The Depths to Lithospheric Magnetic Sources under the Baltic Shield

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

We present the results of studying the depths to lithospheric magnetic sources under the Baltic
Shield and adjacent territories of the Russian Plate and the Scandinavian Caledonides. The depths have been
calculated from the global model of the lithospheric geomagnetic field EMAG2v3 by the centroid method.
The minimum depths of the lower boundary of the lithospheric magnetically active layer (30–35 km) were
obtained under the frame of the Baltic Shield, that is, the Russian Plate, the northern and southern parts of
the Scandinavian Caledonides, the maximum (>45 km), under the Scandinavian Peninsula, in the west of
the Svecofennian orogen and the Norrbotten craton. The rest of the territory of the Baltic Shield is characterized
by intermediate depths (38–45 km). Based on a comparison of our estimates of the depth of the lower
boundary of lithospheric magnetic sources with the currently available models of the distribution of the Moho
depth under the study area, it can be seen that for most of the Baltic Shield, the magnetically active layer of the
lithosphere is located within the crust, with the exception of two areas under the Svecofennian orogen and the
eastern part of the Kola Peninsula. This fact supports the hypothesis that the upper mantle has magnetic properties
in regions where positive long-wave anomalies of the geomagnetic field are observed at satellite altitudes.
The obtained results show that the western and eastern parts of the Kola Peninsula can differ not only in the
velocity structure of the crust and upper mantle, which has been previously established by various seismological
methods, but also in the magnetic properties of the upper mantle layer located directly under the crust.

About the authors

A. I. Filippova

Sadovskii Institute of Geosphere Dynamics, Russian Academy of Sciences; Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere, and Radio Wave Propagation, Russian Academy of Sciences

Email: aleirk@mail.ru
Moscow, 119334 Russia; Moscow, Troitsk, 108840 Russia

S. V. Filippov

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

Author for correspondence.
Email: sfilip@izmiran.ru
Moscow, Troitsk, 108840 Russia

