Геодинамика

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Геолого-геофизический факультет
Кафедра минералогии и петрографии
ГЕОДИНАМИКА
Программа курса
Новосибирск
2005
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования.
Предназначена для студентов 4-го курса геолого-геофизического факультета, обучающихся по специальности «Геохимия».
Составители
д-р геол.-минерал. наук, проф., акад. РАН Н. Л. Добрецов,
д-р техн. наук, проф. А. Г. Кирдяшкин,
канд. геол.-минерал. наук А. А. Кирдяшкин
© Новосибирский государственный
университет, 2005
2
1. Организационно-методический раздел
1.1. Курс относится к естественно-научному разделу общепрофессиональных дисциплин вузовской компоненты государственного образовательного стандарта.
1.2. Дисциплина «Геодинамика» предназначена для студентов-геохимиков геолого-геофизического факультета, 4 курс, 7–8 семестры.
Основной целью освоения дисциплины является овладение студентами
комплексным подходом к решению базовых задач геодинамики, основанном на сочетании лабораторного и теоретического моделирования геодинамических процессов с широким привлечением современных геологических, геофизических, петрологических данных и современных тектонических и геодинамических построений.
Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса:
– подробное ознакомление с современными геохимическими, геофизическими данными, геодинамическими представлениями о составе, структуре и движениях в тектоносфере и глубинных слоях Земли и детальное ознакомление с физическим смыслом и оценками главных параметров, связанных с физико-химическими условиями и динамикой оболочек Земли;
– освоение основ теплофизического моделирования геодинамических
процессов (физические основы конвективных процессов, вывод и методы
анализа уравнений тепло- и массообмена и овладение основами теории
подобия в задачах геодинамики);
– освоение моделей и способов оценки конвективной структуры и теплообмена в астеносфере (для процессов спрединга, субдукции и формирования трансформных разломов) и структуры конвективных движений и
теплопереноса в нижней мантии с учетом геофизических данных и данных
петрологии;
– применение современных геохимических и геофизических данных и
полученных знаний об основах тепло- и массообмена для исследования
процессов на границе ядро–мантия и мантийных плюмов и рассмотрение
проявлений глубинных геодинамических процессов (мантийной конвекции
и мантийных плюмов) на земной поверхности.
1.3. Требования к уровню освоения содержания курса. По окончании
изучения указанной дисциплины студент должен:
– иметь представление о различных методах исследования геодинамических процессов, разных моделях глобальной структуры течений в глубинных оболочках Земли и механизмах функционирования термохимической машины Земли;
– знать вид основных уравнений тепло- и массопереноса (уравнений
Навье–Стокса) для задач геодинамики и физический смысл всех входящих
3
в них слагаемых, а также вид и смысл критериев подобия, получаемых при
решении геодинамических задач;
– знать основные модели геодинамических процессов в астеносфере и
нижней мантии, постановки задач и оценки пространственных масштабов
и параметров тепло- и массообмена для геодинамических движений;
– знать, в каких геологических структурах находят свое отражение
глубинные геодинамические процессы и как движения в литосфере влияют
на конвективную структуру мантии;
– уметь анализировать уравнения тепло- и массопереноса, входящие в
физико-математическую постановку конкретной геодинамической задачи,
и представлять результаты моделирования в виде зависимости между критериями подобия;
– уметь анализировать геодинамический процесс: выделять основные
силы, определяющие геодинамический процесс, оценивать управляющие
параметры, учитывая реальные геолого-геофизические данные, и находить
связи между глубинными движениями и геологическими поверхностными
проявлениями.
1.4. Формы контроля.
Итоговый контроль. Для контроля усвоения дисциплины учебным
планом в 1-м семестре предусмотрен зачет, во 2-м семестре – экзамен.
Текущий контроль. В течение обоих семестров выполняются контрольные работы (всего – 9, из них: 4 – в 1-м семестре, 5 – во 2-м семестре). Выполнение указанных видов работ является обязательным для всех
студентов.
2. Содержание дисциплины
Предмет геодинамики. Геодинамика занимается установлением и исследованием процессов и сил, порождающих движения в тектоносфере и
глубинных оболочках Земли.
2.1. Новизна курса. Актуальность курса. Движения в глубинных оболочках Земли определяют такие важнейшие процессы взаимодействия литосферы и астеносферы, как спрединг океанического дна, формирование
трансформных разломов, субдукция и коллизия литосферных плит, региональные процессы в литосфере: магматические и метаморфические процессы, вулканизм, опускания, деформации, интрузии, расслоение плит.
