ДИНАМИКА ВУЛКАНО-МАГМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Автор: Мельник Олег Эдуардович
Соавторы: И.С. Уткин
Организация: НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва
Рис. 1 Распределение объемной доли расплава.
В настоящее время меняется парадигма понятия магматический очаг. Ранее считалось, что в верхней коре Земли находятся полости, заполненные магматическим расплавом и существующие в течение сотен тысяч лет. Механизмы формирования подобных очагов не рассматривались, а их обнаружение геофизическими методами недоказательно. В работах С. Спаркса с коллегами [1] предложена новая схема строения магматических систем, состоящая из отдельных областей, заполненных частично закристаллизованным магматическим расплавом, которые связаны между собой динамической системой каналов. Подобная система может существовать в течение миллионов лет при дискретном внедрении свежих порций магмы, а ее реактивация перед извержением происходит на порядки быстрее за счет ускорения подпитки. Существующие модели [2,3] рассматривают крайне упрощенную геометрию системы: в осесимметричной постановке магма внедряется в центральную область цилиндра в виде даек (вертикально) или силлов (горизонтально), что не позволяет воспроизвести сложное строение природных систем.
Нами разработана двумерная модель формирования распределенной магматической системы за счет внедрения даек и силлов в область упругих вмещающих пород, перемещения которых описываются аналитическим решением задачи об эллиптической полости, нагруженной внутренним давлением. Модель учитывает теплообмен, плавление и кристаллизацию магмы и пород, выделение скрытой теплоты кристаллизации и адвекцию тепла за счет упругих перемещений [4].
Для решения уравнения теплопроводности написана программа для использования на графических ускорителях, что позволило достичь пространственного разрешения в 5 м при размерах расчетной области в десятки километров. Расчеты показывают, что при внедрении магмы в холодные породы в течение 100 тыс. лет формируется вертикально протяженная система областей, заполненных частично расплавленными породами и раскристаллизованной магмой (Рис.1).
1. Cashman, K. V., Sparks, R. S. J., & Blundy, J. D. (2017). Vertically extensive and unstable magmatic systems: A unified view of igneous processes// Science. https://doi.org/10.1126/science.aag3055
2. Annen, C., Blundy, J.D., Sparks, R. S. J. (2006) The genesis of intermediate and silicic magmas in deep crustal hot zones// Journal of Petrology 47 (3), 505-539.
3. Caricchi, L., Simpson, G., & Schaltegger, U. (2016). Estimates of volume and magma input in crustal magmatic systems from zircon geochronology: The effect of modeling assumptions and system variables.//Frontiers in Earth Science. https://doi.org/10.3389/feart.2016.00048
4. Melnik O. E., Utkin I. S., Bindeman I. N. Magma chamber formation by dike accretion and crustal melting: 2d thermal model with emphasis on zircon record // Earth and Space Science Open Archive. — Wiley, 2020.
