Пиролит
Пиролит Земли — термин, используемый для характеристики модельного состава мантии . Эта модель основана на том, что источник пиролита может производить срединно-океанических хребтов базальты (MORB) путем частичного плавления. [1] [2] Впервые это было предложено Тедом Рингвудом (1962). [3] как состоящая из 1 части базальта и 4 частей гарцбургита , но позже была изменена на 1 часть толеитового базальта и 3 части дунита . [1] [4] Этот термин происходит от названий минералов PYR-оксена и OL-ивина . [5] Однако вопрос о том, является ли пиролит полностью представителем мантии Земли, остается спорным. [6]
Химический состав и фазовый переход
[ редактировать ]
Макроэлементный состав пиролита составляет около 44,71 мольного процента (моль%) SiO 2 , 3,98 % Al 2 O 3 , 8,18 % FeO, 3,17 % CaO, 38,73 % MgO, 0,13 % Na 2 O. [9]
1) Пиролитовая Верхняя мантия в основном состоит из оливина (~60 объемных процентов (об.%)), клинопироксена , ортопироксена и граната . [7] Пироксен постепенно растворялся в гранате и образовывал мэйджоритовый гранат. [10]
2) Пиролитовая мантийная переходная зона состоит в основном из 60 об.% полиморфных модификаций оливина ( вадслеит , рингвудит ) и ~40 об.% мэйджоритового граната. Верхняя и нижняя границы мантийной переходной зоны в основном отмечены переходом оливин-вадслеит и рингвудит-перовскит соответственно.
3) Пиролитовая нижняя мантия состоит преимущественно из магниевого перовскита (~80 об. %), ферроперклаза (~ 13 об. %) и кальциевого перовскита (~ 7 %). Кроме того, постперовскит может присутствовать в нижней части Нижней мантии.
Свойства сейсмической скорости и плотности
[ редактировать ]
Скорости продольных и поперечных волн (Vp и Vs) пиролита вдоль адиабатической геотермы 1600 К показаны на рис. 2. [2] профиль его плотности показан на рис. 3. [2]
На границе Верхней мантии и мантийной переходной зоны (~410 км) Vp, Vs и плотность скачут на ~6%, ~6% и ~4% в модели пиролита: [2] соответственно, которые в основном связаны с фазовым переходом оливин-вадслеит . [11]
На границе мантийной переходной зоны и нижней мантии Vp, Vs и плотность скачут на ~3%, ~6% и ~6% в модели пиролита соответственно. [2] При наличии большего количества параметров упругости профили Vp, Vs и плотности пиролита будут обновлены.
Недостатки
[ редактировать ]Вопрос о том, может ли пиролит представлять собой окружающую мантию, остается спорным.
В геохимическом аспекте она не удовлетворяет данным по микроэлементам или изотопам базальтов Срединно-океанического хребта, поскольку гипотеза пиролита основана на основных элементах и некоторых произвольных предположениях (например, количестве базальта и плавлении в источнике). [1] Это также может нарушать неоднородность мантии. [12]
В геофизическом аспекте некоторые исследования показывают, что сейсмические скорости пиролита не очень хорошо согласуются с наблюдаемыми глобальными сейсмическими моделями (такими как PREM ) в недрах Земли. [6] тогда как некоторые исследования поддерживают модель пиролита. [13]
Другие модели Mantle Rock
[ редактировать ]
Существуют и другие модели горных пород мантии Земли:
(1) Пиклогит: в отличие от пиролита, обогащенного оливином, пиклогит представляет собой модель с низким содержанием оливина (~20% оливина), предложенную для обеспечения лучшего соответствия наблюдениям сейсмической скорости в переходной зоне. [15] [16] Фазовый состав пиклогита аналогичен: 20% оливина + 80% эклогита. [17]
(2) Эклогит , преобразован из базальта Срединно-Океанского хребта на глубине ~60 км, [ нужна ссылка ] существует в мантии Земли главным образом в пределах субдуцированных плит. Он сложен преимущественно гранатом и клинопироксеном (в основном омфацитом ) до глубины ~500 км (рис. 4).
