18.10.2022 ГЕОДИНАМИКА 3. Литосфера и астеносфера 3. Литосфера и астеносфера ха ро в 3.1 Понятие о литосфере и астеносфере 3.2 Сейсмическая литосфера и астеносфера 3.3 Литосфера и астеносфера по электропроводности Термальная литосфера (будет рассмотрена отдельно) 3.4 Реология литосферы и астеносферы За 1 3.1 Понятие о литосфере и астеносфере Положение границы литосферы и астеносферы С. зависит от методов исследования Литосфера как погранслой Пограничный слой: тонкий (по сравнению с горизонтальными размерами) слой, в котором реализуются высокие градиенты изменения характерных величин. Сейсмические данные (разные типы) В. (разные типы) Термальные данные Сейсмическая литосфера (разные определения) реологический (rheological boundary layer) геологический ф-т МГУ кафедра динамической геологии Термальная литосфера Ксенолиты ЭМ и МТ данные Гравитационные данные Петрологическая литосфера Электрическая литосфера Упругая литосфера тепловой (thermal boundary layer) химический (chemical boundary layer) механический (mechanical boundary layer)2 проф. В.С. Захаров zakharov@geol.msu.ru 1 18.10.2022 ГЕОДИНАМИКА 3. Литосфера и астеносфера Соотношение между разными определениями границы литосферы Граница литосфера и погранслои (разного типа) Температура Граница упругой (изгибной) литосферы Изменение мант. реологии Кондуктивный теплопернос Граница химической лит Переходный слой: кондукция + конвекция Граница термальной литосферы и RBL Граница тектосферы Конвекция в мантии Граница литосферы по данным: -сейсмических скоростей; -анизотропии сейсм. волн; -электросопротивления; -текстуры и P-T параметров ксенолитов. в глубина T,,BDT… Кровля глобальной мант. конвекции ро Граница литосферы по данным крупномасштабной сейсмической томографии 3 За ха Tm – потенциальная температура мантии (продолжений мантийной адиабаты на поверхность) Возраст литосферы В. С. Тектонический возраст континентальной литосферы Artemieva, 2006 Возраст пород океанического дна (возраст океанической литосферы) по [Muller et al., 2002] геологический ф-т МГУ кафедра динамической геологии 4 проф. В.С. Захаров zakharov@geol.msu.ru 2 18.10.2022 ГЕОДИНАМИКА 3. Литосфера и астеносфера 3.2 Сейсмическая литосфера и астеносфера «сейсмическая» литосфера глубина, глубина,кмкм ЗПС (LVZ) vs, км/с , кг/м3 добротность Q ро vp, км/с в граница Леманн 5 За ха Сейсмическая (выделяемая по скоростям сейсмических волн) литосфера (seismic Lid) – высокоскоростной слой в верхней мантии с высокой добротностью. ЗПС (LVZ) ‐ зона пониженных скоростей и пониженной добротности («сейсмическая» астеносфера) ‐ примерно соотносится с астеносферой (слоем пониженной вязкости). Верхняя граница ЗПС примерно соотносится с границей (сейсмической) литосферы. Нижняя граница ЗПС ‐ граница Леман (L), имеет прерывистое строение с заметными вариациями глубины. from [Artemieva, 2011] Возможные объяснения ЗПС Зона частичного плавления («астеносфера») континент океан глубина, км глубина, км В. С. Наличие флюида (воды). Частичное плавление (первые % расплава из‐за близости Т солидуса); ЗПС совпадает с диапазоном глубин, в котором растворимость воды в минералах мантии минимальна T (С) растворимость воды (ppm ) 6 12 геологический ф-т МГУ кафедра динамической геологии проф. В.С. Захаров zakharov@geol.msu.ru 3 18.10.2022 ГЕОДИНАМИКА 3. Литосфера и астеносфера Вариации границы сейсмической литосферы и астеносферы для разных регионов Зап. Сибирь СЗ Сибирь vp, км/с vp, км/с vp, км/с глубина, км глубина, км Зап. Сибирь vp, км/с vp, км/с vp, км/с 7 За from [Artemieva, 2011] ха глубина, км ро глубина, км в Сибирская платформа Сев. Сибирской платформы Печерский бассейн С. Мощность сейсмической литосферы В. по данным томографии по объемным волнам (Grand, 1997, 2002) Нижняя граница литосферы: не контрастная, зависит от критерия ее выделения; варьирует (положение зависит от состава, теплового режима, наличия воды, тектонической обстановки,…) по поверхностным волнам (Shapiro and Ritzwoller, 2002) 8 геологический ф-т МГУ кафедра динамической геологии проф. В.