Стиль субдукции на разных этапах геологической истории Земли: результаты численного петролого-термомеханического 2D моделирования

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В статье рассмотрены эффекты, связанные с влиянием эклогитизации пород слэба на режим субдукции под континент. Эклогитизация пород в метаморфических комплексах высокого давления как правило проявлена только на участках проникновения водного флюида. В отсутствии флюида кинетическая задержка эклогитизации сохраняет малоплотные породы при Р‒Т условиях эклогитового метаморфизма, задерживая утяжеление слэба и снижая эффективность действия механизма затягивания слэба, который способствует погружению плиты под большими углами в глубинную мантию. В нашей работе приведены результаты численного петролого-термомеханического моделирования субдукции под континент в широком диапазоне параметров эклогитизации пород океанической коры (дискретная эклогитизация). Нами было проведено тестирование влияния меньшей кинетической задержки эклогитизации в водосодержащем базальтовом слое, в сравнении с более сухим нижележащим габбровым слоем. На основе результатов 112-ти численных экспериментов при 7-ми вариантах диапазонов эклогитизации (в пределах 400–650°С для базальта и 400–1000°С для габбро) при разных потенциальных температурах мантии (на ΔT = 0–250°С выше современной) выявлены крутой, пологий и переходный режимы субдукции. Режим крутой субдукции осуществляется при современных условиях (ΔT = 0°С) при всех вариантах эклогитизации, он характеризуется увеличением угла погружения слэба по мере погружения плиты, а над границей переходной зоны мантии наблюдается выполаживание или подворачивание слэба. Субдукция сопровождается образованием кислых и основных вулканитов и их плутонических аналогов. При повышенных температурах мантии (ΔT≥150 °С) и дискретной эклогитизации в широком диапазоне реализуется режим пологой субдукции с периодическими отрывами фронтальной субвертикальной эклогитизированной части слэба. Режим пологой субдукции сопровождается серпентинизацией мантийного клина и эпизодическим, ограниченным по объему магматизмом (от основного до кислого), который происходит на значительном (≥500 км) удалении от желоба. При переходном режиме, который также реализуется в моделях с повышенной температурой мантии, происходит характерное изменение от пологой к крутой субдукции, в результате чего слэб приобретает ступенчатую форму. При увеличении кинетического сдвига эклогитизации развивается пологая субдукция. Увеличение мощности континентальной литосферы от 80 км до 150 км способствует реализации крутой субдукции, но влияние скорости конвергенции (5‒10 см/год) выражено неявно. Дискретная эклогитизация утолщенной океанической коры и деплетирование литосферной мантии в океанической плите являются основными факторами пологой субдукции. В современных условиях их влияние становится несущественным из-за снижения толщины океаническое коры и степени деплетированности океанической мантийной литосферы и, как следствие, более редкое пологое движение слэбов определяется другими факторами.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. С. Захаров

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: zakharov@geol.msu.ru

геологический факультет

Россия, д. 1, Ленинские горы, 119991 Москва

А. Л. Перчук

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт экспериментальной минералогии им. акад. Д.С. Коржинского РАН

Email: zakharov@geol.msu.ru

геологический факультет

Россия, д. 1, Ленинские горы, 119991 Москва; д. 4, ул. Академика Осипьяна, 142432 г. Черноголовка, Московская обл.

