Геодинамика

На основе предложенного ранее варианта концепции тепловых мантийных плюмов рассматривается гипотетическое объяснение возникновения островных дуг, их последующее погружение и образование расширяющихся со временем двух смежных с ними линейных впадин. В этой модели расположенный под корой вертикальный плюм, имеющий высоту порядка размера верхней мантии, в среднем плотнее (тяжелее) среды при умеренном перегреве относительно нее (в теплом состоянии). Его поведение нормализуется с увеличением средней температуры – сильноперегретый (горячий) плюм легче среды. Теми же свойствами плавучести, что и плюм, обладают вертикальные колонки перегретой среды верхней мантии. Немонотонное поведение средней плотности колонок плюма и среды при увеличении их средней температуры аналогично поведению плотности воды, которая в интервале ≈273–281 К больше, чем при 273 К, и меньше последней при перегреве >281 К. При интерпретации возникновения островной дуги как следствия всплытия до уровня коры горячего плюма в форме вертикальной пластины, названная аномалия плотности приводит к тому, что при передаче тепла от плюма среде в двух плоских тепловых волнах, реализующихся на двух границах плюма-пластины со средой верхней мантии, он постепенно остывает и уплотняется (начиная с границ со средой), среда, нагреваясь до теплого состояния, также уплотняется. Подобное уплотнение может являться причиной погружения островов и образования и расширения со временем двух пограничных линейных впадин (впадин стыка), имеющих горизонтальный размер Δx~(χt)0,5 (~ 10(t)0,5, Δx – км, t – время после всплытия плюма в млн. лет, χ ≈ 0,01 см2/с). На больших промежутках времени образуется общая впадина, отвечающая переходу вещества плюма и нагретой от него среды в теплое плотное состояние. Выполнено упрощенное моделирование этих процессов при решении одномерной задачи о горизонтальном остывании вертикальной пластины воды с начальной температурой >281 К, помещенной в водную среду при 273 К. Решение подтвердило ожидаемый рельеф поверхности в районе всплытия плюма-пластины. Рассмотренные модельные варианты показали возможность реализации различных режимов движения (центробежный, центростремительный, с нулевой скоростью) границы поверхностного поднятия со впадиной стыка и максимума впадины стыка (аналог оси глубоководного желоба) по отношению к центральной плоскости пластины в зависимости от исходных параметров задачи. При моделировании выявлено, что при общем опускании поверхности ее ограниченный участок, примыкающий к максимуму впадины стыка, после погружения до максимальной глубины может испытывать относительный подъем. Сделана попытка приложения полученных модельных результатов к интерпретации Курильской островодужной системы.

Обсуждается опыт создания геолого-геомеханической модели Юрубчено-Тохомского месторождения, расположенного в Красноярском крае. Производится сопоставление критериев напряженно-деформированного состояния продуктивного объекта с фильтрационными характеристиками коллектора трещинного типа. На основании полученных зависимостей, опираясь на 3D сейсмику, находится куб проницаемости.

Представлены результаты многолетних мониторинговых исследований динамики сезонного протаивания пород в различных районах палеорегиона Берингия: Колымская и Анадырская низменности, берег залива Лаврентия, полуостров Сьюард и мыс Барроу. Основу фактического материала составили данные полевых измерений, проведенных в рамках программы циркумполярного мониторинга сезонноталого слоя (Circumpolar Active Layer Monitoring – CALM), материалы исследований на геокриологическом стационаре «Дионисия» (г. Анадырь, Чукотка), а также массив метеорологической информации с действующих метеостанций северо-востока России. Площадки мониторинга расположены в природных условиях, наиболее типичных для окружающих территорий, представляя зональные ландшафты от арктических тундр в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород до северной тайги и южных тундр в области прерывистого распространения мерзлых отложений. Интразональные ландшафты, представленные речной поймой, также включены в исследование. Анализ межгодового хода глубины сезонного протаивания пород и летней температуры воздуха (июнь–сентябрь) выявил общие закономерности и тренды: на большинстве рассматриваемых мониторинговых площадок с 1980–1990-х годов вслед за ростом температур воздуха в теплый период наблюдается увеличение толщины сезонноталого слоя, завершившееся фазой стабилизации в 2000–2010-х годах. Продолжение роста глубины сезонного протаивания почв характерно лишь для некоторых точек Колымской низменности и района Восточной Чукотки (залив Лаврентия), что демонстрирует неоднозначность реакции сезонноталого слоя на изменения внешних воздействий на разных участках. Представленные в работе результаты могут быть использованы для анализа динамики природных условий региона в контексте региональных изменений климата.

Учебное пособие «Общая геодинамика» направлено на доступное представление студентам информации о сложных геодинамических процессах, возникающих в результате эволюции Земли и обуславливающих движение масс вещества и энергии внутри Земли и в ее верхних твердых геосферах.

