Геофизические процессы и биосфера: статья

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ТЕПЛОВОГО ПОТОКА В ЗЕМЛЕ. ВЛИЯНИЕ СФЕРИЧНОСТИ МАНТИИ
А.П. ТРУБИЦЫН
В.П. ТРУБИЦЫН
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 19
Номер: 2
Год: 2020
Страницы: 83-91
УДК: 550.311
DOI: 10.21455/gpb2020.2-6
Информация об авторах
Аннотация
Библиографический список
Ключевые слова: мантийная конвекция, температура в мантии Земли
Аннотация: Структура тепловой конвекции определяется пространственным распределением температуры в мантии. Однако при моделировании различных конкретных проявлений конвекции зачастую мало обращается внимание на степень соответствия рассчитанного в модели распределения температуры с реальной температурой в мантии, а в работах используемое распределение температуры даже не приводится. В настоящей работе анализируется влияние на распределение температуры и тепловых потоков внутренних источников тепла и сферичности мантии, а также эффектов диссипации и адиабатической сжимаемости вещества. Использование декартовой модели ведет к большому расхождению вычисляемого распределения теплового потока и температуры с данными наблюдений. Показывается, что эффект сферичности мантии приближенно можно интерпретировать как дополнительный эффективный отрицательный внутренний источник тепла. При этом для параметров современной Земли случайно оказалось, что этот эффективный источник по модулю приблизительно равен (точнее, несколько больше) реальному положительному внутреннему источнику тепла (обусловленному радиоактивностью и вековым остыванием) и компенсирует его. Поэтому имеющиеся в литературе многочисленные результаты моделирования мантийной конвекции в декартовых координатах, включающие внутренние источники тепла, плохо согласуются с реальной температурой в мантии. Для модели конвекции в современной мантии это несогласие приближенно можно устранить, просто исключив из уравнений конвекции реальные внутренние тепловые источники. Приводится распределение температуры по глубине в мантии современной Земли, оптимально согласующееся как с имеющимися данными измерений (реперными точками), так и с результатами уточненного численного моделирования.
Список литературы: Трубицын А.П. Две стадии термической эволюции литосферы континентов // Геофизические процессы и биосфера. 2019. Т. 18, № 1. С. 5-12. https://doi.org/10.21455/GPB2019.1-1

Трубицын В.П. Распределение вязкости в моделях мантийной конвекции // Физика Земли. 2016. № 5. С. 3-12.

Трубицын В.П. Дрейф континентов и колебания уровня Мирового океана // Геофизические процессы и биосфера. 2018. Т. 17, № 4. С. 41-58.

Трубицын В.П., Трубицын А.П. Численная модель образования совокупности литосферных плит и их прохождения через границу 660 км // Физика Земли. 2014. № 6. С. 138-147.

Arevalo R. Jr., McDonough W.F., Luong M. The K/U ratio of the silicate Earth: Insights into mantle composition, structure and thermal evolution // Earth and Planet. Sci. Let. 2009. V. 278. P. 361-369.

Berry A.J., Danyushevsky L.V., O’Neill H.C., Newville M., Sutton S.R. Oxidation state of iron in komatiitic melt inclusions indicates hot Archaean mantle // Nature. 2008. V. 455. P. 960- 963.

Davies J.H., Davies D.R. Earth’s surface heat flux // Solid Earth. 2010. V. 1. P. 5-24.

Faccenda M., Dal Zilio L. The role of solid-solid phase transitions in mantle convection // Lithos. 2017. V. 268-271. P. 198-224.

Jaupart C., Labrosse S., Lucazeau F., Mareschal J.-C. Temperatures, heat, and energy in the mantle of the Earth // Treatise on geophysics. 2nd ed. Amsterdam: Elsevier B.V., 2015. V. 7. P. 223-270.

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.

Li Y., Deschamps F.,Tackley P.J. Effects of the post-perovskite phase transition properties in the stability and structure of premodial reservoirs in the lower mantle of the Earth // Earth Planet. Sci. Let. 2015. V. 432. P. 1-12.

Moresi L.N., Gurnis M. Constraints on lateral strength of slabs from 3-D dynamic flow models // Earth Planet. Sci. Let. 1996. V. 138. P. 15-28.

Zhong S. Constraints on thermochemical convection of the mantle from plume heat flux, plume excess temperature, and upper mantle temperature // Geophys. Res. 2006. V. 1. B04409. https://doi.org/10.1029/2005JB003972