T. V. Gerya

Swiss Federal Institute of Technology

Email: zakharov@geol.msu.ru

Department of Earth Sciences

Швейцария, bld. 5, Sonneggstrasse, 8092 Zurich

М. Д. Еремин

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: zakharov@geol.msu.ru

геологический факультет

Россия, д. 1, Ленинские горы, 119991 Москва

Список литературы

  1. Горяинов П.М., Иванюк Г.Ю. Самоорганизация минеральных систем. – Под ред. Н.В. Межеловского, А.Ф. Морозова ‒ М.: ГЕОС, 2001. 312 с.
  2. Грачев А.Ф. Первый миллиард лет развития Земли (3.8‒2.8 млрд лет): анализ осадочных и магматических формаций и геодинамика // Физика Земли. 2005. № 11. С. 8‒34.
  3. Диденко А.Н., Кузьмин М.И. Глубокофокусные землетрясения: пространственное распределение, возможные причины и геодинамические следствия // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 3. С. 947–965.
  4. Добрецов Н.Л. Глобальная геодинамическая эволюция Земли и глобальные геодинамические модели // Геология и геофизика. 2010. Т. 51. № 6. С. 761–784.
  5. Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Геодинамическая и тепловая модели зоны субдукции // Физическая мезомеханка. 2009. Т. 12. № 1. С. 5–16.
  6. Захаров В.С. Самоподобие структур и процессов в литосфере по результатам фрактального и динамического анализа. ‒ Автореф. дис. … д.г.-м.н. ‒ М.: МГУ, 2014. 35 с.
  7. Захаров В.С., Перчук А.Л., Завьялов С.П., Синева Т.А., Геря Т.В. Суперкомпьютерное моделирование континентальной коллизии в докембрии: эффект мощности литосферы // Вестн. МГУ. Сер. 4. Геология. 2015. № 2. С. 3–9.
  8. Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г. Силы, действующие на субдуцирующую океаническую плиту // Геотектоника. 2014. № 1. С. 62–76.
  9. Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г. Экспериментальное и теоретическое моделирование тепловой и гидродинамической структуры субдуцирующей плиты // Геотектоника. 2013. № 3. С. 31–42.
  10. Коробейников С.Н., Полянский О.П., Свердлова В.Г., Бабичев А.В., Ревердатто В.В. Компьютерное моделирование поддвига и субдукции в условиях перехода габбро-эклогит в мантии // ДАН. 2008. Т. 420. № 5. С. 654‒658.
  11. Котелкин В.Д., Лобковский Л.И. Термохимическая теория геодинамической эволюции // ДАН. 2011. Т. 438. № 3. С. 1–4.
  12. Кузнецов С.П. Динамический хаос. – М.: Физматлит, 2001. 296 с.
  13. Кулаков И.Ю., Добрецов Н.Л., Бушенкова Н.А., Яковлев А.В. Форма слэбов в зонах субдукции под Курило-Камчатской и Алеутской дугами по данным региональной томографии // Геология и геофизика. 2011. Т. 52. № 6. С. 830—851.
  14. Лобковский Л.И. Тектоника деформируемых литосферных плит и модель региональной геодинамики применительно к Арктике и северо-восточной Азии // Геология и геофизика. 2016. Т. 67. № 3. С. 476–495.
  15. Лобковский Л.И., Рамазанов М.М. Исследование конвекции в верхней мантии, термомеханически связанной с зоной субдукции, и ее геодинамические приложения для Арктики и северо-восточной Азии // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2021. № 3. С. 139–150.
  16. Полянский О.П., Коробейников С.Н., Свердлова В.Г., Бабичев А.В., Ревердатто В.В. Влияние реологии коры на характер субдукции плит по результатам математического моделирования // ДАН. 2010. Т. 430. № 4. С. 518–522.
  17. Пущаровский Ю.М. Геологическое выражение нелинейных геодинамических процессов // Геотектоника. 1998. № 1. С. 3–14.
  18. Пущаровский Ю.М. Линейность и нелинейность в геологии // Геотектоника. 1999. № 3. С. 42–49.
  19. Розен О.М., Щипанский А.А. Геодинамика раннего докембрия. Статья 1. Вулканизм и ассоциированные мантийные процессы //Стратиграфия. Геологическая корреляция. 2007. Т. 15. № 5. С. 3–25.
  20. Трубицын В.П. Проблемы глобальной геодинамики // Физика Земли. 2019. № 1. С. 180–198.
  21. Удовкина Н.Г. Эклогиты Полярного Урала: на примере южной части хр. Марун-Кеу. ‒ Под ред. А.П. Лебедева – М.: Наука, 1971. 190 c.
  22. Щипанский А.А. Субдукционная геодинамика в архее и формирование алмазоносных литосферных килей и ранней континентальной коры кратонов // Геотектоника. 2012. № 2. С. 42–64.
  23. Abbott D.H., Drury R., Smith W.H.F. Flat to steep transition in subduction style // Geology. 1994. Vol. 22. No. 10. P. 937–940. Doi: https://doi.org/10.1130/0091-7613(1994)022
  24. Arndt N. How did the continental crust form: No basalt, no water, no granite // Precambrian Research. 2023. Vol. 397. Art. 107196. Doi: https://doi.org/10.1016/j.precamres.2023.107196
  25. Austrheim H. Influence of fluid and deformation on metamorphism of the deep crust and consequences for the geodynamics of collision zones. ‒ In: When Continents Collide: Geodynamics and Geochemistry of Ultrahigh-Pressure Rocks. ‒ Ed. by B.R. Hacker, J.G. Liou, (Springer-Science+Business Media, Dordrecht, Netherlands. 1998). P. 297–323.
  26. Baitsch-Ghirardello B., Gerya T.V., Burg J.-P. Geodynamic regimes of intra-oceanic subduction: Implications forearc extension vs. shortening processes // Gondwana Research. 2014. Vol. 25. P. 546–560.
  27. Bittner D., Schmeling H. Numerical modeling of melting processes and induced diapirism in the lower crust // Geoph. J. Int. 1995. Vol. 123. P. 59–70.
  28. Brown M., Johnson T., Gardiner N.J. Plate tectonics and the Archean Earth // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 2020. Vol. 48. P. 291–320.
