Астеносфера
Астеносфера asthenos (от древнегреческого ἀσθενός ( ) «без прочности» ) — механически слабая [1] и пластичная область верхней мантии Земли. Он расположен под литосферой , на глубине от ~ 80 до 200 км (от 50 до 120 миль) от поверхности и простирается на глубину до 700 км (430 миль). Однако нижняя граница астеносферы четко не выражена.
Астеносфера почти твердая, но небольшое количество оплавлений (менее 0,1% породы) способствует ее механической слабости. Более обширное декомпрессионное плавление астеносферы происходит там, где она поднимается вверх, и это важнейший источник магмы на Земле. Это источник срединно-океанических хребтов базальтов (MORB) и некоторых магм, извергающихся над зонами субдукции или в регионах континентального рифта .
Характеристики
[ редактировать ]
Астеносфера — это часть верхней мантии чуть ниже литосферы , которая участвует в тектоническом движении плит и изостатических изменениях. Он состоит из перидотита , породы, содержащей в основном минералы оливина и пироксена . [2] Граница литосферы и астеносферы условно принимается на изотерме 1300 ° C (2370 ° F) . Ближе к поверхности при более низких температурах мантия ведет себя жестко; глубже под поверхностью при более высоких температурах мантия движется пластично . [3] В астеносфере мантийная порода наиболее близко приближается к температуре плавления, и в этом слое, вероятно, присутствует небольшое количество расплава. [4]
Сейсмические волны сравнительно медленно проходят через астеносферу. [5] по сравнению с вышележащей литосферной мантией. Таким образом, ее назвали зоной низкой скорости (LVZ), хотя это не одно и то же; [6] [7] нижняя граница LVZ лежит на глубине от 180 до 220 километров (от 110 до 140 миль), [8] тогда как основание астеносферы находится на глубине около 700 километров (430 миль). [9] ЛВЗ также имеет высокое сейсмическое затухание (сейсмические волны, движущиеся через астеносферу, теряют энергию) и значительную анизотропию (поперечные волны, поляризованные вертикально, имеют меньшую скорость, чем поперечные волны, поляризованные горизонтально). [10] Открытие LVZ насторожило сейсмологов о существовании астеносферы и дало некоторую информацию о ее физических свойствах, поскольку скорость сейсмических волн уменьшается с уменьшением жесткости .Это уменьшение скорости сейсмических волн из литосферы в астеносферу могло быть вызвано наличием очень небольшого процента расплава в астеносфере, хотя, поскольку астеносфера пропускает S-волны , она не может полностью расплавиться. [4]
В океанической мантии переход от литосферы к астеносфере (ЛАБ) более пологий, чем в континентальной мантии (около 60 км в некоторых старых океанических регионах) с резким и большим перепадом скорости (5–10%). [11] На срединно-океанических хребтах LAB поднимается на расстояние нескольких километров от дна океана.