References

  1. – Адушкин В.В., Гоев А.Г., Санина И.А., Федоров А.В. Особенности глубинного скоростного строения центральной части Кольского полуострова методом функций приемника // Докл. РАН. Науки о Земле. Т. 501. № 2. С. 180–183. 2021. https://doi.org/10.31857/S268673972112001X
  2. – Булина Л.В. Характерные черты распределения нижних кромок для территории СССР / Магнитные аномалии земных глубин. Ред. С.И. Субботин. Киев: Наукова думка, С. 137–151. 1976.
  3. – Глазнев Н.В. Комплексные геофизические модели литосферы Фенноскандии. КаэМ: Апатиты, 244 с. 2003.
  4. – Гоев А.Г., Санина И.А., Орешин С.И., Резниченко Р.А., Тарасов С.А., Федоров А.В. Скоростное строение литосферы Хибинского и Ловозерского массивов (северо-восточная часть Балтийского щита) методом функции приемника // Физика Земли. № 5. С. 30–40. 2021. https://doi.org/10.31857/S0002333721050069
  5. – Козлов Н.Е., Сорохтин Н.О., Глазнев В.Н., Козлова Н.Е., Иванов А.А., Кудряшов Н.М., Мартынов Е.В., Тюремнов В.А., Матюшкин А.В., Осипенко Л.Г. Геология архея Балтийского щита. СПб. Наука, 345 с. 2006.
  6. – Крутиховская З.А., Негруца В.З., Елисеева С.В. Историко-геологические предпосылки возникновения региональных магнитных аномалий восточной части Балтийского щита // Геофизический журнал. Т. 8. № 5. С. 67–78. 1986.
  7. – Минц М.В. Мезонеопротерозойский Гренвилл-Свеконорвежский внутриконтинентальный ороген: история, тектоника, геодинамика // Геодинамика и тектонофизика. Т. 8. № 3. С. 619–642. 2017. https://doi.org/10.5800/GT-2017-8-3-0309
  8. – Нилов М.Ю., Бакунович Л.И., Шаров Н.В., Белашев Б.З. 3D магнитная модель земной коры Белого моря и прилегающих территорий // Арктика: экология и экономика. Т. 11. № 3. С. 375–385. 2021. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2021-3-375-385
  9. – Пашкевич И.К., Марковский В.С., Орлюк М.И., Елисеева С.В., Мозговой А.П., Таращан С.А. Магнитная модель литосферы Европы / Ред. Г.И. Каратаев. Киев: Наукова думка, 166 с. 1990.
  10. – Пашкевич И.К., Савченко А.С., Старостенко В.И., Шаров Н.В. Трехмерная геофизическая модель земной коры центральной части Карельского кратона // Доклады Академии Наук. Геофизика. Т. 463. № 4. С. 1–5. 2015. https://doi.org/10.7868/S086956521522020X
  11. – Пашкевич И.К., Орлюк М.И., Марченко А.В., Романец А.А., Цветкова А.А., Бугаенко И.В. О возможной мантийной природе длинноволновой Центрально-Европейской магнитной аномалии // Геофизический журнал. Т. 42. № 6. С. 100–130. 2020. https://doi.org/10.028/gzh.0203-3100.v42i6.2020.222288
  12. – Середкина А.И., Филиппов С.В. Глубины залегания магнитных источников в Арктике и их связь с параметрами литосферы // Геология и геофизика. Т. 62. № 7. С. 902–916. 2021. https://doi.org/10.15372/GiG2020162
  13. – Слабунов А.И., Балаганский В.В., Щипанский А.А. Мезоархей-палеопротерозойская эволюция земной коры Беломорской провинции Фенноскандинавского щита и тектоническая позиция эклогитов // Геология и геофизика. Т. 62. № 5. С. 650–677. 2021. https://doi.org/10.15372/GiG2021116
  14. – Федорова Н.В. Источники спутниковых магнитных аномалий над Северной Евразией // Физика Земли. № 8. С. 13–19. 1997.
  15. – Филиппова А.И., Соловей О.А. Поверхностно-волновая томография Кольского полуострова и сопредельных территорий по данным групповых скоростей волн Рэлея и Лява // Доклады РАН. Науки о Земле. Т. 504. № 2. С. 61–66. 2022. https://doi.org/10.31857/S2686739722060068
  16. – Филиппова А.И., Филиппов С.В. Глубины залегания литосферных магнитных источников и тепловой режим литосферы под Восточно-Сибирским морем // Физика Земли. № 4. С. 71–84. 2022а. https://doi.org/10.31857/S0002333722040032
  17. – Филиппова А.И., Филиппов С.В. Глубины залегания литосферных магнитных источников вдоль профиля “Ковдор – ГСЗ-76” (Балтийский щит–Баренцево море) // Геомагнетизм и Аэрономия. Т. 62. № 6. С. 781– 792. 2022б. https://doi.org/10.31857/S0016794022060049
  18. – Хаин В.Е. Тектоника континентов и океанов (год 2000). М.: Мир, 604 с. 2001.
  19. – Шаров Н.В., Адушкин В.В., Андрющенко Ю.Н., Ассиновская Б.А., Бекетова Е.Б., Берзин Р.Г., Вагин С.А., Варданянц И.Л., Виноградов О.В., Жданова Л.А. и др. Глубинное строение и сейсмичность Карельского региона и его обрамления / Ред. Н.В. Шаров. КарНЦ РАН: Петрозаводск, 353 с. 2004.
  20. – Шаров Н.В., Бакунович Л.И., Белашев Б.З., Журавлев В.А., Нилов М.Ю. Геолого-геофизические модели земной коры Беломорья // Геодинамика и тектонофизика. Т. 11. № 3. С. 566–582. 2020. https://doi.org/10.5800/GT-2020-11-3-0491
  21. – Шаров Н.В., Лебедев А.А. Неоднородное строение литосферы Фенноскандинавского щита по сейсмическим данным // Геодинамика и тектонофизика. Т. 13. № 1. 0569. 2022. https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-1-0569