  29. Burg J.-P., Gerya T.V. The role of viscous heating in Barrovian metamorphism of collisional orogens: Thermomechanical models and application to the Lepontine dome in the Central Alps // J. Metam. Geol. 2005. Vol. 23. P. 75–95.
  30. Cawood P.A., Hawkesworth C.J., Dhuime B. The continental record and the generation of continental crust // Geol. Soc. Am. Bull. 2013. Vol. 125. P. 14–32. doi: 10.1130/B30722.1
  31. Chelle-Michou C., McCarthy A., Moyen J.-F., Cawood P.A., Capitanio F.A. Make subductions diverse again // Earth-Sci. Rev. 2022. Vol. 226. Art. 103966. Doi: https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022.103966
  32. Clauser C., Huenges E. Thermal conductivity of rocks and minerals. ‒ In: Rock Physics and Phase Relations. ‒ Ed. by T.J. Ahrens (Washington, AGU, USA, 1995). P. 105–126.
  33. Connolly J.A.D. Computation of phase equilibria by linear programming: A tool for geodynamic modeling and its application to subduction zone decarbonation // Earth Planet. Sci. Lett. 2005. Vol. 236. P. 524–541.
  34. Crameri F., Schmeling H., Golabek G.J., Duretz T., Orendt R., Buiter S.J.H., May D.A., Kaus B.J.P., Gerya T.V., Tackley P.J. A comparison of numerical surface topography calculations in geodynamic modelling: An evaluation of the “sticky air” method // Geoph. J. Int. 2012. Vol. 189. P. 38–54.
  35. Davies J.H. The role of hydraulic fractures in generating intermediate depth earthquakes and subduction zone magmatism // Nature. 1999. Vol. 398. P. 142–145.
  36. Gao S., Luo T.-C., Zhang B.-R., Zhang H.-F., Han Y.-W., Hu Y.-K., Zhao Z.-D. Chemical composition of the continental crust as revealed by studies in east China // Geochim. Cosmochim. Acta. 1998. Vol. 62. P. 1959–1975.
  37. Gerya T., Stern R., Baes M., Sobolev S.V., Whattam S.A. Plate tectonics on the Earth triggered by plume-induced subduction initiation // Nature. 2015. Vol. 527. P. 221–225. https://doi.org/10.1038/nature15752
  38. Gerya T.V. Numerical modeling of subduction: State of the art and future directions // Geosphere 2022. Vol. 18. No. 2. P. 503–561. Doi: https://doi.org/10.1130/GES02416.1
  39. Gerya T.V. Precambrian geodynamics: Concepts and models // Gondwana Research. 2014. Vol. 25. P. 442–463. Doi: https://doi.org/10.1016/j.gr.2012.11.008
  40. Gerya T.V., Connolly J.A.D., Yuen D.A., Gorczyk W., Capel A.M. Seismic implications of mantle wedge plumes // Phys. Earth Planet. Interiors. 2006. Vol. 156. P. 59–74. Doi: https://doi.org/10.1016/j.pepi.2006.02.005
  41. Gerya T.V., Fossati D., Cantieni C., Seward D. Dynamic effects of aseismic ridge subduction: Numerical modelling // Eur. J. Mineral. 2009. Vol. 21. P. 649‒661. Doi: https://doi.org/10.1127/0935-1221/2009/0021-1931
  42. Gerya T.V., Meilick F.I. Geodynamic regimes of subduction under an active margin: Effects of rheological weakening by fluids and melts // J. Metamorph. Geol. 2011. Vol. 29. P. 7–31. Doi: https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.2010.00904.x
  43. Gerya T.V., Yuen D.A. Characteristics-based marker-in-cell method with conservative finite-differences schemes for modeling geological flows with strongly variable transport properties // Phys. Earth Planet. Int. 2003. Vol. 140. P. 293–318. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2003.09.006
  44. Goes S., Agrusta R., van Hunen J., Garel F. Subduction-transition zone interaction: A review // Geosphere. 2017. Vol. 13. No. 3. P. 644–664. Doi: https://doi.org/10.1130/GES01476.1
  45. Gutscher M.A., Maury R., Eissen J.P., Bourdon E. Can slab melting be caused by flat subduction? // Geology. 2000. Vol. 28. P. 535–538. Doi: https://doi.org/10.1130/0091-7613(2000)28<535:CSMBCB>2.0.CO;2
  46. Hacker B.R. Eclogite formation and the rheology, buoyancy, seismicity, and H2O content of oceanic crust. ‒ Ed. by G.E. Bebout, D.W. Scholl, S.H. Kirby, J.P. Platt, (UGU, Washington, DC, USA. Geophys. Monogr. Ser. 1996. Vol. 96). P. 337–346.
  47. Hermann J., Spandler C., Hack A., Korsakov A.V. Aqueous fluids and hydrous melts in high-pressure and ultra-high pressure rocks: Implications for element transfer in subduction zones // Lithos. 2006. Vol. 92. No. 3–4. P. 399–417. Doi: https://doi.org/10.1016/j.lithos.2006.03.055
  48. Herzberg C., Asimow P.D., Arndt N., Niu Y., Lesher C.M., Fitton J.G., Cheadle M.J., Saunders A.D. Temperatures in ambient mantle and plumes: Constraints from basalts, picrites, and komatiites // Geochem. Geophys. Geosyst. 2007. Vol. 8. Art. Q02006. doi: 10.1029/2006GC001390
  49. Herzberg C., Condie K., Korenaga J. Thermal history of the Earth and its petrological expression // Earth Planet. Sci. Lett. 2010. Vol. 292. P. 79‒88.
  50. Huang B., Johnson T.E., Wilde S.A., Polat A., Fu D., Kusky T. Coexisting divergent and convergent plate boundary assemblages indicate plate tectonics in the Neoarchean // Nature Communications. 2022. Vol. 13. Art. 6450. Doi: https://doi.org/10.1038/s41467-022-34214-8
  51. Ito E., Akaogi M., Topor L., Navrotsky A. Negative pressure-temperature slopes for reactions forming MgSiO3 perovskite from calorimetry // Science. 1990. Vol. 249. P. 1275–1278.
