Взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов

Исследован физический механизм, контролирующий формирование устойчивой границы между областями кондуктивного и конвективного теплопереноса в мантии (литосферно-астеносферной границы — ЛАГ). В согласии с термобарометрией ксенолитов кимберлитов из модели следует, что под кратонами ЛАГ совпадает с под...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2013
Main Authors:	Арясова, О.В., Хазан, Я.М.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2013
Series:	Доповіді НАН України
Subjects:	Науки про Землю
Online Access:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/85641
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов / О.В. Арясова, Я.М. Хазан // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 4. — С. 78–85. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-85641
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-856412015-08-12T03:02:06Z Взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов Арясова, О.В. Хазан, Я.М. Науки про Землю Исследован физический механизм, контролирующий формирование устойчивой границы между областями кондуктивного и конвективного теплопереноса в мантии (литосферно-астеносферной границы — ЛАГ). В согласии с термобарометрией ксенолитов кимберлитов из модели следует, что под кратонами ЛАГ совпадает с подошвой области распространения деплетированных пород на протяжении всей постархейской истории Земли. Результаты работы поддерживают модель, которая предполагает, что кимберлитовые расплавы возникают при взаимодействии “головы” мантийного плюма с литосферой. Дослiджено фiзичний механiзм, що контролює формування сталої границi мiж областями кондуктивного й конвективного теплопереносу в мантiї (лiтосферно-астеносферної границi — ЛАГ). В узгодженнi з термобарометрiєю ксенолiтiв кiмберлiтiв з моделi випливає, що пiд кратонами ЛАГ збiгається з пiдошвою областi поширення деплетованих порiд протягом всiєї постархейської iсторiї Землi. Результати роботи пiдтримують модель, яка приймає, що кiмберлiтовi розплави виникають при взаємодiї “голови” мантiйного плюму з лiтосферою. The physical mechanism controlling the formation of a stable boundary between regions of conductive and convective heat transfer in the mantle (lithosphere-asthenosphere boundary — LAB) is studied. In agreement with kimberlite xenolith thermobarometry, it follows from the model that, beneath cratons, LAB coincides with the bottom of the depleted region throughout all the post-Archean Earth history. The present results support the model assuming that kimberlite melts originate from the interaction of a mantle plume ‘head’ with the lithosphere. 2013 Article Взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов / О.В. Арясова, Я.М. Хазан // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 4. — С. 78–85. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/85641 551.2:552.323 ru Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Науки про Землю Науки про Землю
spellingShingle	Науки про Землю Науки про Землю Арясова, О.В. Хазан, Я.М. Взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов Доповіді НАН України
description	Исследован физический механизм, контролирующий формирование устойчивой границы между областями кондуктивного и конвективного теплопереноса в мантии (литосферно-астеносферной границы — ЛАГ). В согласии с термобарометрией ксенолитов кимберлитов из модели следует, что под кратонами ЛАГ совпадает с подошвой области распространения деплетированных пород на протяжении всей постархейской истории Земли. Результаты работы поддерживают модель, которая предполагает, что кимберлитовые расплавы возникают при взаимодействии “головы” мантийного плюма с литосферой.
format	Article
author	Арясова, О.В. Хазан, Я.М.
author_facet	Арясова, О.В. Хазан, Я.М.
author_sort	Арясова, О.В.
