551.2: 551.14: 536.25

Мантийный термохимический плюм рассматривается как источник тепла, обеспечивающий плавление земной коры. На основе данных лабораторного и теоретического моделирования представлена тепловая и гидродинамическая структура канала и грибообразной головы термохимического плюма. Впервые представлена структура свободноконвективных течений в основании плюма. Найдено новое соотношение для сверхлитостатического давления у кровли головы плюма. Сверхлитостатическое давление зависит от толщины головы плюма. Получены оценки этого давления. Представлены основные соотношения для определения параметров плюма с грибообразной головой. Получено соотношение для толщины корового слоя над головой плюма. Эта толщина может быть определена по площади распространения магматического тела. Приведены соотношения и получены оценки для максимального перепада температуры и скорости свободноконвективных течений в расплаве головы плюма. С использованием геологических данных (возрастной интервал, объемы магматизма, размер магматических ареалов) получены оценки тепловой мощности и размеров для некоторых плюмов Северной Азии, образующих грибообразную голову.

Thermochemical mantle plume is considered as a heat source which provides the melting of the Earth's crust. Based on laboratory and theoretical modeling, we present the thermal and hydrodynamic structure of the plume conduit and the mushroom-shaped plume head. The structure of free convection at the bottom of the plume is presented for the first time. The new correlation for the superlithostatic pressure at the plume's roof is found. The superlithostatic pressure depends on the thickness of the plume head. The main dependences for determination of the parameters of the plume with the mushroom-shaped head are obtained. The relation for the thickness of the crustal layer above the plume head is obtained as well. This thickness can be determined using the spreading area of magmatic body. The correlations for the maximum temperature difference and free-convection flow velocity in the melt of the plume head are given. Based on them, the values of maximum temperature difference and flow velocity have been estimated. Using geological data (age interval, extent of magmatism, dimensions of igneous areas), we have estimated the thermal power and sizes of several plumes with mushroom-shaped heads in the North Asia.

доктор геолого-минералогических наук, профессор РАН, заведующий лабораторией, Институт геологии и минералогии им. В.С.Соболева СО РАН, доцент, Новосибирский государственный университет

доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, Институт геологии и минералогии им. В.С.Соболева СО РАН

научный сотрудник, Институт геологии и минералогии им. В.С.Соболева СО РАН

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, Институт геологии и минералогии им. В.С.Соболева СО РАН

Кирдяшкин А.Г. Тепловые гравитационные течения и теплообмен в астеносфере. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние. 1989. 81 с.

Персиков Э.С. Вязкость магматических расплавов. М.: Наука. 1984. 160 с.

Письменный Б.М., Алакшин А.М., Поспеев А.В., Мишенькин Б.П. Геология и сейсмичность зоны БАМ. Глубинное строение. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние. 1984. 173 с.

Ballmer M.D., Ito G., Wolfe C.J., Solomon S.C. Double layering of a thermochemical plume in the upper mantle beneath Hawaii. Earth Planet. Sci. Lett. 2013. V. 376. Pp. 155-164. doi:10.1016/j.epsl.2013.06.022.

Coulliette D.L., Loper D.E. Experimental, numerical and analytical models of mantle starting plumes. Phys. Earth Planet. Inter. 1995. V. 92. Pp. 143-167.

Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Vernikovsky V.A., Gladkov I.N. Modelling of thermochemical plumes and implications for the origin of the Siberian traps. Lithos. 2008. V.100. Pp. 66-92. doi: 10.1016/j.lithos.2007.06.025.

Dobretsov, N.L., Kirdyashkin, A.G., Kirdyashkin, A.A. Parameters of hot spots and thermochemical plumes. Russian Geology and Geophysics. 2005. 46. 6. Pp. 575-588.

Gladkov I.N., Distanov V.E., Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G. Stability of a melt/solid interface with reference to a plume channel. Fluid Dynamics. 2012. V. 47. No. 4. Pp. 433-447. doi: 10.1134/S0015462812040023.

Griffiths R.W., Campbell I.H. Stirring and structure in mantle starting plumes. Earth Planet. Sci. Lett. 1990. V. 99. Pp. 66-78.

Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Distanov V.E., Gladkov I.N. Geodynamic regimes of thermochemical mantle plumes. Russian Geology and Geophysics. 2016. V. 57. Pp. 858-867. doi: 10.1016/j.rgg.2016.05.003.

Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Gurov V.V. Parameters of thermochemical plumes responsible for the formation of batholiths: results of experimental simulation. Geotectonics. 2017. V. 51. No. 4. Pp. 398-411. doi:10.1134/S0016852117040057.

Kirdyashkin, A.A., Dobretsov, N.L., Kirdyashkin, A.G., 2009. Heat transfer between a thermochemical plume channel and the surrounding mantle in the presence of horizontal mantle flow. Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 2009. 45. No. 8. Pp. 684-700.

Kuzmin M.I., Yarmolyuk V.V. Mantle plumes of Central Asia (Northeast Asia) and their role in forming endogenous deposits. Russian Geology and Geophysics. 2014. V. 55. No. 2. Pp. 120-143.

Kuzmin M.I., Yarmolyuk V.V., Kravchinsky V.A. Phanerozoic hot spot traces and paleogeographic reconstructions of the Siberian continent based on interaction with the African large low shear velocity province. Earth Sci. Rev. 2010. V. 102. Pp. 29-59.

Lin S.-C., van Keken P.E. Dynamics of thermochemical plumes: 1. Plume formation and entrainment of a dense layer. Geochem. Geophys. Geosyst. 2006. V. 7. Q02006. doi: 10.1029/2005GC001071.

Schubert G., Turcotte D.L., Olson P. Mantle convection in the Earth and planets. Cambridge University Press. 2001. 940 p.

Walzer U., Hendel R., Baumgardner J. The effects of a variation of the radial viscosity profile on mantle evolution. Tectonophysics. 2004. V. 384. Pp. 55-90.

Winter J.D. Principles of igneous and metamorphic petrology. Harlow: Pearson. 2014. 745 p.

Yang T., Fu R. Thermochemical piles in the lowermost mantle and their evolution. Phys. Earth Planet. Inter. 2014. V. 236. Pp. 109-116. doi: 10.1016/j.pepi.2014.04.006.