Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Как устроена наша Земля?

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 152 RSS
←   Январь 2011   →
 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 II.


СЕЙСМИЧЕСКАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ МАНТИЙНЫХ ПЛЮМОВ.

Часть 2. Плюм в Транзитной Зоне (400 – 700 км).

1. Что такое Транзитная зона.
2. Как распознать плюм в Транзитной зоне.
3. 660 – километровая граница – граница между верхней и нижней мантией.
Литература.

1. Что такое Транзитная зона.

Транзитная зона – это зона, отчетливо выделяющаяся по сейсмическим данным. Принято считать эту зону переходной областью между верхней и нижней мантией. Транзитная зона сверху и снизу ограничена двумя отчетливыми сейсмическими границами, которые залегают на глубинах 410 км и 660 км, соответственно.Эти значения средние. Глубина границ может изменяться. Например, при пересечении этой границы плюмом. В случае пересечения плюмом транзитной зоны, верхняя граница должна углубляться, а нижняя, наоборот, воздыматься. Обе границы образовались за счет фазовых переходов мантийных материалов из одного устойчивого состояния в другое. Граница на глубине 410 км связана с переходом оливина в бетта – шпинель. А граница на глубине 660 км определяется переходом гамма - шпинели в перовскиты и магнезиовюститы. На 410-километровой границе фазовый переход осуществляется с поглощением тепла (эндотермический фазовый переход). Поэтому граница углубляется, при активизации фазового перехода горячим плюмом. На 660-километровой границе фазовый переход сопровождается выделением тепла (экзотермический фазовый переход). При повышении температуры за счет пересечения границы плюмом, фазовый переход происходит на меньшей глубине, т. е. 660-километровая граница воздымается.
To Top

2. Как распознать плюм в Транзитной зоне.

Рассмотрим 2 способа выявления плюмов в Транзитной зоне. Один из них базируется на анализе глобальных томографических моделей, построенных на основе объемных продольных и поперечных волн.

2.1. Глобальная томография на объемных волнах.
Эта томография позволяет картировать всю мантию, в том числе и транзитную зону. Сущность анализа заключается в том, что на глобальных томографических моделях высокого разрешения выявляются низкоскоростные области на глубинных интервалах, соответствующих Транзитной зоне. . Но минимальный размер неоднородностей имеет порядок 1000 км, что значительно больше, чем ожидаемые размеры стволов плюмов на этих глубинах. Подобные исследования носят рекогносцировочный, глобальный характер.
Латеральные вариации скорости S-волн в слое, залегающем между 525 км и 650 км.
Рисунок Латеральные вариации скорости S-волн в слое, залегающем между 525 км и 650 км. Отметим, что области, закрашенные синим цветом совпадают с зонами субдукции, закрашенные красным цветом, могут означать локальные разогретые регионы. Белыми кружками обозначены горячие точки [Grand et al 1997].

Особенно четко на схеме выделяются зоны субдукции (высокоскоростные области, закрашенные в синие цвета) и неплохо просматриваются рифтовые зоны (красные области). Горячие точки (отмечены белыми кружочками) соотносятся с особенностями модели неоднородностей не так ярко.







2.2. Обменные P410S и P660S волны.
Другой подход основан на выявлении областей с уменьшенной мощностью транзитной зоны. Что характерно для областей Транзитной зоны, пересекаемых всплывающими плюмами. Уменьшение мощности Транзитной зоны - это хороший диагностический признак наличия плюма в зоне. И представляет большой научный интерес выявление подобных особенностей Транзитной зоны под горячими точками Земли.
Обе границы являются хорошими обменными границами. То есть при подходе снизу к границе продольной волны, происходит образование поперечной волны. Эта вновь образованная PS волна и называется обменной волной.
Для выявления областей, где уменьшается мощность транзитной зоны, проводятся региональные исследования с применением технологии "Приемных функций" [Vinnik 1977]. Идея проиллюстрирована на рисунке ниже.

Обмен P-волн в S-волну на сейсмической разрывной границе на глубинах 660 км и 410 км.
Рисунок. Обмен P-волн в S-волну на сейсмической разрывной границе на глубинах 660 км и 410 км, упругие волны P660S и P410S, которые могут наблюдаться на радиальной компоненте смещения на поверхности (горизонтальная компонента смещения находится в плоскости рисунка).

Р - волна может конвертироваться в S-волну на любой разрывной границе (d) на своем пути вверх к сейсмической станции. Эти фазы Pds лучше всего видны на компоненте смещения грунта, перпендикулярной к направлению вступления луча Р-волны в вертикальной плоскости (SV). Суммируя эту компоненту широкополосных сейсмограмм, соответствующую различным телесейсмическим землетрясениям, с подходящими функциями источника, можно обнаружить и проанализировать эти обменные волны. Подобные работы, проведенные для Исландии, выявили 20-ти километровое уменьшение мощности Транзитной зоны.





Обмен P-волн в S-волну на сейсмической разрывной границе на глубинах 660 км и 410 км.
Рисунок. Мощность транзитной зоны под Исландией, заданная в значениях аномалий разности времен между вступлениями волн P660S и P410S в секундах (шкала справа). Отметим утонченную, по сравнению с нормальной мощностью, транзитную зону под юго–восточной частью Исландии [Shen et al 1998].

Для Гавайев результат менее определенный, но, тем не менее, имеются признаки уменьшения на 30-40 км мощности Транзитной зоны.
To Top









3. 660 – километровая граница – граница между верхней и нижней мантией.

Как мы отметили выше, 660км граница существует благодаря экзотермическому фазовому переходу минералов мантии. Процесс выделения тепла способствует повсеместному разогреву вещества на уровне этой границе, что, в свою очередь, приводит к понижению плавучести плюма. Так как сокращается разница температур между веществом плюма и вмещающим веществом на уровне 660км границы. Уменьшение плавучести затрудняет всплывание плюма в верхнюю мантию. Это обстоятельство может приводить к накоплению вещества плюма под 660км границей, то есть в подошве верхней мантии (кровле нижней мантии).
В некоторых районах Тихого океана динамический анализ обменных волн позволил обнаружить [Vinnik et al 1997], что импульс P660s расширен, по сравнению с "нормальным" поведением, в то время, как все импульсы P410s, по существу, одинаковы. Это расширение импульс P660s интерпретируется двояко. Либо за счет "разлива" низкоскоростного вещества под этой разрывной границей (Винник Л. П.). Что вполне возможно из-за снижения плавучести, связанной с экзотермическим фазовым переходом на этой границе. Но возможна и вторая интерпретация, базирующаяся на том обстоятельстве, что экзотермический фазовый переход на 660км границе может приводить к расширению по глубине на 50 км самой 660км границы.
С моим переводом полной версией этой работы можно познакомиться здесь....
To Top

Литература.

Grand S.P., van der Hilst R.D., and S. Widiyantoro . ) Global seismic tomography: a snapshot of convection in the mantle.GSA Today 1997, v.7 p.1-7.
Nataf H.-C.Seismic imaging of mantle plumes.Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2000. v. 28, p. 391–417 Shen, Y., S. C. Solomon, I. Th. Bjarnason, and C. J. Wolfe, Seismic evidence for a lower mantle origin of the Iceland plumeNature,1395, 62-65, 1998.
Vinnik L. P. Detection of waves converted from P to SV in the mantle. Phys. Earth Planet. Inter.1977, 15:39–45
Vinnik, L., S. Chevrot and J. P. Montagner, Evidence for a stagnant plume in the transition zone?Geophys. Res. Lett. , 1997, 24, 1007-1010

To Top
В избранное