Выпуск: 3 , Том: 12 , Год издания: 2021

Предложена модель декомпрессионного плавления, сепарации, миграции и замерзания расплава в процессе развития конвективной неустойчивости верхней мантии, позволяющая учесть различие фазовых диаграмм расплава и матрицы и вытекающие особенности поведения расплава, без расчета скорости реакций в многокомпонентной среде, в рамках явного представления о локальном термодинамическом равновесии существующих фаз. Таким образом, дополняется развиваемое нами первое приближение описания процесса конвекции в верхней мантии и формирования крупных эпиконтинентальных осадочных бассейнов, опубликованное ранее. Вычислительными экспериментами показано, что первичное плавление фертильного вещества верхней мантии происходит интенсивно в узком фронте поднимающегося в восходящем потоке горячего вещества. Далее, вверх от фронта первичного плавления, поднимается деплетированное и частично выплавленное вещество. Дальнейшее плавление деплетированного вещества происходит выше, при меньших давлениях в довольно широком диапазоне глубин (120-77 км). Далее мигрирует расплав уже от двух источников - глубинного, где плавится фертильное вещество, и промежуточного, где плавится вещество деплетированное. Достигнув уровня температур и давлений, соответствующих его солидусу, расплав образует фронт замерзания, примерно такой же узкий, как и фронт первичного плавления. По мере развития восходящего конвективного потока фронт замерзания смещается вверх. В результате под ним формируется довольно толстый (около 40-50 км) слой вещества, насыщенного "базальтовым" компонентом. Важным результатом моделирования является то, что, несмотря на значительные общие объемы выплавляющегося вещества, единовременное содержание расплава в мантии, при осреднении на объемы с линейным размером порядка 1 км, не превышает десятых долей процента. Экстракция базальтовой выплавки, в связи с обеднением мантийного вещества железом, существенно снижает его плотность. При рассчитанных значениях обеднения матрицы базальтовым компонентом 0.1-0.2 дефицит плотности удваивается, по сравнению тепловым расширением вещества. Стало быть, удваивается и число Рэлея, и интенсивность конвекции, что мы и видим в расчетах - после начала плавления конвекция усиливается. Проведенное опробование модели дает разумную картину, согласующуюся как с известной геолого-геофизической информацией о строении литосферы под развивающимися эпиконтинентальными осадочными бассейнами, так и, в рамках своей детальности, - с результатами моделирования плавления и динамики расплава, полученными путем расчета реакций между компонентами мантийного вещества.