Thermal regime of the earth’s lithosphere and the mantle: geothermal studies at IPE RAS

Cover Page

Abstract


The paper is devoted to a historical retrospective of the development of geothermal research in the former Soviet Union. The detailed history of the Laboratory of geothermics at the Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences (IPE RAS) from the mid-1950s to the mid-1980s when a full range of geothermal studies were conducted by the laboratory is presented. The main results with the special focus on the world-level achievements made by IPE RAS in this field are outlined. The second part of the paper addresses the key recent results including the theoretical studies of heat and mass transfer and numerical modeling of mantle convection.


A. O. Gliko

Institute of the Earth Physics of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: gliko@ifz.ru

Russian Federation, Bolshaya Gruzinskaya str., 10-1, Moscow 123242, Russia

I. O. Parphenuk

Institute of the Earth Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: oparfenuk@ifz.ru

Russian Federation, Bolshaya Gruzinskaya str., 10-1, Moscow 123242, Russia

  1. Артюшков Е.В., Чехович П.А. Новейшие поднятия на древних кратонах: возможные механизмы и связь с сейсмичностью // Геофизические исследования. 2017. Т. 18. № 4. С. 5–16.
  2. Артюшков Е.В. Новейшие поднятия земной коры как следствие инфильтрации в литосферу мантийных флюидов // Геология и геофизика. 2012. Т. 53. № 6. С. 738–760.
  3. Артюшков Е.В., Беляев И.В., Казанин Г.С. и др. Механизмы образования сверхглубоких прогибов: Северо-Баренцевская впадина. Перспективы нефтегазоносности // Геология и геофизика. 2014. Т. 55. № 5–6. С. 821–846.
  4. Артюшков Е.В., Беляев И.В., Казанин Г.С. и др. Образование сверхглубоких осадочных бассейнов вследствие метаморфизма с уплотнением пород в континентальной коре // Докл. РАН. 2013. 452. № 5. С. 539–542.
  5. Артюшков Е.В., Чехович П.А. Мощность литосферы под докембрийскими кратонами и механизмы их новейших поднятий // Докл. РАН. 2016. T. 466. № 2. C. 188–192.
  6. Артюшков Е.В., Чехович П.А. Новейшие поднятия на раннедокембрийских кратонах вследствие метаморфизма с разуплотнением пород в земной коре // Докл. РАН. 2014. T. 458. № 5. C. 567–571.
  7. Глико А.О. Влияние процесса осаждения твердой фазы из гидротермального раствора на залечивание трещин и эволюцию проницаемости системы // Физика Земли. 2002. № 1. С. 53–59.
  8. Глико А.О. Залечивание системы трещин вследствие выпадения осадка из охлаждающегося гидротермального раствора // Физика Земли. 2005. № 11. С. 95–100.
  9. Глико А.О., Ефимов А.Б. Динамика фазовых границ в континентальной литосфере // Докл. СССР. 1979. Т. 245. С. 821–824.
  10. Глико А.О., Парфенюк О.И. К 90-летию со дня рождения Елены Александровны Любимовой // Геофизические исследования. 2015. Т. 16. № 3. С. 73–74.
  11. Глико А.О., Петрунин А.Г. Квазистационарные модели тепломассопереноса в системах «черных курильщиков» // Докл. РАН. 1996. Т. 346. № 5. C. 812–814.
  12. Дергунов И.Д. Методика геотермических измерений. Проблемы геотермии и практического использования тепла Земли. М.: АН СССР. 1959. Т. 1. С. 130–141.
  13. Дергунов И.Д., Горожанкин И.И. К вопросу измерения температур верхних слоев земной коры // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. 1954. № 4. С. 312–319.
  14. Евсеев М.Н., Трубицын В.П. Модель общемантийной конвекции с образованием долгоживущего изолированного резервуара, питающего срединно-океанический хребет // Докл. РАН. 2017а. Т. 476. № 2. С. 205–208.
  15. Евсеев М.Н., Трубицын В.П. Пульсации и разрывы ножек тепловых мантийных плюмов // Докл. РАН. 2017. Т. 476. № 5. С. 559–561.
