Synthesis, structure and properties of N-alkoxy-N-(1-pyridinium)urea salts, N-alkoxy-N-acyloxyureas and N,N-dialkoxyureas

N-Alkoxy-N-(1-pyridinium)urea salts 3, 4 have been prepared, the conversions of N-acetoxy-N-methoxyurea 7 into N,N-dimethoxyurea 8 and of N-n-propyloxy-N-(1-pyridinium)-N',N'-dimethylurea chloride 6 into N,N dimethoxy-N',N'-dimethylurea 11 were carried out. A high pyramidality of the amide nitrogen in O–N–X groups [X = N+C5H5, OMe, OC(O)C6H4Cl-p] has been revealed by XRD studies of ureas 3b, 8 and N-p chlorobenzoyloxy-N-n-butyloxyurea 9

ON HEAT SOURCE IN SUBDUCTION ZONE

The subduction of an oceanic plate is studied as the motion of a high-viscosity Newtonian fluid. The subducting plate spreads along the 670-km depth boundary under the influence of oppositely directed horizontal forces. These forces are due to oppositely directed horizontal temperature gradients. We consider the flow structure and heat transfer in the layer that includes both the oceanic lithosphere and the crust and moves underneath a continent. The heat flow is estimated at the contact between the subducting plate and the surrounding mantle in the continental limb of the subduction zone. Our study results show that the crustal layer of the subducting plate can melt and a thermochemical plume can form at the 670-km boundary. Our model of a thermochemical plume in the subduction zone shows the following: (1) formation of a plume conduit in the crustal layer of the subducting plate; (2) formation of a primary magmatic chamber in the area wherein the melting rate equals the rate of subduction; (3) origination of a vertical plume conduit from the primary chamber melting through the continent; (4) plume eruption through the crustal layer to the surface, i.e. formation of a volcano. Our experiments are aimed to model the plume conduit melting in an inclined flat layer above a local heat source. The melt flow structure in the plume conduit is described. Laboratory modeling have revealed that the mechanisms of melt eruption from the plume conduit differ depending on whether a gas cushion is present or absent at the plume roof

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АЛМАЗОНОСНЫХ ПЛЮМОВ

We consider thermochemical mantle plumes with thermal power 1.6·1010 W<N<2.7·1010 W (relative thermal power 1.15<Ka<1.9) as plumes with an intermediate thermal power. Such plumes are formed at the core–mantle boundary beneath cratons in the absence of horizontal free‐convection mantle flows beneath them, or in the presence of weak horizontal mantle flows. A proposed scheme of convection flows in the conduit of a plume with an intermediate thermal power is based on laboratory and theoretical modeling data. A plume ascends (melts out) from the coremantle boundary to critical depth xкр from which magma erupts on the Earth’s surface. The magmatic melt erupts from the plume conduit onto the surface through the eruption conduit. The latter forms under the effect of superlithostatic pressure on the plume roof. While the thickness of the block above the plume roof decreases to a critical value xкр, the shear stress on its cylindrical surface reaches a critical value (strength limit) τкр.Rock fails in the vicinity of the cylindrical block and, as a consequence, the eruption conduit is formed. We estimate the height of the eruption conduit and the time for the plume to ascent to the critical depth xкр. The volume of erupted melt is estimated for kinematic viscosity of melt =0.5–2 м2/с. The depth Δx from which the melt is transported to the surface is determined. Using the eruption volume, we obtain a relationship between the depth Δx and the plume conduit diameter for the above‐mentioned kinematic viscosities. In the case that the depth Δx is larger than 150 km, the melt from the plume conduit can transport diamonds to the Earth’s surface. Thus, the plumes with an intermediate thermal power are diamondiferous. The melt flow structure at the plume conduit/eruption conduit interface is determined on the basis of the laboratory modeling data. The photographs of the simulated flow were obtained. The flow line velocities were measured in the main cylindrical conduit (plume conduit) and at the main conduit/eruption conduit interface. A stagnant area is detected in the 'conduit wall/plume roof’ interface zone. The melt flow in the eruption conduit was analyzed as a turbulent flow in the straight cylindrical conduit with diameter dк. According to the experimental modeling and theoretical data, the superlithostatic pressure in the plume conduit is the sum of the frictional pressure drop and the increasing dynamic pressure in the eruption conduit. A relationship between the melt flow velocity in the eruption conduit and superlithostatic pressure has been derived.Рассматриваются термохимические мантийные плюмы, имеющие тепловую мощность 1.6·1010 Вт<N<2.7·1010 Вт и относительную тепловую мощность 1.15<Ka<1.9. Такие плюмы мы называем плюмами промежуточной тепловой мощности. Они формируются на границе ядро – мантия под кратонами в отсутствие горизонтальных свободно‐конвективных течений в мантии под ними или при наличии слабых горизонтальных мантийных течений. На основе данных лабораторного и теоретического моделирования представлена схема конвективных течений в канале плюма промежуточной тепловой мощности. Плюм поднимается (выплавляется) от границы ядро – мантия до критического уровня xкр, с которого расплав из канала плюма по каналу излияния прорывается на поверхность. Канал излияния образуется под действием силы сверхлитостатического давления на кровлю поднимающегося плюма. При уменьшении высоты массива над кровлей плюма до критического значения xкр касательное напряжение на боковой поверхности массива достигает критической величины (предела прочности) τкр. Вследствие разрушения пород массива образуется канал излияния высотой xкр, по которому расплав из канала плюма прорывается на поверхность. Представлены оценки высоты канала излияния и времени подъема плюма до критического уровня xкр. Определен объем излившегося расплава для его кинематической вязкости =0.5–2.0 м2/с. С использованием объема излияния получена зависимость глубины x, с которой расплав выносится на поверхность, от диаметра канала плюма для указанных значений . В том случае, когда x больше 150 км, расплав из канала плюма может транспортировать алмазы на поверхность. Таким образом, плюмы промежуточной тепловой мощности являются алмазоносными. На основе лабораторного моделирования определена структура течения в области сопряжения канала плюма и канала излияния для алмазоносных плюмов. Сделаны фотографии картин течения и измерены профили скорости вдоль линий тока в основном цилиндрическом канале (канале плюма) и в области сопряжения основного канала с каналом истечения. Обнаружена застойная зона, находящаяся в области сопряжения стенки канала плюма и торца, моделирующего кровлю плюма. Течение расплава в канале прорыва проанализировано как турбулентное течение в прямом цилиндрическом канале диаметром dк. Результаты экспериментального моделирования и теоретического анализа показывают, что сверхлитостатическое давление в канале плюма равно сумме напора, расходуемого на преодоление трения расплава о стенки канала излияния, и напора, расходуемого на увеличение динамического давления в нем. Получено соотношение, связывающее скорость течения расплава в канале излияния и сверхлитостатическое давление у кровли плюма

