Geodynamic modeling of geoid changes and true polar migration in the geological past using spherical harmonic analysis
The results of paleogeoid reconstruction for different Phanerozoic (0—540 million years) geological epochs using spherical harmonic analysis are presented. The method is based on an assumption of the relative stability of the relationship between topography and geoid over geological time for low- an...
Gespeichert in:
| Datum: | 2026 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2026
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/352960 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Institution
Geofizicheskiy Zhurnal| _version_ | 1868928790515679232 |
|---|---|
| author | Tserklevych, A.L. Badlo, T.B. Shylo, Ye.O. Volos , I.V. Shchur, B.I. |
| author_facet | Tserklevych, A.L. Badlo, T.B. Shylo, Ye.O. Volos , I.V. Shchur, B.I. |
| author_institution_txt_mv | [] |
| author_sort | Tserklevych, A.L. |
| baseUrl_str | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-06-24T13:06:28Z |
| description | The results of paleogeoid reconstruction for different Phanerozoic (0—540 million years) geological epochs using spherical harmonic analysis are presented. The method is based on an assumption of the relative stability of the relationship between topography and geoid over geological time for low- and medium-degree of spherical harmonics. The basis for this assumption is that most of the geoid topography (about 9/10) must originate from inhomogeneities in the distribution of subcrustal density, which are more stable in geological time. Knowing the modern relationship between topography and the geoid and having reconstructions of paleotopography, it is possible to estimate the ancient shape of the geoid by removing the contribution of the modern topography of the lithosphere to the heights of the geoid and reconstructing the geoid (paleogeoid) based on paleo-reconstructions of topography in past geological periods. We used modern models of the geoid EGM2008, topography ETOPO1, and paleotopographic reconstructions PaleoDEM. An algorithm is proposed that includes determining the transfer function between topography and geoid, removing the influence of modern topography, and restoring the paleogeoid based on reconstructed paleotopography. The modeling results demonstrate that the main contribution to the formation of the global geoid (about 90 %) is due the mantle density inhomogeneities to depths of ~1000 km, while the contribution of surface topography is secondary. Analysis of second-order harmonic coefficients allowed us to reconstruct the trajectory of the Earth’s rotational pole migration, with a maximum deviation of about 2600 m during the Phanerozoic. The results are consistent with current ideas about the dominant role of mantle convection in shaping the Earth’s global figure and confirm the connection between tectonic processes, mass redistribution, and changes in the planet’s inertia tensor. |
| doi_str_mv | 10.24028/gj.v48i3.352960 |
| first_indexed | 2026-06-25T01:03:06Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | journalsuranua-geofizicheskiy-article-352960 |
| institution | Geofizicheskiy Zhurnal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-06-25T01:03:06Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | |
| spelling | journalsuranua-geofizicheskiy-article-3529602026-06-24T13:06:28Z Geodynamic modeling of geoid changes and true polar migration in the geological past using spherical harmonic analysis Геодинамічне моделювання змін геоїда та істинної міграції полюса в геологічному минулому з використанням сферичного гармонічного аналізу Tserklevych, A.L. Badlo, T.B. Shylo, Ye.O. Volos , I.V. Shchur, B.I. global geodynamics mantle convection plate tectonics geoid paleogeoid spherical harmonics true polar migration dynamic topography Phanerozoic глобальна геодинаміка мантійна конвекція тектоніка плит геоїд палеогеоїд сферичні гармоніки справжня полярна міграція динамічна топографія фанерозой The results of paleogeoid reconstruction for different Phanerozoic (0—540 million years) geological epochs using spherical harmonic analysis are presented. The method is based on an assumption of the relative stability of the relationship between topography and geoid over geological time for low- and medium-degree of spherical harmonics. The basis for this assumption is that most of the geoid topography (about 9/10) must originate from inhomogeneities in the distribution of subcrustal density, which are more stable in geological time. Knowing the modern relationship between topography and the geoid and having reconstructions of paleotopography, it is possible to estimate the ancient shape of the geoid by removing the contribution of the modern topography of the lithosphere to the heights of the geoid and reconstructing the geoid (paleogeoid) based on paleo-reconstructions of topography in past geological periods. We used modern models of the geoid EGM2008, topography ETOPO1, and paleotopographic reconstructions PaleoDEM. An algorithm is proposed that includes determining the transfer function between topography and geoid, removing the influence of modern topography, and restoring the paleogeoid based on reconstructed paleotopography. The modeling results demonstrate that the main contribution to the formation of the global geoid (about 90 %) is due the mantle density inhomogeneities to depths of ~1000 km, while the contribution of surface topography is secondary. Analysis of second-order harmonic coefficients allowed us to reconstruct the trajectory of the Earth’s rotational pole migration, with a maximum deviation of about 2600 m during the