Transverse deformation waves in the non-isothermal lithosphere‒asthenosphere system

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The features of the occurrence and propagation of transverse deformation waves in the elastic lithosphere – viscous asthenosphere system under non-isothermal conditions are studied in the approximation of a thin layer. In this case, the phase transition at the boundary of the layers, due to temperature and pressure disturbances, plays an essential role. The qualitative and quantitative properties of propagation of disturbances of thermomechanical fields have been studied in the long-wave approximation. It is shown that due to the energy supply from the non-isothermal asthenosphere, weakly attenuated wave packets can occur, which spread over thousands of km with a characteristic speed of about 100 km/year. This allows them to be considered as a possible trigger mechanism for the massive emission of methane from frozen sedimentary rocks into the atmosphere.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. Lobkovsky

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: llobkovsky@ocean.ru

Академик РАН

Russian Federation, Moscow

M. Ramazanov

Joint Institute of High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Email: mukamay-ipg@mail.ru

Institute for Problems of Geothermy and Renewable Energy

Russian Federation, Makhachkala

References

  1. Вилькович У. В., Шнирман М. Г. Волны миграции эпицентров (примеры и модели) // Математические модели строения Земли и прогноз землетрясений. Вычислительная сейсмология. Вып. 14. М.: Наука, 1982. С. 27–37.
  2. Kasahara K. Migration of crustal deformation // Tectonophysics. 1979. 52 (1–4). P. 329–341.
  3. Шерман С. И. Деформационные волны как триггерный механизм сейсмической активности в сей смических зонах континентальной литосферы // Геодинамика и тектонофизика. 2013. Т. 4. № 2. С. 83–117. https://doi.org/10.5800/GT-2013-4-2-0093.
  4. Кузьмин Ю. О. Современная геодинамика и медленные деформационные волны // Физика Земли. 2020. № 4. С. 172–182.
  5. Lobkovsky L. I. Seismogenic-triggering mechanism of gas emission activizations on the Arctic shelf and associated phases of abrupt warming // Geosciences. 2020. V. 10(11). P. 428.
  6. Lobkovsky L. I., Baranov A. A., Ramazanov M. M., Vla dimirova I. S., Gabsatarov Y. V., Semiletov I. P., Alekseev D. A. Trigger Mechanisms of Gas Hydrate Decomposition, Methane Emissions, and Glacier Breakups in Polar Regions as a Result of Tectonic Wave Deformation // Geosciences. 2022. V. 12. P. 372.
  7. Лобковский Л. И., Баранов А. А., Владимирова И. С., Алексеев Д. А. Сильнейшие землетрясения и деформационные волны как возможные триггеры потепления климата в Арктике и разрушения ледников в Антарктике // Вестник РАН. 2023. Т. 93. № 6. С. 526–538.
  8. Лобковский Л. И., Баранов А. А., Рамазанов М. М., Владимирова И. С., Габсатаров Ю. В., Алексеев Д. А. Возможный сейсмогенно-триггерный механизм эмиссии метана, разрушения ледников и потепления климата в Арктике и Антарктике // Физика Земли. 2023. № 3. С. 33‒47.
  9. Elsasser W. Convection and stress propagation in the upper mantle / In Application of Modern Physics to Earth and Planet. Interior. New York: Wiley, 1969. P. 223–246.
  10. Melosh H. J. Nonlinear stress propagation in the Earth’s upper mantle // J. Geophys. Res. 1976. № 32 (81). P. 5621‒5632.
  11. Биргер Б. И. Распространение напряжений в литосфере Земли // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1989. № 12. С. 3–18.
  12. Быков В. Г. Предсказание и наблюдение деформационных волн Земли // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 3. С. 721–754.
  13. Гарагаш И. А., Лобковский Л. И. Деформационные тектонические волны как возможный триггерный механизм активизации эмиссии метана в Арктике // Арктика: экология и экономика. 2021. Т. 11. № 1. С. 42‒50.
  14. Лобковский Л. И., Рамазанов М. М. Термомеханические волны в системе упругая литосфера – вязкая астеносфера // Изв. РАН. МЖГ. 2021. № 6. С. 4–18.
  15. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Т. VI. Гидродинамика. 3-е изд., перераб. М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1986. 736 с.
  16. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Т. 7. Теория упругости. 4-е изд., испр. М.: Нау ка. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 248 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Model of the problem. Upper mantle layer consisting of the lithosphere (1) and asthenosphere (2). Dotted line ‒ disturbed boundaries of the lithosphere. The lower boundary is the boundary of the phase transition.

Download (16KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the group velocity of a surface wave on its length (a), and dependence of the residual amplitude of wave oscillations on its length after passing 2000 kilometers (b). The dotted line is the region of wave instability, i.e. for these points the wave is not realized.

Download (16KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. a) Vertical displacement of the centerline of the lithosphere at the initial moment of time (1), after 10 years (2) and after (20) years (3) in the coordinate system moving with the wave packet; b) Stresses in the lithosphere at the same moments of time in the coordinate system moving with the wave packet.

Download (19KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences