dobrecov_n_l_kirdyashkin_a_g_kirdyashkin_a_a_glubinnaya_geod

(5.21)

Время проплавления канала определим как

отношение

и

Значения скорости выплавления канала и время подъема плюма для D » Dпр в зависимос­

ти от D, вычисленные из соотношений (5.21) и

(5 .22), нанесены на рис. 5.14. При v= 10]-103 м2/с t = 440-2030 тыс. лет, при v = 105 мЧс t = 10 млн лет и скорость подъема u = 0.3 м/год.

Величину вязкости при проплавлении кана­ ла сложно оценить. Непосредственные измере­

ния вязкости изверженных лав показывают, что

v::::: 1 м2/с [Персиков, 1984]. Можно предполо­

жить, что состав плюма многокомпонентный, и,

учитывая возможность частичного плавления, -

многофазный и более вязкий, чем чистая сили­

катная жидкость. Если вязкость в канале превы­

шает вязкость лав на несколько порядков

(у ::::: 102-103 мЧс), то тогда время подъема этого

плюма соизмеримо с первыми миллионами лет.

Это означает, что время проплавления всей ман­ тии в геологических масштабах незначительно, и нет большого запаздывания от момента орга­

низации плюма на границе ядро-мантия до про­

явления на поверхности. Временные периоды су­

ществования плюма определяются в основном

процессами возникновения тепловых источни­

ков: будь то на границе ядро-мантия или на гра­ нице 670 км.

вый - количество подводимого вещества, уча­ ствующего в химической реакции, в результате

которой образуется вещество, понижающее тем­

пературу плавления, и второй - скорость этой

реакции. Здесь мы рассматриваем случай, когда

вещество, понижающее температуру плавления,

подводится локально.

Особенность таких плюмов состоит в том,

что отвод тепла от канала плюма в окружающий

массив может быть незначительным или вовсе

отсутствовать. При понижении температуры

плавления ниже температуры окружающих по­

род тепловой поток может быть направлен к рас­

плаву, и поэтому проплавление канала будет ин­

тенсивным даже при малых перепадах темпера­

туры /)"Т = Тмассив - Трасплав' и определяющими

факторами станут массоперенос и скорость ре­

акции.

Рассмотрим случай, когда тепловой поток от фазовой границы расплав-окружающие породы

мал по сравнению с теплотой плавления, массо­

обмен у фазовой границы протекает интенсивно

и лимитирующим является процесс теплообмена. Тогда тепловые источники на границе ядро-ман­

тия будут формироваться в условиях тепловой кон­

векции между поверхностью внешнего ядра и ман­

тийным расплавом (мантийной воронкой, см. раз­ дел 5.6). Согласно оценкам, сделанным в разделе

5.3, воронка имеет диаметр D s = 2-30 км. Тепло­ вой поток q от поверхности ядра и мощность теп­

лового источника определяются из соотношения

(5.8), где нужно взять дТо =Т] - Тnл' где Т] -тем­

пература на границе ядро - мантия, Тnл - темпера-

Рис. 5.16. Плюмы комбинированной (тепловой

ихимической) природы: а - изменение температуры

тпо толщине слоя и температура плавления Тпл; б - схема выплавления канала плюма для указанных

соотношениями (5.8), (5.23), (5.24). Термохими­

ческий плюм в слое 1 развивается до состояния,

показанного на рис. 5.17, в. Расплав, накопивший­ ся на границе раздела, поднимается в слое 2 как чисто химический плюм с пониженной плотнос­

тью, имеющий подпитывающий канал, заполнен­

тепловых условий.

бавки, возможны различные сочетания режимов

подъема плюма.

На рис. 5.16 представлен случай, когда в

слое кристаллического вещества распределение

температуры имеет два тепловых пограничных

слоя, и температура плавления вследствие вне­

сения химической добавки становится ниже тем­

пературы в пограничном слое у нижней границы

(рис. 5.16, а). Такая ситуация возможна в ниж­ ней мантии. В слое толщиной у1 при локальном подводе добавки, понижающей температуру

плавления, происходит плавление кристалличе­

ского вещества, поскольку ТПЛ < T1• В области

у> уl'где Т < ТПЛ' плавление возможно, так как

Т1 > ТПЛ (рис. 5.16, а). Этот случай аналогичен

случаю выплавления канала в кристаллическом

массиве от локального источника тепла.

При локальном подводе химической добав­

ки, понижающей температуру плавления, диа­

метр области плавления (подвода тепла к плю­ му), т. е. диаметр источника Ds зависит от коли­ чества подводимой легкоплавкой добавки и ее распределения на границе между слоями. Это границау = о (см. рис. 5.16, 6), т. е. граница меж­ ду слоем 1 и подстилающим его слоем. В этом

случае мощность источника определяется по со-

ный расплавом. Итак, подпитывающий канал в

слое 1 представляет собой плюм комбинирован­ ной (тепловой и химической) природы, а плюм в

слое 2 - химический.

В дальнейшем подъем плюма в слое 2 про­

исходит только вследствие разности плотностей

а

у

I

2

ТТпл 2

Рис. 5.17. Плюмы комбинированной (тепловой

ихимической) природы:

а- распределение температуры в слое и темпе­

ратура плавления в слоях 1 и 2; б- выплавление кана­

ла в слое 1; в - подъем плюма химической природы в

слое 2.