Инд. авторы:	Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г.
Заглавие:	Прорыв мантийных термохимических плюмов промежуточной тепловой мощности на поверхность
Библ. ссылка:	Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г. Прорыв мантийных термохимических плюмов промежуточной тепловой мощности на поверхность // Геотектоника. - 2016. - № 2. - С.78-92. - ISSN 0016-853X.
Внешние системы:	DOI: 10.7868/S0016853X16020053; РИНЦ: 25769876;
Реферат:	rus: Используется относительная тепловая мощность плюма Ka = N/N1, где N – тепловая мощность, передаваемая от подошвы плюма в его канал, N1 – тепловая мощность, передаваемая каналом плюма окружающему массиву мантии в режиме стационарной теплопроводности. Термохимические мантийные плюмы малой (Ka < 1.15) и промежуточной тепловой мощности (1.15 < Ka < 1.9) формируются на границе ядро–мантия под кратонами в отсутствие горизонтальных свободноконвективных течений в мантии под ними или при наличии слабых горизонтальных мантийных течений. Термохимические плюмы прорываются на поверхность, когда их относительная тепловая мощность Ka > 1.15. Представлена тепловая и гидродинамическая структура канала плюма, поднимающегося от границы ядро–мантия до уровня, с которого он прорывается на поверхность. Рассмотрена модель двухстадийного излияния расплава из канала плюма на поверхность. Определена критическая высота массива над кровлей плюма, при которой формируется канал, по которому магматический расплав из канала плюма изливается на поверхность. Оценен объем расплава, изливающегося из канала плюма на поверхность. Представлена зависимость глубины Δx, с которой расплав выносится на поверхность, от диаметра плюма для кинематической вязкости расплава ν = 0.5–2 м2/с. В том случае, когда величина Δx больше глубины, начиная с которой устойчив алмаз (150 км), расплав из канала плюма может доставлять алмазы на поверхность. Течение расплава в канале излияния рассмотрено как турбулентное течение в цилиндрическом канале. Определена скорость течения расплава в канале излияния и время выноса расплава на поверхность с глубины Δx = 150 км для кинематической вязкости расплава в канале νк = 0.01–1 м2/с. Касательное напряжение на стенке канала излияния оценено как для случая течения расплава в гладком канале, так и с учетом шероховатости стенок канала.
Издано:	2016
Физ. характеристика:	с.78-92
Цитирование:	1. 1. 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. 2. 2. Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Глубинная геодинамика. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал “ГЕО”, 2001. 408 с. 3. 3 . 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. 4. 4. Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., Гладков И.Н., Сурков Н.В. Параметры горячих точек и термохимических плюмов в процессе подъема и излияния // Петрология. 2006. Т. 14. № 5. С. 508–523. 5. 5. Доусон Дж. Кимберлиты и ксенолиты в них. М.: Мир, 1983. 300 с. 6. 6 . Кирдяшкин А.А., Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г. Термохимические плюмы // Геология и геофизика. 2004. Т. 45. № 9. С. 1057–1073. 7. 7. Кирдяшкин А.А., Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г. Тепло- и массообмен в термохимическом плюме, расположенном под океанической плитой вдали от оси срединно-океанического хребта // Физика Земли. 2008. № 6. С. 17–30. 8. 8. 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. 9. 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. 10. Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Мантийные термохимические плюмы и их влияние на формирование поднятий // Геотектоника. 2015. № 4. С. 86–96. 11. 11 . 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. 12. 12. Кларк С.П. мл., Вязкость / Ред. Кларк С.П. мл. Справочник физических констант горных пород // М.: Мир, 1969. С. 273–282. 13. 13. Котелкин В.Д., Лобковский Л.И. Общая теория Мясникова эволюции планет и современная термохимическая модель эволюции Земли // Физика Земли. 2007. № 1. С. 26–44. 14. 14 . Котелкин В.Д., Лобковский Л.И. Термохимическая теория геодинамической эволюции // ДАН. 2011. Т. 438. № 3. С. 365–368. 15. 15. Котелкин В.Д., Лобковский Л.И. Гидродинамическая теория геодинамической эволюции // Вестн. Нижегород. ун-та. 2011. № 4(5). С. 2269–2271. 16. 16. Трубицын В.П. Термохимическая конвекция в мантии с рециркуляцией океанической коры // Физика Земли. 