  22. – Яновский Б.М. Земной магнетизм. Л.: Ленинградский университет, 592 с. 1978.
  23. – Andrés J., Marzán I., Ayarza P., Martí D., Palomeras I., Torné M., Campbell S., Carbonell R. Curie point depth of the Iberian Peninsula and surrounding margins. A thermal and tectonic perspective of its evolution // J. Geophys. Res. Solid Earth. V. 123. P. 2049–2068. 2018. https://doi.org/10.1002/2017JB014994
  24. – Artemieva I.M. Lithosphere structure in Europe from thermal isostasy // Earth-Sci. Rev. V. 188. P. 454–468. 2019. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2018.11.004
  25. – Artemieva I.M., Thybo H. EUNAseis: a sesmic 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
  26. – Bansal A.R., Anand S.P., Rajaram M., Rao V.K., Dimri V.P. Depth to the bottom of magnetic sources (DBMS) from aeromagnetic data of Central India using modified centroid method for fractal distribution of sources // Tectonophysics. V. 603. P. 155–161. 2013. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2013.05.024
  27. – Bouligand C., Glen J.M.G., Blakely J. Mapping Curie temperature depth in the western United States with a fractal model for crustal magnetization // J. Geophys. Res. V. 114. B11104. 2009. https://doi.org/10.1029/2009JB006494
  28. – Cammarano F., Guerri M. Global thermal models of the lithosphere // Geophys. J. Int. V. 210. P. 56–72. 2017. https://doi.org/10.1093/gji/ggx144
  29. – Ferré, E.C., Friedman S.A., Martín-Hernández F., Feinberg J.M., Till J.L., Ionov D.A., Conder J.A. Eight good reasons why the uppermost mantle could be magnetic // Tectonophysics. V. 624–625. P. 3–14. 2014. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2014.01.004
  30. – Filippova A.I., Golubev V.A., Filippov S.V. Curie point depth and thermal state of the lithosphere beneath the northeastern flank of the Baikal rift zone and adjacent areas // Surv. Geophys. V. 42. № 5. P. 1143–1170. 2021. https://doi.org/10.1007/s10712-021-09651-7
  31. – Fuchs S., Norden B., Artemieva I. et al. The Global Heat Flow Data-base: Release 2021. GFZ Data Services. 2021a. https://doi.org/10.5880/fidgeo.2021.014
  32. – Fuchs S., Beardsmore G., Chiozzi P. et al. A new database structure for the IHFC Global Heat Flow Database // International J. Terrestrial Heat Flow and Applied Geothermics. V. 4. № 1. P. 1–14. 2021b. https://doi.org/10.31214/ijthfa.v4i1.62
  33. – Gaina C., Werner S.C., Saltus R. et al. Circum-Arctic mapping project: new magnetic and gravity anomaly maps of the Arctic // Geol. Soc. Lond. Mem. V. 35. P. 39–48. 2011. https://doi.org/10.1144/M35.3
  34. – Gard M., Hasterok D. A global Curie depth model utilizing the equivalent source magnetic dipole method // Phys. Earth Planet. Inter. V. 313. 106672. 2021. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2021.106672
  35. – Gramberg I.S., Verba V.V., Verba M.L., Kos’ko M.K. Sedimentary cover thickness map – sedimentary basins in the Arctic // Polarforschung. V. 69. P. 243–249. 1999.
  36. – Hussein M., Mickus K., Serpa L.F. Curie point depth estimates from aeromagnetic data from Death Valley and surrounding regions, California // Pure Appl. Geophys. V. 170. P. 617–632. 2013. https://doi.org/10.1007/s00024-012-0557-6
  37. – Kumar R., Bansal A.R., Betts P.G., Ravat D. Re-assessment of the depth to the base of magnetic sources (DBMS) in Australia from aeromagnetic data using the defractal method // Geophys. J. Int. V. 225. № 1. P. 530–547. 2021. https://doi.org/10.1093/gji/ggaa601
  38. – Langel R.A., Hinze W.J. The magnetic field of the Earth’s lithosphere. Cambridge University, Cambridge, UK. 450 p. 1998.
  39. – Laske G., Masters G., Ma Z., Pasyanos M. Update on CRUST1.0 – A 1-degree global model of Earth’s crust / Abstracts European Geoscience Union General Assembly. Vienna, Austria, 7–12 April, 2013. № EGU2013-2658. 2013.
  40. – Lebedev S., Schaeffer A.J., Fullea J., Pease V. Seismic tomography of the Arctic region: inferences for the thermal structure and evolution of the lithosphere / Circum-Arctic lithosphere evolution / Geological Society, London, UK, Special Publications. V. 460. P. 419–440. 2017. https://doi.org/10.1144/SP460.10
  41. – Levshin A.L., Schweitzer J., Weidle C., Shapiro N.M., Ritzwoller, M.H. Surface wave tomography of the Barents Sea and surrounding regions // Geophys. J. Int. V. 170. P. 441–459. 2007. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2006.03285.x
  42. – Li C.-F., Lu Y., Wang J. A global reference model of Curie-point depths based on EMAG2 // Sci. Rep.V. 7. 45129. 2017. https://doi.org/10.1038/srep45129
  43. – Lu Y., Li C.-F., Wang J., Wan X. Arctic geothermal structures inferred from Curie-point depths and their geodynamic implications // Tectonophysics. V. 822. 229158. 2022. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2021.229158