Предлагается флюидная модель формирования мантийных плюмов. При эмиссии газа из ядра Земли происходит его накопление на границе ядро—мантия в виде линз, которые при достижении критического размера прорываются в мантию и мигрируют к поверхности. Создается относительно стационарный трансмантийный поток флюида с границы ядро—мантия, прогревающий мантию и взаимодействующий с ней. В основании прочной литосферы поток останавливается и распространяется латерально, вызывая плавление с формированием магматических резервуаров, массово внедряющихся и изливающихся при достижении критических размеров.

Представлены результаты исследования диатомовых комплексов современных донных отложений малого озера Щучье (Хибинский горный массив, Кольский п-ов). В исследованном интервале донных отложений оз. Щучье обнаружено 218 видов и разновидностей диатомовых водорослей, относящихся к 44 родам. Преобладающими таксонами являются Aulacoseira valida (Grun.) Kramm (до 25 %), A. subarctica (O. Müll.) Haworth (до 24 %), Staurosira venter (Ehrenberg) H. Kobayasi (до 17 %), S. construens Ehrenberg (до 16 %), Pseudostaurosira brevistriata (Grunow) D.M. Williams & Round (до 15 %), A. alpigena (Grunow) Krammer (до 13 %), Brachysira brebissonii R. Ross (до 10 %). Эколого-географический анализ диатомовых комплексов выявил в исследуемом озере среди таксонов с известным географическим распределением преобладание космополитов, по типу местообитания – бентосных форм. По отношению к рН доминируют обитатели слабощелочных вод (алкалифилы и алкалибионты), по отношению к солености воды – виды- индифференты. Обнаружены изменения в структуре диатомовых комплексов, отражающие процессы, происходящие на водосборной площади. Так, по отношению к местообитанию с горизонта 3-4 см отмечено значительное увеличение доли планктонных форм; в современном слое их доля достигает 51,2 %, что указывает на повышение уровня воды в озере. Выявлено упрощение структуры диатомовых комплексов, сопровождающееся резким снижением индекса Шеннона–Уивера. Доминирующий комплекс представлен алкалибионтными (Aulacoseira subarctica и A. valida) и алькалифильным (Staurosira construens) таксонами. Полностью исчез ацидофильный бентосный вид Brachisira brebissonii, представители рода Eunotia встречаются единично. Нелинейная динамика рН является, с одной стороны, косвенным свидетельством климатических изменений в сторону потепления и тренда на увеличение трофического статуса озера, с другой – свидетельством антропогенного влияния.

Теория литосферных плит.

Представлен обзор имеющихся знаний о процессах субдукции, полученных методами геологии, петрологии и сейсмологии. Показана роль каждого из направлений в изучении зон субдукции, их сильные и слабые стороны. На основе анализа результатов многомасштабных томографических исследований делается предположение о многоуровневой системе миграции флюидов и расплавов над погружающимся слэбом. В работе приводятся возможные физико-химические сценарии эволюции глубинных источников вулканизма с учетом широкого круга геологических и геофизических данных. Рассмотрены два ключевых объекта. Первый — Камчатка и Япония, представляющие собой современную зону субдукции, которая активно изучается различными геолого-геофизическими методами. Исследования Камчатки и Японии подтверждают определяющую роль выплавления андезитов при субдукции океанической коры, а также сложность построения модели с независимой миграцией расплавов и флюидов. На примере Камчатки уточнена роль промежуточных камер на глубине 50—80 и около 30 км и показано значение малоглубинных камер как этапов подготовки к извержению. Второй объект — Кокчетавский массив, который представляет собой вынесенный на поверхность фрагмент древней зоны субдукции. Эксгумация пород, претерпевших субдукцию, дает возможность напрямую исследовать состав и возраст расплавов, сопутствовавших субдукции на протяжении всей жизни процесса.

Рассмотрены малоизученные и неизвестные ранее глобальные закономерности эволюции климатических нагрузок на строительные объекты и экосистемы урбанизированных территорий за последние 40 лет. Представлены основные спектральные и статистические проявления глобального изменения климата эндогенного и космогенного гравидинамического происхождения, включая эволюцию минимальных, среднесуточных и максимальных температур, среднесуточной влажности, прозрачности и давления атмосферы, уровня осадков, среднесуточной скорости ветра и порывов ветра. Представлены теоретические основы вариометрического анализа и моделирования метеорологических проявлений доминирующих механизмов и причинно-следственных связей резонансного характера.

В учебнике рассмотрены формирующие геологическое пространство объекты (минералы, горные породы, их закономерные ассоциации и принципы их выделения), создаваемые ими геологические тела, строение внутренних геосфер Земли как результата допланетной истории космических тел и развития планеты, протекающие на поверхности и в недрах геологические процессы и их влияние на другие геосферы. даны также краткие сведения о принципах и методах геологической хронологии, тектонических дислокациях, геодинамических процессах и их связи с глобальным круговоротом веществ. Учебник содержит обширную терминологическую базу и иллюстрированный материал.