Неслучайно исследования мантийной конвекции, обусловливающей процессы в тектоносфере, по оценке Национальной академии наук США принадлежат к направлениям высшего приоритета в науках о Земле. Актуальность изучения динамики глубинных слоев Земли в курсе «Геодинамика» определяется необходимостью установить взаимосвязь между движе-
4
ниями различных временных и пространственных масштабов в верхних
слоях и мантии; необходимостью понять силы и процессы, обусловливающие взаимосвязанные тектонические, магматические и метаморфические
процессы в тектоносфере; необходимостью установить силы, определяющие состав, структуру и эволюцию глубинных оболочек.
Научная новизна курса состоит прежде всего в том, что для исследования геодинамических процессов в глубинных оболочках Земли адаптирован метод теплофизического моделирования (как лабораторного, так и
теоретического). Сегодня теплофизическое моделирование является одним
из наиболее эффективных методов исследования конвективной структуры
и теплообмена в астеносфере, нижней мантии и внешнем ядре. Комплексный подход к решению основных задач геодинамики, заключающийся в
применении лабораторного и теоретического моделирования с привлечением геологических и геофизических данных, позволяет получать новые
данные о конвективной структуре и теплообмене в мантии и внешнем ядре,
структуре и динамике тектоносферы.
Научная новизна обусловливает содержательную новизну курса: сначала излагаются теоретические основы теплофизического моделирования,
затем – постановка задач, модели и результаты моделирования геодинамических процессов. Приводится детальная тепловая и гидродинамическая
структура конвективных движений в мантии, параметры тепло- и массообмена мантийных плюмов. Кроме того, излагаются результаты моделирования таких важнейших процессов взаимодействия литосферы и астеносферы, как спрединг океанического дна, субдукция, формирование трансформных разломов, и показывается их взаимосвязь с глубинными движениями.
В 2001 г. издана книга «Глубинная геодинамика», служащая основным
учебником для студентов, изучающих геодинамику, являющуюся в настоящее время наиболее интенсивно развивающимся разделом наук о Земле.
Результаты по моделированию мантийной конвекции и мантийных термохимических плюмов, представленные в курсе, важны не только для геодинамики, но и для мировой геологической науки в целом. Курс «Геодинамика» по своему комплексному представлению и содержанию является уникальным среди курсов, преподаваемых в вузах России.
5
2.2. Тематический план курса (распределение часов)
Темы
Введение. Масштабы геодинамических процессов. Строение, состав оболочек Земли,
глобальная геодинамика
Теоретические основы геодинамического
моделирования
Двухслойная конвекция в мантии. Нижнемантийная конвекция
Спрединг океанического дна. Моделирование конвективных движений в астеносфере
под срединно-океаническим хребтом и геодинамические приложения
Субдукция и коллизия. Геодинамические
модели, основные параметры и геологические следствия
Мантийные плюмы и горячие точки
Взаимосвязь и периодичность геодинамических процессов
Итого по курсу
Количество часов
Самост.
Лекции
Всего
работа
5
2
7
18
14
32
19
10
29
23
13
36
24
14
38
25
6
14
3
39
9
120
70
190
2.3. Содержание курса
Введение.
Предмет геодинамики. Роль и место геодинамики в науках о Земле.
Масштабы геодинамических процессов. Строение, состав оболочек Земли,
глобальная геодинамика.
Геодинамические движения, их временные и пространственные масштабы. Методы наблюдений и измерений для длинно- и короткопериодных геодинамических процессов. Глобальные, мезомасштабные и локальные геодинамические течения, их возможная природа и взаимодействие.
Свойства (геофизические параметры) и состав оболочек Земли. Упругие и вязкие свойства Земли. Время вязкоупругой релаксации, его оценки
для различных слоев Земли. Условия существования вязких течений и реология различных слоев Земли. Области пониженной вязкости (астеносфера, переходный слой на границе ядро–мантия, внешнее жидкое ядро) и их
влияние на геодинамику Земли.
Земля как тепловая и термохимическая машина. Мантийная конвекция
и тектоника плит. Геолого-геофизические и экспериментальные доказа6
тельства перемещения литосферных плит. Теоретические модели и механизмы движения литосферных плит. Палеогеодинамические реконструкции. Геологические комплексы-индикаторы древних геодинамических обстановок.