Считается, что верхняя часть астеносферы является зоной, по которой огромные твердые и хрупкие литосферные плиты земной коры движутся . Из-за условий температуры и давления в астеносфере порода становится пластичной , перемещаясь со скоростью деформации, измеряемой в см/год, на линейные расстояния, в конечном итоге измеряющие тысячи километров. Таким образом, он течет как конвекционный поток, излучая тепло наружу из недр Земли. Выше астеносферы при той же скорости деформации порода ведет себя упруго и, будучи хрупкой, может разрушаться, вызывая разломы . Считается, что жесткая литосфера «плавает» или движется по медленно текущей астеносфере, обеспечивая изостатическое равновесие. [12] и допуская движение тектонических плит . [13] [14]
Границы
[ редактировать ]Астеносфера простирается от верхней границы примерно на 80–200 км (от 50 до 120 миль) под поверхностью. [15] [7] до нижней границы на глубине примерно 700 километров (430 миль). [9]
Граница литосферы и астеносферы
[ редактировать ]Граница литосферы и астеносферы (LAB [15] [7] ) сравнительно резок и, вероятно, совпадает с началом частичного плавления или изменения состава или анизотропии . [16] Различные определения границы отражают различные аспекты пограничной области. Помимо определяемой по сейсмическим данным механической границы, отражающей переход от жесткой литосферы к пластичной астеносфере, к ним относятся тепловой пограничный слой, выше которого тепло переносится за счет теплопроводности и ниже которого теплообмен носит преимущественно конвективный характер ; реологическая граница, где вязкость падает ниже примерно 10 21 Па-с; и химический пограничный слой, над которым мантийная порода обеднена летучими веществами и обогащена магнием по сравнению с породой ниже. [17]
Нижняя граница астеносферы
[ редактировать ]Нижняя граница астеносферы, верх условно определенной мезосферы или мезосферной оболочки, [18] менее четко определен, но находится у основания верхней мантии. [19] Эта граница не является ни сейсмически четкой, ни хорошо изученной. [9] но примерно совпадает со сложным разрывом 670 км. [20] Этот разрыв обычно связан с переходом от мантийных пород, содержащих рингвудит, к мантийным породам, содержащим бриджманит и периклаз . [21]
Источник
[ редактировать ]Механические свойства астеносферы широко объясняются частичным плавлением породы. [4] Вполне вероятно, что небольшое количество расплава присутствует на большей части астеносферы, где оно стабилизируется следами летучих веществ (воды и углекислого газа), присутствующих в мантийных породах. [2] Однако вероятное количество расплава, составляющее не более примерно 0,1% породы, кажется недостаточным для полного объяснения существования астеносферы. Этого расплава недостаточно для полного смачивания границ зерен в породе, и не ожидается, что влияние расплава на механические свойства породы будет значительным, если границы зерен не смачиваются полностью. Резкую границу литосферы и астеносферы также трудно объяснить только частичным плавлением. [10] Возможно, расплав накапливается в верхней части астеносферы, где он задерживается непроницаемыми породами литосферы. [2] Другая возможность состоит в том, что астеносфера представляет собой зону минимальной растворимости воды в мантийных минералах, поэтому больше воды доступно для образования большего количества расплава. [22] Другим возможным механизмом возникновения механической слабости является скольжение по границам зерен, когда зерна слегка скользят друг мимо друга под напряжением, смазанные следами присутствующих летучих веществ. [10]
Численные модели мантийной конвекции, в которых вязкость зависит как от температуры, так и от скорости деформации, надежно создают океаническую астеносферу, что позволяет предположить, что ослабление скорости деформации является важным механизмом, способствующим этому. [23]
Генерация магмы
[ редактировать ]Декомпрессионное плавление ползущих к поверхности астеносферных пород является важнейшим источником магмы на Земле. Большая часть этого извергается на срединно-океанических хребтах, образуя характерный базальт срединно-океанических хребтов (MORB) океанической коры. [24] [25] [26] Магмы также образуются в результате декомпрессионного плавления астеносферы над зонами субдукции. [27] и в районах континентального рифтогенеза . [28] [29]
Декомпрессионное плавление в апвеллинге астеносферы, вероятно, начинается на глубине от 100 до 150 километров (от 60 до 90 миль), где небольшие количества летучих веществ в мантийных породах (около 100 частей на миллион воды и 60 частей на миллион углекислого газа ) способствуют плавлению. не более примерно 0,1% породы. На глубине около 70 километров (40 миль) достигаются условия сухого таяния, и таяние существенно увеличивается. Это обезвоживает оставшуюся твердую породу и, вероятно, является источником химически обедненной литосферы. [2] [10]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Баррелл, Дж. (1914). «Прочность земной коры. Часть VI. Связь изостатических движений со сферой слабости - астеносферой». Журнал геологии . 22 (7): 655–83. Бибкод : 1914JG.....22..655B . дои : 10.1086/622181 . JSTOR 30060774 . S2CID 224832862 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Хиршман 2010 .
- ^ Селф, Стив; Рампино, Майк (2012). «Кора и литосфера» . Геологическое общество Лондона . Проверено 27 января 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Кири, Клепейс и Вайн 2009 , с. 49.