С. Захаров zakharov@geol.msu.ru 4 18.10.2022 ГЕОДИНАМИКА 3. Литосфера и астеносфера Мощность литосферы по модели LITHO1.0 (разрешение 1°) На основании данных (в основном) • по скоростям объемных волн • по дисперсии поверхностных волн (Лава и Рэлея) ро в глубина, км Типичный профиль скорости ха vS, км/с Pasyanos et al. (2014) 9 За https://igppweb.ucsd.edu/~gabi/litho1.0.html 3.3 Литосфера и астеносфера по электропроводности С. Характеристики: удельное сопротивление и проводимость = 1/ В. Основы магнитотеллурического метода Теллурические токи (telluris — Земля) ‐ электрические токи, текущие в верхних оболочках Земли. Происхождение: вариации МП Земли (наводящие токи согласно закону ЭМ индукции), электрическое поле атмосферы. Принцип: отношение взаимно перпендикулярных горизонтальных компонент электрического и магнитного полей (импеданс Z = Ex / Hy = - Ey / Hx), измеренных на поверхности Земли, зависит от периода вариации и изменения проводимости с глубиной. При этом: чем больше период вариаций, тем глубже проникает поле внутрь Земли. Изменение импеданса с увеличением периода отражает изменение удельного сопротивления с глубиной. Кажущееся удельное сопротивление : = ()-1 Z2 где - круговая частота, T - период вариации (c), Z - в Ом, - в Ом·м. Регистрируя вариации естественного электромагнитного поля в широком интервале периодов, можно построить зависимость кажущегося удельного сопротивления от периода (а значит, и от глубины). Метод хорошо работает для среды, электропроводность которой меняется только по вертикали z. Для случая (x,y,z) - сложнее. 10 геологический ф-т МГУ кафедра динамической геологии проф. В.С. Захаров zakharov@geol.msu.ru 5 18.10.2022 ГЕОДИНАМИКА 3. Литосфера и астеносфера Спектр коротковолновых вариаций электромагнитного поля в ро глубина, км глубина, км Глубина проникновения h в зависимости от периода волны (функция ответа) h ~ lgT 1 мес. ха 3 сут. [Lowrie, 2007] период, с 11 За [Constable, 1993] 5 мес В. С. Распределение проводимости в мантии [Жарков, 2013 ] геологический ф-т МГУ кафедра динамической геологии D’’ =3x105 12 проф. В.С. Захаров zakharov@geol.msu.ru 6 18.10.2022 ГЕОДИНАМИКА 3. Литосфера и астеносфера «Электрическая» литосфера Профиль удельного сопротивления в коре и верхней мантии ро в Нижняя кора «Электрическая» астеносфера [Ковтун, 1997] 13 В. глубина, км С. «Электрическая» литосфера За ха Чередование слоев с повышенной и пониженной проводимостью. Отражение реологической расслоенности тектоносферы Профили проводимости для континентов и океанов «Электрическая» астеносфера Континенты Океаны (и сопоставление с континентами) глубина, км log (Ом-1∙м-1) log (Ом-1∙м-1) геологический ф-т МГУ кафедра динамической геологии log (Ом-1∙м-1) 14 проф. В.С. Захаров zakharov@geol.msu.ru 7 18.10.2022 ГЕОДИНАМИКА 3. Литосфера и астеносфера Профили проводимости континентов глубина, км глубина, км Зоны растяжения Канадский щит log (Ом-1∙м-1) Кратоны ро в Все кратоны ха глубина, км глубина, км Кратоны Евразии from [Artemieva, 2011] 15 log (Ом-1∙м-1) За log (Ом-1∙м-1) В. B = Baikal Rift; EA = Eastern Australia; EEP = East European Platform; PB = Pannonian Basin; Rh = Rhine Graben; KK, SF and SN = Kola‐Karelian, SvecoFennian, and SvecoNorwegian provinces of the Baltic Shield; Sib = southern margin of the Siberian craton; Sup = Superior Province; WA = West Africa; WE = Western Europe. Континенты глубина кровли HCL, км С. Соотношение глубины кровли проводящего слоя (HCL) (=мощность «электрической» литосферы) и возраста литосферы континентов. возраст, млрд лет мощность «электрической» литосферы Европы from [Artemieva, 2011], на основе (Hjelt and Korja, 1993; Korja, 2007) геологический ф-т МГУ кафедра динамической геологии проф. В.С. Захаров zakharov@geol.msu.ru 8 18.10.2022 ГЕОДИНАМИКА 3. Литосфера и астеносфера Проводящий слой (HCL) ‐ «электрическая астеносфера» и LVZ Сопоставление с другими методами Глубина кровли HCL (=мощность «электрической» литосферы) и тепловой поток для континентальной литосферы разного возраста Нет LVZ, HCL тепловой поток (мВт/м2) 17 За from [Artemieva, 2011] ха ро глубина HCL, км Оба метода Один из методов в LVZ, HCL Мощность электрической литосферы В. С. = глубина кровли проводящего слоя HCL (электрическая «астеносфера») усреднение 10o×10o Нижняя граница «электрической» литосферы: не контрастная, зависит от критерия ее выделения; положение зависит от состава, теплового режима, наличия воды from [Artemieva, 2011] геологический ф-т МГУ кафедра динамической геологии 18 проф. В.С. Захаров zakharov@geol.msu.ru 9 18.10.2022 ГЕОДИНАМИКА 3. Литосфера и астеносфера Термальная литосфера ро в Мощность термальной континентальной литосферы TC1 (1°×1°) За ха [Artemieva, 2006 ] В. С. Мощность термальной литосферы (0.5°×0.5°) Koptev, Ershov, 2011 Подробнее рассмотрим в разделе о тепловом режиме литосферы 20 геологический ф-т МГУ кафедра динамической геологии проф. В.С. Захаров zakharov@geol.msu.ru 10
