Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6 | Следующая страница реферата

На последующих кадрах 0013-4290 показана полная рассчитанная эволюция системы вязкая нагреваемая мантия - плавающие твердые континенты. Как показывают расчеты, сначала континенты движутся в поле мантийных течений, соответствующих начальному распределению темпрературы, и уже к моменту времени t60Ma (кадр 0065) затягиваются на места нисходящих мантийных потоков. Следует отметить, что появляющаяся более мелкая структура мантийных потоков частично обусловлена в слишком грубых расчетных сетках Rqj=3263672 и Rqj=161632, для которых численное дифференцирование оказывается недостаточно точным. Но результаты для обеих сеток качественно оказываются похожими. На более мелкой сетке распределение теплового потока становится несколько более гладким, скорости несколько меньшими.

Уже через, примерно, 100Ma (группа рис.2) проявляется тенденция континентов к обьединению в группы. Возможный механизм этого процесса состоит в том, что каждый нисходящий мантийный поток затягивает к себе соседние плавучие континенты (подобно щепкам в водовороте). Но каждый континент сидит на месте своего нисходящего мантийного потока и может двигаться преимущественно вместе с ним, так как при вязкости порядка 1022Pas силы вязкого сцепления континента и мантии очень велики. Поэтому сближаются не только континенты, но и нисходящие холодные мантийные потоки. В результате возникает группа нисходящих потоков, которая еще сильнее стягивает к себе соседние и даже далекие континенты. К моменту времени t250-300Ma (кадры 0253-0305) образуются две группы по три и пять континентов. В моменты времени t =351Ma и t =409Ma (кадр 0351 и кадр 0409) континенты показаны контуром, на просвет. Поэтому видно, что континенты находятся на самых холодных местах мантии с минимальным тепловым потоком.

К моменту времени t500Ma (кадр 0500) обе группы континентов обьединяются между собой фактически в единый вытянутый суперконтинент, в который вошли десять из всех двенадцати континентов. В момент времени t =585Ma (кадр 585) образовавшийся континент более отчетливо виден на полусфере, центральная точка которой имеет координаты q=120o и j=20o. На кадре 585б приведены только контуры континентов, чтобы были видны минимумы теплового потока. На кадре 585с для этого же момента времени приведено распределение не теплового потока, а температуры в мантии на глубине 300км, т.е. под континентами, толщина которых равна 250км. Этот рисунок подтверждает, что плавающие континенты постоянно стремятся занять места, где находятся самые холодные нисходящие мантийные потоки.

В момент времени t700Ma (кадр 0689) суперконтинент начинает распадаться на две группы, каждая из которых состоит из пяти плотно соединенных континентов. Между этими группами континентов возникает полоса горячих восходящих мантийных потоков. Расстояние между этими группами за 130Ma (кадр 0721) увеличивается на 1 тыс. км. Как видно на кадре 0786, под каждой группой континентов находятся фактически соединенные нисходящие потоки. Но уже с момента времени t900Ma (кадр 0916) под серединой верхней группы континентов возникает и затем постоянно усиливается (кадры 0916-1014) горячий восходящий мантийны поток. К моменту времени t1200Ma (кадр 1209) его размеры в поперечнике достигают 3тыс. км. К моменту времени t1400Ma (кадр 1404) верхняя группа континентов оказывается разорванной на две правую и левую части, состоящие соответственно из трех и двух континенитов.

В течение времени, начиная с t1600Ma и до t2100Ma (кадры 1631-2100) континенты оказываются достаточно рассеянными по сфере, оставаясь соединенными в группы по два, три, четыре континента. Затем начинается процесc нового обьединения континентов. К моменту времени, примерно, t2400Ma (кадр 2405) в нижней правой части образуется суперконтиент из семи континенитов. Но опять, примерно под его серединой, в момент времени t2600Ma (кадр 2632) возникает горячий восходящий мантийный поток, который в момент времени t2700Ma (кадр 2730) отщепляет два верхних континента.

К моменту времени, примерно t3000Ma (кадр 3022), образуются две близко расположенные группы континентов вблизи южного полюса.

В моменты времени, примерно t3388Ma и t3445Ma (кадры 3388a и 3445a), на полусфере на южном полюсе четко виден новый суперконтинент, обьединяющий десять из всех двенадцати континентов. На кадре 3388b видно, что на северном полюсе нет континентов. При контурном изображении континентов опять и на фоне теплового потока и на фоне температурного поля четко видно (кадр 3388c), что континенты занимают самые холодные места мантии. Аналогичная картина видна также на кадрах 4290а-4290с. Это обьясняет, почему, несмотря на теплоэкранирующий эффект континенитов, мантия на глубиных 200-300км под современными континентами на 200o холоднее, чем под океанами, т.е. почему континентальная литосфера толстая, высоковязкая и прочная.

5. Заключение

Целью работы была первая попытка расчета длительной эволюции системы мантия-плавающие континенты на трехмерной сферической модели, выяснение механизма дрейфа континентов и проверка возможности обьединения и расхождения континентов. Расчет длительной эволюции для трехмерной модели требует очень большого машинного времени и большого быстродействия компьютера. Поскольку авторы имеют возможность проводить расчеты только на пресональных компьютерах, то была взята предельно упрощенная модель и расчеты велись на грубых расчетных сетках Rqj=3263672 и даже Rqj=161632. Поэтому полученные результаты имеют более качественный характер. Кроме того, размерные значения скоростей и времен зависят от выбранного значения температуропроводности. Двукратное уменьшение коэффициента диффузии в два раза увеличит временные интервалы. Модель с переменными параметрами и более мелкой расчетной сеткой может несколько изменить значения теплового потока. Но как показывают расчеты для декартовых двумерных моделей, принципиальные этапы эволюции системы мантия-континенты оказывается одинаковым при изменении шага сетки даже в десятки и более раз.

Расчеты показали, что в принципе континенты дрейфуют не хаотически и не пассивно. Их движение подчиняется уравнениям переноса массы, тепла, импульса и момента импульса в системе мантия-континенты. При этом структура мантийных течений сильно зависит от наличия и движения континентов.

Поскольку нисходящие мантийные течения затягивают к себе плавающие на поверхности континенты, то они большую часть времени находятся на местах этих холодных мантийных потоках и перемещаются вместе с ними. Поскольку каждый нисходящий мантийный поток притягивает к себе все соседние континенты, то имеется тенденция континентов к обьединению. Этот процесс усиливается благодаря тому, что при обьединении континентов обьединяются и сцепленные с ними вязкими силами нисходящие мантийные потоки. В результате возникает обьединенная система нисходящих потоков, способная притянуть к себе даже далекие континенты.

Благодаря теплоэкранированию континентов мантия под суперконтинентом накапливается тепло. Вещество мантии становится легче, холодные нисходящие мантийные потоки ослабевают и под суперконтинентом, вместо нисходящих, возникают горячие восходящие мантийные потоки. Поскольку тепло легче накапливается под серединой суперконтинента, то он чаще должен раскалываться именно посредине.

Очевидно, что может быть много и других процессов, оказывающих влияние на формирование и распад суперконтинентов. Поскольку континенты тормозят выход тепла из мантии, то они частично уменьшают интенсивность конвекции и делают ее менее хаотичной. При взаимодействии мантийной конвекции и континентов конвекция вносит элементы хаоса, а континенты вносят элементы регулирования.

Литература

Добрецов Н. Л., Кирдяшкин А. Г., Глубинная геодинамика, 299c., НИЦ ОИГГМ СО РАН, Новосибирск, 1994.

ТрубицынВ.П., Фазовые переходы, сжимаемость, тепловое расширение, теплоемкость и адиабатическая температура в мантии, Физика Земли, (2), 3-16, 2000а.

ТрубицынВ.П., Основы тектоники плавающих континентов, Физика Земли, (9), 3-40, 2000б.

ТрубицынВ.П., БобровА.М., Физика Земли, (9), 27-37, 1993.

ТрубицынВ.П., ФрадковА.С., Конвекция под континентами и океанами, Физика Земли, (7), 3-14, 1985.

Allegre C. J., Chemical geodynamics, Tectonophysics, 82, 109-132, 1982,

Allegre C. J., Hart S. R. and MinsterJ.F., Chemical structure and the evolution of the mantle and continents determinated by inversion of Nd and Sr isotopic data, Eath Planet. Sci. Lett., 66, 177-213, 1993.

Anderson D. L., Theory of the Earth, Blackwell Scientific Publications, p.366, Boston, Oxford, London, Edonburg, Melborne, 1989.

Anderson D. L., Hotspots, basalts and the evolution of the Earth, Science, 213, 82-89, 1981.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: поняття реферат, мировая экономика.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6 | Следующая страница реферата