Эволюция геодинамических обстановок и глобальные природные процессы.

Работа посвящена анализу геодинамических обстановок, их влиянию на строение и эволюцию литосферы, а также на ход глобальных природных процессов. Для анализа используется широкий спектр методов, включающий геоморфологические и геолого-геофизических методы, а также численное и физическое моделирование.

На основе анализа геолого-геофизических данных и физического моделирования были проведены исследования механизмов образования структур в разных геодинамических обстановках.

1. Проведено экспериментальное изучение особенностей структурообразования зон трансформных разломов Срединно-Атлантического хребта с разной величиной смещения рифтовой оси.

2. Проведено экспериментальное изучение условий образования хребта Ломоносова и развития Евразийской котловины. Результаты экспериментов подтвердили гипотезу формирования Евразийской котловины вследствие отделения хребта Ломоносова от Евразийского континента. Такое отделение возможно, при наличии на дораскольной литосфере линейного разрывного нарушения, по которому развивался рифтинг и последующий спрединг, сформировавший хребет Гаккеля и Евразийскую котловину.

3. Продолжены эксперименты по моделированию взаимодействия продвигающихся рифтовых трещин со структурными барьерами (рис.1).

Рис.1. Эксперименты по моделированию взаимодействия продвигающихся в континентальной или океанской литосфере рифтовых трещин со структурными барьерами при различных параметрах модели. Эксперименты показали, что при «встрече» с более прочным блоком рифтовая трещина стремится обойти его. При этом может произойти перескок трещины в область, прилегающую к боковой границе блока и дальнейшее ее продвижение. Если в теле структурного барьера имеются перегибы в простирании, то они являются местами концентрации деформаций. Эксперименты, в которых происходит формирование сдвиговой границы, подтверждают вывод о важности наличия структурных неоднородностей с более прочной литосферой (мезозойские рифты) при образовании и развитии трансформных разломов.

4. Разработаны методики проведения экспериментов при различных режимах работы электромеханической части оборудования горячей точки (рис.2).

Рис.2. Установка для имитации эффекта мантийного плюма, или горячей точки. Разработаны методики проведения экспериментов при различных режимах работы электромеханической части оборудования. Установка позволяет менять положение ЛИН в пространстве и варьировать интенсивность его нагрева.

Проведено экспериментальное изучение влияния горячей точки на перескок оси спрединга в сторону молодой континентальной окраины (рис.3). Моделирование показало, что полное или частичное отделение континентальных микроблоков возможно при следующей последовательности событий: 1) раскол первоначального единого материка, 2) активность горячей точки на молодой окраине приводит к перескоку оси спрединга в сторону окраины, образованию нового спредингового хребта и отделению линейных микроблоков; 3) для формирования двух и более микроблоков в условиях деятельности горячей точки благоприятным является наличие двух рифтов, продвигающихся навстречу друг другу в сторону горячей точки.

Рис.3. Эксперимент 1967. Экспериментальное изучение влияния горячей точки на перескок оси спрединга в сторону молодой континентальной окраины и формирование узкого линейно-вытянутого континентального микроблока. (а)–(г) – стадии эксперимента, внизу их дешифрирование. 1 – континентальная модельная плита, 2 – вновь образованная модельная литосфера, 3 – проекция горячей точки на поверхность модельной литосферы, 4 – блоки континентальной коры частично или полностью отделенные от материка в результате перескока оси спрединга, 5 – область новообразованной литосферы залитая расплавом в процессе действия горячей точки, 6 – разрезы в модельной континентальной литосфере имитирующие структурные неоднородности, 7 – ось спрединга, 8 –депрессии, разделяющие аккреционные валы, 9 – сдвиговые и нетрансформные смещения, 10 – направление вращения блока, 11 – направление растяжения.

5. Экспериментальное изучение прерывистого спрединга. Проанализированы особенности структурообразования в периоды его замедления, прекращения или возобновления.

Разработана модификация программы SED2-i.for, которая позволяет рассчитать распределение температур в осадочной толще, консолидированной коре и мантии с учётом формирования и деградации пермафроста в верхних горизонтах осадочного чехла с учётом процессов эрозии, отложения осадков и перерыва в осадконакоплении. Проведены расчёты с использованием этой программы для осадочных разрезов сверхглубокой скважины СГ-6. (рис. 4 и 5)

Рис.4. Распределение температуры, Т, и теплового потока, q, с глубиной в современном осадочном разрезе скв. СГ-6, вычисленное в рамках модели эволюции пермафроста c учетом резких колебаний климата Западно-Сибирского бассейна в последние 3.4 млн лет.

На рис.А) : 1 – современное распределение температуры; 2 – распределение 3.4 млн.лет назад; 3 – измеренные температуры; 4 – рассчитанное распределение температуры для времени 13 тысяч лет назад; 5 – распределение во время климатического оптимума (5 твысяч лет назад); 6 – кривая ликвидуса льда.

На рис. Б) : T0 и q0– начальные распределения температур и теплового потока с глубиной, использованные в моделировании эволюции пермафроста. Они совпадают с распределениями, полученными в рамках общего моделирования бассейнов для времени 3.4 млн. лет назад (см также рис. А). Кружки и треугольники показывают измеренные значения температур. T и q – рассчитанные распределения температур и теплового потока с глубиной в современном разрезе бассейна.

Рис.5. Вариации палеоклимата (в верхней части рисунка), глубины основания зоны пермафроста (голубые линии в нижней части рисунка) и положение кровли и основания зоны устойчивого существования метановых газогидратов (красные линии в нижней части рисунка).