Lithospheric magnetic anomalies over the Polar Arctic (based on the CHAMP satellite data)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The study of the deep structure and tectonics of the Arctic region is actual both for the modern geodynamics fundamental problems solving and for the natural resources developing in the Polar Regions, besides it is of interest from a geopolitical perspective in determining the boundaries of the marginal seas shelve.

To analyze the anomaly magnetic field in the Polar Arctic region CHAMP satellite experimental data obtained at the last stage of its mission, when its orbit altitude dropped to 280–260 km, were used. The reduced height of passes made it possible to obtain geomagnetic parameters with a higher spatial resolution. The maps of the lithospheric magnetic anomalies field lateral distribution have been constructed for the various scales and degrees of space averaging over the discussed Arctic sectors. The analysis of the magnetic anomaly parameters is carried out and an explanation of their geological and physical nature is proposed supposing they are the images of the most significant geological and tectonic structures of the North Atlantic Igneous Province and of the Central Arctic ridges complex.

The connections of the discovered features of the lithospheric magnetic anomaly field distribution with the known geological structures of Amerasia and Eurasia and the tectonic processes that took place here in the past and are currently taking place are discussed. The obtained results could be useful for further comprehensive geological and geophysical studies and for construction of the reasonable lithosphere evolution models of the Arctic region.

Full Text

Restricted Access

About the authors

D. Yu. Abramova

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: f.step2014@mail.ru
Russian Federation, Moscow, Troitsk

L. M. Abramova

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Email: labramova@igemi.troitsk.ru

