Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Как устроена наша Земля?

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 152 RSS
←   Декабрь 2010   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://www.olegyakupov.com
Открыта: 05-10-2010

Автор
olegtrf

Статистика

152 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Как устроена наша Земля? СЕЙСМИЧЕСКАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ МАНТИЙНЫХ ПЛЮМОВ. I.


Oleg Yakupov Signes Горячая точка. Атолл. Горячая точка. Гаваи.
  HOME

СЕЙСМИЧЕСКАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ МАНТИЙНЫХ ПЛЮМОВ.

Часть 1. Плюм в Верхней мантии Земли.

1. Как плюм может выглядеть?
2. Грибовидная, головная часть плюма. Поверхностные волны.
3. Ствол плюма в верхней мантии. Региональная томография.
Литература.

1. Как плюм может выглядеть?

В 60 – 70-е годы прошлого столетия бала высказана идея и разработана теория горячих точек и плюмов, питающих горячим веществом эти горячие точки. Центральное место в зарождении этой концепции принадлежит Тузо Вилсону и Джейсону Моргану. Идея стимулировала множество исследований, направленных на изучение этого явления, как с поверхности Земли, так и из глубин Земли. Изучение топографии регионов, включающих в себя горячие точки, особенностей вулканизма горячих точек позволило высказать предположения о величине тепломассопереноса внутри Земли под горячими точками. На основании этих данных была разработана схематическая модель мантийного плюма, берущего начало в пограничном слое между ядром и мантией. Далее плюм в форме ствола поднимается к подошве литосферы, пересекая на своем пути нижнюю мантию, транзитную зону между нижней и верхней мантией и верхнюю мантию. Под подошвой литосферы головная часть плюма растекается, что придает всему плюму грибообразную форму.
Рис 4. Схематический рисунок мантийного плюма .
Рисунок № 4.Схематический рисунок мантийного плюма (описание в тексте).

В глобальном масштабе, плюм является составной, восходящей частью мантийных конвекционных потоков. Нисходящие ветви конвекционных потоков, по современным представлениям, образуют относительно холодные тектонические плиты проникающие в мантию в зонах субдукции. И зоны субдукции, и мантийная конвекция в целом – предмет отдельного рассмотрения.
Возвращаясь к плюмам, отметим, что именно головная часть плюма, растекающаяся под подошвой литосферы, является источником вещества для вулканов, действующих на поверхности Земли (представляя себе модель плюма, нужно иметь в виду, что все динамические процессы, связанные с перемещением вещества и тепла в плюмах, протекают в геологическом масштабе времени, для которого обычными являются скорости порядка десятков, а то и сантиметров в год). Вулканы организуются в цепочки, благодаря поступательному движению тектонических плит над стационарной горячей точкой, то есть головной частью мантийного плюма, растекшегося под подошвой литосферы. Вулканические цепочки каждой горячей точки имеют отчетливую возрастную прогрессию. Возраст вулканов, входящих в конкретную горячую точку, закономерно возрастает по мере удаления от места расположения горячей точки, то есть головной части плюма. Вся цепочка, наиболее типичных случаях, располагается на топографическом поднятии поверхности Земли, что обусловлено разогревом литосферы, несущей горячую точку.
Имея достаточно четкую, схематическую модель плюма, можно разработать геофизические, и прежде всего сейсмологические технологии визуализации мантийного плюма. Заманчиво визуализировать плюм, применив единую технологию, такую, как глобальная сейсмическая томография на объемных телесейсмических волнах (продольных и поперечных). Но размеры плюма в его средней части, то есть ствола, пересекающего мантию, малы по сравнению с разрешающей способностью сейсмической томографии на телесейсмических волнах. Поэтому каждая часть плюма, от его нижней части, расположенной в низах мантии, и до головной части, расположившейся в верхней мантии, требует применения специфической сейсмологической технологии.
To Top

2. Грибовидная, головная часть плюма. Поверхностные волны.

