Геофизические процессы и биосфера: статья

Аннотация: Эволюция литосферы континентов, в отличие от эволюции океанической литосферы, продолжается больше 3.5 млрд лет. Она в значительной мере определялась термическими факторами, такими как вынос тепла с наружной поверхности, взаимодействие кондуктивного слоя литосферы с мантийной тепловой конвекцией и сильная зависимость вязкости верхних слоев Земли от температуры. Целью работы является численное моделирование длительного взаимодействия этих факторов на промежутке времени в несколько миллиардов лет на основе уравнений общемантийной тепловой конвекции. В принятой эволюционной модели в мантию внедрялся зародыш литосферы континента мощностью 50 км, который далее начинал расти в глубину из-за перестройки конвекции под континентальной крышкой с кондуктивным механизмом переноса тепла. Для самосогласованного моделирования изменений мощности литосферы во времени задавалось условие повышения вязкости на три порядка при уменьшении локальной температуры ниже 1200 °С. Из анализа результатов последовательных расчетов установлено, что начальный период роста континентальной литосферы за счет внешней теплоотдачи, занимающий около 1 млрд лет, впоследствии сменяется ее медленным утонением из-за накопления тепла под толстым теплоизолирующим литосферным покровом. Рассчитанный максимум средней мощности растущей литосферы, оцениваемый по температуре и вязкости, составляет 162 км, а при геотермической оценке по условной точке пересечения литосферной геотермы с мантийной адиабатой эта величина оказывается на 100 км больше. Прирост средней мантийной температуры от теплоизолирующего эффекта составляет около 100 K/млрд лет и продолжается как на стадии утолщения литосферы, так и на последующей стадии ее медленного утонения. Разогрев мантии из-за присутствия континентов является одним из конкурирующих факторов в глобальном процессе векового остывания Земли. Полученный вывод о наличии двух стадий в эволюции мощности континентальной литосферы уточняет существующие представления о формировании современного состояния наружных слоев Земли.