(3) Гарцбургит, он в основном существует под базальтовым слоем Срединно-Океанического хребта океанической литосферы и может проникать в глубокую мантию вместе с субдуцированной океанической литосферой. Его фазовый состав подобен пиролиту, но содержит более высокую долю оливина (~70 об. %), чем пиролит. [18]
В целом, пиролит и пиклогит являются моделями горных пород окружающей мантии, эклогит и гарцбургит — моделями пород субдуцированной океанической литосферы . Океаническая литосфера, образовавшаяся в результате частичного плавления пиролита, в основном состоит из слоя базальта, слоя гарцбургита и обедненного пиролита сверху донизу. [19] Субдуцированные океанические литосферы способствуют неоднородности мантии Земли, поскольку они имеют другой состав (эклогит и гарцбургит) от окружающей мантии (пиролит). [2] [14]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Андерсон, Дон Л. (1 января 1989 г.). Теория Земли . Бостон, Массачусетс: Научные публикации Блэквелла. ISBN 978-0-86542-335-0 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Сюй, Вэньбо; Литгоу-Бертеллони, Каролина ; Стиксруд, Ларс; Ритсема, Йерун (октябрь 2008 г.). «Влияние объемного состава и температуры на сейсмическую структуру мантии» . Письма о Земле и планетологии . 275 (1–2): 70–79. Бибкод : 2008E&PSL.275...70X . дои : 10.1016/j.epsl.2008.08.012 . ISSN 0012-821X .
- ^ Рингвуд, AE (февраль 1962 г.). «Модель верхней мантии» . Журнал геофизических исследований . 67 (2): 857–867. Бибкод : 1962JGR....67..857R . дои : 10.1029/jz067i002p00857 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Рингвуд, AE; Майор, Алан (сентябрь 1966 г.). «Превращения под высоким давлением в пироксенах» . Письма о Земле и планетологии . 1 (5): 351–357. Бибкод : 1966E&PSL...1..351R . дои : 10.1016/0012-821x(66)90023-9 . ISSN 0012-821X .
- ^ Д. Х. Грин. Пиролит. В: Петрология. Энциклопедия наук о Земле. Спрингер, 1989 г.
- ^ Перейти обратно: а б Кацура, Томоо; Шацкий, Антон; Мантилейк, Массачусетс, Гит М.; Чжай, Шуанмэн; Ямадзаки, Дайсуке; Мацузаки, Такуя; Ёсино, Такаши; Йонеда, Акира; Ито, Эйдзи; Сугита, Мицухиро; Томиока, Натотака (12 июня 2009 г.). «PV-Отношения вадслеита, определенные методом дифракции рентгеновских лучей in situ в аппарате высокого давления большого объема» . Письма о геофизических исследованиях . 36 (11). Бибкод : 2009GeoRL..3611307K . дои : 10.1029/2009gl038107 . ISSN 0094-8276 .
- ^ Перейти обратно: а б Фрост, Дэниел Дж. (1 июня 2008 г.). «Верхняя мантия и переходная зона» . Элементы . 4 (3): 171–176. дои : 10.2113/GSELEMENTS.4.3.171 . ISSN 1811-5209 . S2CID 129527426 .
- ^ Стиксруд, Ларс; Литгоу-Бертеллони, Каролина (2005). «Минералогия и эластичность верхней мантии океана: происхождение зоны низких скоростей» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 110 (Б3). Бибкод : 2005JGRB..110.3204S . дои : 10.1029/2004JB002965 . hdl : 2027.42/94924 . ISSN 2156-2202 .
- ^ Уоркман, Рея К.; Харт, Стэнли Р. (февраль 2005 г.). «Майорный и микроэлементный состав обедненной мантии MORB (DMM)» . Письма о Земле и планетологии . 231 (1–2): 53–72. Бибкод : 2005E&PSL.231...53W . дои : 10.1016/j.epsl.2004.12.005 . ISSN 0012-821X .
