Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН.
Россия

Александр Марович Бобров, канд. физ.-мат. наук, в.н.с. 

Москва.



А. А. Баранов
Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН; Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН.
Россия

Алексей Андреевич Баранов, канд. физ.-мат. наук, в.н.с. 

Москва.



Список литературы

1. Bobrov A.M., Baranov A.A., 2011. Horizontal stresses in the mantle and in the moving continent for the model of two dimensional convection with varying viscosity. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 47 (9), 801–815. https://doi.org/10.1134/S1069351311090023.

2. Bobrov A.M., Baranov A.A., 2016. The mantle convection model with non-Newtonian rheology and phase transitions: the flow structure and stress fields. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 52 (1), 129–143. https://doi.org/10.1134/S1069351316010031.

3. Bobrov A.M., Trubitsyn A.P., 2008. Numerical model of the supercontinental cycle stages: integral transfer of the oceanic crust material and mantle viscous shear stresses. Studia Geophysica et Geodaetica 52 (1), 87–100. https://doi.org/10.1007/s11200-008-0007-1.

4. Brooks A.N., Hughes T.J.R., 1982. Streamline upwind/Petrov-Galerkin formulations for convection dominated flows with particular emphasis on the incompressible Navier-Stokes equations. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 32 (1–3), 199–259. https://doi.org/10.1016/0045-7825(82)90071-8.

5. Burov E., Francois T., Agarda P., Le Pourhiet L., Meyer B., Tirel C., Lebedev S., Yamato P., Brun J.-P., 2014. Rheological and geodynamic controls on the mechanisms of subduction and HP/UHP exhumation of crustal rocks during continental collision: Insights from numerical models. Tectonophysics 631, 212–250. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2014.04.033.

6. Butler S.L., Jarvis G.T., 2004. Stresses induced in continental lithospheres by axisymmetric spherical convection. Geophysical Journal International 157 (3), 1359–1376. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2004.02257.x.

7. Christensen U., Hofmann A., 1994. Segregation of subducted oceanic crust in the convecting mantle. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 99 (B10), 19867–19884. https://doi.org/10.1029/93JB03403.

8. Davies J.H., von Blanckenburg F., 1995. Slab breakoff: A model of lithosphere detachment and its test in the magmatism and deformation of collisional orogens. Earth and Planetary Science Letters 129 (1–4), 85–102. https://doi.org/10.1016/0012-821X(94)00237-S.

9. Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Popov S.P., 1998. Temporal characteristics of nonstationary free-convective flows in the horizontal layer and time scales of lower mantle convection. Doklady Earth Sciences 363 (8), 1132–1135.

10. Duretz T., Gerya T.V., May D.A., 2011. Numerical modelling of spontaneous slab breakoff and subsequent topographic response. Tectonophysics 502 (1–2), 244–256. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2010.05.024.

11. Fei Y., Orman J.V., Li J., van Westrenen W., Sanloup C., Minarik W., Hirose K., Komabayashi T., Walter M., Funakoshi K., 2004. Experimentally determined postspinel transformation boundary in Mg2SiO4 using MgO as an internal pressure standard and its geophysical implications. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 109 (B2), B02305. https://doi.org/10.1029/2003JB002562.

12. Gurnis M., 1988. Large-scale mantle convection and aggregation and dispersal of supercontinents. Nature 332 (6166), 696–699. https://doi.org/10.1038/332695a0.

13. Hughes T.J.R., 1987. The Finite Element Method: Linear Static and Dynamic Finite Element Analysis. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 803 p.

14. Karato S., Wu P., 1993. Rheology of the upper mantle: a synthesis. Science 260 (5109), 771–778. https://doi.org/10.1126/science.260.5109.771.

15. Kirdyashkin A.A., Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.G., 2000. Experimental modeling of the influence of subduction zones on the spatial structure of lower mantle convection and characteristic periods of heat flow fluctuations in the mantle. Doklady Earth Sciences 371A (3), 565–568.

16. Lobkovskii L.I., Inyukhin A.V., Kotelkin V.D., 2014. Subduction and cyclic processes in the upper mantle. Doklady Earth Sciences 459 (1), 1348–1352. https://doi.org/10.1134/S1028334X14110233.

17. Lobkovsky L.I., Kotelkin V.D., 2004. Numerical analysis of geodynamic evolution of the Earth based on a thermochemical model of the mantle convection. Russian Journal of Earth Sciences 6 (1), 49–58.

18. Lobkovsky L., Kotelkin V., 2015. The history of supercontinents and oceans from the standpoint of thermochemical mantle convection. Precambrian Research 259, 262–277. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2015.01.005.

19. Lowman J.P., King S.D., Gable C.W., 2004. Steady plumes in viscously stratified, vigorously convecting, three-dimensional numerical mantle convection models with mobile plates. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 5 (1), Q01L01. https://doi.org/10.1029/2003GC000583.