Теоретические основы геодинамического моделирования.
Виды теплообмена. Кондуктивный теплообмен. Теплопроводность и
градиент температуры. Тепловой поток. Закон Фурье. Измерение теплового потока на континентах и в океанах, его характерные значения для океанических и континентальных областей. Сопоставление теплового потока с
геологическими структурами на континенте и структурами океанического
дна. Вывод уравнения теплообмена (сохранения энергии), уравнение теплопроводности Фурье–Кирхгоффа. Кондуктивный теплообмен в континентальной литосфере: изменение удельного теплового потока с глубиной и
континентальная геотерма.
Уравнения термогравитационной (тепловой, свободной, естественной)
конвекции. Вывод уравнения неразрывности (сохранения массы). Уравнение движения (сохранения импульса). Приближение Буссинеска. Условия
справедливости приближения Буссинеска в исследованиях конвективных
движений. Характерная мощность слоя и КПД конвекции. Общие понятия
о подобии. Теоремы подобия. Механическое и тепловое подобие. Основные критерии подобия, применяемые в моделировании геодинамических
процессов.
Тепловые гравитационные течения и теплообмен у вертикальной пластины. Вывод уравнений в приближении пограничного слоя. Представление уравнений тепловой конвекции у вертикальной пластины в безразмерном виде и условия подобия. Теплофизическая модель конвектирующей
нижней мантии – горизонтальный слой вязкой жидкости, подогреваемый
снизу и охлаждаемый сверху. Тепловые гравитационные течения в горизонтальном слое, подогреваемом снизу: основные критерии подобия.
Условия возникновения ячеистых течений. Режимы течения и законы теплообмена в горизонтальном слое, подогреваемом снизу: результаты лабораторных и численных экспериментов. Модель конвективных движений в
астеносфере – свободноконвективные течения в плоском горизонтальном
слое под действием горизонтального градиента температуры. Концентрационно-гравитационная конвекция: условия ее существования и роль на
раннем и современном этапах развития Земли.
Методы экспериментального моделирования, аппаратура, измерительные комплексы, методика экспериментов, способы обработки экспериментальных результатов, представление результатов в виде зависимостей между критериями подобия.
7
Двухслойная конвекция в мантии. Нижнемантийная конвекция.
Лабораторное моделирование нижнемантийной конвекции в модели горизонтального слоя, подогреваемого снизу и охлаждаемого сверху. Диаграмма режимов тепловой конвекции в горизонтальном слое и режим конвекции в нижней мантии. Временные масштабы нижнемантийных конвективных движений. Характерные размеры нижнемантийных ячеистых течений. Тепловые пограничные слои вблизи кровли и подошвы нижней мантии, оценка их мощности.
Конвективные течения в верхней и нижней мантии. Модели конвективных течений в мантии: аргументы в пользу общемантийной и двухслойной
конвекции. Сейсмотомографические модели мантии. Представление о численном моделировании мантийной конвекции. Экспериментальное моделирование двухслойной конвекции в мантии. Анализ структуры конвективных течений в верхней и нижней мантии (поля скорости и температуры) на основе двухслойной модели мантийной конвекции, условие существования двухслойной мантийной конвекции. P-T-условия и критические (P, T) точки в мантии, фазовые переходы на границах 410 и 670 км,
особенности рельефа и проницаемость границ 410 и 670 км. Природа переходного слоя С. Слой С как концентратор воды в мантии.
Спрединг океанического дна. Моделирование конвективных движений в астеносфере под срединно-океаническим хребтом и геодинамические приложения.
Общие геолого-геофизические данные о срединно-океанических
хребтах (СОХ). Распределение теплового потока и модель конвективного
движения в астеносфере под СОХ. Моделирование конвективных течений
в астеносфере под СОХ: теоретические и экспериментальные исследования
конвективных течений в горизонтальном слое в условиях горизонтального
градиента температуры и охлаждения сверху. Модель конвективных движений в астеносфере в области СОХ. Трехмерное представление конвективной структуры астеносферы под океаном. Теоретическое решение задачи о конвективных движениях в астеносфере под СОХ и его геодинамические приложения. Анализ структуры течения и теплообмена в астеносфере
и их влияние на структуру литосферы. Формирование трансформных разломов, их связь с конвективной структурой астеносферы в области СОХ.
Основная движущая сила, действующая на литосферные плиты.