- ^ Ирифунэ, Тецуо (май 1987 г.). «Экспериментальное исследование пироксен-гранатового превращения в составе пиролита и его влияние на строение мантии» . Физика Земли и недр планет . 45 (4): 324–336. Бибкод : 1987PEPI...45..324I . дои : 10.1016/0031-9201(87)90040-9 . ISSN 0031-9201 .
- ^ САВАМОТО, Х.; ВАЙДНЕР, диджей; САСАКИ, С.; КУМАЗАВА, М. (18 мая 1984 г.). «Монокристаллические упругие свойства модифицированной шпинельной (бета) фазы ортосиликата магния» . Наука . 224 (4650): 749–751. Бибкод : 1984Sci...224..749S . дои : 10.1126/science.224.4650.749 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 17780624 . S2CID 6602306 .
- ^ Дон Л. Андерсон, Новая теория Земли , издательство Кембриджского университета, 2-е изд. 2007, с. 193 ISBN 978-0-521-84959-3
- ^ Ирифунэ, Т.; Хиго, Ю.; Иноуэ, Т.; Коно, Ю.; Офудзи, Х.; Фунакоши, К. (2008). «Скорость звука мэйджоритового граната и состав мантийной переходной области» . Природа . 451 (7180): 814–817. Бибкод : 2008Natur.451..814I . дои : 10.1038/nature06551 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 18273016 . S2CID 205212051 .
- ^ Перейти обратно: а б Хао, Мин; Чжан, Джин С.; Пьеротти, Кэролайн Э.; Чжоу, Вэнь-И; Чжан, Дунчжоу; Дера, Пшемыслав (август 2020 г.). «Самая сейсмически быстрая химическая неоднородность в глубокой верхней мантии Земли — следствие монокристаллических термоупругих свойств жадеита» . Письма о Земле и планетологии . 543 : 116345. Бибкод : 2020E&PSL.54316345H . дои : 10.1016/j.epsl.2020.116345 . ISSN 0012-821X .
- ^ Басс, Джей Д.; Андерсон, Дон Л. (март 1984 г.). «Состав верхней мантии: геофизические испытания двух петрологических моделей» . Письма о геофизических исследованиях . 11 (3): 229–232. Бибкод : 1984GeoRL..11..229B . дои : 10.1029/gl011i003p00229 . ISSN 0094-8276 .
- ^ Басс, Джей Д.; Андерсон, Дон Л. (1988), «Состав верхней мантии: геофизические испытания двух петрологических моделей» , Упругие свойства и уравнения состояния , Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз, стр. 513–516, doi : 10.1029/sp026p0513 , ISBN 0-87590-240-5 , получено 3 октября 2020 г.
- ^ Ирифунеа, Т.; Рингвуд, А.Е. (1987), «Фазовые превращения в примитивных составах MORB и пиролита до 25 ГПа и некоторые геофизические последствия» , Исследования высокого давления в физике минералов: Том в честь Сюн-ити Акимото , том. 39, Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз, стр. 231–242, Bibcode : 1987GMS....39..231I , doi : 10.1029/gm039p0231 , ISBN 0-87590-066-6 , получено 3 октября 2020 г.
- ^ Исии, Такаюки; Кодзитани, Хироши; Акаоги, Масаки (апрель 2019 г.). «Фазовые отношения гарцбургита и MORB вплоть до самых верхних условий нижней мантии: точное сравнение с пиролитом с помощью экспериментов с высоким давлением в ячейке с несколькими образцами с учетом динамики субдуцированных плит» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 124 (4): 3491–3507. Бибкод : 2019JGRB..124.3491I . дои : 10.1029/2018jb016749 . ISSN 2169-9313 . S2CID 146787786 .
- ^ Рингвуд, AE; Ирифунэ, Т. (январь 1988 г.). «Природа сейсмического разрыва 650 км: значение для динамики и дифференциации мантии» . Природа . 331 (6152): 131–136. Бибкод : 1988Natur.331..131R . дои : 10.1038/331131a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 4323081 .