Geoelectromagnetic Research Centre

Russian Federation, Moscow, Troitsk

References

  1. Абрамова Л.М., Абрамова Д.Ю. Отражение процессов мантийного плюмового магматизма в литосферных магнитных аномалиях, полученных по данным спутника CHAMP // Исслед. Земли из космоса. № 4. С. 3–14. 2021. https://doi.org/10.1134/S0001433821120021
  2. Абрамова Л.М., Абрамова Д.Ю. Аномальное литосферное магнитное поле горячей точки Эфиопия/Афар (по данным миссии спутника CHAMP) // Исслед. Земли из космоса. № 5. С. 20–29. 2022. https://doi.org/10.1134/S0001433822120027
  3. Абрамова Д.Ю., Филиппов С.В., Абрамова Л.М., Варенцов И.М. Литосферные магнитные аномалии над территориями крупных магматических провинций // Геофизические процессы и биосфера. № 1. С. 33–42. 2022. https://doi.org/10.1134/S0001433822100012
  4. Артюшков Е.В. Континентальная кора на хребте Ломоносова, поднятии Менделеева и в котловине Макарова. Образование глубоководных впадин в неогене // Геология и геофизика. Т. 51. № 11. С. 1515– 1530. 2010.
  5. Глебовский В.Ю. Цифровые базы данных и карты потенциальных полей Северного Ледовитого океана / В.Ю. Глебовский, A.B. Зайончек, В.Д. Каминский, С.П. Мащенков // Российская Арктика: геологическая история, минерагения, геоэкология. СПб. С. 134–141. 2002.
  6. Глебовский В.Ю., Астафурова Е.Г., Черных А.А., Корнева М.C., Каминский В.Д., Поселов В.А. Мощность земной коры в глубоководной части Северного Ледовитого океана: результаты 3-D гравитационного моделирования // Геология и геофизика. Т. 54. № 3. С. 327–344. 2013.
  7. Карасик А.М. Основные особенности истории развития и структуры дна Арктического бассейна по аэромагнитным данным // Морская геология, седиментология, осадочная петрография и геология Океана. Л.: Недра. С. 178–193. 1980.
  8. Конторович А.Э., Эпов М.И., Бурштейн Л.М., Каминский В.Д., Курчиков А.Р., Малышев Н.А., Прищепа О.М., Сафронов А.Ф, Ступакова А.В., Супруненко О.И. Геология, ресурсы углеводородов шельфов Арктических морей России и перспективы их освоения // Геология и геофизика. Т. 51. № 1. С. 7–17. 2010.
  9. Лаверов Н.П., Лобковский Л.И., Кононов М.В. и др. Геодинамическая модель развития Арктического бассейна и примыкающих территорий для мезозоя и кайнозоя и внешняя граница континентального шельфа России // Геотектоника. № 1. С. 3–35. 2013. https://doi.org/10.7868/s0016853x13010050
  10. Петрова А.А., Латышева О.В., Копытенко Ю.А. Глубинное строение Арктики и Антарктики по магнитным аномалиям компонент и аномалиям силы тяжести // Космические исследования. Т. 60. № 4. С. 331–347. 2022.
  11. Поселов В.А., Грамберг И.С., Мурзин Р.Р., Буценко В.В., Каминский В.Д., Сорокин М.Ю., Погребицкий Ю.Е. Структура и границы континентальной и океанической литосферы Арктического бассейна / Российская Арктика: геологическая история, минерагения, геоэкология. Ред. Д.А. Додин, В.С. Сурков. СПб.: ВНИИОкеангеология, С. 49–62. 2002.
  12. Филатова Н.И., Хаин В.Е. Тектоника Восточной Арктики // Геотектоника. № 3. С. 3–29. 2007.
  13. Яковлев А.В., Бушенкова Н.А., Кулаков И.Ю., Добрецов Н.Л. Структура верхней мантии Арктического региона по данным региональной сейсмотомографии // Геология и геофизика. Т. 53. № 10. С. 1261–1272. 2012.
  14. Abramova D.Yu., Abramova L.M. Lithospheric magnetic anomalies in the territory of Siberia (from measurements by the CHAMP satellite) // Russian Geology and Geophysics. V. 55. N. 7. P. 854–863. 2014. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2014.06.005
  15. Allen R., Nolet G., Morgan W., et al. Plume-driven plumbing and crustal formation in Iceland // J. of Geophys. Res.: Solid Earth. 107 (B8). 2163. 2002. https://doi.org/10.1029/2001JB000584
  16. Alley R.B., Andrews J.T., Brigham-Grette J., et al. History of the Greenland ice sheet: paleo-climatic insights // Quaternary Science Rev. V. 29. (15–16). P. 1728–1756. 2010.
  17. Alvey A., Gaina C., Kusznir N.J., Torsvik T.H. Integrated crustal thickness mapping and plate reconstructions for the high Arctic // Earth and Planet. Science Lett. № 27. P. 310–321. 2008. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2008.07.036
  18. Artemieva I.M., Thybo H. EUNAseis: A seismic model for Moho and crustal structure in Europe, Greenland, and the North Atlantic region // Tectonophysics. V. 609. P. 97–153. 2013. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2013.08.004
  19. Asudeh I., Green A.G., Forsyth D.A. Canadian expedition to study the Alpha Ridge complex: results of the seismic refraction study // Geophys. J. Intern. V. 92. P. 283– 302. 1988. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1988.tb01140.x
  20. Backman J., Jakobsson M., Frank M. et al. Age model and core-seismic integration for the Cenozoic Arctic Coring Expedition sediments from the Lomonosov Ridge // Paleoceanography. V. 23. PA1S03. 15 p. 2008. https://doi.org/10.1029/2007PA001476
  21. Bokelmann G.H.R., Wustefeld A. Comparing crustal and mantle fabric from the North American craton using magnetics and seismic anisotropy // Earth Planet. Sci. Lett. 277[3-4]. P. 355–364. 2009. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2008.10.032
  22. Døssing A., Jackson H.R., Matzka J., Einarsson I., Rasmussen T.M., Olesen A.V., Brozena J.M. On the origin of the Amerasia Basin and the High Arctic Large Igneous Province - Results of new aeromagnetic data // Earth and Planet. Science Lett. V. 363. P. 219–230. 2013. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2012.12.013
  23. Fahnestock M., Abdalati W., Joughin I., Brozena J., Gogineni P. High geothermal heat flow, basal melt, and origin of rapid ice flow in Central Greenland // Science. 294 (5550). P. 2338–2342. 2001. https://doi.org/10.1126/science.1065370
  24. Gaina C., Medvedev S., Torsvik T.H., Koulakov I., Werner S.C. 4D Arctic: A Glimpse into the Structure and Evolution of the Arctic in the Light of New Geophysical Maps, Plate Tectonics and Tomographic Models // Surv Geophys. V. 35. P. 1095–1122. 2014. https://doi.org/10.1007/s10712-013-9254-y
  25. Grantz A., Pease V.L., Willard D.A., Phillips R., Clark D. Bedrock cores from 89° North: implication of the geologic framework and Neogene paleoceanography of Lomonosov Ridge and a tie to the Barents shelf // Geol. Soc. Amer. Bull. V. 113. № 10. P. 1272-1281. 2001. https://doi.org/10.1130/0016-7606(2001)113<1272:BCFNIF>2.0.CO;2
  26. Hemant K., Maus S. Geological modeling of the new CHAMP magnetic anomaly maps using a geographical information system technique // J. Geophys. Res. V. 110. P. 1–23. 2005. https://doi.org/10.1029/2005JB003837
  27. Henriksen N. Geological history of Greenland: Four Billion Years of Earth Evolution / Geological Survey of Denmark and Greenland (GEUS), Copenhagen, 272 p. 2008. https://doi.org/10.1017/S0032247409008560
  28. Hjartarson Á., Erlendsson Ö., Blischke A. The Greenland–Iceland–Faroe Ridge Complex. In: G. Péron-Pinvidic, J.R. Hopper, T. Funck, M.S. Stoker, C. Gaina, J.C. Doornenbal, U.E. Árting (Eds.) The NE Atlantic Region: a reappraisal of crustal structure, tectonostratigraphy and magmatic evolution / Geological Society. London. Special Publications, V. 447. P. 127–148. 2017. https://doi.org/10.1144/SP447.14
  29. Jakovlev A.V., Bushenkova N.A., Koulakov I.Yu., Dobretsov N.L. Structure of the upper mantle in the Circum-Arctic region from regional seismic tomography // Russian Geol. and Geophys. V. 53. № 10. P. 963–971. 2012. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2012.08.001
  30. Lawver L.A., Müller R.D. Iceland hotspot track // Geology. V. 22. № 4. P. 311–314. 1994.
  31. Lawver L.A., Grantz A., Gahagan L.M. Plate kinematic evolution of the present Arctic region since the Ordovician // Geol. Soc. Amer. Spec. Pap. V. 360. Р. 336– 362. 2002.
  32. Lebedeva-Ivanova N.N., Zamansky Y.Y., Langinen A.E., Sorokin M.Y. Seismic profiling across the Mendeleev Ridge at 82 degrees N: evidence of continental crust // Geophys J. Int. V. 165. P. 527–544. 2006. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2006.02859.x
  33. Maclennan J., McKenzie D., Gronvold K. Crustal accretion under northern Iceland // Earth Planet. Sci. Lett. V. 191. P. 295– 310. 2001. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(01)00420-4
  34. Mosher D., Shimeld J., Hutchinson D., Chian D., Lebedеva-Ivanova N., Jackson R. Canada Basin revealed / Offshore Technology Conference / Arctic Technology Conference. Houston. TX. 2012. https://doi.org/10.4043/23797-MS
  35. Reigber C., Lühr H., Schwintzer P. CHAMP mission status // Advances in Space Research. V. 30 № 2. P. 129–134. 2002. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(02)00276-4
  36. Roest W.R., Verhoef J., Macnab R. Magnetic anomalies and tectonic elements of northeast Eurasia / GSC Open File. 2574. / Geol. Surv. of Can, Dartmouth N. S., 1995.
  37. Saunders A.D., Fitton J.G., Kerr A.C., Norry M.J. Kent R.W. The North Atlantic igneous province. In: Mahoney, J.J., Coffin, M.F. (eds) Large Igneous Provinces / Amer. Geophys. Union, Geophysical Monograph. V. 100. P. 45– 93. 1997. https://doi.org/10.1029/GM100p0045
  38. Sobolev A.V., Hofmann A.W., Kuzmin D.V. et al. The amount of recycled crust in sources of mantle-derived melts // Science. V. 316 (5823). P. 412-417. 2007. https://dx.doi.org/10.1126/science.1138113
  39. Vogt P.R., Taylor P.T., Kovacs L.C., Johnson G.L. Detailed aeromagnetic investigation of the Arctic basin // J. Geoph. Res. V. 84. P. 1071-1089. 1979.
  40. Wessel P., Smith W.H.F. The generic mapping tools /Technical reference and cookbook version 4.2. 2007. https://doi.org/10.1029/98EO00426

