Geomagnetism and AeronomyGeomagnetism and AeronomyГеомагнетизм и аэрономия0016-79403034-5022The Russian Academy of Sciences65092610.31857/S0016794024040116RSPZQJArticlesСтатьиResearch ArticleLithospheric magnetic anomalies over the Polar Arctic (based on the CHAMP satellite data)Литосферные магнитные аномалии полярной Арктики по данным спутника CHAMPAbramovaD. Yu.АбрамоваД. Ю.
Russian Federation
f.step2014@mail.ruAbramovaL. M.АбрамоваЛ. М.
Russian Federation

Geoelectromagnetic Research Centre

Центр геоэлектромагнитных исследований (ЦГЭМИ ИФЗ РАН)

labramova@igemi.troitsk.ruPushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation, Russian Academy of SciencesИнститут земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова (ИЗМИРАН)Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of SciencesИнститут физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН23082024644ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ57759001022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0016-7940/article/view/650926

The study of the deep structure and tectonics of the Arctic region is actual both for the modern geodynamics fundamental problems solving and for the natural resources developing in the Polar Regions, besides it is of interest from a geopolitical perspective in determining the boundaries of the marginal seas shelve.

To analyze the anomaly magnetic field in the Polar Arctic region CHAMP satellite experimental data obtained at the last stage of its mission, when its orbit altitude dropped to 280–260 km, were used. The reduced height of passes made it possible to obtain geomagnetic parameters with a higher spatial resolution. The maps of the lithospheric magnetic anomalies field lateral distribution have been constructed for the various scales and degrees of space averaging over the discussed Arctic sectors. The analysis of the magnetic anomaly parameters is carried out and an explanation of their geological and physical nature is proposed supposing they are the images of the most significant geological and tectonic structures of the North Atlantic Igneous Province and of the Central Arctic ridges complex.

The connections of the discovered features of the lithospheric magnetic anomaly field distribution with the known geological structures of Amerasia and Eurasia and the tectonic processes that took place here in the past and are currently taking place are discussed. The obtained results could be useful for further comprehensive geological and geophysical studies and for construction of the reasonable lithosphere evolution models of the Arctic region.

Изучение глубинного строения и тектоники Арктического региона актуально не только для решения фундаментальных проблем современной геодинамики, но и в контексте освоения природных ресурсов приполярных областей, а также представляет интерес с геополитической точки зрения при определении границ шельфов окраинных морей. Для анализа аномального магнитного поля в регионе Полярной Арктики были использованы экспериментальные данные спутника CHAMP, полученные на последнем этапе его работы, когда высота орбиты понизилась до 280–260 км, что позволило получить геомагнитные параметры с более высоким пространственным разрешением. Для нескольких секторов Полярной Арктики построены карты распределения поля литосферных магнитных аномалий различных масштабов и степени осреднения по площади. Проведен анализ параметров аномалий, предложено объяснение геологической и физической природы аномалий, являющихся образами наиболее значимых геолого-тектонических структур Северо-Атлантической магматической провинции и комплекса Центрально-Арктических подводных поднятий. Обсуждаются связи обнаруженных особенностей распределения литосферного аномального магнитного поля с известными геологическими структурами Амеразии и Евразии и протекавшими здесь в прошлом и протекающими в настоящее время тектоническими процессами. Полученные результаты представляют интерес для дальнейших комплексных геолого-геофизических исследований и построения обоснованных моделей эволюции литосферы Арктического региона.