ОБ ИСТОЧНИКЕ ТЕПЛА В ЗОНЕ СУБДУКЦИИ

The subduction of an oceanic plate is studied as the motion of a high-viscosity Newtonian fluid. The subducting plate spreads along the 670-km depth boundary under the influence of oppositely directed horizontal forces. These forces are due to oppositely directed horizontal temperature gradients. We consider the flow structure and heat transfer in the layer that includes both the oceanic lithosphere and the crust and moves underneath a continent. The heat flow is estimated at the contact between the subducting plate and the surrounding mantle in the continental limb of the subduction zone. Our study results show that the crustal layer of the subducting plate can melt and a thermochemical plume can form at the 670-km boundary. Our model of a thermochemical plume in the subduction zone shows the following: (1) formation of a plume conduit in the crustal layer of the subducting plate; (2) formation of a primary magmatic chamber in the area wherein the melting rate equals the rate of subduction; (3) origination of a vertical plume conduit from the primary chamber melting through the continent; (4) plume eruption through the crustal layer to the surface, i.e. formation of a volcano. Our experiments are aimed to model the plume conduit melting in an inclined flat layer above a local heat source. The melt flow structure in the plume conduit is described. Laboratory modeling have revealed that the mechanisms of melt eruption from the plume conduit differ depending on whether a gas cushion is present or absent at the plume roof.Рассматривается процесс субдукции океанической литосферной плиты в приближении высоковязкой ньютоновской жидкости. Вблизи границы 670 км происходит растекание плиты в противоположные стороны из-за действия противоположно направленных горизонтальных сил, создающихся вследствие противоположно направленных горизонтальных градиентов температуры. Рассматриваются гидродинамика и теплообмен в слое, движущемся под континент и состоящем из океанической литосферы и корового слоя. Оценен тепловой поток на контакте субдуцирующей плиты с окружающей мантией на континентальном крыле зоны субдукции, и показана возможность плавления корового слоя субдуцирующей плиты и зарождения термохимического плюма на границе 670 км. Представлена модель термохимического плюма в зоне субдукции, включающая образование канала плавления в коровом слое субдуцирующей плиты; формирование первичного очага в области равенства по величине скоростей выплавления канала и субдукции; образование от первичного очага вертикально направленного канала плюма, проплавляющего континент; прорыв плюма на поверхность, т.е. образование вулкана. Представлены результаты экспериментального моделирования выплавления канала плюма в плоском наклонном слое парафина над локальным источником тепла. Представлена гидродинамическая структура расплава в канале плюма. Обнаружено различие в механизме прорыва расплава из канала плюма на поверхность в отсутствие и при наличии газовой подушки у кровли плюма

ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПЕРИОД ПОДЪЕМА ПЛЮМА ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ В ЛИТОСФЕРЕ КОНТИНЕНТА И ПРИ ЕГО ПРОРЫВЕ НА ПОВЕРХНОСТЬ

The study is focused on thermochemical mantle plumes with intermediate thermal power (1.15 < Ka < 1.9). Previously we have shown that these plumes are diamondiferous. Based on the laboratory modeling data, the flow structure of a melt in a plume conduit is represented. A plume melts out and ascends from the core – mantle boundary to the bottom of the continental lithosphere. The plume roof moves upwards in the lithosphere because of melting of the lithospheric matter at the plume roof and due to the effect of superlithostatic pressure on the roof, which causes motion in the lithosphere block above the plume roof. The latter manifests itself by uplifting of the ground surface above the plume. As the plume ascends through the lithosphere, the elevation of the surface increases until the plume ascends to critical level xкр, where an eruption conduit is formed. In our model, plume ascent velocity uпл is the rate of melting at the plume roof. Values of uпл and the ascent velocity of a spherical plume roof due to superlithostatic pressure U are calculated. Relationships are found between these velocities and the plume roof depth. The dependence of the velocity of the surface’s rise on the dynamic viscosity of the lithosphere block above the plume is obtained. A relationship is determined between the maximum surface elevation and the lithosphere viscosity. The elevation values are determined for different times and different lithosphere viscosities.The results of laboratory modeling of flow structure at the plume conduit/eruption conduit interface are presented. The flow was photographed (1) in the plane passing through the axes of the plume conduit and the eruption conduit; and (2) in case of the line-focus beam perpendicular to the axial plane. The photographs were used for measuring the flow velocities in the plume conduit and the eruption conduit. Corresponding Reynolds numbers and flow regimes are determined. The relation of dynamic pressure in the eruption conduit to that in the plume conduit is found for intermediate-power plumes. The melt flow velocity in the eruption conduit depends on superlithostatic pressure on the plume roof, plume diameter and kinematic viscosity of the melt. Its values are determined for different kinematic viscosities of melt.Рассматриваются мантийные термохимические плюмы промежуточной тепловой мощности (1.15<Ka<1.9). На основе имеющихся данных лабораторного моделирования плюмов представлена структура течения в расплаве канала плюма, поднявшегося от границы ядро – мантия к подошве континентальной литосферы. Движение кровли плюма вверх в литосфере происходит вследствие плавления вещества литосферы на кровле плюма и силового воздействия сверхлитостатического давления на кровлю. Воздействие сверхлитостатического давления вызывает движение в массиве литосферы над кровлей плюма, которое проявляется поднятием дневной поверхности над плюмом. По мере выплавления плюма в литосфере высота поднятия возрастает до того момента, когда плюм достигает уровня xкр, на котором образуется канал излияния.Представлены зависимости скорости подъема (выплавления) плюма uпл и скорости подъема шарообразной кровли плюма U под воздействием сверхлитостатического давления от глубины расположения кровли. Получены зависимости скорости подъема поверхности над плюмом и максимальной высоты подъема от динамической вязкости массива литосферы над кровлей плюма. Представлена высота поднятия поверхности, образующегося под действием плюма, поднимающегося в литосфере, для различных моментов времени t при различной вязкости литосферы.Представлены результаты экспериментального моделирования структуры течения в области сопряжения канала плюма и канала излияния. Получены фотографии картин течения в плоскости, проходящей через оси модельных канала плюма и канала излияния, и в том случае, когда плоскость светового ножа перпендикулярна осевой плоскости. С использованием этих фотографий найдены скорости течения в канале плюма и канале излияния, определены соответствующие числа Рейнольдса и режимы течения. Для плюмов промежуточной мощности найдено отношение динамического давления расплава в канале излияния к динамическому давлению в канале плюма. Получено соотношение, определяющее скорость течения в канале излияния в зависимости от сверхлитостатического давления в расплаве у кровли плюма, диаметра канала плюма и кинематической вязкости расплава. Определена скорость течения расплава в канале излияния для различных кинематических вязкостей расплава

Distanov Investigation the properties of paint coatings modified by carbon nanostructures

The article presents the results testing the possibility of applying structured solvents using nanomodifiers for the production of water-based paints and pentaphthal. As nanomodifiers used suspensions of carbon nanostructures obtained from the waste by-product coke production – coke dust recovered from plants dust-free coke.У статті наводяться результати випробувань можливості застосування структурованих розчинників з використанням наномодіфікаторов для виробництва водоемульсійних і пентафталевих лако-фарбових покриттів. В якості наномодіфікаторов застосовувалися суспензії вуглецевих наноструктур, отримані з відходів коксохімічного виробництва - коксового пилу, який уловлюється в установках беспилової видачі коксу

