A Forward Model of Mantle Convection with Evolving Continents and a Model of the Andean Subduction Orogen
A Forward Model of Mantle Convection with Evolving Continents and a Model of the Andean Subduction Orogen
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大陆演化的地幔对流正演模型和安第斯俯冲造山带模型
DOI：
10.1007/978-3-642-33374-3_35
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发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
L. Viereck-Götte
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Walzer;R. Hendel;C. Köstler;M. M¨ller;J. Kley;L. Viereck-Götte
安第斯造山作用的一些基本特征不能仅仅用一个动态的区域模型来解释，因为在其垂直边界上存在着重要的影响。安第斯山脉的动态区域模型应嵌入三维球壳模型。由于蠕变速度的极向和环向部分的能量分布，以及安第斯山脉两侧地质学确定的物质输送，两种模型都必须是三维的。此外，我们开发了一个新的地幔粘度剖面非常陡峭的梯度在岩石圈软流圈边界和深度为410和660公里。因此，对Terra代码的挑战现在基本上更大了。在过去的三年里，我们通过国际合作解决了这些问题（见第2.2节）。基于新的粘度分布和改进的Terra，我们计算了新的正向球壳模型（Walzer和Hendel，J Geophys Res submitted，2012 b）。对于这个模型，我们还导出了一个新的扩展的声学Grüneisen参数，γax，新的轮廓的热膨胀率，α，比热，cv，在恒定的体积，以及固相线取决于压力和水的丰度。这些创新对于将化学分化机制纳入模型至关重要。我们得到了相当真实的大陆生长的片段，被整个时间轴上分布的岩浆平静的时间跨度所打断。尽管如此，该模型显示了在地球演化之初的一个主要岩浆事件。关于改进Terra的论文（Köstler et al. Comput Geosci submitted，2012; Müller and Köstler，Int J Numer Methods Eng submitted，2012）已经撰写完成。我们设想了一个具有相同的新粘度分布的安第斯山脉区域模型。我们想研究为什么在安第斯山脉的某些部分会有板块俯冲，为什么地壳变形和火山活动会向东迁移。不相容元素丰度的演化表明了一个循环，这个循环是由一个快速的过程完成的，可能是由下板块的大规模分层，也可能是由另一种类型的分层。与另一个球壳模型（具有规定的板块边界）相联系，区域模型应该从数值上解释为什么高原型造山带在大洋-大陆板块边界上演化。
Some essential features of Andean orogenesis cannot be explainedonlyby a dynamicregionalmodel since there are essential influences across its vertical boundaries. A dynamic regional model of the Andes should be embedded in a 3-D spherical-shell model. Because of the energy distribution on the poloidal and toroidal parts of the creep velocity and because of geologically determined mass transport alongside the Andes, both models have to be three-dimensional. Furthermore, we developed a new viscosity profile of the mantle with very steep gradients at the lithospheric-asthenospheric boundary and at a depth of 410 and 660 km. Therefore, the challenges to the code Terra are now essentially larger. In the last 3 years we have resolved these problems in an international cooperation (see Sect. 2.2). Based on the new viscosity profile and on an improved Terra, we computed a new forward spherical-shell model (Walzer and Hendel, J Geophys Res submitted, 2012b). For this model, we derived also a new extended acoustic Grüneisen parameter, γax, new profiles of the thermal expansivity, α, and of the specific heat,cv, at constant volume as well as a solidus depending on both the pressure and the water abundance. These innovations are essential to incorporate a chemical-differentiation mechanism into the model. We arrived at rather realistic episodes of continental growth interrupted by magmatically quiet time spans distributed over the whole time axis. Nevertheless, the model shows a main magmatic event at the very beginning of the Earth’s evolution. Papers on the improvement of Terra (Köstler et al. Comput Geosci submitted, 2012; Müller and Köstler, Int J Numer Methods Eng submitted, 2012)have been written. We conceived a regional model of the Andean Sect. 3.2.1) with the same new viscosity profile. We want to investigate why there is flat-slab subduction in some segments of the Andes and why deformation of the crust and volcanism migrate eastward. The evolution of the abundances of incompatible elements indicate a cycle which was finished by a fast process, perhaps by a large-scale delamination of the lower plate, perhaps also by another type of delamination. In connection with another spherical-shell model (with prescribed plate boundaries), the regional model should numerically explain why a plateau-type orogen evolved at an oceanic-continental plate boundary.
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