Инд. авторы:	Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., Дистанов В.Э., Гладков И.Н.
Заглавие:	Геодинамические режимы мантийных термохимических плюмов
Библ. ссылка:	Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., Дистанов В.Э., Гладков И.Н. Геодинамические режимы мантийных термохимических плюмов // Геология и геофизика. - 2016. - Т.57. - № 6. - С.1092-1105. - ISSN 0016-7886.
Внешние системы:	DOI: 10.15372/GiG20160602; РИНЦ: 26131890;
Реферат:	rus: На основе результатов экспериментального и теоретического моделирования тепловой и гидродинамической структуры мантийного термохимического плюма выяснен характер излияния расплава из канала плюма на поверхность в зависимости от относительной тепловой мощности плюма Ka = N / N 1, где N - тепловая мощность, передаваемая от подошвы плюма в его канал, N 1 - тепловая мощность, передаваемая каналом плюма окружающему массиву мантии в режиме стационарной теплопроводности. В зависимости от величины критерия Ka выделены следующие типы термохимических плюмов: 1) плюмы малой тепловой мощности (Ka < 1.15), не достигающие поверхности; 2) плюмы промежуточной тепловой мощности (1.15 < Ka <1.9), формирующиеся под кратонами и выносящие расплав с глубины более 150 км (алмазоносные плюмы); 3) плюмы с грибообразной головой (1.9 < Ka < 10), ответственные в том числе за образование батолитов. Для термохимических плюмов промежуточной тепловой мощности и плюмов с грибообразной головой оценены объем излияний и глубина, с которой расплав выносится из канала плюма на поверхность. Получены зависимости площади (и диаметра) головы плюма, создающего интрузивное тело (батолит), и толщины массива над головой плюма от его относительной тепловой мощности. На основании представленных результатов исследований построена диаграмма геодинамических режимов излияния расплавов, образованных мантийными термохимическими плюмами, включая и плюмы, имеющие относительную тепловую мощность Ka > 10. eng: Laboratory and numerical experiments simulating the heat transfer and flow structure of thermochemical mantle plumes provide insights into the mechanisms of plume eruption onto the surface depending on the relative thermal power of plumes, Ka = N / N 1, where N and N 1 are the heat transferred from the plume base to the plume conduit and the heat transferred from the plume conduit to the surrounding mantle, respectively, under steady thermal conduction. There are three main types of plumes according to the Ka criterion: (i) plumes with low thermal power (Ka < 1.15), which fail to reach the surface, (ii) plumes with intermediate thermal power (1.15 < Ka< 1.9), which occur beneath cratons and transport melts from depths below 150 km, where diamond is stable (diamondiferous plumes), and (iii) plumes with a mushroom-shaped head (1.9 < Ka < 10), which are responsible for large intrusive bodies, including batholiths. The volume of erupted melt and the depth from which the melt is transported to the surface are estimated for plumes of types (ii) and (iii). The relationship between the plume head area (along with the plume head diameter) and the relative thermal power is obtained. The relationship between the thickness of the block above the plume head and the relative thermal power is derived. On the basis of the results obtained, the geodynamic-regime diagram of thermochemical mantle plumes, including the plumes with Ka > 10, has been constructed.
