Крупные провинции с низкой скоростью сдвига
Большие провинции с низкой скоростью сдвига ( LLSVP ), также называемые большими провинциями с низкой скоростью сдвига ( LLVP ) или суперплюмами , представляют собой характерные структуры частей самой нижней мантии , области, окружающей внешнее ядро глубоко внутри Земли. [2] Эти провинции характеризуются медленными скоростями поперечных волн и были обнаружены с помощью сейсмической томографии глубин Земли. Есть две основные провинции: Африканская LLSVP и Тихоокеанская LLSVP , обе простираются в поперечном направлении на тысячи километров и, возможно, до 1000 километров по вертикали от границы ядро-мантия . Они были названы Тузо и Джейсон соответственно, в честь Тузо Уилсона и У. Джейсона Моргана , двух геологов, известных в области тектоники плит. [3] Тихоокеанская LLSVP имеет диаметр 3000 километров (1900 миль) и лежит в основе четырех горячих точек на земной коре , которые предполагают наличие под ней множества мантийных плюмов . [4] Эти зоны составляют около 8% объема мантии или 6% всей Земли. [1]
Другие названия LLSVP и их надстроек включают супервыпуклости , суперплюмы, термохимические сваи или скрытые резервуары, что в основном описывает их предполагаемые геодинамические или геохимические эффекты. Например, название «термохимическая куча» интерпретирует LLSVP как груды нижней мантии из термически горячего и / или химически отличного материала. LLSVP до сих пор относительно загадочны, и остается много вопросов об их природе, происхождении и геодинамических эффектах. [5]
Сейсмологическое моделирование
[ редактировать ]Непосредственно над границей ядра и мантии находится слой нижней мантии толщиной 200 километров (120 миль). Этот слой известен как структура D″ («D Double-Prime» или «D Prime Prime») или структура второй степени. [6] LLSVP были обнаружены в полномантийных сейсмотомографических моделях скорости сдвига как медленные особенности в слое D ″ под Африкой и Тихим океаном. [7] Глобальные сферические гармоники слоя D″ стабильны на протяжении большей части мантии, но вдоль двух LLSVP появляются аномалии. Используя скорости поперечных волн, можно проверить расположение LLSVP и создать устойчивую картину мантийной конвекции . Эта стабильная конфигурация отвечает за геометрию движения пластин на поверхности. [8]
LLSVP расположены вокруг экватора, но в основном в южном полушарии. Модели глобальной томографии по своей сути приводят к сглаживанию функций; Однако локальное моделирование объемных волн показало, что LLSVP имеют резкие границы. [9] Резкость границ не позволяет объяснить особенности только температурой; LLSVP должны различаться по составу, чтобы объяснить скачок скорости. Зоны сверхнизких скоростей на меньших масштабах обнаружены в основном на краях этих LLSVP. [10]
С помощью твердого земного прилива была определена плотность этих регионов. Нижние две трети на 0,5% плотнее основной массы мантии. Однако приливная томография не может определить, как распределяется избыточная масса; более высокая плотность может быть вызвана первичным материалом или погруженными океанскими плитами. [11] Африканская LLSVP может быть потенциальной причиной Южно-Атлантической аномалии . [12]
Происхождение
[ редактировать ]Было предложено несколько гипотез происхождения и существования LLSVP в зависимости от того, представляют ли провинции чисто термические несогласия также химические несогласия ( т.е. (т.е. имеют изохимическую природу, имеют тот же химический состав, что и окружающая мантия) или представляют собой природы, отличающегося по химическому составу от окружающей мантии). Если LLSVP представляют собой чисто термические несогласия, то они могли образоваться в виде крупных мантийных плюмов горячей поднимающейся мантии. Однако геодинамические исследования предсказывают, что изохимический подъем более горячего материала с меньшей вязкостью должен привести к образованию длинных и узких шлейфов. [13] в отличие от больших и широких шлейфов, наблюдаемых у LLSVP. Однако важно помнить, что разрешение геодинамических моделей и сейсмических изображений мантии Земли сильно различаются. [14]
