Глобальная геодинамическая модель современной Земли и ее приложение для Арктического региона

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе построена геодинамическая модель современной Земли на основе глобальной модели сейсмической томографии SMEAN2 с акцентом на Арктический регион. Для сферической модели Земли было получено решение уравнения Стокса для вязкой жидкости на основе данных сейсмической томографии методом конечных элементов с помощью программного кода CitcomS. Полученные распределения аномалий температуры и поля скоростей мантийных течений объясняют основные особенности современной геодинамики Арктического региона. Перепад температуры в подкоровой мантии между относительно “холодным” западным арктическим шельфом (Баренцево и Карское моря) и более “теплым” восточным арктическим шельфом (от моря Лаптевых до Берингова пролива) достигает 100 градусов, что коррелирует с наблюдаемой интенсивной эмиссией метана с мелководного шельфа Восточной Арктики, вызванной деградацией мерзлоты и разрушением газогидратов на фоне повышенной температуры среды. Парниковый эффект метана в атмосфере, в свою очередь, способствует потеплению климата в Арктике. Район Исландии и восточная часть Гренландии под влиянием восходящего мантийного потока характеризуются горячей подкоровой мантией и повышенным тепловым потоком на поверхности, вызывающим нестабильность и подплавление ледяного щита Гренландии снизу.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. И. Лобковский

Институт океанологии им. П. П. Ширшова Российской Академии наук

Email: aabaranov@gmail.com

Академик РАН

Россия, Москва

А. А. Баранов

Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики Российской Академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: aabaranov@gmail.com
Россия, Москва

А. М. Бобров

Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта Российской Академии наук

Email: aabaranov@gmail.com
Россия, Москва

А. В. Чуваев

МИРЭА – Российский технологический университет

Email: aabaranov@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Lobkovsky L. I., Shipilov E. V., Kononov M. V. Geodynamic Model of Upper Mantle Convection and Transformations of the Arctic Lithosphere in the Mesozoic and Cenozoic // Izvestiya. Physics of the Solid Earth. 2013. V. 49. P. 767–785.
  2. Lobkovsky L. I. Deformable Plate Tectonics and Regional Geodynamic Model of the Arctic Region and Northeastern Asia // Russian Geology and Geophysics. 2016. V. 57(3). P. 371–386.
  3. Laverov N. P., Lobkovsky L. I., Kononov M. V., Dobretsov N. L., Vernikovsky V. A., Sokolov S. D., Shipilov E. V. A Geodynamic Model of the Evolution of the Arctic Basin and Adjacent Territories in the Mesozoic and Cenozoic and the Outer Limit of the Russian Continental Shelf // Geotectonics. 2013. V. 47. P. 1–30.
  4. Лобковский Л. И., Габсатаров Ю. В., Алексеев Д. А., Владимирова И. С., Рамазанов М. М., Котелкин В. Д. Геодинамическая модель взаимодействия зоны субдукции с континентальной литосферой в области перехода от Тихого океана к Восточной Азии // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13. № 5. P. 0675.
  5. Лобковский Л. И., Габсатаров Ю. В., Алексеев Д. А., Владимирова И. С., Рамазанов М. М., Котелкин В. Д. Geodynamic Model of the Interaction Between the Continental Lithosphere and the Active Continental Margin in East Asia // Russian Journal of Earth Sciences. 2022. V. 22. ES1005.
  6. Becker T. W., Boschi L. A comparison of tomographic and geodynamic mantle models // Geochem. Geophys. Geosyst. 2002. V. 3. 10.129/2001GC000168
  7. Lee C. K., Han S. C., Steinberger B. Influence of variable uncertainties in seismic tomography models on constraining mantle viscosity from geoid observations. // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2011. V. 184(1–2). P. 51–62.
  8. Megnin C., Romanowicz B. The shear velocity structure of the mantle from the inversion of body, surface, and higher modes waveforms // Geophys. J. Int. 2000. V. 143. P. 709–728.
  9. Schubert G., Turcotte D. L., Olson P. Mantle Convection in the Earth and Planets. Cambridge Univ. Press, New York, 2001. 940 P.
  10. Bobrov A. M., Baranov A. A. Thermochemical Mantle Convection with Drifting Deformable Continents: Main Features of Supercontinent Cycle // Pure and Applied Geophysics. 2019. V. 176. № . 8. P. 3545–3565.
  11. Hughes T. J.R. The Finite Element Method: Linear Static and Dynamic Finite Element Analysis// Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, NewJersey. 1987.
  12. Ramage A., Wathen A. J. Iterative solution techniques for the Stokes and Navier-Stokes equations //Int. J. Numer. Methods. Fluids. 1994. V. 19 P. 67–83.
  13. Fei Y., Orman J. V., Li J., van Westrenen W., Sanloup C., Minarik W., Hirose K., Komabayashi T., Walter M., Funakoshi K. Experimentally determined postspinel transformation boundary in Mg2SiO4 using MgO as an internal pressure standard and its geophysical implications // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. B02305.
  14. Zhong S., Zuber M. T., Moresi L. N., Gurnis M. Role of temperature-dependent viscosity and surface plates in spherical shell models of mantle convection // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2000. V. 105. N. B5. P. 11063–11082.
  15. Баранов А., Лобковский Л. И., Бобров А. М. Глобальная геодинамическая модель современной Земли и ее приложение для Антарктиды. //Доклады Российской Академии наук. Науки о Земле. 2023. Т. 512 № 1. С. 100–105.
  16. Чуваев А. В., Баранов А. А., Бобров А. М. Численное моделирование конвекции в мантии Земли с использованием облачных технологий // Вычислительные технологии. 2020. Т. 25. № 2. C. 103–117.
  17. Lobkovsky L. I., Kotelkin V. D. Numerical analysis of geodynamic evolution of the Earth based on a thermochemical model of the mantle convection // Russian Journal of Earth Sciences. 2004. V.6 (1). P. 49–58.
  18. Shakhova N., Semiletov I., Salyuk A., Joussupov V., Kosmach D., Gustaffson O. Extensive methan venting to the atmosphere from sediments of the East Arctic Shelf // Science. 2010. V. 327. P. 1246–1250.
  19. Artemieva I. M. Lithosphere thermal thickness and geothermal heat flux in Greenland from a new thermal isostasy method // Earth-Sci. Rev. 2019. V. 188. P. 469–481.
  20. Lobkovsky L., Baranov A., Garagash I., Ramazanov M., Vladimirova I., Gabsatarov Yu., Alekseev D., Semiletov I. Large earthquakes in subduction zones around the polar regions as a possible reason for rapid climate warming in the Arctic and glacier collapse in West Antarctica // Geosciences. 2023. V. 13. P. 171.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Распределение аномалий температуры в мантии на глубине 75 км. Черной линией показаны контуры континентов. Красные линии – сечения Земли по 20 и 200 градусу восточной широты. Розовые линии – сечения Земли по 160 и 340 градусу восточной долготы.

Скачать (62KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение аномалий температуры и скоростей течений в мантии Земли в сечении по 20 и 200 градусу восточной долготы (красная рамка на рис. 1). Кружками показаны зоны субдукции: 1 – Алеутская, 2 – Средиземноморская.

Скачать (56KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение аномалий температуры и скоростей течений в мантии Земли в сечении по 160 и 340 градусу восточной долготы (розовая рамка на рис. 1).

Скачать (84KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сферическая эквидистантная проекция с центром в Северном полюсе. Цветной шкалой показаны аномалии температуры в мантии на глубине 75 км, черными линиями показаны контуры континентов.

Скачать (90KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024