title	Взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов
title_short	Взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов
title_full	Взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов
title_fullStr	Взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов
title_full_unstemmed	Взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов
title_sort	взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2013
topic_facet	Науки про Землю
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/85641
citation_txt	Взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов / О.В. Арясова, Я.М. Хазан // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 4. — С. 78–85. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
series	Доповіді НАН України
work_keys_str_mv	AT arâsovaov vzaimodejstviemantijnojkonvekciislitosferojiproishoždeniekimberlitov AT hazanâm vzaimodejstviemantijnojkonvekciislitosferojiproishoždeniekimberlitov
first_indexed	2025-07-06T12:55:13Z
last_indexed	2025-07-06T12:55:13Z
_version_	1836902267347795968
fulltext	оповiдi НАЦIОНАЛЬНОЇ АКАДЕМIЇ НАУК УКРАЇНИ 4 • 2013 НАУКИ ПРО ЗЕМЛЮ УДК 551.2:552.323 О.В. Арясова, Я. М. Хазан Взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов (Представлено академиком НАН Украины В. И. Старостенко) Исследован физический механизм, контролирующий формирование устойчивой границы между областями кондуктивного и конвективного теплопереноса в мантии (литосфер- но-астеносферной границы — ЛАГ). В согласии с термобарометрией ксенолитов ким- берлитов из модели следует, что под кратонами ЛАГ совпадает с подошвой области распространения деплетированных пород на протяжении всей постархейской истории Земли. Результаты работы поддерживают модель, которая предполагает, что кимбер- литовые расплавы возникают при взаимодействии “головы” мантийного плюма с лито- сферой. Ранее были приведены результаты термобарометрии ксенолитов/ксенокристов 39 кимбер- литов Евразии, Африки и Северной Америки [1]. Во всех случаях данные подвергались стандартному предварительному скринингу [2, 3]. Все термобарометрические определения были выполнены при помощи одноклинопироксенового термобарометра NT00 [2]. Для всех рассмотренных кимберлитов определены: глубина (равновесное давление) наиболее глубо- кого ксенолита Pmax; референтный тепловой поток (РТП) q на поверхности для геотермы из однопараметрического семейства [4] (HC11), которая наилучшим образом аппроксимирует результаты термобарометрии. Сопоставление результатов термобарометрии с независимым определением глубины, до которой в мантии кратонов распространены деплетированные перидотиты [3], показало, что в 37 случаях из 39 самый глубокий ксенолит, а значит, и все остальные, захвачен в пределах деплетированной литосферы [1]. Иначе говоря, источники кимберлитов почти всегда нахо- дились вблизи или в пределах деплетированной литосферы. Из повсеместно наблюдаемых в Евразии и Африке синхронности и пространственной сближенности трапповых излияний и карбонатитовых и/или кимберлитовых извержений [5] следует, что наиболее вероятной причиной кимберлитового магматизма является воздействие на подошву литосферы голо- © О.В. Арясова, Я.М. Хазан, 2013 78 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №4 вы мантийного плюма. Поэтому результаты термобарометрии означают, что мантийные плюмы достигают подошвы литосферы кратонов [1, 5]. Реологический подслой и положение подошвы литосферы. Переход от лито- сферы к астеносфере происходит в пределах так называемого реологического подслоя, в котором эффективная вязкость быстро уменьшается, а скорость деформации возра- стает от нуля на его верхней границе, т. е. подошве литосферы, до значений, характер- ных для конвектирующей мантии, на его нижней границе. Одновременно градиент тем- пературы уменьшается от литосферных значений до близкого нулю градиента темпера- туры в изотермическом ядре. Будем считать, что механизмом деформации во всей рас- сматриваемой области является диффузионная ползучесть. Это является значительным упрощением реальной ситуации, однако позволяет не вычислять в явном виде напряже- ния и вместо динамической задачи рассмотреть задачу об устойчивости пограничного слоя. В режиме диффузионной ползучести зависимость эффективной вязкости горных пород (оливина) от температуры и давления описывается уравнением Аррениуса [6]: η(T, P ) = A exp ( Ea + PVa RT ) , (1) где Ea и Va — энергия и объем активации диффузии. Для влажных пород Ea = (335 ± ± 75) кДж/моль, Va = 4 см3/моль. Предэкспоненциальный