  52. Ito K., Kennedy G.C. An experimental study of the basalt-garnet granulite-eclogite transition. ‒ In: The Structure and Physical Properties of the Earth’s Crust. ‒ Ed. by J.G. Heacock, (AGU, Washington, DC, USA. Geoph. Monogr. Ser. 1971. Vol. 14). P. 303–314.
  53. Katsura T., Ito E. The system Mg2SiO4–Fe2SiO4 at high pressures and temperatures: Precise determination of stabilities of olivine, modified spinel and spinel // J. Geoph. Res. 1989. Vol. 94. P. 663–670.
  54. Katz R.F., Spiegelman M., Langmuir C.H. A new parameterization of hydrous mantle melting // Geochem. Geophys. Geosyst. 2003. Vol. 4. No. 9. Art. 1073. Doi: https://doi.org/10.1029/2002GC000433
  55. Korenaga J. Initiation and evolution of plate tectonics on Earth: theories and observations // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 2013. Vol. 41. P. 117–151.
  56. Labrosse S., Jaupart C. Thermal evolution of the Earth: Secular changes and fluctuations of plate characteristics // Earth Planet. Sci. Let. 2007. Vol. 260. No. 3–4. P. 260–465. doi: 10.1016/j.epsl.2007.05.046
  57. Li Z.-H., Gerya T., Connolly J.A.D. Variability of subducting slab morphologies in the mantle transition zone: Insight from petrological-thermomechanical modeling // Earth-Sci. Rev. 2019. Vol. 196. Art. 102874. Doi: https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2019.05.018
  58. Lobkovsky L.I., Gabsatarov Y.V., Alekseev D.A., Vladimirova I.S., Ramazanov M.M., Kotelkin V.D. Geodynamic model of the interaction of the subduction zone with the continental lithosphere in the area of transition between the Pacific Ocean and East Asia // Geodynam. Tectonophys. 2022. Vol. 13. No. 5. Art. 0675. doi: 10.5800/GT-2022-13-5-0675
  59. Lobkovsky L.I., Ramazanov M.M., Kotelkin V.D. Convection related to subduction zone and application of the model to investigate the Cretaceous‒Cenozoic geodynamics of Central East Asia and Arctic // Geodynam. Tectonophys. 2021. Vol. 12. No. 3. P. 455–470. doi: 10.5800/GT-2021-12-3-0533
  60. Maierova P., Schulmann K., Gerya T. Relamination styles in collisional orogens // Tectonics. 2018. Vol. 37. P. 224–250.
  61. Martin H., Smithies R.H., Rapp R., Moyen J.-F., Champion D. An overview of adakite, tonalite–trondhjemite–granodiorite (TTG), and sanukitoid: Relationships and some implications for crustal evolution // Lithos. 2005. Vol. 79. P. 1–24.
  62. Mishin Y.A., Gerya T.V., Burg J.P., Connolly J.A.D. Dynamics of double subduction: Numerical modeling // Phys. Earth Planet. Int. 2008. Vol. 171. P. 280–295.
  63. Moyen J.-F., Martin H. Forty years of TTG research // Lithos. 2012. Vol. 148. P. 312–336.
  64. Palin R., Santosh M. Plate tectonics: What, where, why, and when? // Gondwana Research. 2021. Vol. 100. P. 3–24.
  65. Palin R.M., Santosh M., Cao W., Li S.-S., Hernández-Uribe D., Parsonsa A. Secular change and the onset of plate tectonics on Earth // Earth-Sci. Rev. 2020. Vol. 207. Art. 103172. Doi: https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103172
  66. Palin R.M., White R.W., Green E.C.R. Partial melting of metabasic rocks and the generation of tonalitic–trondhjemitic–granodioritic (TTG) crust in the Archaean: Constraints from phase equilibrium modelling // Precambrian Research. 2016. Vol. 287. P. 73–90.
  67. Parada M., López-Escobar L., Oliveros V., Fuentes F., Morata D., Calderón M., Aguirre L., Feraud G., Espinoza F., Moreno H., Figueroa O., Muñoz J., Troncosa R., Stern C.R. Andean magmatism. ‒ In: The Geology of Chile. ‒ Ed. by T. Moreno, W. Gibbons, (Geol. Soc. London, UK. 2007). P. 149–180. Doi: https://doi.org/10.1144/GOCH.4
  68. Peacock S.M. Serpentinization and infiltration metasomatism in the Trinity peridotite, Klamath province, northern California: implications for subduction zones // Contrib. Miner. Petrol. 1987. Vol. 95. P. 55–70.
  69. Perchuk A.L., Zakharov V.S., Gerya T., Brown M. Hotter mantle but colder subduction in the Precambrian: What are the implications? // Precambrian Research 2019. Vol. 330. P. 20–34. Doi: https://doi.org/10.1016/j.precamres.2019.04.023
  70. Perchuk A.L., Gerya T.V., Zakharov V.S. Griffin W.L. Building cratonic keels in Precambrian plate tectonics // Nature. 2020. Vol. 586. P. 395–401. Doi: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2806-7
  71. Perchuk A.L., Gerya T.V., Zakharov V.S. Griffin W.L. Depletion of the upper mantle by convergent tectonics in the Early Earth // Sci. Rep. 2021. Vol. 11. Art. 21489. Doi: https://doi.org/10.1038/s41598-021-00837-y
  72. Perchuk A.L., Safonov O.G., Smit C.A., van Reenen D.D., Zakharov V.S., Gerya T.V. Precambrian ultra-hot orogenic factory: Making and reworking of continental crust // Tectonophysics. 2018. Vol. 746. P. 572–586. Doi: https://doi.org/10.1016/j.tecto.2016.11.041
  73. Perchuk A.L., Zakharov V.S., Gerya T.V., Griffin W.L. Flat subduction in the Early Earth: The key role of discrete eclogitization kinetics // Gondwana Research 2023 Vol. 119. P. 186–203. Doi: https://doi.org/10.1016/j.gr.2023.03.015
  74. Petersen R.I., Stegman D.R., Tackley P.J. The subduction dichotomy of strong plates and weak slabs // Solid Earth. 2017. Vol. 8. P. 339–350.
