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Global thermal and dynamical perturbations due to Cretaceous mantle avalanche - 01/01/03

Doi : 10.1016/S1631-0713(03)00007-5 

Philippe  Machetel

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Résumé

The numerical models of mantle convection agree to depict avalanches behaviour according to the level of endothermicity of the spinel   perovskite phase change. Their potential effects on the global thermal and dynamical states of the mantle have been computed thanks to a numerical code, which takes into account both the 400-km exothermic and the 660-km endothermic phase changes. The cycle followed by the avalanches is: local layering, destabilization of the 660-km thermal layer, travelling and spreading on the core, and reappearing of the local layering. Therefore, mantle convection is characterized by quiet periods of partial layering embedded in catastrophic events. During the avalanche, the amplitude of the surface velocity is multiplied by two, which would imply an enhanced plate tectonic and ridge activities. The global thermal effects of the avalanche are compatible with a high mantle temperature and an acceleration of Earth's rotation during the Cretaceous. They also offer a coherent explanation to locate the origin of mantle plumes both within the CMB and just below the transition zone.

Résumé

Les modèles numériques de convection dans le manteau de la Terre sont en accord pour décrire des phénomènes d'avalanches qui dépendent du caractère endothermique de la transition de phase spinelle   pérovskite. Les effets potentiels de ces avalanches sur l'état thermique et la dynamique du manteau ont été calculés en prenant en compte à la fois la transition de phase exothermique à 400 km et la transition endothermique à 660 km. Les avalanches suivent un cycle de mise en couche partielle de la convection, puis de déstabilisation de la couche thermique à 660 km, de voyage, puis d'écrasement de l'avalanche sur le noyau, puis de restauration de la mise en couche partielle. Ainsi, la convection dans le manteau se traduit par une succession de périodes calmes délimitées par des événements catastrophiques. Pendant les avalanches, l'amplitude des vitesses observées en surface est multipliée par deux, ce qui devrait se traduire par une activité tectonique accrue et des dorsales plus actives. Les effets globaux des avalanches sont compatibles avec une période de plus forte température dans le manteau au moment du Crétacé, ainsi qu'avec une accélération de la rotation de la Terre. L'évolution du champ de température pendant ces événements permet également de proposer que certains panaches du manteau puissent naître au niveau de la CMB et que d'autres proviennent de dessous la zone de transition.

Mots clés  : Mantle convection ; Phase changes ; Temperature ; Length of day ; Heat flux ; Tectonics ; Plumes.

Mots clés  : Convection du manteau ; Changement de phase ; Température ; Longueur du jour ; Flux de chaleur ; Tectonique ; Panache.

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Vol 335 - N° 1

P. 91-97 - janvier 2003 Retour au numéro
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  • Some characteristics of geomagnetic reversals inferred from detailed volcanic records
  • Jean-Pierre Valet, Emilio Herrero-Bervera
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  • Styles of mantle convection and their influence on planetary evolution
  • David J. Stevenson

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