Поверхностные волны Лява и Релея позволяют провести глобальные исследования верхней мантии и выделить грибовидные части плюмов, сформированные разлившимся под литосферой горячим веществом. Разрешающая способность методов, основанных на поверхностных волнах, позволяет изучать разлившиеся под литосферой части плюма, достигающие 1000 км в диаметре. Особенно чувствительны к этим неоднородностям волны Релея с периодом 75 секунд. С помощью этого инструмента построена глобальная модель неоднородностей фазовых скоростей верхней части верхней мантии Земли. Рис. 6. Латеральные неоднородности фазовой скорости С 75-ти секундных волн Релея [Ekström et al 1997.]. Эти волны особенно чувствительны к вариациям скорости поперечных волн непосредственно под литосферой. Сферические гармоники ниже I = 10 исключены. Отметим, что некоторые низкоскоростные участки (теплые цвета) корреспондируют с положением горячих точек. (Обозначены белыми кружками, см. Рис. 3)
Рис 6. Латеральные неоднородности фазовой скорости.
Рисунок № 6.Латеральные неоднородности фазовой скорости С 75-ти секундных волн Релея [Ekström et al 1997.]. Эти волны особенно чувствительны к вариациям скорости поперечных волн непосредственно под литосферой. Сферические гармоники ниже I = 10 исключены. Отметим, что некоторые низкоскоростные участки (теплые цвета) корреспондируют с положением горячих точек. (Обозначены белыми кружками, см. Рис. 3).

На схеме приведены локальные неднородности, полученные после вычитания из общей схемы длинноволновых вариаций, обусловленных утолщением литосферы с увеличением ее возраста.
To Top

3. Ствол плюма в верхней мантии. Региональная томография.

Наиболее подходящий инструмент – региональная томография на телесейсмических объемных волнах. Технология этих исследований включает в себя следующие процедуры: установка сети сейсмических станций над горячей точкой; запись, как можно большего количества землетрясений (обычно на телесейсмических эпицентральных расстояниях, то есть > 30o ); замеры времени вступления Р-волн (или S-волн) на станциях группы; вычитание стандартного времени, предсказанного одномерной референтной моделью Земли, в результате чего вычисляют отклонения времени (residual times); обращение отклонений времени в горизонтальные вариации сейсмических скоростей от поверхности до максимальной глубины, которая зависит от апертуры группы станций. Исследование горячих точек с помощью этой технологии осложнено следующими обстоятельствами. Хорошо выраженные горячие точки, как Гавайи или Реюньон и т. д. расположены на океанических просторах, что приводит к малой апертуре сети станций (отсутствуют донные сейсмостанции, отдаленность землетрясений и т. д). Для изучения континентальных горячих точек имеются в распоряжении группы сейсмостанций с гораздо лучшими кондициями, но со слабовыраженными характеристиками самих горячих точек (причина: более сложное устройство континентальной литосферы, через которую материал плюма должен проникать). Помимо кинематических параметров, используются и динамические параметры сейсмических волн. Исходя из предположения о том, что ствол плюма должен иметь цилиндрическую форму, проводятся работы по моделированию взаимодействия падающих сейсмических волн с цилиндром. На различные типы сейсмических волн цилиндрическое плюподобное тело может оказывать и рассеивающее, и фокусирующее воздействие.
С моим переводом полной версией этой работы можно познакомиться здесь....
To Top

Литература.

Nataf H.-C.Seismic imaging of mantle plumes.Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2000. v. 28, p. 391–417 Ekstrom G, Tromp J, Larson EWF. 1997. Measurements and global models of surface wave propagation. J. Geophys. Res. 102:8137–57
Morgan W.J. (1971) Convection plumes in the lower mantle, Nature 230 42-43
Morgan W. J. 1972. Plate motions and deep mantle convection. Mem. Geol. Soc. Am.132:7–22

To Top
В избранное