  75. Poli S. The amphibolite-eclogite transformation; an experimental study on basalt // Am. J. Sci. 1993. Vol. 293(10). P. 1061–1107. Doi: https://doi.org/10.2475/ajs.293.10.1061
  76. Ranalli G. Rheology of the Earth. – (Chapman & Hall, London. UK. 1995), pp. 413.
  77. Rozel A., Golabek G.J., Jain C., Tackley P.J., Gerya T. Continental crust formation on early Earth controlled by intrusive magmatism // Nature. 2017. Vol. 545. P. 332–335. Doi: https://doi.org/10.1038/nature22042
  78. Rudnick R.L., Fountain D.M. Nature and composition of the continental crust: A lower crustal perspective // Rev. Geophys. 1995. Vol. 33. P. 267–309.
  79. Rudnick R.L., Gao S. Composition of the continental crust // Treatise on Geochem. 2003. Vol. 3. P. 1–64.
  80. Santosh M., Omori S. CO2 flushing: a plate tectonic perspective // Gondwana Research. 2008. Vol. 13. P. 86‒102.
  81. Schellart W.P. Control of subduction zone age and size on flat slab subduction // Front. Earth Sci. 2020. Vol. 26. No. 8. doi: 10.3389/feart.2020.00026
  82. Schmidt M., Poli S. Experimentally based water budgets for dehydrating slabs and consequences for arc magma generation // Earth and Planet. Sci. Let. 1998. Vol. 163. P. 361–379.
  83. Schmidt M.W., Poli S. Devolatilization During Subduction // Treatise on Geochem. 2014. P. 669–701.
  84. Sizova E., Gerya T., Brown M., Perchuk L.L. Subduction styles in the Precambrian: insight from numerical experiments // Lithos. 2010. Vol. 116. P. 209–229.
  85. Smithies R.H., Champion D.C., Cassidy K.F. Formation of Earth’s early Archaean continental crust // Precambrian Research. 2003. Vol. 127 P. 89–101.
  86. Stern R.J. Subduction zones // Rev. Geophys. 2002. Vol. 40. No. 4. Art. 1012. doi: 10.1029/2001RG000108
  87. Tackley P.J., Nakagawa T., Hernlund J.W. Influence of the post-perovskite transition on thermal and thermo chemical mantle convection. ‒ In: Post-Perovskite: The Last Phase Transition. ‒ Ed. by K. Hirose, (AGU, Washington, USA. Geophys. Monogr. Ser. 2007. Vol. 174). P. 229–247.
  88. Taylor S.R., McLennan S.M. The Continental Crust: Its Composition and Evolution. – (Blackwell, Oxford, UK. 1985), pp. 312.
  89. Turcotte D.L. Fractals and Chaos in Geology and Geophysics. – (Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK. 1997), pp. 398.
  90. Turcotte D.L., Schubert G. Geodynamics. – (Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK. 2014), pp. 472.
  91. van Hunen J., Moyen J.F. Archean subduction: Fact or fiction? // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 2012. Vol. 40. Art. 195e219.
  92. van Hunen J., van den Berg A.P. Plate tectonics on the early Earth: Limitations imposed by strength and buoyancy of subducted lithosphere // Lithos. 2008. Vol. 103. P. 217–235.
  93. van Hunen J., van den Berg A.P., Vlaar N.J. Various mechanisms to induce present-day shallow flat subduction and implications for the younger earth: A numerical parameter study // Phys. Earth Planet. Interiors. 2004. Vol. 146. P. 179–194.
  94. Vlaar N.J., Wortel M.J.R. Lithospheric aging, instability and subduction // Tectonophys. 1976. Vol. 32. P. 331–351.
  95. Vogt K., Gerya T.V., Castro A. Crustal growth at active continental margins: Numerical modelling // Phys. Earth Planet. Interiors. 2012. Vol. 192. P. 1–20.
  96. Wedepohl K.H. The composition of the continental crust // Geochim. Cosmochim. Acta. 1995. Vol. 50. P. 2267–2279.
  97. Wei C.J., Duan Z.Z. Phase relations in metabasic rocks: constraints from the results of experiments, phase modelling and ACF analysis // Geol. Soc. London, Spec. Publ. 2018. Vol. 474. P. 25–45. Doi: https://doi.org/10.1144/SP474.10
  98. Wu C., Wang G., Zhou Z., Haproff P. J., Zuza A. V., Liu W. Paleoproterozoic plate tectonics recorded in the Northern Margin orogen, North China craton // Geochem. Geophys. Geosyst. 2022. Vol. 23. Art. e2022GC010662. Doi: https://doi.org/10.1029/2022GC010662
  99. Zheng Y. Plate tectonics in the Archean: Observations versus interpretations // Sci. China Earth Sci. 2024. Vol. 67. P. 1–30. Doi: https://doi.org/10.1007/s11430-023-1210-5
  100. Space image, https://www.gebco.net/data_and_products/printable_maps/documents/gebco_2022_a2_2n.pdf (Accessed January, 2024).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Морфология и геометрия слэбов в современных зонах субдукции (по данным [44, 57, 100], с дополнениями). Зоны субдукции: ЯВА ‒ Яванская; СУМ ‒ Суматранская; ИНД ‒ Индийская; КЕР ‒ Кермадек; ТОН ‒ Тонга; МАР ‒ Марианская; ИЗУ ‒ Изу-Бонинская; РЮК ‒ Рюкю; ХОН ‒ Хонсю; КУР ‒ Курильская; КАМ ‒ Камчатская; АЛЕ ‒ Алеутская; АЛЯ ‒ Аляскинская; КАС ‒ Каскадных гор; ЦАМ ‒ Центрально-Американская; АНТ ‒ Антильская; ПЕР ‒ Перуанская; ЧИЛ ‒ Чилийская; СКО ‒ Скотия; КАБ ‒ Калабрийская; КРИ ‒ Критская. Обозначено: границы литосферных плит (тонкие линии синим); ориентировочное положение поперечных сечений и направление субдукции (стрелки синим); скорость субдуцирующей плиты (см/год) в системе Индо-Атлантических горячих точек (арабские цифры синим около стрелок). Показано: схематичное изображение морфологии слэбов по данным сейсмотомографических моделей ‒ по [44] (синий), по [57] (пурпурный); возраст погружающихся плит, млн лет (арабские цифры красным); основание переходной зоны мантии на глубине ~660 км (горизонтальные линии черным).