множитель зависит от размера зерна d и содержания воды COH: A = A0b, где A0 = 2,7·107 Па ·с относится к “стандартным” значениям d0 = 3 мм, COH,0 = 1000H/106 Si, а b = (d/d0) 3(COH,0/COH). Характерное время тепловой релаксации литосферы τL = L2/π2κ порядка 130 млн лет (L ∼ 200 км — мощность литосферы, κ = 10−6 м2 · с−1 — температуропроводность), харак- терное время установления мантийной конвекции порядка 30–300 млн лет при мощности области, охваченной конвекцией, D ∼ 3000 км и скорости течения ∼1–10 см/год. Таким образом, на интервалах времени порядка сотни миллионов лет конвекцию можно считать установившейся, а тепловую структуру литосферы и реологического подслоя — квазиста- ционарной. Мантийная конвекция характеризуется высокими значениями числа Релея, значительно превышающими его критическое значение Rac ∼ 103. При Ra ≫ Rac внутри конвектирую- щей области формируется изотермическое ядро, а на ее границах — тонкие пограничные слои (далее погранслои) (например, [7]). При установившейся конвекции погранслои нахо- дятся на пределе устойчивости и если известно критическое число Релея, то толщину по- гранслоя δ можно оценить из уравнения Ra(δ) = Rac, где Ra(δ) — число Релея для погран- слоя [7]. Существенно, что эта оценка является локальной, т. е. для оценки параметров погранслоя не требуется иметь полную информацию об области конвекции. В частности, Ra(δ) и, следовательно, толщина погранслоя не зависят от полной мощности конвектиру- ющей области. 1. Литосферно-астеносферная граница в отсутствие деплетированного слоя. Предположим вначале, что деплетированный слой, в который конвекция не про- никает, отсутствует. Пусть распределение температуры T (P, q) в литосфере соответствует геотерме НС11 с РТП, равным q, а мантийная конвекция характеризуется адиабатическим распределением температуры с потенциальной температурой Tp. Пусть теперь адиабата пересекает геотерму T (P, q) на глубине zi, где давление и температура равны Pi и Ti со- ответственно. Для подслоя, лежащего в интервале глубин от z < zi до zi, число Релея ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №4 79 можно определить обычным образом, введя осредненные по подслою значения вязкости [8] (см. также [9] и ссылки там): Ra(z, zi) = αgρ(Ti − T (P (z), q))(zi − z)3 κηaν(z, zi) , (2) где ηaν(z, zi) — логарифмическое среднее вязкостей, рассчитанных на глубинах z и zi [9], а ρ, α, κ, g — плотность, коэффициент теплового расширения, температуропроводность и ускорение силы тяжести соответственно. Из всех подслоев на границе конвектирующей мантии и литосферы, наиболее неустой- чивым является подслой, число Релея которого максимально: Ramax(q, Tp) = max z Ra(z, zi). (3) При установившейся конвекции реализуется конфигурация, в которой реологический подслой находится на пределе устойчивости, т. е. число Релея принимает критическое зна- чение: Ramax(Tp, q) = Rac. (4) При численном решении уравнение (4) записывается в виде Ra0max(Tp, q) = ζ(d,COH,Rac)Ra0c, (5) где Ra0c = 450 [9], а ζ(d,COH,Rac) = b Rac Ra0c , (6) Уравнение (4) можно решить относительно РТП: q = q(Tp), (7) т. е. при квазистационарной конвекции тепловая структура литосферы перестраивается при изменении потенциальной температуры конвектирующей мантии. При этом изменяются РТП (литосферная геотерма) и положение верхней границы наиболее неустойчивого под- слоя. Последнюю можно отождествить с подошвой литосферы и найти с помощью урав- нений (2)–(4). Описанную процедуру выделения подслоя, находящегося на границе устойчивости, ил- люстрирует рис. 1, а, где показаны три геотермы с РТП: q1 > q2 > q3. Для геотермы с РТП q2 Ramax(q2, Tp) = Rac, и мы принимаем, что именно это значение РТП реализуется при установившейся конвекции. Для геотермы с РТП q1 > q2 формально рассчитанное чис- ло Релея Ramax(q1, Tp) < Rac, так что для геотермы q1 кондуктивный теплоотвод больше, чем для геотермы q2, а конвективный поток тепла меньше, поэтому при установившейся конвекции такая конфигурация невозможна. Наоборот, для геотермы q3 < q2 (см. а рис. 1) Ramax(q3, Tp) > Rac, т. е. конвективный поток тепла выше, а кондуктивный теплоотвод мень- ше, чем для геотермы q2, и литосфера будет нагреваться пока не достигнет равновесного состояния, при котором реологический подслой находится на пределе устойчивости. 