Взаимодействие литосферы и астеносферы: спрединг и рождение океанической коры. Классификация срединно-океанических хребтов по скорости спрединга, особенности геологического строения, рельефа и магматизма. Зоны сочленения срединно-океанического хребта и трансформного
разлома. Особенности строения периокеанических рифтов. Срединноокеанические хребты и офиолиты. Рифты и тройные сочленения. Форми-
8
рование пассивных окраин. Внутриконтинентальные рифты: типы, модели
образования.
Субдукция и коллизия. Геодинамические модели, основные параметры и геологические следствия.
Лабораторное и теоретическое моделирование конвективных движений
в астеносфере под континентом вблизи зоны субдукции. Сила трения и
тепловой поток на границе литосфера–астеносфера в разрезе ВосточноТихоокеанское поднятие–Южная Америка–Срединно-Атлантический хребет. Взаимодействие астеносферных конвективных течений с нижнемантийными. Влияние зон субдукции на конвективную структуру и теплообмен в нижней мантии. Общая схема конвективных течений в мантии, их
характерные пространственные и временные масштабы.
Зоны субдукции и рождение островодужной континентальной коры.
Совместное влияние тепловых гравитационных течений в астеносфере и
концентрационных (плотностных) гравитационных сил в литосфере: условия существования нисходящего (субдукционного) движения литосферных
плит. Взаимодействие океанической литосферной плиты с континентом и
условие устойчивого существования гидродинамического аккреционного
клина между ними. Плавление корового слоя субдуктированной плиты и
условия формирования магматических диапиров в зоне субдукции. Пространственная периодичность расположения вулканов в островных дугах.
Островодужные вулканические серии, их петрологические особенности,
теплофизическая и петрологическая сегментация островной дуги. Следствия субдукционного процесса: высокобарический метаморфизм в зоне
субдукции, тектоническая транспортировка глубинных пород, островодужный вулканизм и рудообразование.
Геодинамические модели коллизии в зонах субдукции. Геодинамические модели и геологические факторы эксгумации эклогитов и глаукофановых сланцев из зон субдукции. Зоны коллизии. Принципиальное отличие
процесса коллизии от субдукции. Типы коллизионных орогенов. Процессы
магматизма и метаморфизма, характерные для каждого типа.
Мантийные плюмы и горячие точки.
Мантийные плюмы, их возможная природа и образование на границах
ядро–мантия и верхняя–нижняя мантия. Гавайская и Исландская горячие
точки как пример действия мантийного плюма. Экспериментальное и теоретическое моделирование тепловых плюмов, возникающих в результате
плавления от локальных источников тепла в кристаллическом массиве.
Пространственные, временные и энергетические параметры мантийных
тепловых плюмов.
Турбулентная тепловая конвекция во внешнем ядре. Влияние горизонтального градиента температуры на конвективную структуру во внешнем
9
ядре вблизи границы ядро–мантия. Источники, тепловые и физикохимические условия формирования термохимических плюмов на границе
ядро–мантия. Возможные химические реакции на границе ядро–мантия,
вероятные составы и температуры эвтектик, создающихся на ядромантийной границе.
Моделирование конвективного тепло- и массообмена термохимических
плюмов. Решение задач о тепло- и массообмене термохимического плюма
для малого потока тепла и массы от боковой поверхности плюма и с учетом тепло- и массообмена от боковой поверхности плюма. Основные параметры термохимических плюмов (максимальная высота подъема, время
и скорость подъема, вязкость расплава в канале плюма), выражения для
них. Объемный расход магматических расплавов термохимических плюмов. Способы оценки тепловой мощности источника плюма на ядромантийной границе. Оценки мощности источника для горячих точек: Гавайской, Исландской и Буве. Время подъема термохимических плюмов от
границы ядро–мантия к дневной поверхности. Геологические проявления
мантийных плюмов. Щелочно-базальтовые ареалы платобазальтов, их возраст. Щелочно-гранитоидный и бимодальный магматизм Сибирской платформы как проявление Сибирского суперплюма.
Взаимосвязь и периодичность геодинамических процессов.
Периодичность истории Земли (палеонтологическая, геохимическая,
модельная). Специфика и направленность эволюции Земли. Общая схема
эволюции орогенических поясов. Схема эволюции активных геодинамических зон Земли. Интенсивность и периодичность глобальных типов магматизма. Сопоставление глаукофансланцевого метаморфизма с интенсивностью магматизма в фанерозое и офиолитообразованием. Мантийные
плюмы как основной механизм периодичности.