Скачать (412KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема фаций метаморфизма на Р‒Т диаграмме, (по данным [65], с изменениями и дополнениями). Геотермы для поверхности плит в современных условиях (по [69]) для зон субдукции: холодная (линия синим), теплая (линия красным); водные солидусы базальта (по [82]) (штрих-линия зеленым) и перидотита (по [47]) (штрих-линия синим).

Скачать (291KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Основные элементы и начальное состояние петролого-термохимической 2D модели. Модель с добавочной температурой мантии ΔT = 150°C (Tp = 1450°C), скоростью конвергенции v = 10 см/год, возраста океанической литосферы 40 млн лет и мощностью континентальной литосферы HL = 150 км. На врезке: конфигурация предварительно заданной зоны субдукции. Выделено (контур штрих-линией): область, изображенная на врезке. Обозначены изотермы: с интервалом 200°С (тонкие линии белым), граница термальной литосферы (жирная линия белым). 1 ‒ воздух; 2 ‒ вода; 3‒4 ‒ кора: 3 ‒ нижняя океаническая и континентальная, 4 ‒ верхняя океаническая; 5 ‒ осадки; 6‒7 ‒ континентальная кора: 6 ‒ верхняя, 7 ‒ средняя; 8 ‒ деплетированная мантия (>20%); 9 ‒ мантия; 10 ‒ ослабленная зона; 11‒12 ‒ мантия: 11 ‒ серпентинизированная, 12 ‒ гидратированная; 13 ‒ гранитоиды и кислые вулканиты; 14 ‒ базальты из сухой мантии; 15 ‒ базальты: а ‒ частично расплавленные, б ‒ выплавленные из гидратированной мантии; 16‒17 ‒ частично расплавленная мантия: 16 ‒ сухая, 17 ‒ гидратированная; 18 ‒ рестит от плавления гидратированной мантии; 19 ‒ частично расплавленные: а ‒осадки, б ‒метабазиты; 20 –выплавка из: а ‒ осадков, б ‒ метабазитов

Скачать (464KB)
Метаданные
5. Рис. 4. P‒T параметры эклогитизации слоев океанической коры. (а)‒(б) – поля эклогита, образовавшегося из: (а) ‒ базальта; (б) –габбро. Параметры эклогитизации: I – Tb1 = Tg2 = 400°С и Tg1 = Tg2 = 600°С; II ‒ Tb1 = 450°С и Tb2 = 450°С, Tg1 = 600°С и Tg2 = 600°С; II ‒ Tb1 = 450°С и Tb2 = 500°С, Tg1 = 600°С и Tg2 = 650°С; IV ‒ Tb1 = 450°С и Tb2 = 550°С, Tg1 = 600°С и Tg2 = 700°С; V ‒ Tb1 = 450°С и Tb2 = 600°С, Tg1 = 600°С и Tg2 = 750°С; VI ‒ Tb1 = 450°С и Tb2 = 650°С, Tg1 = 600°С и Tg2 = 800°С; VII – Tb1 = 450°С и Tb2 = 650°С, Tg1 = 800°С и Tg2 = 1000°С. Обозначено: границы параметров эклогитизации референтной модели (тонкие линии зеленым), остальных моделей (штрих-линии зеленым); диапазоны температур эклогитизации для разных моделей (стрелки).