80 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №4 Рис. 1. Схема, иллюстрирующая определение реологического подслоя (заштрихован), находящегося на пре- деле устойчивости и положение литосферно-астеносферной границы (ЛАГ). Сплошные тонкие линии — кондуктивные геотермы. Штриховая линия — мантийная адиабата. Участки геотерм, по которым рассчитывалось Ramax (см. текст), показаны полужирными сплошными линиями — отрезками. a: Деплетированный слой отсутствует или реологический подслой лежит глубже деплетированной лито- сферы. Устойчивой является геотерма с q2, для которой Ramax(q2, Tp) = Rac. б : Верхняя граница реологического подслоя с q1, для которого Ramax(q1, Tp) = Rac, попадает внутрь де- плетированной литосферы. Для геотермы с q2 часть реологического подслоя, показанная малым эллипсом, находится вне деплетированной области и имеет формально рассчитанное число Релея Ra∗ = Rac. Большим эллипсом показан полный реологический подслой, для которого Ramax(q2, Tp) > Rac 2. Взаимодействие мантийной конвекции с деплетированной литосферой. Будем считать, что запас плавучести, которым обладает вещество конвектирующей мантии, перегретое относительно литосферы на ∆T = 200–300 К [10], недостаточен для проникно- вения в деплетированную литосферу. Действительно, относительное разуплотнение восхо- дящего течения составляет ∆ρ/ρ = α∆T = 0,6–1,2%, где α = (3–4) · 10−5 К−1 [11]. В то же время понижение плотности вследствие деплетирования, вызванного удалением расплава при плавлении степени 20%, составляет 0,6–0,9% [11]. Таким образом, относительно депле- тированной литосферы плавучесть плюма нулевая или даже отрицательная, если принять во внимание, что гарцбургитовый остаток выплавления базальтовой коры, входящий в сос- тав кратонной деплетированной литосферы, образовался в архее/раннем протерозое, когда степень плавления достигала или превышала 30% и сопровождалась более глубоким депле- тированием, чем это следует из экспериментов [11]. Если мощность литосферы, формально рассчитанная в соответствии с процедурой, опи- санной выше (раздел 1), больше суммарной мощности коры и деплетированной области, то существование последней не сказывается на глубине подошвы литосферы, как иллюстри- рует рис. 1, а. Особый, практически важный, случай показан на рис. 1, б. В этом случае число Ре- лея Ramax принимает критическое значение Raс для геотермы q1, для которой формально ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №4 81 определенный реологический подслой частично или полностью располагается внутри депле- тированной области. Подобная конфигурация невозможна при установившейся конвекции, поскольку, по крайней мере, часть реологического подслоя недоступна для конвекции и кон- вективная доставка тепла не компенсирует кондуктивной теплоотдачи. Если такая ситуация возникла вследствие уменьшения потенциальной температуры мантии или вследствие воз- никновения деплетированного слоя, то литосфера будет остывать пока не сформируется подслой, для которого формально рассчитанное Ramax больше Raс (соответствующий учас- ток на рис. 1, б обведен большим эллипсом), но для его части, полностью лежащей глубже деплетированной области (на рис. 1, б обведена меньшим эллипсом), число Релея Ra∗ рав- но критическому. Именно этот участок находится на пороге устойчивости, а его верхняя граница, совпадающая с подошвой деплетированного слоя, является нижней границей ли- тосферы. Таким образом, в случае, показанном на рис. 1, б, в литосфере устанавливается распределение температуры, зависящее от мощности деплетированного слоя, причем чем больше мощность литосферы, тем она холоднее. Важной особенностью описанной ситуации является то, что помимо неустойчивой части реологического подслоя, участвующей в конвективном перемешивании и показанной мень- шим эллипсом (см. б на рис 1), существует настоящий реологический подслой, отмеченный большим эллипсом (см. б на рис 1), проникающий в деплетированную литосферу. В верх- ней части этого подслоя неизбежно возникнет деформационное течение, которое, однако, не может пересекать границу деплетированной области из-за различия плотностей. Пред- ставляется вполне вероятным, что именно в этой области формируются породы, подобные коровым милонитам, из которых затем захватываются сильно деформированные и при этом наиболее глубокие ксенолиты с явными следами флюидальной микроструктуры (см., на- пример, [12]). Обсуждение результатов. На рис 2 показано, как зависит РТП q на поверхности литосферы от потенциальной температуры конвектирующей мантии Tp и мощности депле- тированного слоя (вместе с корой) Hdepl при ζ = 2 (см. уравнение (6)). Сплошной линией показано решение для случая отсутствия деплетированного слоя, ко- гда РТП является однозначной