Перекосы послеледниковых береговых линий побережья Норвегии как свидетельство наличия астеносферы низкой вязкости при слабой изгибной жесткости литосферы

Скандинавия является одним из ключевых районов исследования ледникового изостатического поднятия. Моделирование поздне- и послеледниковой релаксации Фенноскандии активно развивается в последние годы, но, к сожалению, реологические параметры Земли сильно отличаются у разных исследователей. Большинство специалистов предполагает значительное изменение вязкости от верхней к нижней мантии в сочетании с плотной упругой литосферой.
В результате значительного увеличения вязкости от верхней к нижней мантии компенсирующий изменение нагрузки поток в мантии частично концентрируется в верхней мантии. Такая модель «течения в канале» – одна из возможных крайних гипотез, предложенных более 80 лет назад. Ее противоположная в распределении вязкости альтернатива определяется как модель «глубинного распределенного течения»; она предполагает, что процесс происходит на больших глубинах.
Сопоставление реально наблюдаемых палеоградиентов (перекосов в направлении центральной части Фенноскандии) послеледниковых береговых линий наиболее изученных районов побережья Норвегии с надежными возрастными реперами с моделью с различными параметрами реологии Земли и схемами дегляциации построенных диаграмм береговой линии показывает значительный наклон к центральной части Фенноскандии. Наблюдаемые спектры изменений береговых линий предлагают исключительные перспективы для изучения физических свойств Земли. Модели перекосов древних береговых линий норвежского побережья очень чувствительны к жесткости литосферы и вязкости мантии. Изостатический ответ на дегляциацию Фенноскандии получен с помощью модели Земли с многослойной мантией дифференцированной вязкости под упругой литосферой. Изгибную жесткость последней и вязкость астеносферы изменяли для достижения соответствия между теоретическими и наблюдаемыми перекосами во времени.
Моделирование показало, что наилучшее соответствие с данными наблюдалось при «глубинном распределенном течении» при наличии астеносферы пониженной вязкости (менее чем 7,0 × 1019 Па с) толщиной менее 150 км, вязкости нижележащей мантии около 1021 Па c и эффективной упругой толщине литосферы 30–40 км (что эквивалентно жесткости менее 1024 Нм). Модель «течения в канале» при значительном повышении вязкости от верхней к нижней мантии в сочетании с мощной упругой литосферой не может объяснить градиентов наклонов древних береговых линий, наблюдаемых на норвежском побережье.

1. Amantov A., Fjeldskaar W. Geological-geomorphological features of the Baltic region and adjacent areas: imprint on glacial – postglacial development // Regional geology and metallogeny. 2013. №53. – P. 90–104.

2. Auriac A., Whitehouse P.L., Bentley M.J. et al. Glacial isostatic adjustment associated with the Barents Sea ice sheet: A modeling inter-comparison // Quaternary Science Reviews. 2016. Vol. 147. – Pp. 122–135. http://dx.doi.org/10.1016/j.quascirev.2016.02.011.

3. Brotchie J.F., Silvester R. On crustal flexure // J. Geophys. Res. 1969. №74. – P. 5240–5252.

4. Cathles L.M. The Viscosity of the Earth’s Mantle // Princeton Univ. Press. Princeton, N.J. 1975. – 386 p.

5. Cathles L.M. Interpretation of postglacial isostatic adjustment phenomena in terms of mantle rheology / Ed. by N.A. Mörner // Earth Rheology, Isostasy and Eustasy. 1980. – P. 11–45.

6. Cathles L., Fjeldskaar W. Comment on “The inference of mantle viscosity from an inversion of the Fennoscandian relaxation spectrum” by J.X. Mitrovica and W.R. Peltier // Geophys. J. Int. 1996. №127. – P. 489–492.

7. Daly R.A. The changing world of the ice age // New Haven: Yale University Press. 1934.

8. Fairbanks R.G. A 17,000 year glacio-eustatic sea level record: influence of glacial melting rates on the Younger Dryas event and deep ocean circulation // Nature. 1989. №342. – P. 637–642.

