Исследования тепловых потоков из верхней мантии Земли обычно проводятся при заглублении термодатчиков на дно Мирового океана с борта научно-исследовательских судов в положении свободного дрейфа. Дно океана на глубинах свыше 1000 м представляет собой зону минимальных помех и шумов. Заглубление термозондов в океаническое дно для измерения геотермического градиента не связано с дорогостоящим бурением скважин. Однако свободный дрейф океанических судов накладывает жесткие ограничения на длительность пребывания термодатчиков в грунте. Значительно большие возможности открываются при исследованиях с дрейфующей льдины. Дрейф льдины временами значительно меньше дрейфа исследовательских кораблей, а условия спуска аппаратуры значительно спокойнее.

Тепловые потоки, поступающие из глубоких земных недр к поверхности, в области Арктического бассейна оставались до последнего времени фактически неизученными. Несколько измерений были выполнены на Канадском плато и α-поднятии [Lachenbruck & Marshall, 1966]. Однако наиболее интересные формирования земной коры - это Срединные океанические хребты. Как известно, многие из них являются частями планетарной рифтовой системы и несут на себе специфические особенности в виде магнитных и тепловых аномалий и повышенной сейсмогенности.

Нами была предпринята попытка определить тепловые потоки через дно Арктического океана методом дрейфующей льдины, которая предположительно должна была пройти над хр. Ломоносова по направлению к Северному Полюсу. Экспедиция была организована Научно-исследовательским институтом Арктики и Антарктики на дрейфующей станции «Северный полюс-15».

В качестве датчиков температуры использованы термисторы ММТ-1, укрепленные на диэлектрических кронштейнах на расстоянии 1,5 м друг от друга на металлическом теле зонда, погружаемого в верхний слой осадков океанического дна. Для измерения градиента температур два термистора с идентичными характеристиками включаются в противоположные плечи моста. Сигнал разбалансированного моста поступает на вход усилителя с достаточно высоким коэффициентом усиления. Уравновешивание моста производится автоматическим перемещением движка реохорда, который приводится в движение интегрирующим двигателем.

Конструкция самописца-термоградиентографа создавалась в совместной работе Института физики Земли АН СССР и Института радиотехники и электроники АН СССР. Макеты приборов были опробованы на дне Байкала, Черном и Охотском морях. Калибровка датчиков производилась вблизи 0° (средняя температура воды у дна, по данным гидрологических станций СП-15, -0,4°). Чувствительность термоградиентографа достигала 0,001°.

Теплопроводность определялась по пробам, взятым со дна грунтовой трубкой. Контроль данных осуществлялся методом Ратклифа [Ratcliff, 1960], по весовому проценту влажности.

Вблизи станции № 14 была измерена температура слоев воды в 50 м от дна. Придонный градиент оказался равным 0,6 • 10^-3 град/м, что совпадает со значением одной из станций в западной Атлантике [Gerard et al., 1962].

Вид контрольной зачетной станции геотермического градиента представлен на рис. 1. Как видно из записи, установление равновесия происходит 2 мин. Для удовлетворительной записи геотермического градиента необходимо 8-10 мин. Точность определения градиента составляет 4%, точность определения теплового потока 10%.

Размещение зачетных станций вдоль траектории дрейфа льдины показано на рис. 2, по глубине - на рис. 3. Как можно видеть, большая часть станций приурочена к склонам хр. Ломоносова, и несколько из них находятся в направлении, пересекающем хребет вблизи Северного Полюса.

Значения теплового потока, данные о размещении станций и теплопроводности соответствующих проб приведены в табл. 1.

Получены повышенные значения теплового потока, составляющие около 1,96±0,23 • 10^-6 кал/см² • сек в среднем. Максимальное значение составляет (2,7±0,2) • 10^-6, минимальное - (1,4±0,1) • 10^-6 кал/см² • сек. В целом поле теплового потока довольно устойчиво, вблизи Северного полюса поток равен (2,1±0,1) • 10^-6 кал/см² • сек. Дисперсия составляет 0,31, коэффициент вариации 16%.

Полученные значения потока на 40% превышают мировое среднее по планете Земля, что свидетельствует о повышенной энергетической активности рассмотренной структуры на дне Ледовитого океана, характерной для хребтов глыбового типа.

Авторы выражают глубокую благодарность проф. А.Ф. Трешникову за содействие и предоставленную возможность участия в экспедиции «Северный полюс-15».

Поступило 30 V 1968

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Lachenbruch А.Н., Marshall L. Heat flow through the Arctic Ocean floor, The Canada Basin / Alpha Rise boundary // Journal of Geophysical Research. 1966. V. 71. No 4. P. 1223-1248.

2. Ratcliff E.H. The thermal conductivities of ocean sediments // Journal of Geophysical Research. 1960. V. 65. No. 5. P. 1535-1541.

3. Gerard R., Langseth M. G. jr., Ewing M. Thermal gradient measurements in the water and bottom sediments of the Western Atlantic // Journal of Geophysical Research. 1962. V. 67. No. 2. P. 785-803.

Ссылка на статью:

Любимова Е.А., Томара Г.А., Александров А.Л. Тепловой поток через дно Арктического бассейна в районе хребта Ломоносова // Доклады Академии наук СССР. 1969. Том 184, № 2. С. 403-405.