ТЕРМОХИМИЧЕСКАЯ МАНТИЙНАЯ КОНВЕКЦИЯ С ПЛАВАЮЩИМИ КОНТИНЕНТАМИ. ОСОБЕННОСТИ СТАДИЙ СУПЕРКОНТИНЕНТАЛЬНОГО ЦИКЛА ДЛЯ ДВУМЕРНЫХ И СФЕРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Authors: Бобров А.М. , Баранов А.А. 
Published: January 2025

Исследуется эволюция геофизических полей для сферической и декартовой моделей термохимической мантийной конвекции с плавающими континентами, океаническими плитами и фазовыми переходами, c мантией, нагреваемой снизу и внутренними источниками тепла. При этом дрейфующие континенты длительное время остаются на поверхности за счет повышенной плавучести. В настоящей работе рассматривается стадия суперконтинента и начала его распада. После формирования суперконтинента происходит перестройка мантийных течений и под ним формируется группа мантийных плюмов, а вокруг него возникает окружающая его протяженная зона субдукции. Горячие головные части плюмов, находящиеся под суперконтинентом, увеличиваются в размерах за счет теплоизолирующего действия суперконтинента и растекаются под его нижней границей, вызывая растягивающие напряжения в суперконтиненте и надлитостатические сжимающие горизонтальные напряжения в мантии под суперконтинентом. Растягивающие надлитостатические горизонтальные напряжения внутри суперконтинента достигают 200 МПа для двумерной модели и до 60–100 МПа для сферической модели, тогда как под суперконтинентом обнаруживаются надлитостатические сжимающие горизонтальные напряжения в субконтинентальной мантии до 110 МПа для двумерной модели и 40–80 МПа для сферической модели. Из-за неучета сферичности и разницы площадей верхней и нижней поверхностей мантии двумерные модели существенно завышают напряжения в верхней мантии и континентах по сравнению со сферическими моделями.

We investigate the evolution of geophysical fields for spherical and Cartesian models of thermochemical mantle convection with floating continents, oceanic plates and phase transitions, with mantle heated from below and from internal  heat sources. Drifting continents remain on the surface for a long time due to increased buoyancy. In this paper we consider the stage of the supercontinent and the beginning of its disintegration. After the formation of the supercontinent, mantle flows are rearranged and a group of mantle plumes is formed under it, as well as an extended surrounding subduction zone. The hot heads of plumes located under the supercontinent increase in size due to the thermal insulating effect of the supercontinent and spread out under its lower boundary, causing tensile stresses in the supercontinent and overlithostatic compressive horizontal stresses in the subcontinental mantle. Tensile overlithostatic horizontal stresses inside the supercontinent reach 200 MPa for Cartesian two-dimensional model and up to 60–00 MPa for the spherical model, whereas overlithostatic compressive horizontal stresses in the subcontinental mantle are found under the supercontinent up to 110 MPa for the two-dimensional model and 40–80 MPa for the spherical model. Due to the lack of consideration of sphericity and the difference in the areas of the upper and lower surfaces of the mantle, two-dimensional models significantly overestimate the stresses in the upper mantle and continents compared with spherical models.