- ^ Форсайт, Дональд В. (1975). «Ранняя структурная эволюция и анизотропия верхней мантии океана» . Международный геофизический журнал . 43 (1): 103–162. Бибкод : 1975GeoJ...43..103F . дои : 10.1111/j.1365-246X.1975.tb00630.x .
- ^ Кири, П., изд. (1993). Энциклопедия наук о твердой Земле . Оксфорд: Блэквелл Наука. ISBN 978-1-4443-1388-8 . OCLC 655917296 .
- ^ Перейти обратно: а б с Eppelbaum, Lev V.; Kutasov, I.M.; Pilchin, Arkady (2013). Applied Geothermics . Berlin, Germany. ISBN 978-3-642-34023-9 . ОСЛК 879327163 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Конди, Кент К. (1997). Тектоника плит и эволюция земной коры . Баттерворт-Хайнеманн . п. 123. ИСБН 978-0-7506-3386-4 . Проверено 21 мая 2010 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Кири, Клепейс и Вайн 2009 , с. 51.
- ^ Перейти обратно: а б с д Чтение 2012 года .
- ^ Рихерт, Кэтрин А.; Ширер, Питер М. (2011). «Изображение границы литосферы и астеносферы под Тихим океаном с использованием моделирования волн SS». Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 116 (Б7): B07307. Бибкод : 2011JGRB..116.7307R . дои : 10.1029/2010JB008070 .
- ^ Кири, Клепеис и Вайн 48–49.
- ^ Хендрикс, Марк; Томпсон, Грэм Р.; Терк, Джонатан (2015). Земля (2-е изд.). Стэмфорд, Коннектикут. ISBN 978-1-285-44226-6 . OCLC 864788835 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Гаррисон, Том; Эллис, Роберт (2017). Основы океанографии (8-е изд.). Пасифик Гроув, Калифорния. ISBN 978-1-337-51538-2 . OCLC 1100670264 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б Гупта, Харш К., изд. (2011). Энциклопедия геофизики твердой Земли . Дордрехт, Нидерланды: Springer. ISBN 978-90-481-8702-7 . OCLC 745002805 .
- ^ Рихерт, Кэтрин А.; Ширер, Питер М. (24 апреля 2009 г.). «Глобальный взгляд на границу литосферы и астеносферы». Наука . 324 (5926): 495–498. Бибкод : 2009Sci...324..495R . дои : 10.1126/science.1169754 . ПМИД 19390041 . S2CID 329976 .
- ^ Артемьева, Ирина (2011). Литосфера . стр. 6, 12. doi : 10.1017/CBO9780511975417 . ISBN 978-0-511-97541-7 .
- ^ Дейли, Реджинальд Олдворт (1940). Прочность и строение Земли . Прентис-Холл.
- ^ Андерсон, Дон Л. (1995). «Литосфера, астеносфера и перисфера» . Обзоры геофизики . 33 (1): 125–149. Бибкод : 1995RvGeo..33..125A . дои : 10.1029/94RG02785 . ISSN 8755-1209 .
- ^ Фаулер, CMR; Фаулер, Конни Мэй (2005). Твердая Земля: введение в глобальную геофизику . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0521893077 .
- ^ Ито, Э; Такахаши, Э (1989). «Постшпинельные превращения в системе Mg2SiO4-Fe2SiO4 и некоторые геофизические последствия». Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 94 (Б8): 10637–10646. Бибкод : 1989JGR....9410637I . дои : 10.1029/jb094ib08p10637 .
- ^ Мирдель, Катрин; Кепплер, Ганс; Смит, Джозеф Р.; Лангенхорст, Фалько (19 января 2007 г.). «Растворимость воды в глиноземистом ортопироксене и происхождение астеносферы Земли». Наука . 315 (5810): 364–368. Бибкод : 2007Sci...315..364M . дои : 10.1126/science.1135422 . ПМИД 17234945 . S2CID 33006157 .
