Численное моделирование термо-механических процессов в рифтовых зонах СОХ (обзор моделей, состояние проблемы, перспективы)

б) Первые модели формирования корового очага магмы

Рис. 2. Распределение температур и положение корового очага магмы в модели  с распределенными источниками и стоками тепла в осевой зоне литосферы СОХ.

Более реальное распределение температур в осевой области с плоской кровлей камеры были получены в последующих модификациях рассмотренной модели [Morton and Sleep, 1985; Sleep et al., 1983; Wilson et al., 1988]. В этих работах эффект скрытой теплоты перенесен из граничных условий (6) в свободный член уравнения (1), после чего граничные условия на оси имели вид (5) для всей мощности литосферы, и температура вещества на оси T_i изменялась с глубиной по прежнему закону. Решение, как и раньше, искалось разложением в ряд Фурье [Morton and Sleep, 1985] поэтому и скрытая теплота плавления в свободном члене уравнения представлялась через соответствующее распределение источников тепла:

(7)

распределенных в виде d - функций в локальных точках: Q_m(x)=Q_md(x-x₀), где x₀ - координата локализации источника тепла (Q_m>0). Распределением 70% источников тепла, моделирующих эффект скрытой теплоты плавления вдоль кровли очага, отождествляемой в модели с изотермой Т = 1185^oС, и 30% по сторонам очага авторам удалось получить стационарный коровый очаг с квазигоризонтальной формой кровли (рис. 2). Дополнительным введением над этой кровлей стоков тепла (Q_m0), имитирующих тепловое воздействие гидротермального охлаждения коры в осевой зоне, авторы модели методом итераций получают стационарное положение плоской крыши очага на глубинах, согласующихся с наблюдаемыми по сейсмическим данным ( z = 1,2-2,0км для v = 5 см/год).

Анализируя результаты расчетов, Д. Вилсон с соавторами [Wilson et al., 1988] приходят к выводу о том, что сужение подосевого магматического очага книзу, предполагаемое из сейсмических данных, может быть объяснено лишь в рамках модели, когда температура конвертирующей магмы в очаге заметно ниже температуры солидуса материала нижней коры. В этом случае конвекция в очаге сможет охлаждать нижнюю кору и создавать очаг, расширяющийся кверху. Следует иметь в виду, что в процессе охлаждении плотность расплава после выделения и осаждения из него кристаллов, как правило, уменьшается. Следовательно, если кристаллы растут на стенках камеры или очень быстро выпадают на дно, то в верхней части камеры будет формироваться облегченный расплав, что будет способствовать подавлению конвекции в масштабах очага. Поэтому наиболее вероятной причиной конвекции в очаге может служить эпизодическое возобновление объема жидких базальтов за счет их поступления из зон сегрегации расплава на глубине. Термический аспект конвекции магмы в очаге моделируется в модели [Wilson et al., 1988]подбором стоков тепла в нижней части очага и сопряженных им источников тепла в верхней половине очага. Предпочтительная модель осевой зоны предполагает температуру вещества, поступающего в осевую зону, около 1250^oС (при температуре T =1340^oС на глубине z =100 км в основании области счета) и среднюю температуру магмы в очаге 1150^oС (рис. 2).

Модели [Morton and Sleep, 1985] и особенно [Wilson et al., 1988], позволили оценить порядок и степень участия различных тепловых процессов в формировании термического режима осевых зон СОХ. Однако при этом нельзя не отметить их искусственный характер, так как и полученное распределение температур, и рассчитанная форма корового очага магмы в них являлись прямым результатом априорного подбора пространственного распределения источников и стоков тепла, грубо имитировавших эффекты выделения скрытой теплоты плавления и гидротермальной деятельности.