В настоящее время ведущей гипотезой LLSVP является скопление субдуцированных океанических плит. Это соответствует расположению известных кладбищ плит вокруг Тихоокеанского LLSVP. Считается, что эти кладбища являются причиной зональных аномалий высоких скоростей, окружающих Тихоокеанский LLSVP, и, как полагают, они образовались в результате зон субдукции, которые существовали задолго до рассеяния — около 750 миллионов лет назад — суперконтинента Родиния . Благодаря фазовому превращению температура частично расплавит плиты с образованием плотного расплава, который объединяется и образует структуры зоны сверхнизких скоростей в нижней части границы ядро-мантия ближе к LLSVP, чем к кладбищам плит. Остальная часть материала затем поднимается вверх за счет плавучести, вызванной химическими веществами, и способствует образованию высоких уровней базальта, обнаруженных на срединно-океаническом хребте . В результате движения формируются небольшие скопления небольших плюмов прямо над границей ядра и мантии, которые объединяются, образуя более крупные плюмы, а затем вносят свой вклад в суперплюмы. Тихоокеанская и африканская LLSVP в этом сценарии изначально создаются в результате выброса тепла из ядра (4000 К) в гораздо более холодную мантию (2000 К); переработанный Литосфера — это топливо, которое помогает управлять конвекцией суперплюма. Поскольку ядру Земли было бы трудно поддерживать столь высокую температуру самостоятельно, это подтверждает существование радиогенных нуклидов в ядре, а также указывает на то, что, если плодородная субдуцированная литосфера перестанет погружаться в местах, предпочтительных для поглощения суперплюма, она ознаменует закат этого суперплюма. [4]
Другое предполагаемое происхождение LLSVP заключается в том, что их образование связано с гипотезой гигантского удара , которая утверждает, что Луна образовалась после столкновения Земли с телом размером с планету под названием Тейя . [15] Гипотеза предполагает, что LLSVP могут представлять собой фрагменты мантии Тейи, которые опустились до границы ядра и мантии Земли. [15] Более высокая плотность фрагментов мантии обусловлена их обогащением оксидом железа(II) по сравнению с остальной мантией Земли. Этот более высокий состав оксида железа (II) также будет соответствовать изотопной геохимии лунных образцов, а также базальтов океанских островов, перекрывающих LLSVP. [16] [17]
Динамика
[ редактировать ]Геодинамические модели мантийной конвекции включают материал, отличающийся по составу. Материал имеет тенденцию скатываться в гребни или кучи. [10] При включении в моделирование реалистичных движений прошлых плит материал попадает в места, которые удивительно похожи на современное расположение LLSVP. [18] Эти места также соответствуют известным местам кладбищ плит.
Эти типы моделей, а также наблюдение о том, что D″-структура LLSVP ортогональна пути истинного блуждания полюсов , предполагают, что эти мантийные структуры были стабильными в течение больших периодов времени. Это геометрическое соотношение согласуется с положением Пангеи и формированием современной структуры геоида из-за распада континентов из-за суперволны внизу. [8]
Однако тепла от ядра недостаточно для поддержания энергии, необходимой для подпитки супершлеймов, расположенных на LLSVP. происходит фазовый переход от перовскита к постперовскиту, Из нисходящих плит вызывающий экзотермическую реакцию . Эта экзотермическая реакция помогает нагреть LLSVP, но ее недостаточно для учета общей энергии, необходимой для его поддержания. Таким образом, предполагается, что материал из кладбища плит может стать чрезвычайно плотным и образовать большие лужи расплавленного концентрата, обогащенного ураном , торием и калием . Считается, что эти концентрированные радиогенные элементы обеспечивают необходимые высокие температуры. Итак, появление и исчезновение кладбищ плит предсказывает рождение и смерть LLSVP, потенциально меняя динамику всей тектоники плит. [4]
См. также
[ редактировать ]- Зона низкой скорости
- Гипотеза катастрофического сдвига полюсов
- Супервращение внутреннего ядра
- Теорема о промежуточной оси
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Коттаар; Лекич (2016). «Морфология структур нижней мантии» . Международный геофизический журнал . 207 (2): 1122–1136. Бибкод : 2016GeoJI.207.1122C . дои : 10.1093/gji/ggw324 .
- ^ Гарнеро, Эдвард Дж.; Макнамара, Аллен К.; Шим, Сан-Хон (2016). «Аномальные зоны размером с континент с низкой сейсмической скоростью у основания мантии Земли». Природа Геонауки . 9 (7): 481–489. Бибкод : 2016NatGe...9..481G . дои : 10.1038/ngeo2733 .
- ^ Лау, Харриет; Аль-Аттар, Дэвид (01 декабря 2021 г.). «Взвешивание ТУЗО и ДЖЕЙСОНА индивидуально» . Тезисы осеннего собрания АГУ . 2021 : DI13A–05. Бибкод : 2021AGUFMDI13A..05L .
- ^ Jump up to: а б с Маруяма; Сантош; Чжао (январь 2007 г.). «Суперплюм, суперконтинент и постперовскит: мантийная динамика и тектоника антиплит на границе ядра и мантии». Исследования Гондваны . 11 (1–2): 7–37. Бибкод : 2007ГондР..11....7М . дои : 10.1016/j.gr.2006.06.003 .
- ^ Дэвис, доктор медицинских наук; Идет, С.; Лау, HCP (2015), Хан, Амир; Дешам, Фредерик (ред.), «LLSVP глубокой мантии с термическим преобладанием: обзор» , Гетерогенная мантия Земли: геофизическая, геодинамическая и геохимическая перспектива , Cham: Springer International Publishing, стр. 441–477, doi : 10.1007/978 -3-319-15627-9_14 , ISBN 978-3-319-15627-9 , получено 9 апреля 2024 г.