2.4. Примерные вопросы контрольных работ
Контрольная работа 1
Представить шкалу характерных времен и пространственных масштабов геодинамических процессов.
Слоистое строение Земли (буквенные обозначения оболочек, названия
границ, характерные мощности).
Привести комплексы-индикаторы древних геодинамических обстановок, используемые в палеотектонических реконструкциях.
Какие бывают короткопериодные и длиннопериодные геодинамические
процессы? Типы наблюдений за ними.
Вывести выражение для времени вязкоупругой релаксации. Оценки
вязкости и времени релаксации для различных слоев Земли.
10
Сформулировать основные положения тектоники плит.
Контрольная работа 2
Сформулировать закон Фурье, привести характерные значения теплового потока для континентальных и океанических областей.
Решение задачи о теплообмене в континентальной литосфере: получить
соотношение для теплового потока.
Вывести уравнение неразрывности (сохранения массы).
В чем состоит приближение Буссинеска и каковы границы его применимости?
Привести оценки среднего теплового потока для океанов и континентов. Нарисовать, как ведет себя тепловой поток в зависимости от расстояния от оси СОХ.
Вывести уравнение теплообмена (сохранения энергии).
Решение задачи о теплообмене в континентальной литосфере: получить
соотношение для континентальной геотермы.
Привести уравнение движения (сохранения импульса), указать смысл
входящих в него слагаемых.
Контрольная работа 3
Сформулировать теоремы подобия.
Представить в безразмерном виде уравнения для тепловой конвекции в
горизонтальном слое, подогреваемом снизу. Какие критерии подобия являются определяющими для конвекции в нижней мантии?
Привести способы обработки результатов моделирования геодинамических процессов.
Вывести критерии теплового подобия.
Привести диаграмму режимов тепловой конвекции. Какой режим конвекции характерен для нижней мантии?
На основании каких геологических данных в качестве модели конвективных движений в астеносфере под океаном берется горизонтальный
слой, нагреваемый сбоку?
Контрольная работа 4
На основе каких экспериментальных данных оцениваются временные
масштабы нижнемантийной конвекции? Каковы периоды флуктуаций теплового потока в нижнемантийных ячейках?
Какие аргументы можно привести в пользу двухслойной конвекции?
Обосновать проницаемость и рельеф границы 410 км.
Представить геодинамическую модель нижней мантии. Привести характерные размеры нижнемантийных конвективных течений.
11
Как выглядит поле температуры и скорости потоков в мантии на основе
двухслойной модели мантийной конвекции?
Обосновать непроницаемость границы 670 км для нисходящих потоков
и ее рельеф.
Контрольная работа 5
Как выглядит структура конвективных движений в астеносфере в области срединно-океанического хребта?
Как выглядит распределение скорости потоков в астеносфере под срединно-океаническим хребтом, полученное на основе лабораторного и теоретического моделирования?
Описать геодинамический механизм формирования трансформных разломов, их основные параметры.
Привести общие геолого-геофизические данные о СОХ. Распределение
теплового потока над ними и его связь с конвективной структурой под
СОХ.
Получить выражение для силы трения на границе литосфера–
астеносфера (основной движущей силы плит).
Контрольная работа 6
Классификация срединно-океанических хребтов по скорости спрединга.
Привести основные особенности строения и магматизма для каждого типа
хребтов.
Перечислить и кратко охарактеризовать основные типы моделей рифтообразования.
Особенности строения литосферы для участков сочленения срединноокеанического хребта и трансформного разлома
Какие типы внутриконтинентальных рифтовых структур можно выделить?
Контрольная работа 7
Привести распределение скорости конвективных потоков в астеносфере
под континентом при наличии зоны субдукции.
Получить выражение для силы трения на кровле континентальной литосферы.
Привести распределение температуры в астеносфере под континентом
при наличии зоны субдукции.
Какова структура конвективных движений в разрезе ВосточноТихоокеанское поднятие–Южная Америка–Срединно-Атлантический хребет (10–30° ю. ш.)?
12
Контрольная работа 8
Дать основные параметры модели аккреционного клина и профили скорости течения в нем для различной глубины.
Вывести соотношения для оценки расположения вулканов островной
дуги в модели плавления в зоне субдукции.
Изобразить схему теплофизической и петрологической сегментации в
зоне субдукции.