Абрамова Л.М., Абрамова Д.Ю. Отражение процессов мантийного плюмового магматизма в литосферных магнитных аномалиях, полученных по данным спутника CHAMP // Исслед. Земли из космоса. № 4. С. 3–14. 2021. https://doi.org/10.1134/S0001433821120021Абрамова Л.М., Абрамова Д.Ю. Аномальное литосферное магнитное поле горячей точки Эфиопия/Афар (по данным миссии спутника CHAMP) // Исслед. Земли из космоса. № 5. С. 20–29. 2022. https://doi.org/10.1134/S0001433822120027Абрамова Д.Ю., Филиппов С.В., Абрамова Л.М., Варенцов И.М. Литосферные магнитные аномалии над территориями крупных магматических провинций // Геофизические процессы и биосфера. № 1. С. 33–42. 2022. https://doi.org/10.1134/S0001433822100012Артюшков Е.В. Континентальная кора на хребте Ломоносова, поднятии Менделеева и в котловине Макарова. Образование глубоководных впадин в неогене // Геология и геофизика. Т. 51. № 11. С. 1515– 1530. 2010.Глебовский В.Ю. Цифровые базы данных и карты потенциальных полей Северного Ледовитого океана / В.Ю. Глебовский, A.B. Зайончек, В.Д. Каминский, С.П. Мащенков // Российская Арктика: геологическая история, минерагения, геоэкология. СПб. С. 134–141. 2002.Глебовский В.Ю., Астафурова Е.Г., Черных А.А., Корнева М.C., Каминский В.Д., Поселов В.А. Мощность земной коры в глубоководной части Северного Ледовитого океана: результаты 3-D гравитационного моделирования // Геология и геофизика. Т. 54. № 3. С. 327–344. 2013.Карасик А.М. Основные особенности истории развития и структуры дна Арктического бассейна по аэромагнитным данным // Морская геология, седиментология, осадочная петрография и геология Океана. Л.: Недра. С. 178–193. 1980.Конторович А.Э., Эпов М.И., Бурштейн Л.М., Каминский В.Д., Курчиков А.Р., Малышев Н.А., Прищепа О.М., Сафронов А.Ф, Ступакова А.В., Супруненко О.И. Геология, ресурсы углеводородов шельфов Арктических морей России и перспективы их освоения // Геология и геофизика. Т. 51. № 1. С. 7–17. 2010.Лаверов Н.П., Лобковский Л.И., Кононов М.В. и др. Геодинамическая модель развития Арктического бассейна и примыкающих территорий для мезозоя и кайнозоя и внешняя граница континентального шельфа России // Геотектоника. № 1. С. 3–35. 2013. https://doi.org/10.7868/s0016853x13010050Петрова А.А., Латышева О.В., Копытенко Ю.А. Глубинное строение Арктики и Антарктики по магнитным аномалиям компонент и аномалиям силы тяжести // Космические исследования. Т. 60. № 4. С. 331–347. 2022.Поселов В.А., Грамберг И.С., Мурзин Р.Р., Буценко В.В., Каминский В.Д., Сорокин М.Ю., Погребицкий Ю.Е. Структура и границы континентальной и океанической литосферы Арктического бассейна / Российская Арктика: геологическая история, минерагения, геоэкология. Ред. Д.А. Додин, В.С. Сурков. СПб.: ВНИИОкеангеология, С. 49–62. 2002.Филатова Н.И., Хаин В.Е. Тектоника Восточной Арктики // Геотектоника. № 3. С. 3–29. 2007.Яковлев А.В., Бушенкова Н.А., Кулаков И.Ю., Добрецов Н.Л. Структура верхней мантии Арктического региона по данным региональной сейсмотомографии // Геология и геофизика. Т. 53. № 10. С. 1261–1272. 2012.Abramova D.Yu., Abramova L.M. Lithospheric magnetic anomalies in the territory of Siberia (from measurements by the CHAMP satellite) // Russian Geology and Geophysics. V. 55. N. 7. P. 854–863. 2014. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2014.06.005Allen R., Nolet G., Morgan W., et al. Plume-driven plumbing and crustal formation in Iceland // J. of Geophys. Res.: Solid Earth. 107 (B8). 2163. 2002. https://doi.org/10.1029/2001JB000584Alley R.B., Andrews J.T., Brigham-Grette J., et al. History of the Greenland ice sheet: paleo-climatic insights // Quaternary Science Rev. V. 29. (15–16). P. 1728–1756. 2010.Alvey A., Gaina C., Kusznir N.J., Torsvik T.H. Integrated crustal thickness mapping and plate reconstructions for the high Arctic // Earth and Planet. Science Lett. № 27. P. 310–321. 2008. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2008.07.036Artemieva I.M., Thybo H. EUNAseis: A seismic model for Moho and crustal structure in Europe, Greenland, and the North Atlantic region // Tectonophysics. V. 609. P. 97–153. 2013. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2013.08.004Asudeh I., Green A.G., Forsyth D.A. Canadian expedition to study the Alpha Ridge complex: results of the seismic refraction study // Geophys. J. Intern. V. 92. P. 283– 302. 1988. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1988.tb01140.xBackman J., Jakobsson M., Frank M. et al. Age model and core-seismic integration for the Cenozoic Arctic Coring Expedition sediments from the Lomonosov Ridge // Paleoceanography. V. 23. PA1S03. 