EXPERIMENTAL AND THEORETICAL MODELING OF DIAMONDIFEROUS PLUMES

We consider thermochemical mantle plumes with thermal power 1.6·1010 W<N<2.7·1010 W (relative thermal power 1.15<Ka<1.9) as plumes with an intermediate thermal power. Such plumes are formed at the core–mantle boundary beneath cratons in the absence of horizontal free‐convection mantle flows beneath them, or in the presence of weak horizontal mantle flows. A proposed scheme of convection flows in the conduit of a plume with an intermediate thermal power is based on laboratory and theoretical modeling data. A plume ascends (melts out) from the coremantle boundary to critical depth xкр from which magma erupts on the Earth’s surface. The magmatic melt erupts from the plume conduit onto the surface through the eruption conduit. The latter forms under the effect of superlithostatic pressure on the plume roof. While the thickness of the block above the plume roof decreases to a critical value xкр, the shear stress on its cylindrical surface reaches a critical value (strength limit) τкр.Rock fails in the vicinity of the cylindrical block and, as a consequence, the eruption conduit is formed. We estimate the height of the eruption conduit and the time for the plume to ascent to the critical depth xкр. The volume of erupted melt is estimated for kinematic viscosity of melt =0.5–2 м2/с. The depth Δx from which the melt is transported to the surface is determined. Using the eruption volume, we obtain a relationship between the depth Δx and the plume conduit diameter for the above‐mentioned kinematic viscosities. In the case that the depth Δx is larger than 150 km, the melt from the plume conduit can transport diamonds to the Earth’s surface. Thus, the plumes with an intermediate thermal power are diamondiferous. The melt flow structure at the plume conduit/eruption conduit interface is determined on the basis of the laboratory modeling data. The photographs of the simulated flow were obtained. The flow line velocities were measured in the main cylindrical conduit (plume conduit) and at the main conduit/eruption conduit interface. A stagnant area is detected in the 'conduit wall/plume roof’ interface zone. The melt flow in the eruption conduit was analyzed as a turbulent flow in the straight cylindrical conduit with diameter dк. According to the experimental modeling and theoretical data, the superlithostatic pressure in the plume conduit is the sum of the frictional pressure drop and the increasing dynamic pressure in the eruption conduit. A relationship between the melt flow velocity in the eruption conduit and superlithostatic pressure has been derived

GEODYNAMIC PROCESSES DURING ASCENT OF A PLUME WITH INTERMEDIATE THERMAL POWER THROUGH THE CONTINENTAL LITHOSPHERE AND DURING ITS ERUPTION ON THE SURFACE

The study is focused on thermochemical mantle plumes with intermediate thermal power (1.15 < Ka < 1.9). Previously we have shown that these plumes are diamondiferous. Based on the laboratory modeling data, the flow structure of a melt in a plume conduit is represented. A plume melts out and ascends from the core – mantle boundary to the bottom of the continental lithosphere. The plume roof moves upwards in the lithosphere because of melting of the lithospheric matter at the plume roof and due to the effect of superlithostatic pressure on the roof, which causes motion in the lithosphere block above the plume roof. The latter manifests itself by uplifting of the ground surface above the plume. As the plume ascends through the lithosphere, the elevation of the surface increases until the plume ascends to critical level xкр, where an eruption conduit is formed. In our model, plume ascent velocity uпл is the rate of melting at the plume roof. Values of uпл and the ascent velocity of a spherical plume roof due to superlithostatic pressure U are calculated. Relationships are found between these velocities and the plume roof depth. The dependence of the velocity of the surface’s rise on the dynamic viscosity of the lithosphere block above the plume is obtained. A relationship is determined between the maximum surface elevation and the lithosphere viscosity. The elevation values are determined for different times and different lithosphere viscosities.The results of laboratory modeling of flow structure at the plume conduit/eruption conduit interface are presented. The flow was photographed (1) in the plane passing through the axes of the plume conduit and the eruption conduit; and (2) in case of the line-focus beam perpendicular to the axial plane. The photographs were used for measuring the flow velocities in the plume conduit and the eruption conduit. Corresponding Reynolds numbers and flow regimes are determined. The relation of dynamic pressure in the eruption conduit to that in the plume conduit is found for intermediate-power plumes. The melt flow velocity in the eruption conduit depends on superlithostatic pressure on the plume roof, plume diameter and kinematic viscosity of the melt. Its values are determined for different kinematic viscosities of melt