Как изменяется давление в аккреционном клине? Изобразить зависимость hl(h0) для аккреционного клина, показать на графике условие устойчивого равновесия для аккреционного клина.
Основные параметры модели плавления в зоне субдукции. Условия
подпитки магматического очага при плавлении корового слоя субдуктированной плиты.
Привести основные геодинамические факторы эксгумации и перечислить геологические примеры эксгумации из зон субдукции.
Контрольная работа 9
Структура теплового мантийного плюма. Как происходит движение канала теплового плюма при его выплавлении в мантии?
Получить выражение для тепловой мощности мантийного плюма. Как
зависит время подъема мантийного плюма от концентрации добавки, понижающей температуру плавления на подошве плюма?
Сделать оценку тепловой мощности для Гавайского плюма.
Нарисовать и прокомментировать графики для оценки состава и температуры эвтектик на границе ядро–мантия.
Привести три способа определения тепловой мощности источника
плюма, находящегося на границе ядро–мантия.
Сделать оценку тепловой мощности для Исландского плюма.
3. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
3.1. Образцы вопросов для подготовки к экзамену
1. Основные критерии механического подобия.
2. Влияние зоны субдукции на конвективную структуру и теплообмен в
астеносфере под континентом: структура течения, основные уравнения,
профили скорости и температуры, главная движущая сила плиты.
3. Основные критерии подобия для свободной конвекции в горизонтальном слое: приведение уравнений к безразмерному виду, основные законы теплообмена.
4. Температурные условия и модель формирования термохимического
плюма.
13
5. Структура конвективных течений в астеносфере под СОХ: геодинамическая схема, их природа, распределение скорости потоков; геодинамический механизм формирования трансформных разломов и их основные
параметры.
6. Оценка физико-химических условий формирования термохимических плюмов на границе ядро–мантия. Постановка задачи о тепло- и массообмене мантийного термохимического плюма.
7. Слоистое строение Земли: основные оболочки и их свойства.
8. Временные масштабы конвективных движений в нижней мантии.
Влияние зон субдукции на характерное время для нижнемантийных конвективных движений.
9. Двухслойная модель мантийной конвекции. Аргументы в пользу
двухслойной конвекции. Поля скорости и температуры на основе двухслойной модели мантийной конвекции, условие существования двухслойной мантийной конвекции. P-T-условия и критические (P, T) точки в мантии.
10. Распределение давления и основные геометрические параметры аккреционного клина в зоне субдукции. Условие устойчивого существования
аккреционного клина.
11. Время вязкоупругой релаксации и его оценки для различных слоев
Земли. Условия существования вязких движений в земных оболочках.
12. Основные действующие силы в зоне субдукции. Сила трения, действующая на границе континентальная литосфера–астеносфера. Геологические следствия процесса субдукции.
13. Теплообмен в континентальной литосфере: закон убывания радиогенного тепловыделения с глубиной, тепловой поток на поверхности литосферы, континентальная геотерма.
14. Способы оценки тепловой мощности источника плюма на ядромантийной границе. Провести оценку тепловой мощности источника Гавайского плюма.
15. Режим и временные масштабы нижнемантийной тепловой конвекции.
16. Конвективная структура, значения движущей силы плит (силы трения) в разрезе Восточно-Тихоокеанское поднятие–Южная Америка–
Срединно-Атлантический хребет.
17. Тепловое подобие. Критерии теплового подобия.
18. Конвективная структура в астеносфере под срединно-океаническим
хребтом. Механизм формирования трансформных разломов.
19. Методы исследования геодинамических процессов различных масштабов. Комплексы-индикаторы палеогединамических обстановок.
14
20. Движения в астеносфере под континентом вблизи зоны субдукции:
распределение скорости и температуры в астеносфере, сила трения между
астеносферным потоком и континентальной плитой.
21. Определяющие критерии подобия для моделирования мантийной
конвекции. Режим нижнемантийной конвекции.
22. Коллизия в зонах субдукции. Геодинамические модели эксгумации
эклогитов и глаукофановых сланцев.
23. Вывод уравнения теплообмена. Уравнения теплообмена для литосферы и мантии.
24. Модель конвективных движений в астеносфере в области СОХ.
Формирование трансформных разломов, их связь с конвективной структурой астеносферы в области СОХ. Выражение для силы трения между астеносферным потоком и океанической литосферной плитой.
25. Уравнения тепло- и массообмена для тепловой конвекции в мантии,
смысл слагаемых, входящих в эти уравнения.
