Про можливу мантійну природу довгохвильової Центральноєвропейської магнітної аномалії
DOI:
https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v42i6.2020.222288Ключові слова:
довгохвильова магнітна аномалія, магнітні мінерали, мантія, слеб, флюїди, сейсмотомографіяАнотація
Викладено результати комплексного аналізу геолого-геофізичних даних, виконаного з метою обґрунтування існування і природи магнітних аномалій перехідного класу від поля ядра до поля, зумовленого літосферою. Цей клас аномалій з довжиною хвилі 2000—4000 км належить до області перекриття спектрів геомагнітного поля ядра і літосфери, у зв'язку з чим їх поділ має умовний характер. Запропоновано оригінальну технологію виділення літосферної компоненти, що ґрунтується на одному з фундаментальних положень геомагнетизму — зміні у часі та просторі поля ядра і стабільному розташуванні аномалій літосферної компоненти. Із складу головного геомагнітного поля ВIGRF-12 виділено літосферну складову, яка містить аномалії з довжиною хвилі більш як 2400 км. Предмет наших досліджень — субмеридіональна Центральноєвропейська магнітна аномалія цього класу, яку простежено від північного узбережжя Європи до краю Східно-Сахарського мезократона в Африці. Для обґрунтування мантійної природи аномалії проаналізовано можливі джерела земної кори: тектонічне розташування аномалії, розподіл локальних магнітних аномалій, рельєф поділу Мохо, потужність нижньої (мафічної) кори, середні швидкості поширення сейсмічних хвиль VР у кристалічній корі. В результаті зроблено висновок, що неоднорідністю земної кори не можна пояснити досліджувану аномалію, у зв’язку з чим її названо мантійною. Однак розподіл фізичних параметрів кори і тектонічне розташування аномалії засвідчують можливу наявність довгоіснуючого трансрегіонального літосферного лінеаменту типу шовної зони вздовж осі аномалії. Узагальнення теоретичних і експериментальних даних дає підстави вважати, що у певних термодинамічних, окисно-відновних і тектонічних умовах верхньої мантії можуть існувати, перетворюватися і знову утворюватися феримагнітні мінерали (магнетит, гематит, самородне залізо і сплави заліза з нікелем і кобальтом) з широким спектром температур Кюрі (від 580 до 1100 °С), що визначають нижню межу збереження намагніченості завглибшки 600—640 км. Найсприятливішими для виникнення такого роду джерел є зони субдукції і реліктів відносно холодних слебів, шовних зон і пов’язаних з ними сучасних флюїдів і плюмів. У районі досліджуваної аномалії за даними сейсмотомографії виділено флюїди та Іберійський плюм, які у поєднанні з підняттям підошви верхньої мантії і наявністю похилих високошвидкісних шарів у низькошвидкісній її частині характеризують збуджену мантію. Таким чином Центральноєвропейську довгохвильову магнітну аномалію можна інтерпретувати як сумарний ефект зони концентрації збережених первинних феримагнетиків і феримагнетиків, утворених під впливом флюїдизації мантії.
Посилання
Borisov, A.A. & Kruglyakova, G.I. (1967). Regional and zonal anomalies of the geomagnetic field in the European part of the USSR. Sovetskaya geologiya, (11), 127-130 (in Russian).
Bugaenko, I.V., Zaets, L.N., & Tsvetkova, T.A. (2015). Velocity typing the middle and lower mantle of Europe. Geofizicheskiy zhurnal, 37(3), 88-101. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v37i3.2015.111104 (in Russian).
Bulmasov, F.L. (1962). Relationship of regional magnetic anomalies of the Siberian platform with the basalt layer of the Earth’s crust. Geologiya i geofizika, (7), 32-46 (in Russian).
Vints, B.D., & Pochtarev, V.I. (1965). Construc-tion of a normal geomagnetic field by calculation. In The present and past Earth’s magnetic field (pp. 79-87). Moscow: Nauka (in Russian).