2010. № 11. С. 14–22. 17. 17 . Трубицын В.П. Формирование мантийных плюмов на периферии гигантских горячих скоплений на дне мантии под суперконтинентами // ДАН. 2012. Т. 445. № 6. С. 681–684. 18. 18 . Трубицын В.П., Харыбин Е.В. Термохимические мантийные плюмы // ДАН. 2010. № 5. С. 683–685. 19. 19. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969. 742 с. 20. 20 . Atikinson E., Pryde R. Seismic investigation of selected kimberlite pipes in the Buffalo Head Hills kimberlite field, north-central Alberta / Alberta Energy and Utilities Board, EUB/AGS Special Report 079, 2006. 1 p. 21. 21. Brandon A.D., Walker R.J. The debate over core–mantle interaction // Earth Planet. Sci. Lett. 2005. Vol. 232. P. 211–225. 22. 22. Campbell I.H., Griffiths R.W. Implications of mantle plume structure for the evolution of flood basalts // Earth Planet. Sci. Lett. 1990. Vol. 99. P. 79–93. 23. 23. Chalapathi Rao N.V., Lehmann B. Kimberlites, flood basalts and mantle plumes: new insights from the Deccan Large Igneous Province // Earth Sci. Rev. 2011. Vol. 107. P. 315–324. 24. 24 . Chevrel M.O., Platz T., Hauber E., Baratoux D., Lavallee Y., Dingwell D.B. Lava flow rheology: a comparison of morphological and petrological methods // Earth Planet. Sci. Lett. 2013. Vol. 384. P. 109–120. 25. 25. 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. Vol. 181. P. 112–131. 26. 26. Coulliette D.L., Loper D.E. Experimental, numerical and analytical models of mantle starting plumes // Phys. Earth Planet. Inter.1995. Vol. 92. P. 143–167. 27. 27. Dingwell D.B., Courtial P., Giordano D., Nichols A.R.L. Viscosity of peridotite liquid // Earth Planet. Sci. Lett. 2004. Vol. 226. P. 127–138. 28. 28. 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. Vol. 100. P. 66–92. 29. 29. 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. Vol. 289. P. 549–559. 30. 30 . Field M., Stiefenhofer J., Robey J., Kurszlaukis S. Kimberlite-hosted diamond deposits of southern Africa: A review // Ore Geol. Rev. 2008. Vol. 34. P. 33–75. 31. 31. Garnero E.J. Heterogeneity of the lowermost mantle // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 2000. Vol. 28. P. 509–537. 32. 32. Garnero E.J. A new paradigm for Earth’s core–mantle boundary // Science. 2004. Vol. 304. P. 834–836. doi: 10.1126/science.1097849 33. 33. Garnero E.J., McNamara A. Structure and dynamics of Earth’s lower mantle // Science. 2008. Vol. 320. P. 626–628, doi: 10.1126/science.1148028 34. 34. Griffiths R.W., Campbell I.H. Stirring and structure in mantle starting plumes // Earth Planet. Sci. Lett. 1990. Vol. 99. P. 66–78. 35. 35 . Jaques A.L. Kimberlite and lamproite diamond pipes // AGSO J. Aust. Geol. Geophys. 1998. Vol. 17. № 4. P. 153–162. 36. 36 . Jaupart C., Mareschal J.-C., Heat flow and thermal structure of the lithosphere / Ed. Schubert G. Treatise on Geophysics. Vol. 6. Crust and lithosphere dynamics // Amsterdam, Elsevier. 2007. P. 217–251. 37. 37 . Jaupart C., Mareschal J.-C., Constraints on crustal heat production from heat flow data / Eds. Turekian K., Holland H. Treatise on Geochemistry. Vol. 4. The crust // Amsterdam, Elsevier. 2014. P. 53–73. 38. 38. Kaminski E., Jaupart C. Laminar starting plumes in high-Prandtl-number fluids // J. Fluid Mech. 2003. Vol. 478. P. 287–298. 39. 39. Katsura T., Yoneda A., Yamazaki D., Yoshino T., Ito E. Adiabatic temperature profile in the mantle // Phys. Earth Planet. Inter. 2010. Vol. 183. P. 212–218. 40. 40. Kennedy C.S., Kennedy G.C. The equilibrium boundary between graphite and diamond // J. Geophys. Res. 1976. Vol. 81. № 14. P. 2467–2470. 41. 41. Kjarsgaard B.A., Kimberlite pipe models: significance for exploration / Ed. Milkereit B. Proceedings of Exploration 07: Fifth Decennial International Conference on Mineral Exploration // Toronto, 2007. P. 667–677. 42. 42. Kumagai I., Davaille A., Kurita K. On the fate of thermally buoyant mantle plumes at density interfaces // Earth Planet. Sci. Lett. 2007. Vol. 254. P. 180–193. 43. 43. Lev E., Spiegelman M., Wysocki R.J., Karson J.A. Investigating lava flow rheology using video analysis and numerical flow models // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2012. Vol. 247–248. P. 62–73. 44. 44. Li X., Kind R., Priestley K., Sobolev S.V., Tilmann F., Yuan X., Weber M. Mapping the Hawaiian plume conduit with converted seismic waves // Nature. 