9. Fjeldskaar W. Viscosity and thickness of the asthenosphere detected from the Fennoscandian uplift // Earth and Planetary Science Letters. 1994. №126. – P. 399–410.

10. Fjeldskaar W. The flexural rigidity of Fennoscandia inferred from the post-glacial uplift // Tectonics. 1997. №16. – Р. 596–608.

11. Fjeldskaar W., Lindholm C., Dehls J.F, Fjeldskaar I. Post-glacial uplift, neotectonics and seismicity in Fennoscandia // Quaternary Science Reviews. 2000. Vol. 19. – Р. 1413–1422.

12. Haskell N.A. The motion of a viscous fluid under a surface load // Physic. 1935. №6. P. 265–269.

13. Kierulf H.P., Steffen H., Simpson M.J.R. et al. A GPS velocity field for Fennoscandia and a consistent comparison to glacial isostatic adjustment models // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2014. №119. – Р. 6613–6629, doi:10.1002/2013JB010889.

14. Kjemperud A. Late Weichselian and Holocene shoreline displacement in the Trondheims-fjord area, central Norway // Boreas. 1986. №15. – P. 61–82.

15. Lohne ø.S., Bondevik S., Mangerud J., Svendsen J.I. Sea-level fluctuations imply that the Younger Dryas ice-sheet expansion in western Norway commenced during the Allerød // Quaternary Science Reviews. 2007. №26. – Р. 2128–2151.

16. McConnell R.K. Viscosity of the mantle from relaxation spectra of isostatic adjustment // J. Geophys. Res. 1968. №73. – P. 7089–7105.

17. Mitrovica J.X., Peltier W.R. The inference of mantle viscosity from an inversion of the Fennoscandian relaxation spectrum // Geophys. J. lnt. 1993. №114. – P. 45–62.

18. Møller J.J. Geometric simulation and mapping of Holocene relative sea-level changes in northern Norway // J. Coast. Res. №5. 1989. – P. 403–417.

19. Peltier W.R. Global Glacial Isostasy and the Surface of the Ice-Age Earth: The ICE-5G (VM2) Model and GRACE // Ann. Rev. Earth and Planet. Sci. 2004. №32. – P. 111–149.

20. Peltier W.R., Argus D.F., Drummond R. Space geodesy constrains ice age terminal deglaciation: The global ICE-6G_C (VM5a) model // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2015. №120. – P. 450–487, doi:10.1002/2014JB011176.

21. Romundset A., Bondevik S., Bennike O. Postglacial uplift and relative sea level changes in Finnmark, northern Norway // Quaternary Science Reviews. 2011. №30 (19–20). – P. 2398–2421.

22. Steffen H., Wu P., Wang H.S. Determination of the Earth’s structure in Fennoscandia from GRACE and implications on the optimal post-processing of GRACE data // Geophys. J. Int. 2010. №182 (3). – P. 1295–1310, doi:10.1111/j.1365–246X.2010.04718.x.

23. Steffen H., Wu P. Glacial isostatic adjustment in Fennoscandia – a review of data and modelling // J. Geodyn. 2011. №52 (3–4). – P. 169–204, doi:10.1016/j.jog.2011.03.002.

24. Svendsen J.I., Mangerud J. Late Weichselian and Holocene sea-level history for a cross-section of western Norway // Journal of Quaternary Scienc. 1987. №2. – P. 113–132.

25. Van Bemmelen R.W., Berlage H.P. Versuch einer mathematischen Behandlung geotektonischer Bewegung unter besonderer Berucksichtegung der Undationstheorie // Beitr. Geophys. 1935. №43. – P. 19–55.

26. Wolf D. An upper bound on lithosphere thickness from glacio-isostatic adjustment in Fennoscandia // J. Geophys. 1987. №61. P. 141–149.