Gaynanov, A.G. & Solov’ov, O.N. (1963). Nature of magnetic anomalies in the area of transition from the Asian continent to the Pacific Ocean. Doklady Akademii nauk SSSR, 151(6), 64-81 (in Russian).
Gantimurov, A.F. (1982). Fluid mode of iron-silicon systems. Novosibirsk: Nauka, 69 p. (in Russian).
Genshaft, Yu.S., Tsel’movich, V.A., & Gapeev, A.K. (2003). Crystallization of high-titanium ferrous spinel under PT conditions of the upper mantle. Fizika Zemli, (3), 71-75 (in Russian).
Kadik, A.A., Lukanin, O.A. & Portnyagin, A.L. (1990). Formation magma during the upward motion of mantle matter: temperature regime and composition of melts formed during adiabatic decompression of mantle ultrabasites. Geokhimiya, (9), 1263-1276 (in Russian).
Kvasnitsa, I.G., & Kosovskiy, Ya.I. (2006). Native iron in basalts of Volyn (Ukraine). Proc. of the IV International Mineralogical Seminar «Theory, history, philosophy and practice of Mineralogy», Syktyvkar, Komi Republic, Russia, May 17-20, 2006 (pp. 122-123). Syktyvkar: Geoprint (in Russian).
Kolesova, V.I., Petrova, A.A., Pochtarev, V.I., & Efendieva, M.A. (1981). Study of large regional magnetic anomalies in the USSR. In Anomalies of the geomagnetic field and deep structure of the Earth’s crust (pp. 30-38). Kiev: Naukova Dumka (in Russian).
Kochergin, E.V., Pavlov, Yu.A., & Sergeev, K.F. (1980). Geomagnetic anomalies of the Kuril and Ryukyu island systems. Moscow: Nauka, 127p. (in Russian).
Krutikhovskaya, Z.A. (1976). The problem of creating a magnetic model of the Earth’s crust in ancient shields. Geofizichesskiy sbornik AN USSR, (73), 3-29 (in Russian).
Krutikhovskaya, Z.A., Pashkevich, I.K., & Silina, I.M. (1982). Magnetic model and structure of the Earth’s crust of the Ukrainian Shield. Kiev: Naukova Dumka, 216 p. (in Russian).
Letnikov, F.A., Karpov, I.K., Kiselev, A.I., & Shkandriy, B.O. (1977). Fluid regime of the Earth’s crust and upper mantle. Moscow: Nauka, 214 p. (in Russian)
Lykasov, A.A., Ryss, G.M., & Vlasova, I.S., (2013). Phase transformations during the reduction of sulphide copper smelting slag by the products of gasification of carbonaceous reducing agents at a temperature of 1320 K. Vestnik YuUrGU. Seriya «Metallurgiya», 13(1), 24-28 (in Russian).
Karataev, G.I. (Ed.). (1990). Magnetic model of the lithosphere of Europe. Kiev: Naukova Dumka, 186 р. (in Russian).
Marakushev, A.A., & Genkin, A.D. (1972). Thermodynamic conditions for the formation of metal carbides in connection with their presence in hyperbasites and in copper-nickel sulfide ores. Vestnik MGU. Geologiya, (5), 7-27 (in Russian).
Mel’nik, Yu.P., & Stebnovskaya, Yu.M. (1976). The nature of the distribution of iron and the conditions for the formation of ferromagnetic minerals. In Magnetic anomalies of the Earth’s depths (pp. 64-73). Kiev: Naukova Dumka, (in Russian).
Orlyuk, M.I. (1984). Magnetic model of the Earth’s crust of the Volyn-Podolsk plate of the East European platform and its petrological-tectonic interpretation. In Study of regional magnetic anomalies in platform areas (pp. 152-162). Kiev: Naukova Dumka (in Russian).
Orlyuk, M.I. (1999). Magnetic model of the Earth’s crust southwest of the East European platform. Doctor’s thesis. Kiev. 404 p. (in Russian).
Orlyuk, M.I. (2000). Spatial and spatio-temporal magnetic models of different-rank structures of the lithosphere of the continental type. Geofizicheskiy zhurnal, 22(6), 148-165 (in Russian).