- ^ Беккер, Торстен В. (ноябрь 2006 г.). «О влиянии вязкости, зависящей от температуры и скорости деформации, на глобальное мантийное течение, суммарное вращение и движущие силы плит» . Международный геофизический журнал . 167 (2): 943–957. Бибкод : 2006GeoJI.167..943B . дои : 10.1111/j.1365-246X.2006.03172.x .
- ^ Коннолли, Джеймс А.Д.; Шмидт, Макс В.; Сольферино, Джулио; Багдасаров, Николай (ноябрь 2009 г.). «Проницаемость астеносферной мантии и скорость извлечения расплава на срединно-океанических хребтах». Природа . 462 (7270): 209–212. Бибкод : 2009Natur.462..209C . дои : 10.1038/nature08517 . ПМИД 19907492 . S2CID 4352616 .
- ^ Олив, Жан-Артур; Дубланше, Пьер (ноябрь 2020 г.). «Контроль магматической фракции растяжения на срединно-океанических хребтах» . Письма о Земле и планетологии . 549 : 116541. Бибкод : 2020E&PSL.54916541O . дои : 10.1016/j.epsl.2020.116541 . S2CID 224923541 .
- ^ Хофманн, AW (1997). «Мантийная геохимия: послание океанического вулканизма» . Природа . 385 (6613): 219–228. Бибкод : 1997Natur.385..219H . дои : 10.1038/385219a0 . S2CID 11405514 .
- ^ Кондер, Джеймс А.; Винс, Дуглас А.; Моррис, Джули (август 2002 г.). «О структуре декомпрессионного плавления на вулканических дугах и задуговых спрединговых центрах: Дуговая и задуговая плавка» . Письма о геофизических исследованиях . 29 (15): 17–1–17-4. дои : 10.1029/2002GL015390 . S2CID 29842432 .
- ^ Кин, CE; Кортни, Колорадо; Делер, SA; Уильямсон, М.-К. (февраль 1994 г.). «Декомпрессионное плавление на рифтовых окраинах: сравнение прогнозов модели с распределением магматических пород на восточной окраине Канады». Письма о Земле и планетологии . 121 (3–4): 403–416. Бибкод : 1994E&PSL.121..403K . дои : 10.1016/0012-821X(94)90080-9 .
- ^ Стернаи, Пьетро (декабрь 2020 г.). «Поверхностные процессы, вызывающие растяжение горных пород» . Научные отчеты . 10 (1): 7711. Бибкод : 2020НатСР..10.7711С . doi : 10.1038/s41598-020-63920-w . ПМК 7206043 . ПМИД 32382159 .
Библиография
[ редактировать ]- Хиршманн, Марк М. (март 2010 г.). «Частичное плавление в зоне низких скоростей океана» . Физика Земли и недр планет . 179 (1–2): 60–71. Бибкод : 2010PEPI..179...60H . дои : 10.1016/j.pepi.2009.12.003 .
- Карато, Сюн-итиро (март 2012 г.). «О происхождении астеносферы» . Письма о Земле и планетологии . 321–322: 95–103. Бибкод : 2012E&PSL.321...95K . дои : 10.1016/j.epsl.2012.01.001 .
- Кири, П.; Клепейс, Кейт А.; Вайн, Ф.Дж. (2009). Глобальная тектоника (3-е изд.). Оксфорд: Уайли-Блэквелл. ISBN 978-1-4051-0777-8 . OCLC 132681514 .
- Макбрайд, Нил; Гилмор, Иэн (2004). Введение в Солнечную систему . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-54620-1 . Проверено 24 января 2016 г.
- Теркотт, Дональд Л.; Шуберт, Джеральд (2002). Геодинамика (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-0-521-66624-4 . Проверено 24 января 2016 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Внутренняя тепловая энергия Земли и внутреннее строение» . Геология. Департамент наук о Земле и окружающей среде. Сан-Диего, Калифорния: Государственный университет Сан-Диего. Архивировано из оригинала 3 марта 2011 года . Проверено 20 июля 2024 г.