Phanerozoic. The results are consistent with current ideas about the dominant role of mantle convection in shaping the Earth’s global figure and confirm the connection between tectonic processes, mass redistribution, and changes in the planet’s inertia tensor. Представлено результати реконструкції палеогеоїда для різних геологічних епох фанерозою (0—540 млн років) з використанням сферичного гармонічного аналізу. Методика базується на припущенні про відносну стабільність зв’язку між топографією та геоїдом у геологічному часі для низьких і середніх ступенів сферичних гармонік. Підставою для такого припущення є те, що більша частина топографії геоїда (близько 9/10) має походити від неоднорідностей розподілу підкорової густини, які є більш стабільними в геологічному часі. Знаючи сучасний зв’язок топографії і геоїда і маючи реконструкції палеотопографії, можна оцінити давню форму геоїда через процедуру вилучення внеску сучасної топографії літосфери у висоти геоїда і відновлення геоїда (палеогеоїда) на основі палеореконструкцій топографії в минулі геологічні періоди. Використано сучасні моделі геоїда EGM2008, топографії ETOPO1 та палеотопографічні реконструкції PaleoDEM. Запропоновано алгоритм, що включає визначення передавальної функції між топографією та геоїдом, вилучення впливу сучасної топографії та відновлення палеогеоїда на основі реконструйованої палеотопографії. Результати моделювання демонструють, що основний внесок у формування глобального геоїда (близько 90 %) обумовлений неоднорідностями розподілу густини в мантії до глибин ~1000 км, тоді як вклад поверхневої топографії є другорядним. Аналіз гармонічних коефіцієнтів другого ступеня дав змогу реконструювати траєкторію міграції полюса обертання Землі з максимальним відхиленням близько 2600 м протягом фанерозою. Отримані результати узгоджуються із сучасними уявленнями про домінуючу роль мантійної конвекції у формуванні глобальної фігури Землі та підтверджують зв’язок між тектонічними процесами, перерозподілом мас і змінами тензора інерції планети. S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2026-06-24 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/352960 10.24028/gj.v48i3.352960 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 48 No. 3 (2026) Геофизический журнал; Том 48 № 3 (2026) Геофізичний журнал; Том 48 № 3 (2026) 2524-1052 0203-3100 en https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/352960/350889 Copyright (c) 2026 Анатолій Церклевич, Taras Badlo, Yevhenii Shylo, Ivan Volos https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0 |
| spellingShingle | global geodynamics mantle convection plate tectonics geoid paleogeoid spherical harmonics true polar migration dynamic topography Phanerozoic Tserklevych, A.L. Badlo, T.B. Shylo, Ye.O. Volos , I.V. Shchur, B.I. Geodynamic modeling of geoid changes and true polar migration in the geological past using spherical harmonic analysis |
| title | Geodynamic modeling of geoid changes and true polar migration in the geological past using spherical harmonic analysis |
| title_alt | Геодинамічне моделювання змін геоїда та істинної міграції полюса в геологічному минулому з використанням сферичного гармонічного аналізу |
| title_full | Geodynamic modeling of geoid changes and true polar migration in the geological past using spherical harmonic analysis |
| title_fullStr | Geodynamic modeling of geoid changes and true polar migration in the geological past using spherical harmonic analysis |
| title_full_unstemmed | Geodynamic modeling of geoid changes and true polar migration in the geological past using spherical harmonic analysis |
| title_short | Geodynamic modeling of geoid changes and true polar migration in the geological past using spherical harmonic analysis |
| title_sort | geodynamic modeling of geoid changes and true polar migration in the geological past using spherical harmonic analysis |
| topic | global geodynamics mantle convection plate tectonics geoid paleogeoid spherical harmonics true polar migration dynamic topography Phanerozoic |
| topic_facet | global geodynamics mantle convection plate tectonics geoid paleogeoid spherical harmonics true polar migration dynamic topography Phanerozoic глобальна геодинаміка мантійна конвекція тектоніка плит геоїд палеогеоїд сферичні гармоніки справжня полярна міграція динамічна топографія фанерозой |
| url | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/352960 |
| work_keys_str_mv | AT tserklevychal geodynamicmodelingofgeoidchangesandtruepolarmigrationinthegeologicalpastusingsphericalharmonicanalysis AT badlotb geodynamicmodelingofgeoidchangesandtruepolarmigrationinthegeologicalpastusingsphericalharmonicanalysis AT shyloyeo geodynamicmodelingofgeoidchangesandtruepolarmigrationinthegeologicalpastusingsphericalharmonicanalysis AT volosiv geodynamicmodelingofgeoidchangesandtruepolarmigrationinthegeologicalpastusingsphericalharmonicanalysis AT shchurbi geodynamicmodelingofgeoidchangesandtruepolarmigrationinthegeologicalpastusingsphericalharmonicanalysis AT tserklevychal geodinamíčnemodelûvannâzmíngeoídataístinnoímígracíípolûsavgeologíčnomuminulomuzvikoristannâmsferičnogogarmoníčnogoanalízu AT badlotb geodinamíčnemodelûvannâzmíngeoídataístinnoímígracíípolûsavgeologíčnomuminulomuzvikoristannâmsferičnogogarmoníčnogoanalízu AT shyloyeo geodinamíčnemodelûvannâzmíngeoídataístinnoímígracíípolûsavgeologíčnomuminulomuzvikoristannâmsferičnogogarmoníčnogoanalízu AT volosiv geodinamíčnemodelûvannâzmíngeoídataístinnoímígracíípolûsavgeologíčnomuminulomuzvikoristannâmsferičnogogarmoníčnogoanalízu AT shchurbi geodinamíčnemodelûvannâzmíngeoídataístinnoímígracíípolûsavgeologíčnomuminulomuzvikoristannâmsferičnogogarmoníčnogoanalízu |