Orlyuk, M.I., Marchenko, A.V., & Romenets, A.A. (2017). Spatial-temporeral changes in the geomagnetic field and seismisity. Geofizicheskiy zhurnal, 39(6), 32-41. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v39i6.2017.116371 (in Russian).
Orlyuk, M.І., Marchenko, A.V., & Romenets, A.O. (2016a). Earth’s seismicity and secular changes of its magnetic field. Visnyk Kyi’vs’kogo Nacional’nogo Universytetu. Geologiya, (75), 50-54 (in Ukrainian).
Orlyuk, M.І., Marchenko, A.V., & Romenets, A.O. (2016b). Earth's seismicity and secular changes of its magnetic field. Materials of VI International Conference «Geophysical technologies of geological media predicting and monitoring» 20-23 September 2016, Lviv (pp. 202-204) (in Ukrainian).
Orlyuk, M.I., & Pashkevich, I.K. (1993). Theoreti-cal magnetic models of continental paleorifts and island arcs. Geofizicheskiy zhurnal, 15(5), 32-41 (in Russian).
Orlyuk, M.I., Pashkevych, I.K., Marchenko, A.V., & Romenets, A.O. (2019). The crustal-mantle(?) nature of the long-wave Central European magnetic anomaly. Materials of VII International Conference «Geophysics and geodynamics: prediction and monitoring of geological medium», 24-26 September 2019, Lviv (pp. 143-146) (in Ukrainian).
Pashkevich, I.K. (1976). Methods of separati-on and interpretation of regional magnetic anomalies (for example, Ukrainian Shield). Geofizicheskiy sbornik, (73), 30-36 (in Russian).
Pecherskiy, D.M. (Ed.). (1994). Petromagnetic model of the lithosphere. Kiev: Naukova Dumka, 176 р. (in Russian).
Pecherskiy, D. M. (2016). Occurrence of metal iron inside the planets. Geofizicheskiy zhurnal, 38(5), 3-32. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v38i5.2016.107817 (in Russian).
Pochtarev, V.I., & Golub, D.P. (1976). Large regional magnetic anomalies (on the example of the South Caspian). In Magnetic anomalies of the Earth’s depths (pp. 151-157). Kiev: Naukova Dumka (in Russian).
Pushcharovskiy, Yu.M., & Pushcharovskiy, D.Yu. (2010). Geology of the Earth’s Mantle. Moscow: Geos, 138 p. (in Russian).
Semenov, A.S. (1974). The magnetic shell of the Earth. Vestnik Leningradskogo universiteta. Geologiya i geografiya, (8), 40-43 (in Russian).
Sorokhtin, O.G., & Ushakov, S.A. (2002). Earth’s development. Moscow: Publishing house MGU, 506 p. (in Russian).
Starostenko, V.I., Kendzera, A.V., Bugaenko, I.V., & Tsvetkova, T.A. (2011). The earthquake in L’Aquile and the features of the three-dimen-sional P-velocity structure of the mantle beneath the Adriatic plate and its environment. Geofizicheskiy zhurnal, 33(4), 62-73. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v33i4.2011.116896 (in Russian).
Starostenko, V.I., Kendzera, A.V., Bugaenko, I.V., & Tsvetkova, T.A. (2013). Intermediate earthquakes of the Vrancea zone and high-speed structure of the mantle in Eastern Europe. Geofizicheskiy zhurnal, 35(3), 1-45. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v35i3.2013.116392 (in Russian).
Teylor, S.R., & MacLennan, C.J. (1988). Continental crust, its composition and evolution. Moscow: Mir, 384 p. (in Russian).
Bogdanov, N.A., & Koronovskiy, N.V. (Eds.). (1994). Tectonic map of the Mediterranean Sea, 1 : 5 000 000. Federal Service of Geodesy and Cartography of Russia. Moscow. Retrieved from http//www.miningenc/ru/e/evropa.html (in Russian).
