глобальная история земли i

ТЕОРИЯ ПЛАВАЮЩИХ КОНТИНЕНТОВ
КОМПЬЮТЕРНЫЕ МОДЕЛИ
ГЛОБАЛЬНОЙ ЭВОЛЮЦИИ ЗЕМЛИ
Трубицын В.П., Вестник РАН 2005, №1
1880-193
0
20a, stars better than Earth.
2-3 tens strong physics. Now 3D spherical detailed models.
1880-1930, Alfred Wegener, drift, impossibly, North, dead.
(5 Sept, 1930)
Idea 1912  theory 2000 only. Why nobody did do?
Рельеф
Тихий и Атлантический, хребет, острова, краевые моря, Окраины Евразии и Америки
1950-1960. Mantle convection. Ocean bottom, ridge, magma, solid, push
continents away. Atlantic. Mountains (Spain—Caucasus, Himalayas)
Surface broken into plates. Volcano and earthquakes are on line of plate boundaries.
Wegeners drift can be explained by plate motion, driven
by mantle convective currents.
Plate is upper cold part of convective currents. Viscosity
is a function of pT and strain (plasticity).
Continents are passive formation on some of plates
and do small effect only.
All on plate theory!
All thought, but not all !
Earth, solid mantle and convection.
2 stages solidification:
1stage. melt solid shell, t=1000y-10My.
2 stage. rigid prevents convection t=1Gy-5Gy.
Generally accepted model, 1960-2010?
Continents are driven passively by plates.
My model, 2000:
Continents are icebergs (1/3 surface), tcon=2-3Gy
Plates are thin aces between them, tpl<100Ma.
Continents diverge->-place for magma and plates,
Continents assemble no place for plates.
Континенты управляют тектоникой плит
Theory:
forces, equations of motion, algorithm,
solution with Earth’s parameters,
explanation of unsolved questions,
predictions. Luck alone!
Initial conditions
Present-day Earth’s model
Тепловое, гравитационное поле
и скорости на поверхности
Gravity
Geoid
Сейсмическая томография
20 harmonics-800 points
M. Gurnis, Caltech
Gordon
1999
Почему объединяются все континенты?
Трубицын В.П. Основы тектоники плавающих континентов, Физика Земли, 2000, №9, 3-40.
Будущий лик Земли
-Закрытие краевых морей,
Раскрытие Красного моря,
Раскрытие Северного Ледовитого океана,
Формирование нового суперконтинента
t=0
t=3My
t=8My
t=10My
Механизмы
закрытия океанов,
объединения континентов,
распада суперконтинентов.
Возникновение и тепловая эволюция
протоконтинентов с глубокими корнями.
Эволюционная последовательность
Венеры, Земли и Марса
(astrophysics)
ГЛОБАЛЬНАЯ ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ
I
•
4.55-4.5Ga
•
4.5Ga
3)
4.5-3.8Ga
Аккреция и выделение образование железного ядра (30My). Ra=1030 Магма
океан без коры застывает 0.001My, с корой под толстой атмосферой 100My
Падение коры-0 (Fe+He3) на дно мантии- древнейший химический резервуар 4.5Ga
Квазитурбудентная конвекция Ra=1010 Базальтовая кора+толстая сухая
литосфера. При h>25км базальт эклогит. Капли эклогита опускаются сквозь литосферу и
однородно перемешиваются в мантии. При стадийном переплавлении могли образоваться
порции кислой коры с цирконами, сохранившимися до сих пор.
4) 3.8-2.5Ga Базальтовая кора разрушаемая каплями эклогита. Рост
кратонов с холодными
корнями. Тектоника плавающих растущих кратонов.
II
(Венера I или IIII )
5) 2.5-0.0 Ga Тектоника литосферных плит + тектоника плавающих континентов. Циркуляция
океанической литосферы и коры. Эрозия континентов. Рост континентов сбоков и снизу.
III
6) 0.0-2.0 Gy
Манттйная конвекция под толстой холодной литосферой. Эпизодические
гигантские вулканы с медленным ростом коры. Марс
Почему распадаются супреконтиненты?
Прогрев, плюм, подъем, распад
Модель раскрытия Атлантического океана
ТИХИЙ ОКЕАН
Образование островов и краевых морей
Движение субдукции в сторону океана
Наклонное погружение океанической плиты
Наезд континента на зону субдукции
Закрытие краевых морей и поглощение
островов
С. Америка откололась 175млн. лет т.н. Ю.Америка 175млн. лет т.н. Евразия только начала двигаться
Численная
модель
эволюции
Тихого океана
Смещенное начальное положение Африки.
Поглощение островов, сближение Евразии и
Австралии.
Сближение Ю. Америки и Антарктиды.
Тенденция смещения всех континентов в
южное полушарие и возможным
образованием суперконтинента
Figure 9 a) Schematic diagram showing the various processes of metal-silicate segregation that
could have operated during Earth accretion and core formation. The rheological base of the
magma ocean is defined as the point at which the melt fraction drops below ∼60% (Solomatov
2000). b) Temperature structure in the early Earth, adapted from Walter and Tronnes (2004). The
solidus curve in the lower mantle is uncertain (see Boehler 2000), and the 60% melt fraction line
is schematic.)
Минералогическая толщина коры .Тепловая и реологическая толщины плиты
ρmantle = 3.35 (30-40km) 
ρbasalt ocean =2.95 +
ρold ocean lith even cold =3.3
Баланс энергии Земли
Q=44TW=20(all sil mantle)+3(plumes from core)+21(cool+?)
20=8(cont crust)+2(DUM)+10(LW), 44-23=21 ?
CME=71027J/k, ∆T=100K , ∆t=1Gyr
Q=C∆T/∆t=71027J/k 100K/(1Ga 3.17107)=22TW,
∆T=100x3.5=350K to high!
Q=C 50K/1Ga=11Tw
21-11=10 where from? Or now 100K/Ga, but early much less
До тектоники плит литосфера -толстая, легкая и жесткая (сухая)
не могла тонуть и выносить тепло большими ячейками.
Литосфера дробилась потоками эклогита из толстой базальтовой
коры. Вместо длинных плит был сплошной слой толстых легких
плавучих блоков литосферы (эффективно высоковязкий хим.
погранслой), тормозившый квазитурбуленьтную конвекцию с
большим количеством мелких плюмов. Кратоны росли путем
присоединения, трала первичных мелких блоков коры (данные по
Африке), лежащих на самой холодной литосфере.
2.2 Ga первая порция плит охладила границу ядра, усиление
конвекции в ядре, всплеск магнитного поля.
Корни кратонов росли, несмотря на горячую мантию. Тектоника
плавающих
континентов.
Трал
холодного
мелких
протоконтинентов и холодной литосферы при постоянном
движении (самоорганизация)