  16. Жостков Р.А., Собисевич А.Л., Суетнова Е.И. Математическая модель аккумуляции газовых гидратов, при¬уроченых к глубоководным грязевым вулканам // Докл. РАН. 474. № 1. 2017. С. 361–365.
  17. Карта новейшей тектоники Северной Евразии. 1:5 000 000 / Под ред. А.Ф. Грачева. М.: Министерство природных ресурсов России, РАН. 1997.
  18. Красковский С.А. О некоторых очередных задачах геотермики // Изв. АН СССР. Сер. географ. и геофиз. 1940. № 5. С. 691–698.
  19. Любимова Е.А. Влияние радиоактивного распада на тепловой режим Земли // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. 1952. № 2. С. 3–14.
  20. Любимова Е.А. Распределение энергии термоупругих напряжений внутри Земли и скорость ее накопления // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. 1963. № 3. С. 385–390.
  21. Любимова Е.А. Роль температуропроводности в тепловом режиме Земли // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. 1953. № 6. С. 523–525.
  22. Любимова Е.А. Термика Земли и Луны. М.: Наука. 1968. 279 с.
  23. Любимова Е.А., Александров А.Л., Дучков А.Д. Методика изучения тепловых потоков через дно океанов. М.: Наука. 1973. 176 с.
  24. Любимова Е.А., Люсова Л.Н., Фирсов Ф.В. Основы определения теплового потока из земных недр и результаты измерений // Геотермические исследования. М.: Наука. 1964. С. 5–104.
  25. Любимова Е.А., Никитина В.Н., Томара Г.А. Тепловые поля внутренних и окраинных морей СССР (наблюдения и теория интерпретации). М.: Наука. 1976. 224 с.
  26. Любимова Е.А., Шелягин В.А., Шушпанов А.П. Аппа¬ратура для определения глубинного теплового потока. Проблемы глубинного теплового потока. М.: Наука. 1966. С. 107–132.
  27. Неотектоническая карта мира. Масштаб 1:15 000 000 / Под ред. Н.И. Николаева, Ю.Я. Кузнецова, А.А. Неймарка. М.: Мингео СССР. 1981.
  28. Парфенюк О.И. Особенности теплового режима коллизионных надвиговых структур // Физика Земли. 2005. № 3. С. 68–70.
  29. Парфенюк О.И., Марешаль Ж.-К. Численное моделирование термомеханической эволюции структурной зоны Капускейсинг (провинция Сьюпериор Канадского щита) // Физика Земли. 1998. № 10. С. 22–32.
  30. Поляк Б.Г., Смирнов Я.Б. Связь глубинного теплового потока с тектоническим строением континентов // Гео¬тектоника. 1968. № 4. С. 3–19.
  31. Суетнова Е.И. Аккумуляция газовых гидратов в окрестности подводных грязевых вулканов // Геофизические исследования. 2016. Т. 17. № 4. С. 37–46.
  32. Суетнова Е.И. Эволюция порового давления и аккумуляция поддонных газовых гидратов при последовательном накоплении осадков с различными реологическими и флюидодинамическими свойствами // Геофизические исследования. 2014. Т. 15. № 1. С. 7–14.
  33. Тихонов А.Н. Математическая геофизика. Работы А.Н. Тихонова по математической геофизике. М.: ОИФЗ РАН. 1999. 476 с.
  34. Тихонов А.Н. О влиянии радиоактивного распада на температуру земной коры // Изв. АН СССР – ОМЕН. Сер. географ. и геофиз. 1937. № 3. С. 431–459.
  35. Тихонов А.Н. О термическом режиме глубокой скважины Сковородинской мерзлотной станции // Изв. АН СССР – ОМЕН. Сер. географ. и геофиз. 1939. № 1. С. 35–52.
  36. Трубицын В. П., Трубицын А.П. Численная модель образования совокупности литосферных плит и их прохождения через границу 660 км // Физика Земли. 2014. № 6. С. 1–11.
  37. Трубицын В.П., Трубицын А.П. Эффекты сжимаемости в уравнениях мантийной конвекции // Физика Земли. 2015. № 6. С. 3–15.
  38. Cermak V., Beck A., Hamza V. International Heat Flow Commission: history and accomplishments over the last fifty-five years // Intern. J. Terrestr. Heat Flow and Appl. Geothermics. 2018. V. 1. № 1. P. 1–5. doi: https://doi.org/10.31214/ijthfa.v1i1.17
  39. Davis E.E., Chapman D.S. Lithosphere, Oceanic: Thermal Structure. Encyclopedia of Solid Earth Geophysics, 2nd ed. Springer: Dordrecht. 2011.