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Spatial distribution of the LMA (lithospheric anomalous magnetic field Ta) field over the Polar Arctic at the satellite orbit level of ~260‒280 km.

Download (251KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Arctic region: major tectonic/geographical elements, with the dotted line indicating the position of mid-ocean ridges.

Download (318KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Spatial distribution of the LMA field (Ta) at an altitude of ~280 km above the territory of Central and Northern Greenland and the adjacent Atlantic Ocean. The thick solid line is the position of the Mid-Atlantic Ridge, the dotted line is the supposed trajectory of the Icelandic plume. The numbers indicate: 1 – positive LMA; 2 – zone of negative magnetic field values ​​caused by the consequences of the Icelandic plume.

Download (229KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Spatial distribution of the LMA field (Ta) at an altitude of ~280 km above the waters of the Polar Arctic. The numbers indicate: 1, 2, 3 – parts of the LMA of the Lomonosov Ridge and the zones of its junction with the adjacent shelf; 4 – Amundsen Basin; 5 – Podvodnikov Basin; 6 – Alpha Ridge; 7 – Mendeleyev Rise; 8 – uplifts of the Chukchi Dome. The inset on the left shows the LMA field for the sector 77–87° N; 135–163° E (the contour is highlighted with a bold line), calculated with smaller averaging parameters.

Download (475KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Ring magnetic anomaly over the southern end of the Alpha Ridge: (a) – interpretation of aeromagnetic anomalies [Døssing et al., 2013]; (b) – Ta of the lithospheric anomalous magnetic field according to CHAMP satellite data at an altitude of 260 km.

Download (439KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».