Tsvetkova, T.A., Bugaenko, I.V., & Zaets, L.N. (2019). The main geodynamic border and seismic visualization of plumes under the East European Platform. Geofizicheskiy zhurnal, 41(1), 108-136. https://doi.org/10.24028/gzh. 0203-3100.v41i1.2019.158868 (in Russian).
Tsvetkova, T.A., Bugaenko, I.V., & Zaets, L.N. (2015). Structure of low-speed regions in the mantle of northern Europe. Trudy Karelskogo nauchnogo tsentra RAN, (7), 106-126. https://doi.org/10.17076/geo157 (in Russian).
Shteynberg, D.S., & Lagutina, M.V. (1984). Carbon in ultrabasites and basites. Moscow: Nauka, 110 p. (in Russian).
Yanovskiy, B.A. (1978). Earth magnetism. Moscow: Nauka, 580 p. (in Russian)
Artemieva, I.M., & Thybo, H. (2013). EUNAseis: A seismic model for Moho and crustal structure in Europe, Greenland, and North Atlantic region. Tectonophysics, 609, 97-153. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2013.08.004.
Artemieva, I.M., Thybo, H., & Kaban, M. (2006). Deep Europe today: geophysical synthesis of the upper mantle structure and lithospheric processes over 3.5 Ga. Geological Society Special Publication, 32(1), 11-41. https://doi.org/10.1144 GSL.MEM.2006.032.01.02.
Begg, G.C., Griffin, W.L., Natapov, L.M., O’Re-illy, S.Y., Grand, S.P., O’Neill, C.J., Hronsky, J., Djomani,Y.P., Swain, C.J., Deen, T., & Bowden, P. (2009). The lithospheric architecture of Africa: Seismic tomography, mantle petrology, and tectonic evolution. Geosphere, 5(1), 23-50. https://doi.org/10.1130/GES00179.1
Blakely, R.J., Brocker, T.M., & Wells, R.E. (2005). Subduction-zone magnetic anomalies and implications for hydrated forearc mantle. Geology, 33(6), 445-448. https://doi.org/10.1130/G21447.1
Caporali, A., Zurutuza, J., Bertoccoa, M., Ishchenko, M., & Khoda, O. (2019) Present Day Geokinematics of Central Europe. Journal of Geodynamics, 132, 1-10. https://doi.org/10.1016/j.jog.2019.101652.
Drukarenko, V., Orlyuk, M., & Shestopalova, O. (2019) Magnetomineralogical substantiation of magnetization of the rocks of the lower crust and upper mantle. XIIIth International Scientific Conference «Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment», 12-15 November 2019, Kyiv, Ukraine. Conference CD-ROM Proce-edings, 5 p. https://doi.org/10.3997/2214-4609.01903209.
Dunlop, D. (2014). High-temperature susceptibility of magnetite: a new pseudo-single-domain effect. Geophysical Journal International, 199, 707-716. https://doi.org/10.1093/gji/ggu247.
Dunlop, D., Ozdemir, O., & Costanzo-Alvarez, V. (2010). Magnetic properties of rocks of the Kapuskasing uplift (Ontario, Canada) and origin of long-wavelength magnetic anomalies. Geophysical Journal International, 183, 645-658. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2010.04778.x.
Dyment, J., Lesur, V., Hamoudi, M., Choi, Y., Thebault, E., & Catalan, M. (2016). World Digital Magnetic Anomaly Map version 2.0. Abstract GP13B-1310 presented at the 2015 AGU Fall Meeting, San Francisco, Calif. Retrieved from http://www.wdmam.org.
Faccenna, C., Becker, T.W., Lucente, F.P., Joli-vet, L. & Rosseti, F. (2001). History of subduction and back-arc extension in the Central Mediterranean. Geophysical Journal International, 145, 809-820. https://doi.org/10.1046/j.0956-540x.2001.01435.x.
Fedorova, N.V., & Shapiro, V.A. (1998). Reference field for the airborne magnetic data. Earth, Planets and Space, 50, 397-404. https://doi.org/10.1186/BF03352126.