функцией потенциальной температуры. Штриховые ли- нии — решения q(Tp) для случая, когда мантийная конвекция достигает деплетированного слоя и подошва последнего является одновременно границей литосферы. В целом, РТП и, следовательно, температура литосферы убывают с увеличением Hdepl и уменьшением Tp. Заметим, что появление деплетированного слоя приводит к заметному охлаждению лито- сферы. Например, при Tp = 1400 ◦С и Hdepl = 200 км в литосфере устанавливается рас- пределение температуры, которое соответствует ТП на поверхности около q = 39 мВт ·м−2 вместо РТП q = 52 мВт · м−2, который бы установился в отсутствие деплетированной ли- тосферы. При уменьшении Tp штриховая линия достигает сплошной и далее обе линии совпадают. Точка “слияния” линий соответствует отделению реологического подслоя от деплетирован- ной литосферы. При меньших значениях Tp литосфера, помимо коры и деплетированного слоя, включает слой фертильных пород, как это иллюстрирует рис. 2, а, и наблюдается на Карельском кратоне [13]. Поскольку оценки современной потенциальной температуры лежат в пределах от 1315 ◦C [14] до 1350 ◦C [15], то из представленной модели следу- ет, что при мощности деплетированной литосферы (вместе с корой) Hdepl > 130–150 км мантийная конвекция достигает деплетированной литосферы в течение всей постархейской эволюции Земли. Последнее вполне согласуется с результатами термобарометрии [1], пред- 82 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №4 Рис. 2. Зависимость референтного теплового потока от потенциальной температуры и мощности деплети- рованного слоя. Сплошная кривая соответствует случаю отсутствия деплетированной литосферы. Штриховые линии — зависимость q(TP ) для значений мощности деплетированного слоя (вместе с корой) от Hdepl = 100 км до Hdepl = 225 км Рис. 3. Равновесное давление Pmax для наиболее глубокого ксенолита и РТП q для 39 кимберлитов, перечи- сленных в табл. 1, см. [1] (цифры в квадрате на рисунке соответствуют нумерации, указанной в таблице). Жирная штриховая линия — граница деплетированной литосферы [3]. Остальные линии показывают зави- симость РТП от мощности деплетированного слоя, показанной на правой оси ординат как литостаическое давление на подошве слоя ставленными на рис. 3, и оценками глубины, до которой распространены деплетированные перидотиты [3]. Термобарометрия ксенолитов кимберлитов позволяет также оценить литосферную гео- терму в эпоху извержения кимберлитов. Как видно из рис. 3, для рассмотренной выборки кимберлитов значения РТП варьируются более чем на 10 мВт ·м−2 и при этом наблюдает- ся явная тенденция уменьшения глубины наиболее глубокого ксенолита с ростом РТП. Ее ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №4 83 причиной может быть уменьшение температуры литосферы с ростом мощности деплетиро- ванного слоя. Как видно из рис. 2, при фиксированной Tp РТП убывает с увеличением Hdepl. На рис. 3 приведена зависимость q(Hdepl) (мощность деплетированной литосферы показана на правой оси ординат как давление на ее подошве) для трех значений современной Tp: 1320, 1340, 1360 ◦С и для ζ = 1. Чтобы продемонстрировать, как влияет на эти решения неопределенность параметров (размер зерна, содержание воды и критическое число Релея; см. уравнения (5), (6)) на рис. 3 показаны также два решения при Tp = 1350 ◦С и ζ = 1/3, ζ = 3. Вертикальные участки кривых соответствуют случаю, когда реологический подслой отделился от деплетированного слоя (на рис. 2 — это участки штриховых линий, совпада- ющие со сплошной) и РТП не зависит от Hdepl. Численные решения хорошо согласуются с результатами термобарометрии (см. рис. 3) и свидетельствуют о том, что зависимость РТП от мощности литосферы может быть основ- ным механизмом, определяющим вариации наблюдаемых литосферных геотерм в стабиль- ных регионах, а также указывают на существование прямого контакта реологического под- слоя с литосферой. Это еще раз подтверждает, что в течение всей постархейской истории мантийная конвекция достигала подошвы деплетированной литосферы кратонов. Таким образом, предпочтительная модель происхождения кимберлитов предполагает, что кимберлитовые расплавы возникают в процессе воздействия на литосферу мантийного плюма, “голова” которого, растекаясь, следует рельефу литосферно-астеносферной грани- цы. При этом в течение всей постархейской истории мантийная конвекция достигала подош- вы литосферы “кратонной” мощности (>130–150 км), что является необходимым условием генерации расплавов кимберлитового состава. Предсказываемая моделью количественная связь между потенциальной температурой конвектирующей мантии, мощностью деплети- рованного слоя и тепловым потоком на поверхности хорошо согласуется с результатами термобарометрии. Модель объясняет также, почему наиболее глубинные ксенолиты часто являются сильно деформированными. 