Глобальная геодинамическая модель современной Земли и ее приложение для Антарктиды

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 SMEAN 2. Исходя из распределения мантийных температурных аномалий из этой модели, выполнено численное моделирование трехмерного течения вязкой мантии с учетом зависимости вязкости от температуры и глубины для сферической Земли. Уравнение Стокса решается методом конечных элементов с помощью программного кода CitcomS. Полученная картина распределения аномалий температуры, динамической топографии и поля скоростей в мантии используется для анализа особенностей строения и геодинамики Западной Антарктиды, а также наблюдаемого в этой области аномального ускорения движения и разрушения ледников. В частности, дается объяснение существованию и современной активности Западно-антарктической рифтовой системы, включающей одну из крупнейших вулканических провинций на Земле, что согласуется с повышенным тепловым потоком на поверхности. Повышенный тепловой поток и вулканическая активность в этом регионе приводят к нестабильности и ускорению стока в океан покровных ледников Западно-антарктического ледового щита, что создает потенциальную угрозу значительного повышения уровня Мирового океана.

Об авторах

А. А. Баранов

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: baranov@ifz.ru
Россия, Москва

Л. И. Лобковский

Институт океанологии Российской академии наук

Email: baranov@ifz.ru
Россия, Москва

А. М. Бобров

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

Email: baranov@ifz.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Трубицын В.П., Баранов А.А., Евсеев А.Н., Труби-цын А.П. Точные аналитические решения уравнения Стокса для тестирования уравнений мантийной конвекции с переменной вязкостью // Физика Земли. 2006. Т. 42. № 7. С. 3–11.
  2. 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. № 6 (1). P. 49–58.
  3. Бобров А.М., Баранов А.А. Модель мантийной конвекции с неньютоновской реологией и фазовыми переходами: структура течений и поля напряжений // Физика Земли. 2016. Т. 52. № 1. С. 133–148.
  4. Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Глубинная геодинамика. Новосибирск, Изд-во СО РАН, филиал “Гео”, 2001. 408 с.
  5. Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г. Влияние скорости движения океанической литосферы на свободно-конвективные течения в астеносфере под срединно-океаническим хребтом // Физика Земли. 2008. № 4. С. 35–47.
  6. Трубицын В.П., Баранов А.А., Харыбин Е.В. Численные модели субдукции океанической коры c базальтовыми плато // Физика Земли. 2007. № 7. С. 3–10.
  7. Lobkovsky L., Kotelkin V. The history of supercontinents and oceans from the standpoint of thermochemical mantle convection // Precambrian Research. 2015. V. 259. P. 262–277.
  8. Червов В.В., Черных Г.Г., Бушенкова Н.А., Кулаков И.Ю. Численное моделирование трехмерной конвекции в верхней мантии Земли под литосферой Евра-зии // Вычислительные технологии. 2014. Т. 19. № 5. С. 101–114.
  9. Trubitsyn V.P. Evolutionary models of floating continents // Rusian Journal of Earth Sciences. 2004. V. 6. № 5. P. 311–322.
  10. Becker T. On the effect of temperature and strain-rate dependent viscosity on global mantle flow, net rotation and plate-driving forces // Geophys. J. Int. 2006. № 167. P. 943–957.
  11. Becker T.W., Boschi L. A comparison of tomographic and geodynamic mantle models, Geochem. Geophys. Geosyst. 2002. V. 3.10.129/2001GC000168
  12. Paulson A., Zhong Sh., Wahr J. Modelling postglacial rebound with lateral viscosity variations // Geophys. J. Int. 2005. V. 163. P. 357–371.
  13. 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.
  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. № B5. P. 11063–11082.
  15. 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.
  16. Lösing M., Ebbing J., Szwillus W. Geothermal heat flux in Antarctica: Assessing models and observations by Bayesian inversion // Front. Earth Sci. 2020. V. 8. P. 105.
  17. van Wyk de Vries M., Bingham R., Hein A. A new volcanic province: an inventory of subglacial volcanoes in West Antarctica // Geol. Soc. Spec. Publ. 2018. V. 461 (1). P. 231.
  18. Лобковский Л.И., Баранов А.А., Владимирова И.С., Габсатаров Ю.В. Возможный сейсмогенно-триггерный механизм активизации разрушения ледников, эмиссии метана и потепления климата в Антарктиде // Океанология. 2023. Т. 63. № 1. С. 1–11.
  19. Лобковский Л.И., Баранов А.А., 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.
  20. Lobkovsky L.I., Baranov A.A., Ramazanov M.M., Vladimirova 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. № 12. P. 372.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2.

3.


© А.А. Баранов, Л.И. Лобковский, А.М. Бобров, 2023