15 p. 2008. https://doi.org/10.1029/2007PA001476Bokelmann G.H.R., Wustefeld A. Comparing crustal and mantle fabric from the North American craton using magnetics and seismic anisotropy // Earth Planet. Sci. Lett. 277[3-4]. P. 355–364. 2009. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2008.10.032Døssing A., Jackson H.R., Matzka J., Einarsson I., Rasmussen T.M., Olesen A.V., Brozena J.M. On the origin of the Amerasia Basin and the High Arctic Large Igneous Province - Results of new aeromagnetic data // Earth and Planet. Science Lett. V. 363. P. 219–230. 2013. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2012.12.013Fahnestock M., Abdalati W., Joughin I., Brozena J., Gogineni P. High geothermal heat flow, basal melt, and origin of rapid ice flow in Central Greenland // Science. 294 (5550). P. 2338–2342. 2001. https://doi.org/10.1126/science.1065370Gaina C., Medvedev S., Torsvik T.H., Koulakov I., Werner S.C. 4D Arctic: A Glimpse into the Structure and Evolution of the Arctic in the Light of New Geophysical Maps, Plate Tectonics and Tomographic Models // Surv Geophys. V. 35. P. 1095–1122. 2014. https://doi.org/10.1007/s10712-013-9254-yGrantz A., Pease V.L., Willard D.A., Phillips R., Clark D. Bedrock cores from 89° North: implication of the geologic framework and Neogene paleoceanography of Lomonosov Ridge and a tie to the Barents shelf // Geol. Soc. Amer. Bull. V. 113. № 10. P. 1272-1281. 2001. https://doi.org/10.1130/0016-7606(2001)113<1272:BCFNIF>2.0.CO;2Hemant K., Maus S. Geological modeling of the new CHAMP magnetic anomaly maps using a geographical information system technique // J. Geophys. Res. V. 110. P. 1–23. 2005. https://doi.org/10.1029/2005JB003837Henriksen N. Geological history of Greenland: Four Billion Years of Earth Evolution / Geological Survey of Denmark and Greenland (GEUS), Copenhagen, 272 p. 2008. https://doi.org/10.1017/S0032247409008560Hjartarson Á., Erlendsson Ö., Blischke A. The Greenland–Iceland–Faroe Ridge Complex. In: G. Péron-Pinvidic, J.R. Hopper, T. Funck, M.S. Stoker, C. Gaina, J.C. Doornenbal, U.E. Árting (Eds.) The NE Atlantic Region: a reappraisal of crustal structure, tectonostratigraphy and magmatic evolution / Geological Society. London. Special Publications, V. 447. P. 127–148. 2017. https://doi.org/10.1144/SP447.14Jakovlev A.V., Bushenkova N.A., Koulakov I.Yu., Dobretsov N.L. Structure of the upper mantle in the Circum-Arctic region from regional seismic tomography // Russian Geol. and Geophys. V. 53. № 10. P. 963–971. 2012. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2012.08.001Lawver L.A., Müller R.D. Iceland hotspot track // Geology. V. 22. № 4. P. 311–314. 1994.Lawver L.A., Grantz A., Gahagan L.M. Plate kinematic evolution of the present Arctic region since the Ordovician // Geol. Soc. Amer. Spec. Pap. V. 360. Р. 336– 362. 2002.Lebedeva-Ivanova N.N., Zamansky Y.Y., Langinen A.E., Sorokin M.Y. Seismic profiling across the Mendeleev Ridge at 82 degrees N: evidence of continental crust // Geophys J. Int. V. 165. P. 527–544. 2006. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2006.02859.xMaclennan J., McKenzie D., Gronvold K. Crustal accretion under northern Iceland // Earth Planet. Sci. Lett. V. 191. P. 295– 310. 2001. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(01)00420-4Mosher D., Shimeld J., Hutchinson D., Chian D., Lebedеva-Ivanova N., Jackson R. Canada Basin revealed / Offshore Technology Conference / Arctic Technology Conference. Houston. TX. 2012. https://doi.org/10.4043/23797-MSReigber C., Lühr H., Schwintzer P. CHAMP mission status // Advances in Space Research. V. 30 № 2. P. 129–134. 2002. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(02)00276-4Roest W.R., Verhoef J., Macnab R. Magnetic anomalies and tectonic elements of northeast Eurasia / GSC Open File. 2574. / Geol. Surv. of Can, Dartmouth N. S., 1995.Saunders A.D., Fitton J.G., Kerr A.C., Norry M.J. Kent R.W. The North Atlantic igneous province. In: Mahoney, J.J., Coffin, M.F. (eds) Large Igneous Provinces / Amer. Geophys. Union, Geophysical Monograph. V. 100. P. 45– 93. 1997. https://doi.org/10.1029/GM100p0045Sobolev A.V., Hofmann A.W., Kuzmin D.V. et al. The amount of recycled crust in sources of mantle-derived melts // Science. V. 316 (5823). P. 412-417. 2007. https://dx.doi.org/10.1126/science.1138113Vogt P.R., Taylor P.T., Kovacs L.C., Johnson G.L. Detailed aeromagnetic investigation of the Arctic basin // J. Geoph. Res. V. 84. P. 1071-1089. 1979.Wessel P., Smith W.H.F. The generic mapping tools /Technical reference and cookbook version 4.2. 2007. https://doi.org/10.1029/98EO00426