Wet roots of high elevation in the western United States
Wet roots of high elevation in the western United States
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美国西部高海拔湿根
DOI：
10.1016/j.epsl.2022.117483
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发表时间：
2022
影响因子：
5.3
通讯作者：
Schutt, Derek L.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Berry, Michael A.;Lowry, Anthony R.;Ma, Xiaofei;Kanda, Ravi V.S.;Schutt, Derek L.
岩石圈热传递强烈地调节了熔体、岩石强度和浮力的分布，而这些正是火山活动、地震活动和海拔升高的原因。地热模型通常推断浅层（<3公里）的热流测量值，但由于近地表水文、知之甚少的地壳热性质以及熔体和挥发物的深层平流传输，使模型变得复杂。在这里，我们比较了由上地幔纵波速度估算的温度和由美国西部地表热流模拟的温度。研究表明，美国科迪勒山脉高热流和高海拔地区的深层温度远低于稳态导电冷却模型的预测。我们假设这一差异反映了岩石圈柱上挥发物和熔体迁移引起的反应热力学和平流。Farallon俯冲作用下地幔和下地壳的水化作用将石榴石消耗成熔体，吸收下地壳和上地幔的潜热，而水化反应焓加热了俯冲弧后地幔，平流放大了地表热流。这一过程将通过提高温度和将矿物组合的致密成分转化为中上层地壳中浮力更强的侵入物来增加海拔。结果表明，水合反应焓的变化对科迪勒兰区的动力学起着重要作用。
Lithospheric heat transfer strongly modulates the distributions of melt, rock strength, and buoyancy that are responsible for volcanism, seismicity, and elevation. Geotherm models often extrapolate shallow (<3 km) heat flow measurements but are complicated by near-surface hydrology, poorly-known crustal thermal properties, and deep advective transfer by melts and volatiles. Here we compare temperatures estimated from P-wave velocities in the uppermost mantle to those modeled from surface heat flow in the western United States. We show that U.S. Cordilleran regions of high heat flow and high elevation have deep temperatures much lower than predicted by steady-state conductive cooling models. We hypothesize that the discrepancy reflects reaction thermodynamics and advection by migration of volatiles and melts up the lithospheric column. Hydration of the mantle and lower crust by Farallon subduction consumes garnet into melts that absorb latent heat in the lower crust and upper mantle, while hydration reaction enthalpy heats the subduction back-arc mantle, and advection amplifies surface heat flow. This process would increase elevation both by raising temperatures and by converting dense constituents of the mineral assemblage to more buoyant intrusions in the middle and upper crust. The results imply hydration reaction enthalpy changes play a significant role in the dynamics of Cordilleran regions.
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