From global tectonics to global geodynamics
Observations suggest that global (plate) tectonics operates on the Earth. The most characteristic features of the global tectonics are ocean floor spreading in mid-ocean ridges and subduction in deep-sea trenches. These processes imply the existence of mantle flow. However, within the framework of t...
Saved in:
| Date: | 2018 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2018
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/147475 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Institution
Geofizicheskiy Zhurnal| _version_ | 1856543385758728192 |
|---|---|
| author | Aryasova, O. Khazan, Ya. |
| author_facet | Aryasova, O. Khazan, Ya. |
| author_sort | Aryasova, O. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2020-10-07T11:11:18Z |
| description | Observations suggest that global (plate) tectonics operates on the Earth. The most characteristic features of the global tectonics are ocean floor spreading in mid-ocean ridges and subduction in deep-sea trenches. These processes imply the existence of mantle flow. However, within the framework of the plate tectonics, it is impossible to build a consistent quantitative theory of mantle convection because one cannot answer the question of where the tectonic plate “terminates”. From a mathematical point of view, the difficulty of global tectonics is that there are no boundary and initial conditions that would allow one to consider the evolution of some isolated part of the planet (e. g., the upper mantle). Therefore, to obtain a physically justified answer to the questions about the causes and energy sources of mantle motions, it is necessary to consider an evolution of the planet as a single whole. This formulation of the problem leads to the global geodynamics. Unlike the global tectonics, which in fact ignores the existence of the Earth’s core, for the global geodynamics the liquid outer and solid inner core, as well as the processes at the boundary between them and at the boundary between the core and the mantle, which decisively influence the mantle dynamics, are the main objects of the study. In this review, we confine ourselves to the global heat balance of the Earth. In the coming years, the results of the geoneutrino experiment will make it possible to obtain a reliable estimate of the total rate of radiogenic heat production in the Earth and to estimate the heat flow from the core to the mantle. Even this alone will significantly narrow the choice of models describing processes in the core. An ascertainment of the temperature at the inner/outer core interface and an elucidation of the mixing nature in the outer core will allow one to reduce an uncertainty of the temperature at the base of the mantle and to formulate a boundary condition problem for the mantle flow dynamics. Thus, a bridge from global geodynamics to global tectonics will be thrown and the conceptions of the latter will be put on a firm physical basis. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:10:08Z |
| format | Article |
| id | journalsuranua-geofizicheskiy-article-147475 |
| institution | Geofizicheskiy Zhurnal |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-07-17T11:10:08Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | journalsuranua-geofizicheskiy-article-1474752020-10-07T11:11:18Z From global tectonics to global geodynamics От глобальной тектоники к глобальной геодинамике Від глобальної тектоніки до глобальної геодинаміці Aryasova, O. Khazan, Ya. global tectonics global geodynamics heat balance of the Earth geoneutrinos heat flow at the core—mantle boundary Observations suggest that global (plate) tectonics operates on the Earth. The most characteristic features of the global tectonics are ocean floor spreading in mid-ocean ridges and subduction in deep-sea trenches. These processes imply the existence of mantle flow. However, within the framework of the plate tectonics, it is impossible to build a consistent quantitative theory of mantle convection because one cannot answer the question of where the tectonic plate “terminates”. From a mathematical point of view, the difficulty of global tectonics is that there are no boundary and initial conditions that would allow one to consider the evolution of some isolated part of the planet (e. g., the upper mantle). Therefore, to obtain a physically justified answer to the questions about the causes and energy sources of mantle motions, it is necessary to consider an evolution of the planet as a single whole. This formulation of the problem leads to the global geodynamics. Unlike the global tectonics, which in fact ignores the existence of the Earth’s core, for the global geodynamics the liquid outer and solid inner core, as well as the processes at the boundary between them and at the boundary between the core and the mantle, which decisively influence the mantle dynamics, are the main objects of the study. In this review, we confine ourselves to the global heat balance of the Earth. In the coming years, the results of the geoneutrino experiment will make it possible to obtain a reliable estimate of the total rate of radiogenic heat production in the Earth and to estimate the heat flow from the core to the mantle. Even this alone will significantly narrow the choice of models describing processes in the core. An ascertainment of the temperature at the inner/outer core interface and an elucidation of the mixing nature in the outer core will allow one to reduce an uncertainty of the temperature at the base of the mantle and to formulate a boundary condition problem for the mantle flow dynamics. Thus, a bridge from global geodynamics to global tectonics will be thrown and the conceptions of the latter will be put on a firm