1. Арясова О.В., Хазан Я.М. Максимальная глубина ксенолитов, выносимых кимберлитами, и тепловое состояние литосферы // Доп. НАН України. – 2013. – № 3. – С. 95–101. 2. Nimis P., Taylor W.R. Single clinopyroxene thermobarometry for garnet peridotites. Part 1. Calibration and testing of a Cr-in-Cpx barometer and an enstatite-in-Cpx Thermometer // Contrib. Mineral. Petrol. – 2000. – 139. – P. 541–554. 3. Grütter H. S. Pyroxene xenocryst geotherms: Techniques and application // Lithos. – 2009. – 112S. – P. 1167–1178. 4. Hasterok D., Chapman D. S. Heat production and geotherms for the continental lithosphere // Earth and Planet. Sci. Lett. – 2011. – 307. – P. 59–70. 5. Арясова О. В., Хазан Я.М. Взаимосвязь между траппами, карбонатитами и кимберлитами и ее воз- можные причины // Доп. НАН України. – 2012. – № 5. – С. 97–104. 6. Hirth G., Kohlstedt D. Rheology of the upper mantle and the mantle wedge: A view from the experi- mentalists // Inside the Subduction Factory. Geophys. Monogr. Ser. / Ed. by J. Eiler. – Washington: AGU (D.C.), 2003. – 138. – P. 83–105. 7. Jarvis G. T., Peltier W.R. Mantle convection as a boundary layer phenomenon // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. – 1982. – 68. – P. 385–424. 8. Stengel S. C., Oliver D.C., Booker J. R. Onset of convection in a variable-viscositv fluid // J. Fluid. Mech. – 1982. – 120. – P. 411–431. 9. Korenaga J. Scaling of stagnant-lid convection with Arrhenius rheology and the effects of mantle melting // Geophys. J. Int. – 2009. – 179. – P. 154–170. 10. Herzberg C., Asimow P.D., Arndt N. et al. Temperatures in ambient mantle and plumes: Constraints from basalts, picrites, and komatiites // Geochem. Geophys. Geosyst. – 2007. – 8. – Q02006. 84 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №4 11. Schutt D. L., Lesher C.E. Effects of melt depletion on the density and seismic velocity of garnet and spinel lherzolite // J. Geophys. Res. – 2006. – 111. – B05401. 12. Skemer P., Karato S. Sheared lherzolite xenoliths revisited // J. Geophys. Res. – 2008. – 113. – B07205. 13. Lehtonen M.L., O’Brien H. E., Peltonen P. et al. Layered lithospheric mantle at the edge of the Karelian Craton: P-T and compositions of kimberlitic xenocrysts and xenoliths from Kaavi-Kuopio, Finland // Lithos. – 2004. – 77. – P. 593–608. 14. Mather K.A., Pearson D.G., McKenzie D. et al. Constraints on the depth and thermal history of cratonic lithosphere from peridotite xenoliths, xenocrysts and seismology // Lithos. – 2011. – 125. – P. 729–742. 15. Herzberg С., Condie K., Korenaga J. Thermal history of the Earth and its petrological expression // Earth Planet. Sci. Lett. – 2010. – 292. – P. 79–88. Поступило в редакцию 11.09.2012Институт геофизики им. С.И. Субботина НАН Украины, Киев О.В. Арясова, Я. М. Хазан Взаємодiя мантiйної конвекцiї з лiтосферою i походження кiмберлiтiв Дослiджено фiзичний механiзм, що контролює формування сталої границi мiж областями кондуктивного й конвективного теплопереносу в мантiї (лiтосферно-астеносферної грани- цi — ЛАГ). В узгодженнi з термобарометрiєю ксенолiтiв кiмберлiтiв з моделi випливає, що пiд кратонами ЛАГ збiгається з пiдошвою областi поширення деплетованих порiд про- тягом всiєї постархейської iсторiї Землi. Результати роботи пiдтримують модель, яка приймає, що кiмберлiтовi розплави виникають при взаємодiї “голови” мантiйного плюму з лiтосферою. O.V. Aryasova, Ya. M. Khazan Interaction of mantle convection with the lithosphere and kimberlite origin The physical mechanism controlling the formation of a stable boundary between regions of conducti- ve and convective heat transfer in the mantle (lithosphere-asthenosphere boundary — LAB) is stu- died. In agreement with kimberlite xenolith thermobarometry, it follows from the model that, beneath cratons, LAB coincides with the bottom of the depleted region throughout all the post-Archean Earth history. The present results support the model assuming that kimberlite melts originate from the interaction of a mantle plume ‘head’ with the lithosphere. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №4 85

Взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов

Institution

Similar Items