Ключевые слова:	Batholiths; intrusive bodies; melt; Plume head; Plume conduit; thermal power; Thermochemical plume; алмазоносные плюмы; Батолиты; интрузивные тела; расплав; голова плюма; Канал плюма; тепловая мощность; Термохимический плюм; diamondiferous plumes;
Издано:	2016
Физ. характеристика:	с.1092-1105
Цитирование:	1. Анисичкин В.Ф. Ударно-волновые данные как доказательство присутствия углерода в ядре и нижней мантии Земли // Физика горения и взрыва, 2000, т. 36, № 4, с. 108-115. 2. Гладков И.Н., Дистанов В.Э., Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г. Об устойчивости границы раздела расплав-твердое тело на примере устойчивости канала плюма // Изв. РАН, МЖГ, 2012, № 4, с. 5-22. 3. Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Глубинная геодинамика. Новосибирск, Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2001, 408 с. 4. Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Параметры горячих точек и термохимических плюмов // Геология и геофизика, 2005, т. 46 (6), с. 589-602. 5. Добрецов Н.Л., Борисенко А.С., Изох А.Э., Жмодик С.М. Термохимическая модель пермотриасовых мантийных плюмов Евразии как основа для выявления закономерностей формирования и прогноза медно-никелевых, благородно- и редкометалльных месторождений // Геология и геофизика, 2010, т. 51 (9), с. 1159-1187. 6. Доусон Дж. Кимберлиты и ксенолиты в них. М., Мир, 1983, 300 с. 7. Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г. Прорыв мантийных термохимических плюмов промежуточной тепловой мощности на поверхность // Геотектоника, 2016, № 2, с. 78-92. 8. Кирдяшкин А.А., Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г. Термохимические плюмы // Геология и геофизика, 2004, т. 45 (9), с. 1057-1073. 9. Кирдяшкин А.А., Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Гладков И.Н., Сурков Н.В. Гидродинамические процессы при подъеме мантийного плюма и условия формирования канала излияния // Геология и геофизика, 2005, т. 46 (9), с. 891-907. 10. Кирдяшкин А.А., Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г. Теплообмен между каналом термохимического плюма и окружающей мантией при наличии горизонтального мантийного потока // Физика Земли, 2009, № 8, с. 66-82. 11. Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Мантийные термохимические плюмы и их влияние на формирование поднятий // Геотектоника, 2015, № 4, с. 86-96. 12. Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А., Гладков И.Н., Дистанов В.Э. Экспериментальное моделирование влияния относительной тепловой мощности на форму канала плюма и структуру свободно-конвективного течения в нем // Геология и геофизика, 2012, т. 53 (7), с. 900-911. 13. Титов В.М., Анисичкин В.Ф., Бордзиловский С.А., Караханов С.М., Туркин А.И. Измерение скорости звука за фронтом ударной волны в смесях железа с алмазом // Физика горения и взрыва, 2004, т. 40, № 4, с. 117-130. 14. Трубицын В.П., Харыбин Е.В. Термохимические мантийные плюмы // ДАН, 2010, № 5, с. 683-685. 15. Brandon A.D., Walker R.J. The debate over core-mantle interaction // Earth Planet. Sci. Lett., 2005, v. 232, p. 211-225. 16. Campbell I.H. Large igneous provinces and the mantle plume hypothesis // Elements, 2005, v. 1, p. 265-269. 17. Campbell I.H., Griffiths R.W. Implications of mantle plume structure for the evolution of flood basalts // Earth Planet. Sci. Lett., 1990, v. 99, p. 79-93. 18. Chalapathi Rao N.V., Lehmann B. Kimberlites, flood basalts and mantle plumes: New insights from the Deccan Large Igneous Province // Earth Sci. Rev., 2011, v. 107, p. 315-324. 19. Collerson K.D., Williams Q., Ewart A.E., Murphy D.T. Origin of HIMU and EM-1 domains sampled by ocean island basalts, kimberlites and carbonatites: the role of CO2-fluxed lower mantle melting in thermochemical upwellings // Phys. Earth Planet. Inter., 2010, v. 181, p. 112-131. 20. Coulliette D.L., Loper D.E. Experimental, numerical and analytical models of mantle starting plumes // Phys. Earth Planet. Inter., 1995, v. 92, p. 143-167. 21. Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Vernikovsky V.A., Gladkov I.N. Modelling of thermochemical plumes and implications for the origin of the Siberian traps // Lithos, 2008, v. 100, p. 66-92. 22. Ernst R.E., Buchan K.L. Maximum size and distribution in time and space of mantle plumes: evidence from large igneous provinces // J. Geodyn., 2002, v. 34, p. 309-342. 23. Fedortchouk Y., Matveev S., Carlson J.A. H2O and CO2 in kimberlitic fluid as recorded by diamonds and olivines in several Ekati Diamond Mine kimberlites, Northwest Territories, Canada // Earth Planet. Sci. Lett., 2010, v. 289, p. 549-559. 24. Garnero E.J. Heterogeneity of the lowermost mantle // Ann. Rev. Earth Planet. Sci., 2000, v. 28, p. 509-537. 25. Garnero E.J. A new paradigm for Earth’s core-mantle boundary // Science, 2004, v. 304, p. 834-836, doi:10.1126/science.1097849. 26. Garnero E.J., McNamara A. Structure and dynamics of Earth’s lower mantle // Science, 2008, v. 320, p. 626-628, doi:10.1126/science.1148028. 27. Griffiths R.W., Campbell I.H. Stirring and structure in mantle starting plumes // Earth Planet. Sci. Lett., 1990, v. 99, p. 66-78. 28. Jaupart C., Mareschal J.-C. Heat flow and thermal structure of the lithosphere // Treatise on geophysics. V. 6. Crust and lithosphere dynamics / Ed. G. Schubert. Amsterdam, Elsevier, 2007, p. 217-251. 29. Jaupart C., Mareschal J.-C. Constraints on crustal heat production from heat flow data // Treatise on geochemistry. V. 4. The crust / Eds. K. Turekian, H. Holland. Amsterdam, Elsevier, 2014, p. 53-73. 30. Katsura T., Yoneda A., Yamazaki D., Yoshino T., Ito E. Adiabatic temperature profile in the mantle // Phys. Earth Planet. Inter., 2010, v. 183, p. 212-218. 31. Kennedy C.S., Kennedy G.C. The equilibrium boundary between graphite and diamond // J. Geophys. Res., 1976, v. 81, № 14, p. 2467-2470. 32. Kuzmin M.I., Yarmolyuk V.V., Kravchinsky V.A. Phanerozoic hot spot traces and paleogeographic reconstructions of the Siberian continent based on interaction with the African large low shear velocity province // Earth Sci. Rev., 2010, v. 102, p. 29-59. 33. Lin S.-C., van Keken P.E. Multiple volcanic episodes of flood basalts caused by thermochemical plumes // Nature, 2005, v. 436, p. 250-252. 34. Lin S.-C., van Keken P.E. Dynamics of thermochemical plumes: 1. Plume formation and entrainment of a dense layer // Geochem. Geophys. Geosyst., 2006a, v. 7, Q02006, doi:10.1029/2005GC001071. 35. Lin S.-C., van Keken P.E. Dynamics of thermochemical plumes: 2. Complexity of plume structures and its implications for mapping of mantle plumes // Geochem. Geophys. Geosyst., 2006b, v. 7, Q03003, doi:10.1029/2005GC001072. 36. Lin S.-C., van Keken P.E. Deformation, stirring and material transport in thermochemical plumes // Geophys. Res. Lett., 2006c, v. 33, L20306, doi:10.1029/2006GL027037. 37. Olson P., Singer H. Creeping plumes // J. Fluid Mech., 1985, v. 158, p. 511-531. 38. Schubert G., Turcotte D.L., Olson P. Mantle convection in the Earth and planets. Cambridge University Press, 2001, 940 p. 39. Stein C.A. Heat flow of the Earth // Global Earth physics: a handbook of physical constants / Ed. T.J. Ahrens. American Geophysical Union, 1995, p. 144-158. 40. Torsvik T.H., Burke K., Steinberger B., Webb S.J., Ashwal L.D. Diamonds sampled by plumes from the core-mantle boundary // Nature, 2010, v. 466, p. 352-357, doi:10.1038/nature09216. 41. Walzer U., Hendel R., Baumgardner J. The effects of a variation of the radial viscosity profile on mantle evolution // Tectonophysics, 2004, v. 384, p. 55-90. 42. Whitehead J.A., Luther D.S. Dynamics of laboratory diapir and plume models // J. Geophys. Res., 1975, v. 80, № B5, p. 705-717. 43. Yang T., Fu R. Thermochemical piles in the lowermost mantle and their evolution // Phys. Earth Planet. Inter., 2014, v. 236, p. 109-116.