Ferré, E.C., Friedman, S.A, Martín-Hernández, F., Feinberg, J.M., Till, J.L., Ionov, D.A., & Conder, J.A. (2014). Eight good reasons why the uppermost mantle could be magnetic. Tectonophysics, 624-625, 3-14. https://doi.org/10. 1016/j.tecto.2014.01.004.
Frost, D.J., & McCammon, C.A. (2008). The redox state of Earth’s mantle. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 36, 389-420. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2015.07.030ff.
Geyko, V.S. (2004). A general theory of the seismic travel-time tomography. Геофиз. журн. 2004. Т. 26. № 1. C. 3-32.
Goncharov, A.G., Ionov, D.A., Doucet, L.S., Pokhilenko, L.N. (2012). Thermal state, oxygen fugacity and C-O-H fluid speciation in cratonic lithospheric mantle: new data peridotite xenoliths from the Udachnaya kimberlite, Siberia. Earth and Planetary Science Letters, 357-358, 99-110. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2012.09.016.
Handy, M.R., Schmid, S.M., Bousquet, R., Kissling, E., Bernoulls, D. (2010). Reconciling plate tectonic reconstructions of Alpine Tethys with the geological-geophysical record of spreading and subduction in the Alps. Earth-Science Reviews, 102(3-4), 121-158. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2010.06.002.
Heuer, B., Geissler, W., Kind, R., & Kдmpf, H. (2006). Seismic evidence for asthenosphericupdoming beneath the western Bohemian Massif, central Europe. Geophysical Research Letters, 33, L05311. https://doi.org/10.1029/2005GL025158.
Idoko, M.C., Conder, J.A., Ferrй, E.C., & Fili-berto, J. (2019). The potential contribution to long wawelength magnetic anomalies from the lithospheric mantle. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 292, 21-28. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2019.05.002.
Jarvis, G., & Lowman, J. (2007). Survival times of subducted slab remnants in numerical models of mantle flow. Earth and Planetary Science Letters, 260, 23-36. https://doi.org/10.1016/jepsl.2007.05.009.
Kiss, J., Prácser, E., Szarka, L., & Ádám, A. (2010). Magnetic phase transition and the magnetotellurics. Magyar geofizika, 51(2), 1-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.0001-5733.2010.03.015.
Kletetschka, G., Wasilewski, P., & Taylor, P. (2002). The role of hematite-ilmenite solid solution in the production of magnetic anomalies in ground- and satellite-based data. Tectonophysics, 347, 167-177. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(01)00243-8.
Knafelc, J., Filiberto, J., Ferré, E.C., Conder, J.A., Costello, L., Crandall, J.R., Darby Dyar, M., Friedman, S.A., Hummer, D.R., & Schwenzer, S.P. (2019).The effect of oxidation on the mineralogy and magnetic properties of olivine. American Mineralogist, 104, 694-702. https://doi.org/10.2138/am-2019-6829.
Kupenko, I., Aprilis, G., Vasiukov, D.M., McCammon, C., Chariton, S., Cerantola, V., Kantor, I., Chumakov, A.I., Rüffer, R., Dubrovinsky, L. & Sanchez-Valle, C. (2019). Magnetism in cold subducting slabs at mantle transition zone depths. Nature, 570, 102-106. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1254-8.
Malvoisin, B., Carlut, J. & Brunet, F. (2012). Serpentinization of oceanic peridotites: 1. A high-sensitivity method to monitor magnetite production in hydrothermal experiments. Journal of Geophysical Research, 117, B01104. https://doi.org/10.1029/2011JB008612.
Mandea, M., & Korte, M. (Eds.). (2011). Geomagnetic Observations and Models (IAGA Special Sopron Book Series. Vol. 5), 343 p. http://doi.org/10.1007/978-90-481-9858-0.
McEnroe, S.A., Robinson, P., Church, N., Purucker, M. (2018). Magnetism at Depth: A View from an Ancient Continental Subduction and Collision Zone. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 19, 1123-1147. https://doi.org/10.1002/2017GC007344.
