Инд. авторы:	Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., Дистанов В.Э., Гладков И.Н.
Заглавие:	Об источнике тепла в зоне субдукции
Библ. ссылка:	Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., Дистанов В.Э., Гладков И.Н. Об источнике тепла в зоне субдукции // Геодинамика и тектонофизика. - 2021. - Т.12. - № 3. - С.471-484. - EISSN 2078-502X.
Внешние системы:	DOI: 10.5800/GT-2021-12-3-0534; РИНЦ: 46560653;
Реферат:	rus: Рассматривается процесс субдукции океанической литосферной плиты в приближении высоковязкой ньютоновской жидкости. Вблизи границы 670 км происходит растекание плиты в противоположные стороны из-за действия противоположно направленных горизонтальных сил, создающихся вследствие противоположно направленных горизонтальных градиентов температуры. Рассматриваются гидродинамика и теплообмен в слое, движущемся под континент и состоящем из океанической литосферы и корового слоя. Оценен тепловой поток на контакте субдуцирующей плиты с окружающей мантией на континентальном крыле зоны субдукции, и показана возможность плавления корового слоя субдуцирующей плиты и зарождения термохимического плюма на границе 670 км. Представлена модель термохимического плюма в зоне субдукции, включающая образование канала плавления в коровом слое субдуцирующей плиты; формирование первичного очага в области равенства по величине скоростей выплавления канала и субдукции; образование от первичного очага вертикально направленного канала плюма, проплавляющего континент; прорыв плюма на поверхность, т.е. образование вулкана. Представлены результаты экспериментального моделирования выплавления канала плюма в плоском наклонном слое парафина над локальным источником тепла. Представлена гидродинамическая структура расплава в канале плюма. Обнаружено различие в механизме прорыва расплава из канала плюма на поверхность в отсутствие и при наличии газовой подушки у кровли плюма. eng: The subduction of an oceanic plate is studied as the motion of a high-viscosity Newtonian fluid. The subducting plate spreads along the 670-km depth boundary under the influence of oppositely directed horizontal forces. These forces are due to oppositely directed horizontal temperature gradients. We consider the flow structure and heat transfer in the layer that includes both the oceanic lithosphere and the crust and moves underneath a continent. The heat flow is estimated at the contact between the subducting plate and the surrounding mantle in the continental limb of the subduction zone. Our study results show that the crustal layer of the subducting plate can melt and a thermochemical plume can form at the 670-km boundary. Our model of a thermochemical plume in the subduction zone shows the following: (1) formation of a plume conduit in the crustal layer of the subducting plate; (2) formation of a primary magmatic chamber in the area wherein the melting rate equals the rate of subduction; (3) origination of a vertical plume conduit from the primary chamber melting through the continent; (4) plume eruption through the crustal layer to the surface, i.e. formation of a volcano. Our experiments are aimed to model the plume conduit melting in an inclined flat layer above a local heat source. The melt flow structure in the plume conduit is described. Laboratory modeling have revealed that the mechanisms of melt eruption from the plume conduit differ depending on whether a gas cushion is present or absent at the plume roof.
Ключевые слова:	Thermochemical plume; free-convection flows; Crustal layer; thermal power; melt; Plume conduit; лабораторное моделирование; зона субдукции; Термохимический плюм; свободноконвективные течения; subduction zone; laboratory modeling; Канал плюма; расплав; тепловая мощность; коровый слой;
Издано:	2021
Физ. характеристика:	с.471-484
Цитирование:	1. Атлас мира. Америка. М.: Изд-во Мингео СССР, 1975. 40 с. 2. Белоусов В.В. Основы геотектоники. М.: Недра, 1989. 382 с. 3. Chandrasekhar S., 1981. Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability. Dover Publications, New York, 652 p. 4. Davies J.H., Stevenson D.J., 1992. Physical Model of Source Region of Subduction Zone Volcanics. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 97 (B2), 2037-2070. https://doi.org/10.1029/91JB02571. 5. DeSilva S.L., Francis P.W., 1991. Volcanoes of the Central Andes. Springer-Verlag, Berlin and Heidelberg, 216 p. 6. Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Vernikovsky V.A., Gladkov I.N., 2008. Modelling of Thermochemical Plumes and Implications for the Origin of the Siberian Traps. Lithos 100 (1-4), 66-92. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2007.06.025. 7. Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Глубинная геодинамика. Новосибирск: ГЕО, 2001. 409 с. 8. Druken K.A., Kincaid C., Griffiths R.W., Stegman D.R., Hart S.R., 2014. Plume-Slab Interaction: The Samoa-Tonga System. Physics of the Earth and Planetary Interiors 232, 1-14. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2014.03.003. 9. Faccenna C., Becker T.W, Lallemand S., Lagabrielle Y., Funiciello F., Piromallo C., 2010. Subduction-Triggered Magmatic Pulses: A New Class of Plumes? Earth and Planetary Science Letters 299 (1-2), 54-68. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2010.08.012. 10. Hofmeister A.M., 1999. Mantle Values of Thermal Conductivity and the Geotherm from Phonon Lifetimes. Science 283 (5408), 1699-1706. https://doi.org/10.1126/science.283.5408.1699. 11. Iwamori H., 1997. Heat Sources and Melting in Subduction Zones. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 102 (B7), 14803-14820. https://doi.org/10.1029/97JB01036. 12. Katsura T, Yoneda A., Yamazaki D., Yoshino T, Ito E., 2010. Adiabatic Temperature Profile in the Mantle. Physics of the Earth and Planetary Interiors 183 (1-2), 212-218. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2010.07.001. 13. Kirdyashkin A.A., Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.G., 2004. Thermochemical Plumes. Russian Geology and Geophysics 45 (9), 1005-1024. 14. Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., 2013. Experimental and Theoretical Simulation of the Thermal and Hydrodynamic Structure of a Subducting Plate. Geotectonics 47, 156166. https://doi.org/10.1134/S0016852113030047. 15. Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., 2014. Forces Acting on a Subducting Oceanic Plate. Geotectonics 48, 54-67. https://doi.org/10.1134/S0016852114010038. 16. Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Gurov V.V., 2017. Parameters of Thermochemical Plumes Responsible for the Formation of Batholiths: Results of Experimental Simulation. Geotectonics 51, 398-411. https://doi.org/10.1134/S0016852117040057. 17. Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Surkov N.V, 2006. Thermal Gravitational Convection in the Asthenosphere beneath a Midocean Ridge and Stability of Main Mantle-Derived Parageneses. Russian Geology and Geophysics 47 (1), 76-94. 18. Kirdyashkin A.G., Kirdyashkin A.A., 2015. Mantle Thermochemical Plumes and Their Influence on the Formation of Highlands. Geotectonics 49, 332-341. https://doi.org/10.1134/S0016852115040032. 19. Леонтьев А.И., Кирдяшкин А.Г. Теплообмен при свободной конвекции в горизонтальных щелях и большом объеме над горизонтальной поверхностью // Инженерно-физический журнал. 1965. Т. 9. № 1. С. 9-14]. 20. Lindemann F.A., 1910. UBer die Berechnung Molekularer Eigenfrequenzen. Physicalische Zeitschrift 11 (14), 609-612. 21. Meriaux C.A., Meriaux A.-S., Schellart W.P., Duarte J.C., Duarte S.S., Chen Z., 2016. Mantle Plumes in the Vicinity of Subduction Zones. Earth and Planetary Science Letters 454, 166-177. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2016.09.001. 22. Oxburgh E.R., Turcotte D.L., 1968. Problem of High Heat Flow and Volcanism Associated with Zones of Descending Mantle Convective Flow. Nature 218, 1041-1043. https://doi.org/10.1038/2181041a0. 23. Safonova I., Litasov K., Maruyama S., 2015. Triggers and Sources of Volatile-Bearing Plumes in the Mantle Transition Zone. Geoscience Frontiers 6 (5), 679-685. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2014.11.004. 24. Schellart W.P., Strak V., 2016. A Review of Analogue Modelling of Geodynamic Processes: Approaches, Scaling, Materials and Quantification, with an Application to Subduction Experiments. Journal of Geodynamics 100, 7-32. https://doi.org/10.1016/j.jog.2016.03.009. 25. Schlichting H., 1979. Boundary-Layer Theory. McGraw-Hill, New York, 817 p. 26. Strak V., Schellart W.P., 2018. A Subduction and Mantle Plume Origin for Samoan Volcanism. Scientific Reports 8, 10424. https://doi.org/10.1038/s41598-018-28267-3. 27. Tamura Y., Tatsumi Y., Zhao D., Kido Y., Shukuno H., 2002. Hot Fingers in the Mantle Wedge: New Insights into Magma Genesis in Subduction Zones. Earth and Planetary Science Letters 197 (1-2), 105-116. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(02)00465-X. 28. Turcotte D.L., Schubert G., 2002. Geodynamics. Cambridge University Press, New York, 456 p. 29. Walzer U., Hendel R., Baumgardner J., 2004. The Effects of a Variation of the Radial Viscosity Profile on Mantle Evolution. Tectonophysics 384 (1-4), 55-90. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2004.02.012. 30. Yasuda A., Fujii T., Kurita K., 1994. Melting Phase Relations of an Anhydrous Mid-ocean Ridge Basalt from 3 to 20 GPa: Implications for the Behavior of Subducted Oceanic Crust in the Mantle. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 99 (B5), 9401-9414. https://doi.org/10.1029/93JB03205. 31. Zhu G., Gerya T., Yuen D.A., Honda S., Yoshida T., Connolly J.A.D., 2009. 3-D Dynamics of Hydrous Thermal-Chemical Plumes in Oceanic Subduction Zones. Geochemistry Geophysics Geosystems 10 (11), Q11006. https://doi.org/10.1029/2009GC002625.