physical basis. Согласно наблюдениям, на Земле функционирует глобальная (плитовых) тектоника, характерными признаками которой являются спрединг океанского дна в серединно- океанических хребтах и субдукция в глубоководных желобах. Наличие этих процессов свидетельствует о существовании мантийных течений. Однако построить последовательную количественную теорию мантийной конвекции, оставаясь в рамках плитовых тектоники, невозможно, потому что невозможно ответить на вопрос, где "заканчивается" тектоническая плита. С математической точки зрения, трудностью глобальной тектоники является отсутствие граничных и начальных условий, использование которых дало бы возможность рассматривать задачу об эволюции некоторой выделенной части планеты (например, верхней мантии). Поэтому для получения физически обоснованного ответа на вопрос о причинах и источники энергии мантийных движений следует рассматривать эволюцию планеты как единое целое. Такая постановка задачи и ведет к глобальной геодинамики. В отличие от глобальной тектоники, которая фактически игнорирует существование ядра Земли, для глобальной геодинамики жидкое внешнее и твердое внутреннее ядра, а также процессы на границе между ними и на границе между ядром и мантией, решительно влияют на мантийную динамику, являются основными о объектами исследования. В этом обзоре рассмотрены только проблему глобального теплового баланса Земли. Уже в ближайшие годы по результатам нейтринного эксперимента будет надежно оценен полной мощности радиогенного тепловыделения на Земле и оценены поток тепла из ядра в мантию. Уже одно это существенно сузит выбор моделей, описывающих процессы в ядре. Уточнение температуры на границе внутреннего и внешнего ядер и характера перемешивания во внешнем ядре позволит уменьшить неопределенность температуры на нижней границе мантии и сформулировать краевую задачу динамики мантийных течений. Тем самым будет перекинут мост от глобальной геодинамики к глобальной тектоники и поставлено на прочную физическую основу представления последней. Згідно зі спостереженнями, на Землі функціонує глобальна (плитова) тектоніка, найхарактернішими ознаками якої є спрединг океанського дна у серединно- океанічних хребтах і субдукція у глибоководних жолобах. Наявність цих процесів засвідчує існування мантійних течій. Однак побудувати послідовну кількісну теорію мантійної конвекції, залишаючись у рамках плитової тектоніки, неможливо, тому що неможливо відповісти на питання, де "закінчується" тектонічна плита. З математичної точки зору, трудністю глобальної тектоніки є відсутність граничних і початкових умов, використання яких дало би змогу розглядати задачу про еволюцію деякої виділеної частини планети (наприклад, верхньої мантії). Тому для отримання фізично обґрунтованої відповіді на питання про причини і джерела енергії мантійних рухів слід розглядати еволюцію планети як єдине ціле. Така постановка задачі і веде до глобальної геодинаміки. На відміну від глобальної тектоніки, яка, фактично, ігнорує існування ядра Землі, для глобальної геодинаміки рідке зовнішнє і тверде внутрішнє ядра, а також процеси на межі між ними і на межі між ядром і мантією, що рішуче впливають на мантійну динаміку, є основними об'єктами дослідження. У цьому огляді розглянуто лише проблему глобального теплового балансу Землі. Вже у найближчі роки за результатами нейтринного експерименту буде надійно оцінено повну потужность радіогенного тепловиділення в Землі й оцінено потік тепла з ядра в мантію. Вже одне це суттєво звузить вибір моделей, що описують процеси в ядрі. Уточнення температури на межі внутрішнього і зовнішнього ядер і характеру перемішування у зовнішньому ядрі дасть змогу зменшити невизначеність температури на нижній межі мантії і сформулювати крайову задачу динаміки мантійних течій. Тим самим буде перекинуто міст від глобальної геодинаміки до глобальної тектоніки і поставлено на міцну фізичну основу уявлення останньої. S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2018-11-26 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/147475 10.24028/gzh.0203-3100.v40i5.2018.147475 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 40 No. 5 (2018); 71-97 Геофизический журнал; Том 40 № 5 (2018); 71-97 Геофізичний журнал; Том 40 № 5 (2018); 71-97 2524-1052 0203-3100 ru https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/147475/195627 Copyright (c) 2020 Geofizicheskiy Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | global tectonics global geodynamics heat balance of the Earth geoneutrinos heat flow at the core—mantle boundary Aryasova, O. Khazan, Ya. From global tectonics to global geodynamics |
| title | From global tectonics to global geodynamics |
| title_alt | От глобальной тектоники к глобальной геодинамике Від глобальної тектоніки до глобальної геодинаміці |
| title_full | From global tectonics to global geodynamics |
| title_fullStr | From global tectonics to global geodynamics |
| title_full_unstemmed | From global tectonics to global geodynamics |
| title_short | From global tectonics to global geodynamics |
| title_sort | from global tectonics to global geodynamics |
| topic | global tectonics global geodynamics heat balance of the Earth geoneutrinos heat flow at the core—mantle boundary |
| topic_facet | global tectonics global geodynamics heat balance of the Earth geoneutrinos heat flow at the core—mantle boundary |
| url | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/147475 |
| work_keys_str_mv | AT aryasovao fromglobaltectonicstoglobalgeodynamics AT khazanya fromglobaltectonicstoglobalgeodynamics AT aryasovao otglobalʹnojtektonikikglobalʹnojgeodinamike AT khazanya otglobalʹnojtektonikikglobalʹnojgeodinamike AT aryasovao vídglobalʹnoítektoníkidoglobalʹnoígeodinamící AT khazanya vídglobalʹnoítektoníkidoglobalʹnoígeodinamící |