Milano, M., Fedi, M., & Fairheads, D. (2019). Joint analysis of the magnetic field and total gradient intensity in central Europe. Solid Earth, 697-712. https://doi.org/10.5194/se-10-697-2019.
Pashkevich, I.K., & Orlyuk, M.I. (1997). Magnetic model of the lithosphere and some problems of Geomagnetic Reference Field. Abstracts 8th Scientific Assembly of IAGA, Uppsala, 485 p.
Purucker, M., & Whaler, W. (2007). Crustal magnetism, in Geomagnetism. In: M. Kono (Ed.), Treatise on Geophysics (Vol. 5. Ch. 6, pp. 195-237). Amsterdam: Elsevier. https://doi.org/10.1007/s11214-010-9667-6.
Riddihough, R.P. (1972) Regional magnetic anomalies and geology in Fennoscandia: a discussion. Canadian Journal of Earth Sciences, 9(3), 219-232. https://doi.org/10.1139/e72-018.
Spakman, W., & Wortel, R. (2004). A Tomogra-phic View on Western Mediterranean Geodynamics. In: W. Cavazza, F. Roure, W. Spakman, G.M. Stampfli, P.A. Ziegler (Eds.), The TRANSMED Atlas. The Mediterranean Region from Crust to Mantle (pp. 31-52). Berlin, Heidelberg: Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-642-18919-7_2
Thébault, E., Finlay, C.C., Beggan, C.D., Alken, P., Aubert, J., Barrois, O., Bertrand, F., Bondar, T., Boness, A., Brocco, L., Canet, E., Chambodut, A., Chulliat, A., Coïsson, P., Civet, F., Du, A., Fournier, A., Fratter, I., Gillet, N., Hamilton, B., Hamoudi, M., Hulot, G., Jager, T., Korte, M., Kuang, W., Lalanne, X., Langlais, B., Léger, J.M., Lesur, V., & Lowes, F.J. (2015). International Geomagnetic Reference Field: the twelfth generation. Earth, Planets and Space, 67, 79. https://doi.org/10.1186/s40623-015-0228-9.
Thébault, E., Purucker, M., Whaler, K.A. & Sabaka, T.J. (2010). The Magnetic Field of the Earth’s Lithosphere. Space Science Reviews, 155, 95-127. https://doi.org/10.1007/s11214-010-9667-6.
Van der Meer, D.G., Van Hinsbergen, D.J.J., & Spakman, W. (2018). Atlas of the Underworld: slab remnants in the mantle, their sinking history, and a new outlook on lower mantle viscosity. Tectonophysics, 723, 309-448. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2017.10.004.
Wasilewski, P.J., & Warner, R.D. (1988). Magnetic petrology of deep crustal rocks - Ivrea Zone, Italy. Earth and Planetary Science Letters, 87, 347-361. https://doi.org/10.1016/0012-821X(88)90022-2.
Tumanian, M., Frezzotti, M.L., Peccerillo, A., Brandmayr, E., & Panza, G.F. (2012). Thermal structure of the shallow upper mantle beneath Italy and neighbouring areas: Correlation with magmatic activity and geodynamic significance. Earth-Science Reviews, 114(3-4), 369-385. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2012.07.002.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Геофізичний журнал
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори зберігають за собою авторські права на роботу і передають журналу право першої публікації разом з роботою, одночасно ліцензуючи її на умовах Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим поширювати дану роботу з обов'язковим зазначенням авторства даної роботи і посиланням на оригінальну публікацію в цьому журналі .
2. Автори зберігають право укладати окремі, додаткові контрактні угоди на не ексклюзивне поширення версії роботи, опублікованої цим журналом (наприклад, розмістити її в університетському сховищі або опублікувати її в книзі), з посиланням на оригінальну публікацію в цьому журналі.
3. Авторам дозволяється розміщувати їх роботу в мережі Інтернет (наприклад, в університетському сховище або на їх персональному веб-сайті) до і під час процесу розгляду її даними журналом, так як це може привести до продуктивної обговоренню, а також до більшої кількості посилань на дану опубліковану роботу (Дивись The Effect of Open Access).
