Физика Земли, 2020, № 6, стр. 3-10

Влияние сжимаемости, диссипации и тепловых источников на распределение температуры и теплового потока в мантии земли

А. П. Трубицын 1*, В. П. Трубицын 1

1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
г. Москва, Россия

* E-mail: atrub@yandex.ru

Поступила в редакцию 16.03.2020
После доработки 14.05.2020
Принята к публикации 16.05.2020

Аннотация

По закону сохранения энергии при конвекции полное тепло, выделяемое при адиабатическом течении, и диссипативное тепло взаимно точно компенсируются, так как являются внутренними процессами. Однако их учет по сравнению с приближением Буссинеска для несжимаемой мантии меняет градиент температуры с изменением самой температуры до 500 К и уменьшает тепловой поток мантии почти в 2 раза. В настоящей работе анализируются влияние на распределения температуры и тепловых потоков в мантии эффектов диссипации и адиабатической сжимаемости вещества, а также роль внутренних источников тепла. Эффекты диссипации и адиабатического сжатия можно интерпретировать как эффективные источники тепла, неравномерно распределенные в пространстве. Отрицательные однородные источники тепла всегда увеличивают тепловой поток из ядра. Однако в реальности при учете адиабатической сжимаемости, интегрально эквивалентной отрицательному тепловому источнику, тепловой поток из ядра также, как при учете диссипации, уменьшается.

Ключевые слова: мантийная конвекция, температура в мантии Земли, вязкая диссипация, адиабатическая сжимаемость.

DOI: 10.31857/S0002333720060113

Список литературы

  1. Трубицын А.П. Две стадии термической эволюции литосферы континентов // Геофизические процессы и биосфера. 2019. Т. 18. № 1. С. 5–12.

  2. Трубицын В.П. Распределение вязкости в моделях мантийной конвекции // Физика Земли. 2016. № 5. С. 3–12. https://doi.org/10.7868/S000233371605015X

  3. Трубицын В.П. Дрейф континентов и колебания уровня мирового океана // Геофизические процессы и биосфера. 2018. Т. 17. № 4. С. 41–58.

  4. Трубицын В.П., Трубицын А.П. Эффекты сжимаемости в уравнениях мантийной конвекции // Физика Земли. 2015. № 6. С. 3–15.

  5. Arevalo R. Jr., McDonough W.F., Luong M. The K/U ratio of the silicate Earth: Insights into mantle composition, structure and thermal evolution // Earth and Planet. Sci Lett. 2009. V. 278. P. 361–369.

  6. Berry A.J., Danyushevsky L.V., O’Neill H.C., Newville M., Sutton S.R. Oxidation state of iron in komatiitic melt inclusions indicates hot Archaean mantle // Nature. 2008. V. 455. P. 960– 963.

  7. Davies J.H., Davies D.R. Earth’s surface heat flux // Solid Earth. 2010. V. 1. P. 5–24. www.solid-earth.net/1/5/2010/

  8. Leng W., Zhong Sh. Viscous heating, adiabatic heating and energetic consistency in compressible mantle convection // Geophys. J. Int. 2008. V. 173. P. 693–702.

  9. Moresi L.N., Gurnis M. Constraints on lateral strength of slabs from 3-D dynamic flow models // Earth Planet. Sci. Lett. 1996. V. 138. 15–28.

  10. Yoshida M. On approximations of the basic equations of terrestrial mantle convection used in published literature // Phys. Earth Planet. Inter. 2017. V. 268. P. 11–17.

  11. Zhong S. Constraints on thermochemical convection of the mantle from plume heat flux, plume excess temperature, and upper mantle temperature // Geophys. Res. 2006. V. 1. B04409. https://doi.org/10.1029/2005JB003972

Дополнительные материалы отсутствуют.