Скачать (309KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Параметры численных экспериментов. (А) – v = 5 см/год; (Б) ‒ v = 10 см/год. Обозначено: номера экспериментов (арабские цифры); параметры эклогитизации (римские цифры); диапазоны эклогитизации (Т, °С): базальт (синий), габбро (красный); добавочная температура мантии (∆Т, °С); скорость конвергенции (v, см/год); мощность континентальной литосферы (HL, км).

Скачать (667KB)
Метаданные
7. Рис. 6. 2D модель развития крутой субдукции. Модель № 83: ∆T = 0 oC, v = 10 см/год, HL = 80 км, Tb1 = 450°С и Tb2 = 650°С, Tg1 = 600°С и Tg2 = 800°С. А – вещество: (а) – стадия пологого погружения слэба, (б) – увеличение угла падения слэба, (в) – крутое падение слэба в верхней мантии и выполаживание в переходной зоне мантии (на врезке – плотность, кг/м3), (г) – подгибание слэба в переходной зоне; Б – эффективная вязкость и поле скорости (стрелки): (д)–(з) соответствует (а)–(г), врезка на (е) ‒ цветовая шкала вязкости в логарифмическом масштабе. 1 ‒ воздух; 2 ‒ вода; 3‒4 ‒ кора: 3 ‒ нижняя океаническая и континентальная, 4 ‒ верхняя океаническая; 5 ‒ осадки; 6‒7 ‒ континентальная кора: 6 ‒ верхняя, 7 ‒ средняя; 8 ‒ деплетированная мантия (>20%); 9 ‒ мантия; 10 ‒ ослабленная зона; 11‒12 ‒ мантия: 11 ‒ серпентинизиированная, 12 ‒ гидратированная; 13 ‒ гранитоиды и кислые вулканиты; 14 ‒ базальты из сухой мантии; 15 ‒ базальты: а ‒ частично расплавленные, б ‒ выплавленные из гидратированной мантии; 16‒17 ‒ частично расплавленная мантия: 16 ‒ сухая, 17 ‒ гидратированная; 18 ‒ рестит от плавления гидратированной мантии; 19 ‒ частично расплавленные: а ‒ осадки, б ‒метабазиты; 20 –выплавка из: а ‒ осадков, б ‒ метабазитов

Скачать (1MB)
Метаданные
8. Рис. 7. 2D модель развития пологой субдукции. Модель № 76: ∆T = 150°C, v = 10 см/год, HL = 80 км, Tb1 = 450°С и Tb2 = 650°С, Tg1 = 600°С и Tg2 = 800 °С. (а) – начало пологой субдукции; (б) – подкоровый откат и крутое падение передовой части слэба; (в) – отрыв крутопадающей части слэба и восстановление пологой субдукции; (г) – продолжение пологой субдукции с периодическими отрывами части слэба. 1 ‒ воздух; 2 ‒ вода; 3‒4 ‒ кора: 3 ‒ нижняя океаническая и континентальная, 4 ‒ верхняя океаническая; 5 ‒ осадки; 6‒7 ‒ континентальная кора: 6 ‒ верхняя, 7 ‒ средняя; 8 ‒ деплетированная мантия (>20%); 9 ‒ мантия; 10 ‒ ослабленная зона; 11‒12 ‒ мантия: 11 ‒ серпентинизированная, 12 ‒ гидратированная; 13 ‒ гранитоиды и кислые вулканиты; 14 ‒ базальты из сухой мантии; 15 ‒ базальты: а ‒ частично расплавленные, б ‒ выплавленные из гидратированной мантии; 16‒17 ‒ частично расплавленная мантия: 16 ‒ сухая, 17 ‒ гидратированная; 18 ‒ рестит от плавления гидратированной мантии; 19 ‒ частично расплавленные: а ‒осадки, б ‒метабазиты; 20 –выплавка из: а ‒ осадков, б ‒ метабазитов