  44. – Maus S., Barckhausen U., Berkenbosch H. et al. EMAG2: A 2-arc-minute resolution Earth Magnetic Anomaly Grid compiled from satellite, airborne and marine magnetic measurements // Geochem. Geophys. Geosyst. V. 10. Q08005. 2009. https://doi.org/10.1029/2009GC002471
  45. – Maus S., Yin F., Lühr H., Manoj C., Rother M., Rauberg J., Michaelis I., Stolle C., Müller R.D. Resolution of direction of oceanic magnetic lineations by the sixth-generation lithospheric magnetic field model from CHAMP satellite magnetic measurements // Geochem. Geophys. Geosyst. V. 9. № 7. Q07021. 2008. https://doi.org/10.1029/2008GC001949
  46. – Meyer B., Chulliat A., Saltus R. Derivation and error analysis of the earth magnetic anomaly grid at 2 arc min resolution version 3 (EMAG2v3) // Geochem. Geophys. Geosyst. V. 18. P. 4522–4537. 2017. https://doi.org/10.1002/2017GC007280
  47. – Núñez Demarco P., Prezzi C., Sánchez Bettucci L. Review of Curie point depth determination through different spectral methods applied to magnetic data // Geophys. J. Int. V. 224. № 1. P. 17–39. 2021. https://doi.org/10.1093/gji/ggaa361
  48. – Okubo Y., Graf R.J., Hansen R.O., Ogawa K., Tsu H. Curie point depths of the island of Kyushu and surrounding areas, Japan // Geophysics. V. 50. P. 481–494. 1985.
  49. – Okubo Y., Matsunaga T. Curie point depth in northeast Japan and its correlation with regional thermal structure and seismicity // J. Geophys. Res. V. 99. № B11. P. 22 363–22 371. 1994.
  50. – Oliveira J.T.C., Barbosa J.A., de Castro D.L., de Barros Correia P., Magalhães J.R.C., Filho O.J.C., Buarque B.V. Precambrian tectonic inheritance control of the NE Brazilian continental margin revealed by Curie point depth estimation // Annals. Geophys. V. 64. № 2. GT213. 2021. https://doi.org/10.4401/ag-8424
  51. – Olsen N., Ravat D., Finlay C.C., Kother L.K. LCS-1: a high-resolution global model of the lithospheric magnetic field derived from CHAMP and Swarm satellite observations // Geophys. J. Int. V. 211. P. 1461–1477. 2017. https://doi.org/10.1093/gji/ggx381
  52. – Pedersen H.A., Debayle E., Maupin V. et al. Strong lateral variations of lithospheric mantle beneath cratons – example from the Baltic Shield // Earth Planet. Sci. Lett. V. 383. P. 164–172. 2013. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2013.09.024
  53. – Pirttijärvi M. 2D Fourier domain operations, FOURPOT program. 2015. https://wiki.oulu.fi/x/0oU7AQ/
  54. – Priestley K., McKenzie D., Ho T. A lithosphere-asthenosphere boundary – a global model derived from multimode surface-wave tomography and petrology / Lithospheric Discontinuities (eds. H. Yuan and B. Romanowicz) / AGU, Geophysical Monograph Series. Chapter 6. P. 111–123. 2019. https://doi.org/10.1002/9781119249740.ch6
  55. – Ravat D., Pignatelli A., Nicolosi I., Chiappini M. A study of spectral methods of estimating the depth to the bottom of magnetic sources from near-surface magnetic anomaly data // Geophys. J. Int. V. 169. P. 421–434. 2007. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2007.03305.x
  56. – Salazar J.M., Vargas C.A., Leon H. Curie point depth in the SW Caribbean using the radially averaged spectra of magnetic anomalies // Tectonophysics. V. 694. P. 400–413. 2017. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2016.11.023
  57. – Salem A., Green C., Ravat D., Singh K.H., East P., Fairhead J.D., Morgen S., Biegert E. Depth to Curie temperature across the central Red Sea from magnetic data using the de-fractal method // Tectonophysics. V. 624–625. P. 75–86. 2014. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2014.04.027
  58. – Seredkina A. S-wave velocity structure of the upper mantle beneath the Arctic region from Rayleigh wave dispersion data // Phys. Earth Planet. Inter. V. 290. P. 76–86. 2019. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2019.03.007
  59. – Tanaka A., Okubo Y., Matsubayashi O. Curie point depth based on spectrum analysis of the magnetic anomaly data in East and Southeast Asia // Tectonophysics. V. 306. P. 461–470. 1999.
  60. – Wen L., Kang G., Bai C., Gao G. Studies on the relationships of the Curie surface with heat flow and crustal structures in Yunnan Province, China, and its adjacent areas // Earth Planets Space. V. 71. 85. 2019. https://doi.org/10.1186/s40623-019-1063-1

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (904KB)
Indexing metadata
3.

Download (1MB)
Indexing metadata
4.

Download (1MB)
Indexing metadata
5.

Download (1MB)
Indexing metadata
6.

Download (1MB)
Indexing metadata
7.

Download (1MB)
Indexing metadata
8.

Download (1MB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 А.И. Филиппова, С.В. Филиппов