Экспериментальные ограничения электрической анизотропии системы литосфера–астеносфера
Experimental constraints on the electrical anisotropy of the lithosphere–asthenosphere system. Anne Pommier, Kurt Leinenweber, David L. Kohlstedt, Chao Qi, Edward J. Garnero, Stephen J. Mackwell, James A. Tyburczy. Nature. 2015. Vol. 522. No 7555. P. 202–206.
Электромагнитное профилирование глубинных областей Земли выявляет зону повышенной электропроводности и электрической анизотропии в районе границы литосфера–астеносфера. Природа высокой проводимости в этой зоне может быть обусловлена различными факторами, включая присутствие в пограничной зоне связанной жидкой фазы. Подвижки жестких литосферных плит относительно конвектирующей мантии вызывают образование локальных деформаций вблизи границы литосфера–астеносфера. Переход от реологически крепкой литосферы к более слабой астеносфере может быть связан с пониженной вязкостью последней, обусловленной низким количеством жидкой составляющей (воды или расплава) в ее составе. Этим же можно объяснить сейсмические и электрические аномалии, фиксирующиеся на глубине около 200 км. Однако влияние эффекта плавления на физические параметры деформированного материала верхней мантии до конца не выяснено. Ранее экспериментальные изучения зависимости электропроводности от кристаллографической ориентации ограничивались замерами в сухих и H2О-содержащих единичных кристаллах оливина. В статье приводятся результаты экспериментального изучения электрической анизотропии предварительно деформированного оливинового агрегата и расслоенных частично расплавленных пород. Измерения проводились при высоких температурах и гвазигидростатическом давлении около 3 ГПа. Для всех образцов отмечена повышенная электропроводность в направлении, параллельном предшествующей деформации. Так, проводимость в направлении расслоенности в деформированном оливиновом образце была в 10 раз выше, чем в недеформированных породах. При температурах > 900 °С деформированная твердая матрица с практически изотропным распределением расплава обладает показателем электрической анизотропии < 5. Для получения высокой анизотропии (показатель до 100) предлагается модель, в которой слои чистого расслоенного оливина перемежаются со слоями расслоенного оливина, содержащими расплав MORB (базальт срединно-океанических хребтов) или со слоями чистого расплава. В этом случае электропроводность в направлении расслоенности до 100 раз выше по сравнению с проводимостью в перпендикулярном к расслоенности направлении. Связано это, прежде всего, с возникающей в результате стресса линейной ориентированностью в расплаве. Экспериментальные данные и результаты моделирования позволили построить охватывающие зону перехода литосфера–астеносфера глубинные профили электропроводности, в которых учтены геофизические особенности расплавсодержащих зон верхней мантии. На профилях видно, что электрически анизотропная астеносфера перекрывается изотропной, высокопроводящей нижней литосферой. Выявленная закономерность подтверждается и полевыми наблюдениями. Высокая электропроводность самых нижних слоев литосферы может быть обусловлена частичным плавлением, обусловленным локальными деформациями, возникающими вследствие подвижек литосферных плит и просачивания в основание литосферы расплавов, поднимающихся из астеносферы.
В.В. Стрекопытов