  40. Davis E.E., Lister C.R.B. Fundamentals of ridge crest topography // Earth Planet. Sci. Lett. 1974. V. 21. P. 401–413.
  41. Gliko A.O, Mareschal J.-C. Non-linear asymptotic solution to Stefan-like problems and the validity of the linear approximation // Geophys. J. Intern. 1989. V. 103. P. 1167–1179.
  42. Gliko A.O., Grachev A.F., Magnitsky V.A. Thermal models for lithospheric thinning and associated uplift in the neotectonic phase of continental rifts development and intraplate volcanism // J. Geodynamics. 1985. V. 3. P. 137–154.
  43. Hamza V.M., Vieira F.P. Global distribution of the litho¬sphere-asthenosphere boundary: a new look // Solid Earth. V. 3. 2012. P. 199–212.
  44. Husterok D. Global Heat Flow Database. University of Adelaide. 2016. http://heatflow.org/data
  45. Jaupar C., Mareschal J.-C. Lithosphere, Continental: Thermal Structure. Encyclopedia of Solid Earth Geophysics, 2nd ed. Springer: Dordrecht. 2011a.
  46. Jaupart C., Mareschal J.-C. Heat Generation and Transport in the Earth. New York: Cambridge Univ. Press. 2011. 464 p.
  47. Langseth M.G., Le Pichon J.X., Ewing M.W. Crustal structure of the mid-ocean ridges. 5. Heat flow through the Atlantic ocean and convection currents // J. Geophys. Res. 1966. V. 71. P. 5321–5355.
  48. Lubimova E.A. Thermal history of the Earth with conside¬ration of the variable thermal conductivity of its mantle // Geophys. J. Royal Astr. Soc. 1958. V. 1. № 2. P. 38–48.
  49. Mareschal J.-C., Gliko A.O. Lithosphere thinning, uplift and heat flow preceding rifting // Tectonophysics. 1991. V. 197. P. 117–126.
  50. McKenzie D.P. Some remarks on the heat flow and gravity anomalies // J. Geophys. Res. 1967. V. 72. P. 6261–6273.
  51. Mooney W.D. Crust and Lithospheric Structure – Global Crustal Structure // Treatise on Geophysics (Second Edition). Elsevier. 2015. V. 1. P. 339–390. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53802-4.00010-5
  52. Parker, R.L., OldenburgD.W. Thermal model of ocean ridges // Nat. Phys. Sci. 1973. V. 242. P. 137–139.
  53. Parphenuk O.I. Thermal regime and heat transfer during the evolution of continental collision structures // Rus¬sian Journal of Earth Sciences. 2016. V. 16. ES6006. doi: 10.2205/2016ES000589
  54. Parphenuk O.I. Uplifts formation features in continental collision structures (evolution modeling) // Russian Journal of Earth Sciences. 2015. V. 15. № 4. ES4002. doi: 10.2205/2015ES000556
  55. Parphenuk O.I., Dechoux V., Mareschal J.-C. Finite – element models of evolution for the Kapuskasing structural zone // Can. J. Earth Sci. 1994. V. 31. № 7. P. 1227–1234.
  56. Pollack H.N., Hurter S.J., Johnson J.R. Heat flow from the Earth’s interior: analysis of the global data set // Rev. Geophysics. 1993. V. 31. P. 267–280.
  57. Simakin A.G., Ghassemi A. Mechanics of magma chamber with the implication of the effect of CO2 fluxing // Volcanoes / Ed. Gemma Aiello. 2018. P. 1–36. ISBN978-953-51-5610-9.
  58. Strutt R.J. On the distribution of radium in the earth’s crust and on internal heat // Proceedings of the Royal Society of London. Series A. 1906. V. 77. P. 472–485.
  59. Thompson W. On the secular cooling of the Earth // Trans. Royal Soc. Edinburg. 1862. XXIII. P. 295–311.
  60. Trubitsyn V.P., Evseev M.N. Pulsation of mantle plumes // Russian Journal of Earth Sciences. 2016. 16. ES3005. doi: 10.2205/2016ES000569.
  61. Wendlandt R.F., Morgan P. Lithospheric thinning associated with rifting in East Africa // Nature. 1982. V. 298. P. 734–736.

Views

Abstract - 26

PDF (Russian) - 55

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Российская академия наук