551.2:551.14:536.25

Представлены данные лабораторного моделирования мантийных термохимических плюмов, образующихся в зоне субдукции на границе верхней и нижней мантии в результате плавления корового слоя погружающейся плиты. Эксперименты проведены в наклонном плоском слое парафина при угле его наклона относительно вектора силы тяжести a=2°, 23° и 45°. Модельный плюм образуется в результате плавления слоя над локальным источником тепла. Получены фотографии течения в расплаве канала и головы плюма при различных тепловых мощностях нагревателя. Представлены схемы свободноконвективных течений в расплаве канала плюма в наклонном плоском слое. Определены размеры ячеек канала плюма. Показано, как развивается восходящий поток и изменяется ширина канала плюма во времени и по высоте канала. Показано, что при углах наклона a=2°-23° создается ячеистая структура канала плюма, обусловленная неустойчивой стратификацией по высоте канала, однако при a=45° не наблюдается ячеистой структуры. Обнаружено, что снижению неустойчивой стратификации способствуют валиковые течения у кровли слоя. С увеличением угла ? должна происходить интенсификация процессов массообмена в расплаве канала субдукционного плюма.

The data of laboratory modeling of mantle thermochemical plumes are presented that formed in the subduction zone at the upper-lower mantle boundary as a result of melting of the crustal layer of the sinking plate. The experimental results were carried out in an inclined flat paraffin layer at the angles of inclination relative to the gravity vector a=2°, 23° and 45°. A model plume is formed as a result of that layer melting over a local heat source. Photographs of the flow in the melt of the plume conduit and head were obtained at different thermal power of the heater. Schemes of free convective flows in the melt of the plume conduit in an inclined flat layer are presented. The cell dimensions of the plume conduit are determined. It is shown how the upward flow develops and the plume conduit width changes over time and along the conduit height. A cellular structure of the plume conduit is shown to be created at angles of inclination a=2°-23° due to unstable stratification along the conduit height, however at a=45° no cellular structure is observed. It was found that convection rolls at the layer roof contribute to the reduction of unstable stratification. With an increase in the angle, the intensification of mass transfer processes in the melt of the subduction plume conduit should occur.

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

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

доктор геолого-минералогических наук, профессор РАН, заведующий лабораторией, 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

Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Глубинная геодинамика. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео». 2001. 409 c.

Хаин В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. М.: КДУ. 2010. 560 с.

Zellmer G.F., Edmonds M., Straub S.M. Volatiles in subduction zone magmatism. Geol. Soc. Lond. Spec. Publ. 2015. V. 410. Pp. 117.

Wallace P.J. Volatiles in subduction zone magmas: concentrations and fluxes based on melt inclusion and volcanic gas data. J. Volcanol. Geotherm. Res. 2005. V. 140. Pp. 217-240.

Grove T.L., Till C.B., Krawczynski M.J. The role of H₂O in subduction zone magmatism. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2012. V. 40. Pp. 413-439.

Grove T.L., Till C.B., Krawczynski M.J. The role of H2O in subduction zone magmatism. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2012. V. 40. Pp. 413-439.

Bebout G.E., Scholl D.W., Stern R.J., Wallace L.M., Agard P. Twenty years of subduction zone science: subduction top to bottom 2. GSA Today. 2017. V. 28. https://doi.org/10.1130/GSATG354A.1.

Turner S.P., George R.M.M., Evans P.J., Hawkesworth C.J., Zellmer G.F. Time-scales of magma formation, ascent and storage beneath subduction-zone volcanoes. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 2000. V. 358. Pp. 1443-1464.

Straub S.M., Gуmez-Tuena A., Vannucchi P. Subduction erosion and arc volcanism. Nat. Rev. Earth Environ. 2020. V. 1. Pp. 574-589.

Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Distanov V.E., Gladkov I.N. On heat source in subduction zone. Geodynamics&Tectonophysics. 2021. V. 12. No. 3. Pp. 471-484.

Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Distanov V.E., Gladkov I.N. Thermophysics and Aeromechanics. 2022. V. 29. No. 4. Pp. 543-556.

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.