26. Типы внутриконтинентальных рифтов. Современные модели образования и развития рифтов.
27. Методы моделирования геодинамических процессов, аппаратура,
измерительные комплексы, методика экспериментов, способы обработки
результатов моделирования.
28. Постановка задачи о тепло- и массообмене термохимического
плюма. Основные параметры термохимических плюмов (максимальная
высота подъема, время и скорость подъема, вязкость расплава в канале
плюма), выражения для них.
29. Конвективная структура верхней и нижней мантии по геохимическим, геофизическим данным и данным теплофизического моделирования.
P-T-условия в мантии по геохимическим данным и данным моделирования.
30. Процесс коллизии. Зоны коллизии. Типы коллизионных орогенов.
31. Уравнения свободно-конвективного тепло- и массообмена в приближении Буссинеска. Основные критерии подобия в теплофизическом
моделировании мантийной конвекции.
32. Объемный расход магматических расплавов для горячих точек.
Оценка мощности Гавайского и Исландского плюма по данным о расходе
расплава.
33. Диаграмма режимов тепловой конвекции. Режим нижнемантийной
конвекции и характерное время конвективных движений в верхней и нижней мантии.
34. Аккреционный клин – регулятор зоны субдукции. Распределение
давления и размеры аккреционного клина. Условие устойчивого существования зоны субдукции.
15
35. Конвективная структура и теплообмен в астеносфере в области срединно-океанического хребта. Распределение скорости конвективных движений и температуры в астеносфере под океаном. Сила трения на границе
океаническая литосфера–астеносфера.
36. Тепловая мощность и время подъема мантийных плюмов. Геологические проявления мантийных плюмов.
37. Кондуктивный теплообмен в континентальной литосфере: закон изменения теплогенерации радиоактивных источников с глубиной, изменение удельного теплового потока с глубиной и континентальная геотерма.
38. Формирование магматических диапиров в зоне субдукции. Тепловая
структура зоны субдукции и пространственная периодичность распределения вулканов в субдукционной зоне.
39. Упругие и вязкие свойства земных оболочек. Время вязкоупругой
релаксации, его оценки для литосферы, астеносферы и нижней мантии.
40. Оценки объемов магм и интенсивности магматизма в фанерозое.
Сопоставление интенсивности и периодичности фанерозойского магматизма с интенсивностью и периодичностью глаукофансланцевого метаморфизма и офиолитообразованием.
3.2. Список литературы
Основной
Добрецов Н. Л., Кирдяшкин А. Г. Глубинная геодинамика. Новосибирск:
НИЦ ОИГГМ СО РАН, 1994. 299 с.
Добрецов Н. Л. и др. Глубинная геодинамика / Н. Л. Добрецов,
А. Г. Кирдяшкин, А. А. Кирдяшкин. 2-е изд., доп. и перераб. Новосибирск:
Изд-во СО РАН, филиал «ГЕО», 2001. 409 c.
Жарков В. Н. Внутреннее строение Земли и планет. М.: Недра, 1983.
416 с.
Зоненшайн Л. П., Кузьмин М. И. Палеогеодинамика. М.: Наука, 1993.
192 с.
Зоненшайн Л. П., Савостин Л. А. Введение в геодинамику. М.: Недра,
1979. 311 с.
Сейферт К. Мантийные плюмы и горячие точки // Структурная геология и тектоника плит. М.: Мир, 1991. Т. 2. С. 19–38.
Тёркот Д., Шуберт Дж. Геодинамика. М.: Мир, 1985. Т. 1–2. 730 с.
Хаин В. Е., Ломизе М. Г. Геотектоника с основами геодинамики.
М.: Изд-во МГУ, 1995. 480 с.
16
Дополнительный
Джалурия Й. Естественная конвекция. М.: Мир, 1983. 399 с.
Кирдяшкин А. Г. Тепловые гравитационные течения и теплообмен в
астеносфере. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. 81 с.
Михеев М. А. Основы теплопередачи. М.: Госэнергоиздат, 1947. 415 с.
Новая глобальная тектоника (тектоника плит) / Под ред. Л. П. Зоненшайна и А. А. Ковалева. М.: Мир, 1974. 471 с.
Рингвуд А. Е. Происхождение Земли и Луны. М.: Недра, 1982. 294 с.
Справочник физических констант горных пород / Под ред. С. Кларка.
М.: Мир, 1969. 543 с.
Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969. 744 с.
17