2000. Vol. 405. P. 938–941. 45. 45. Lin S.-C., van Keken P.E. Multiple volcanic episodes of flood basalts caused by thermochemical plumes // Nature. 2005. Vol. 436. P. 250–252. 46. 46. Lin S.-C., van Keken P.E. Dynamics of thermochemical plumes: 1. Plume formation and entrainment of a dense layer // Geochem. Geophys. Geosyst. 2006. Vol. 7. Q02006. doi: 10.1029/2005GC001071 47. 47. Lin S.-C., van Keken P.E. Dynamics of thermochemical plumes: 2. Complexity of plumes structures and implications for the mapping of mantle plumes // Geochem. Geophys. Geosyst. 2006. Vol. 7. Q03003. doi: 10.1029/2005GC001072 48. 48. Lin S.-C., van Keken P.E. Deformation, stirring and material transport in thermochemical plumes // Geophys. Res. Lett. 2006. Vol. 33. N L20306. doi: 10.1029/ 2006GL027037 49. 49. McNamara A.K., Zhong S. The influence of thermochemical convection on the fixity of mantle plumes // Earth Planet. Sci. Lett. 2004. Vol. 222. P. 485–500. 50. 50 . Michaut C., Jaupart C., Bell D.R. Transient geotherms in Archean continental lithosphere: New constraints on thickness and heat production of the subcontinental lithospheric mantle // J. Geophys. Res. 2007. Vol. 112. N B04408. doi: 10.1029/2006JB004464 51. 51. Olson P., Singer H. Creeping plumes // J. Fluid Mech. 1985. Vol. 158. P. 511–531. 52. 52. Pinkerton H., Norton G. Rheological properties of basaltic lavas at sub-liquidus temperatures: laboratory and field measurements on lavas from Mount Etna // J. Volcanol. Geotherm. Res. 1995. Vol. 68. № 4. P. 307–323. 53. 53 . Rowland S.K., Walker G.P.L. Mafic-crystal distributions, viscosities, and lava structures of some Hawaiian lava flows // J. Volcanol. Geotherm. Res. 1988. Vol. 35. P. 55–66. 54. 54 . Rudnick R.L., McDonough W.F., O’Connell R.J. Thermal structure, thickness and composition of continental lithosphere // Chem. Geol. 1998. Vol. 145. P. 395–411. 55. 55. Samuel H., Bercovici D. Oscillating and stagnating plumes in the Earth’s lower mantle // Earth Planet. Sci. Lett. 2006. Vol. 248. P. 90–105. 56. 56. Sato H. Viscosity measurement of subliquidus magmas // J. Mineral. Petrol. Sci. 2005. Vol. 100. P. 133–142. 57. 57. Schott B., Yuen D.A. Influences of dissipation and rheology on mantle plumes coming from the D""-layer // Phys. Earth Planet. Inter. 2004. Vol. 146. P. 139–145. 58. 58. Schubert G., Turcotte D.L., Olson P. Mantle convection in the Earth and planets. Cambridge University Press, 2001. 940 p. 59. 59. Sparks R.S.J., Baker L., Brown R.J., Field M., Schumacher J., Stripp G., Walters A. Dynamical constraints on kimberlite volcanism // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2006. Vol. 155. P. 18–48. 60. 60 . Stein C.A., Heat flow of the Earth / Ed. Ahrens T.J. Global Earth physics: A handbook of physical constants // American Geophysical Union, 1995. P. 144–158. 61. 61. Torsvik T.H., Burke K., Steinberger B., Webb S.J., Ashwal L.D. Diamonds sampled by plumes from the core–mantle boundary // Nature. 2010. Vol. 466. P. 352–357. doi: 10.1038/nature09216 62. 62. Vatteville J., van Keken P.E., Limare A., Davaille A. Starting laminar plumes: Comparison of laboratory and numerical modeling // Geochem. Geophys. Geosyst. 2009. Vol. 10. № 12. Q12013, doi: 10.1029/ 2009GC002739 63. 63. Vona A., Romano C., Dingwell D.B., Giordano D. The rheology of crystal-bearing basaltic magmas from Stromboli and Etna // Geochim. Cosmochim. Acta. 2011. Vol. 75. P. 3214–3236. 64. 64. Walzer U., Hendel R., Baumgardner J. The effects of a variation of the radial viscosity profile on mantle evolution // Tectonophysics. 2004. Vol. 384. P. 55–90. 65. 65. Whitehead J.A., Luther D.S. Dynamics of laboratory diapir and plume models // J. Geophys. Res. 1975. Vol. 80. N B5. P. 705–717. 66. 66. Yang T., Fu R. Thermochemical piles in the lowermost mantle and their evolution // Phys. Earth Planet. Inter. 2014. Vol. 236. P. 109–116. 67. 67. Yang T., Leng W. Dynamics of hidden hotspot tracks beneath the continental lithosphere // Earth Planet. Sci. Lett. 2014. Vol. 401. P. 294–300. 68. 68. Zhong S. Constraints on thermochemical convection of the mantle from plume heat flux, plume excess temperature and upper mantle temperature // J. Geophys. Res. 2006. Vol. 111. N B04409. doi: 10.1029/2005JB003972