Studium deformace subdukovaných litosférických desek v modelech s nelineární reologií
Hlavní řešitel:
Mgr. Hana Čížková, Dr.
Spoluřešitelé:
Marie Běhounková
Období řešení:
2002-2003
Celková dotace:
205 tis. Kč
Souhrn výsledků
Řešení projektu zahrnovalo tři hlavní okruhy problémů: a) numerické modelování deformace subdukovaných litosférických desek v přechodové zóně, b) modelování interakce subdukujících desek s chemickým rozhraním v hloubce 1000 km, c) tomografická inverze syntetických dat.
a) Provedli jsme parametrickou studii deformace subdukované litosféry v modelech s komplexní reologií. Zabývali jsme se vlivem reologických parametrů (velikost zrna, limit napětí), hraniční podmínky na povrchu, stáří subdukované litosféry a rychlosti zpětného pohybu subdukční zóny na chování desky v přechodové oblasti. Ukázali jsme, že klíčovým parametrem ovlivňujícím schopnost desky proniknout fázovým rozhraním v hloubce 660 km do spodního pláště, je limit napětí aproximující nelineární Peierlsovo tečení. Redukce velikosti zrna je méně podstatná, přece je ale v nitrech starých a rychlých desek nezbytná, aby se deska byla schopna v přechodové zóně deformovat a zůstala ve svrchním plášti. Mladší desky se v přechodové oblasti deformují a po nějakou dobu leží horizontálně na rozhraní v hloubce 660 km, pokud je uvažován vliv zpětného pohybu subdukční zóny rychlostí 4 cm/rok. Dynamika subdukované litosféry není citlivá na hraniční podmínku zadávanou na povrchu subdukující se desky (kinematická či dynamická hraniční podmínka). b) Ve sférických modelech s Newtonovskou reologií jsme studovali mechanismus generování sestupných proudů ve spodní vrstvě vrstevnatého modelu. V modelu s viskozitou závislou na průměrném tlaku a teplotě v každé hloubce se vytvoří nízkoviskozní kanál okolo hranice mezi vrstvami a buzení sestupných proudů ve spodní vrstvě je řízeno tepelnou vazbou. Zdánlivě spojité chladné anomálie pak mohou být zaměněny za skutečně spojité desky subdukované v celoplášťových modelech. c) Řešili jsme 2D syntetickou tomografickou obrácenou úlohu, jejímž vstupem byly anomálie seismických rychlostí odvozené z teplotního pole získaného v konvekčních modelech. Zjistili jsme, že schopnost tomografie rozlišit úzké vertikální útvary ve spodním plášti je omezená. Širší vertikální útvary a horizontální útvary zobrazí poměrně dobře. Obraz skutečně spojitých sestupných proudů v celoplášťovém modelu a termální vazbou svázaných dvou sestupných proudů ve vrstevnatém modelu ovšem rozlišit nedokáže.
Výsledky byly prezentovány na mezinárodních konferencích a jsou publikovány v následujících publikacích:
Čížková, H., van Hunen, J., van den Berg, A., Vlaar, N.J., The influence of rheological weakening and yield stress on the interaction of slabs with the 670 km discontinuity, Earth Planet. Sci. Lett., 199, 447-457, 2002
Čížková, H., Matyska, C., Layered convection with an interface at a depth of 1000 km: stability and generation of slab-like downwellings, Phys. Earth. Planet. Int., 141, 269-279, 2004