20. Magni V., Faccenna C., van Hunen J., Funiciello F., 2013. Delamination vs. break-off: the fate of continental collision. Geophysical Research Letters 40 (2), 285–289. https://doi.org/10.1002/grl.50090.

21. Moresi L.N., Gurnis M., 1996. Constraints on the lateral strength of slabs from three dimensional dynamic flow models. Earth and Planetary Science Letters 138 (1–4), 15–28. https://doi.org/10.1016/0012-821X(95)00221-W.

22. Moresi L.N., Solomatov V., 1998. Mantle convection with a brittle lithosphere: Thoughts on the global tectonic styles of the Earth and Venus. Geophysical Journal International 133 (3), 669–682. https://doi.org/10.1046/j.1365-246X.1998.00521.x.

23. Schubert G., Turcotte D.L., Olson P., 2001. Mantle Convection in the Earth and Planets. Cambridge University Press, New York, 940 p.

24. Simon K., Huismans R.S., Beaumont C, 2009. Dynamical modeling of lithospheric extension and small-scale convection: implications for magmatism during the formation of volcanic rifted margins. Geophysical Journal International 176 (1), 327–350. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2008.03891.x.

25. Sobolev A.V., Hoffman A.W., Kuzmin D.V., Yaxley G.M., Arndt N.T., Chung S-L., Danyushevsky L.V., Elliott T., Frey F.A., Garcia M.O., Gurenko A.A., Kamenetsky V.S., Kerr A.C., Krivolutskaya N.A., Matvienkov V.V., Nikogosian I.K., Rocholl A., Sigurdsson I.A., Sushchevskaya N.N., Teklay M., 2007. The amount of recycled crust in sources of mantle-derived melts. Science 316 (5823), 412–417. https://doi.org/10.1126/science.%201138113.

26. Taira A., Mann P., Rahardiavan R., 2004. Incipent subduction of the Ontong Java plateau along the North Colomon trench. Tectonophysics 389 (3–4), 247–266. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2004.07.052.

27. Tosi N., Yuen D.A., 2011. Bent-shaped plumes and horizontal channel flow beneath the 660 km discontinuity. Earth and Planetary Science Letters 312 (3–4), 348–359. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2011.10.015.

28. Trubitsyn V., 2012. Rheology of the mantle and tectonics of the oceanic lithospheric plates. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 48 (6), 467–485. https://doi.org/10.1134/S1069351312060079.

29. Trubitsyn V., Baranov A., Kharybin E., 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.

30. Trubitsyn V.P., Rykov V.V., Jacoby W.R., 1999. A self-consistent 2-D model for the dip angle of mantle downflow beneath an overriding continent. Journal of Geodynamics 28 (2–3), 215–224. https://doi.org/10.1016/S0264-3707(98)00038-6.

31. Van Hunen J., Allen M.B., 2011. Continental collision and slab break-off: A comparison of 3-D numerical models with observations. Earth and Planetary Science Letters 302 (1–2), 27–37. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2010.11.035.

32. Yoshida M., 2010. Preliminary three-dimensional model of mantle convection with deformable, mobile continental lithosphere. Earth and Planetary Science Letters 295 (1–2), 205–218. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2010.04.001.

33. Yoshida M., 2012. Dynamic role of the rheological contrast between cratonic and oceanic lithospheres in the longevity of cratonic lithosphere: A three-dimensional numerical study. Tectonophysics 532–535, 156–166. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2012.01.029.

34. Zhong S., Zuber M.T., Moresi L.N., Gurnis M., 2000. Role of temperature-dependent viscosity and surface plates in spherical shell models of mantle convection. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 105 (B5), 11063–11082. https://doi.org/10.1029/2000JB900003.


Для цитирования:


Бобров А.М., Баранов А.А. ДВИЖУЩИЕСЯ ДЕФОРМИРУЕМЫЕ КОНТИНЕНТЫ, СМОДЕЛИРОВАННЫЕ АКТИВНЫМИ МАРКЕРАМИ: ЗАКРЫТИЕ И РАСКРЫТИЕ ОКЕАНОВ, РЕЦИРКУЛЯЦИЯ ОКЕАНИЧЕСКОЙ КОРЫ. Геодинамика и тектонофизика. 2018;9(1):287-307. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-1-0349

For citation:


Bobrov A.M., Baranov A.A. MODELING OF MOVING DEFORMABLE CONTINENTS BY ACTIVE TRACERS: CLOSING AND OPENING OF OCEANS, RECIRCULATION OF OCEANIC CRUST. Geodynamics & Tectonophysics. 2018;9(1):287-307. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-1-0349

Просмотров: 247


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


ISSN 2078-502X (Online)