Скачать (995KB)
Метаданные
9. Рис. 8. 2D модель переходного режима субдукции. Модель № 73: ∆T = 150°C, v = 10 см/год, HL = 80 км, (Tb1 = 450°С и Tb2 = 500°С, Tg1 = 600°С и Tg2 = 650°С. (а) – стадия пологого погружения; (б) – подкоровый откат и крутое падение передовой части слэба; (в) – отрыв части слэба и продолжение крутого погружения; (г) – подгибание слэба в переходной зоне. 1 ‒ воздух; 2 ‒ вода; 3‒4 ‒ кора: 3 ‒ нижняя океаническая и континентальная, 4 ‒ верхняя океаническая; 5 ‒ осадки; 6‒7 ‒ континентальная кора: 6 ‒ верхняя, 7 ‒ средняя; 8 ‒ деплетированная мантия (>20%); 9 ‒ мантия; 10 ‒ ослабленная зона; 11‒12 ‒ мантия: 11 ‒ серпентинизированная, 12 ‒ гидратированная; 13 ‒ гранитоиды и кислые вулканиты; 14 ‒ базальты из сухой мантии; 15 ‒ базальты: а ‒ частично расплавленные, б ‒ выплавленные из гидратированной мантии; 16‒17 ‒ частично расплавленная мантия: 16 ‒ сухая, 17 ‒ гидратированная; 18 ‒ рестит от плавления гидратированной мантии; 19 ‒ частично расплавленные: а ‒осадки, б ‒метабазиты; 20 –выплавка из: а ‒ осадков, б ‒ метабазитов

Скачать (933KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Результат влияния параметров эклогитизации базитовой океанической коры на стиль субдукции. (а)‒(в) ‒ модели № 71, № 73 и № 76 (∆T = 150°C, v = 10 см/год, HL = 80 км) эклогитизации по вариантам эклогитизации: (а) ‒ вариант I (модель № 71, крутая субдукция, 13.3 млн лет), (б) – вариант III (модель № 73, переходный режим субдукции, 13.8 млн лет), (в) – вариант VI (модель № 76, пологая субдукция, 12.7 млн лет). На врезке: плотность вещества (кг/м3). 1 ‒ воздух; 2 ‒ вода; 3‒4 ‒ кора: 3 ‒ нижняя океаническая и континентальная, 4 ‒ верхняя океаническая; 5 ‒ осадки; 6‒7 ‒ континентальная кора: 6 ‒ верхняя, 7 ‒ средняя; 8 ‒ деплетированная мантия (>20%); 9 ‒ мантия; 10 ‒ ослабленная зона; 11‒12 ‒ мантия: 11 ‒ серпентинизированная, 12 ‒ гидратированная; 13 ‒ гранитоиды и кислые вулканиты; 14 ‒ базальты из сухой мантии; 15 ‒ базальты: а ‒ частично расплавленные, б ‒ выплавленные из гидратированной мантии; 16‒17 ‒ частично расплавленная мантия: 16 ‒ сухая, 17 ‒ гидратированная; 18 ‒ рестит от плавления гидратированной мантии; 19 ‒ частично расплавленные: а ‒осадки, б ‒метабазиты; 20 –выплавка из: а ‒ осадков, б ‒ метабазитов

Скачать (1MB)
Метаданные
11. Рис. 10. Результат влияния добавочной температуры мантии ∆T на стиль субдукции. Модели № 61, № 68, № 75 и № 82: v = 10 см/год, HL = 80 км, параметры эклогитизации по варианту V (Tb1 = 450°С и Tb2 = 600°С, Tg1 = 600 °С и Tg2 = 750°С). (а) – ΔT = 0°C (модель № 82, крутая субдукция, 13.6 млн лет); (б) – ΔT = 150°C (модель № 75, переходный режим, 13.8 млн лет); (в) – ΔT = 200°C (модель № 68, пологая субдукция, 13.4 млн лет); (г) – ΔT = 250°C (модель № 61, пологая субдукция, внутриплитная деформация, 13.1 млн лет). Модели расположены в порядке увеличения ΔT. 1 ‒ воздух; 2 ‒ вода; 3‒4 ‒ кора: 3 ‒ нижняя океаническая и континентальная, 4 ‒ верхняя океаническая; 5 ‒ осадки; 6‒7 ‒ континентальная кора: 6 ‒ верхняя, 7 ‒ средняя; 8 ‒ деплетированная мантия (>20%); 9 ‒ мантия; 10 ‒ ослабленная зона; 11‒12 ‒ мантия: 11 ‒ серпентинизированная, 12 ‒ гидратированная; 13 ‒ гранитоиды и кислые вулканиты; 14 ‒ базальты из сухой мантии; 15 ‒ базальты: а ‒ частично расплавленные, б ‒ выплавленные из гидратированной мантии; 16‒17 ‒ частично расплавленная мантия: 16 ‒ сухая, 17 ‒ гидратированная; 18 ‒ рестит от плавления гидратированной мантии; 19 ‒ частично расплавленные: а ‒осадки, б ‒метабазиты; 20 –выплавка из: а ‒ осадков, б ‒ метабазитов

Скачать (991KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Обобщение результатов численного 2D моделирования при разных исходных параметрах. (А) – v = 5 см/год; (Б) ‒ v = 10 см/год. Обозначено: номера экспериментов (арабские цифры); параметры эклогитизации (римские цифры); диапазоны эклогитизации (Т, °С): базальт (синий), габбро (красный); добавочная температура мантии (∆Т, °С); скорость конвергенции (v, см/год); мощность континентальной литосферы (HL, км).

Скачать (738KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Схема стилей субдукции в зависимости от управляющих параметров всех рассмотренных моделей.

Скачать (375KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024