- ^ Пельтье, WR (2007). «Динамика мантии и последствия постперовскитной фазы для слоя D» (PDF) . В Кей Хиросе; Джон Бродхолт; Том Лэй; Дэвид Юэнь (ред.). Пост-перовскит: последний фазовый переход мантии . Геофизические монографии АГУ. Том. 174. Американский геофизический союз . стр. 217–227. ISBN 978-0-87590-439-9 . Архивировано (PDF) из оригинала 23 сентября 2015 г. Проверено 5 мая 2015 г.
- ^ Лекич, В.; Коттаар, С.; Дзевонски А. и Романович Б. (2012). «Кластерный анализ глобальной нижней мантии». Письма о Земле и планетологии . 357–358. ЭПСЛ: 68–77. Бибкод : 2012E&PSL.357...68L . дои : 10.1016/j.epsl.2012.09.014 .
- ^ Jump up to: а б Дзевонски, AM; Лекич, В.; Романович, Б. (2010). «Структура мантийного якоря: аргумент в пользу восходящей тектоники» (PDF) . ЭПСЛ. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ К, А.; Романович, Б.; Капдевиль, Ю.; Такеучи, Н. (2005). «3D-эффекты резких границ на границах африканского и тихоокеанского суперплюмов: наблюдение и моделирование». Письма о Земле и планетологии . 233 (1–2). ЭПСЛ: 137–153. Бибкод : 2005E&PSL.233..137T . дои : 10.1016/j.epsl.2005.01.037 .
- ^ Jump up to: а б Макнамара, AM; Гарнеро, Э.Дж.; Рост, С. (2010). «Отслеживание глубоких мантийных резервуаров с зонами сверхнизких скоростей» (PDF) . ЭПСЛ. Архивировано из оригинала (PDF) 18 мая 2021 г. Проверено 22 июня 2013 г.
- ^ Лау, Харриет CP; Митровица, Джерри X .; Дэвис, Джеймс Л.; Тромп, Йерун; Ян, Синь-Ин; Аль-Аттар, Дэвид (15 ноября 2017 г.). «Приливная томография ограничивает плавучесть глубокой мантии Земли» . Природа . 551 (7680): 321–326. Бибкод : 2017Natur.551..321L . дои : 10.1038/nature24452 . ПМИД 29144451 . S2CID 4147594 . Архивировано из оригинала 11 мая 2021 года . Проверено 19 июля 2019 г.
- ^ Джеки Аппель (31 марта 2023 г.). «Ученые начинают беспокоиться по поводу выбоины в космосе» . Архивировано из оригинала 1 апреля 2023 г. Проверено 1 апреля 2023 г.
- ^ Кэмпбелл, Ян Х.; Гриффитс, Росс В. (1990). «Последствия структуры мантийного плюма для эволюции паводковых базальтов». Письма о Земле и планетологии . 99 (1–2): 79–93. Бибкод : 1990E&PSL..99...79C . дои : 10.1016/0012-821X(90)90072-6 .
- ^ Дэвис, Д. Родри; Идет, С.; Дэвис, Дж. Х.; Шуберт, BSA; Бунге, Х.-П.; Ритсема, Дж. (ноябрь 2012 г.). «Согласование динамических и сейсмических моделей нижней мантии Земли: доминирующая роль термической неоднородности» . Письма о Земле и планетологии . 353–354: 253–269. Бибкод : 2012E&PSL.353..253D . дои : 10.1016/j.epsl.2012.08.016 .
- ^ Jump up to: а б Юань, Цянь; Ли, Минмин; Деш, Стивен Дж.; Ко, Пёнгван; Дэн, Хунпин; Гарнеро, Эдвард Дж.; Габриэль, Трэвис С.Дж.; Кегеррайс, Джейкоб А.; Миядзаки, Ёсинори; Эке, Винсент; Азимоу, Пол Д. (ноябрь 2023 г.). «Лунообразующий ударник как источник аномалий базальной мантии Земли». Природа . 623 (7985): 95–99. Бибкод : 2023Natur.623...95Y . дои : 10.1038/s41586-023-06589-1 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 37914947 . S2CID 264869152 .
- ^ Юань, Цянь; Ли, Минмин; Деш, Стивен Дж.; Ко, Пёнгван (2021). «Происхождение гигантского удара для крупных провинций с низкой скоростью сдвига» (PDF) . 52-я конференция по наукам о Луне и планетах . Архивировано (PDF) из оригинала 24 марта 2021 года . Проверено 27 марта 2021 г.
- ^ Зария Горветт (12 мая 2022 г.). «Почему в глубинах Земли существуют «капли» размером с континент?» . BBC Будущее . Архивировано из оригинала 21 мая 2022 года . Проверено 21 мая 2022 г.
- ^ Стейнбергер, Б.; Торсвик, TH (2012). «Геодинамическая модель шлейфов на окраинах крупных провинций с низкой скоростью сдвига» (PDF) . Г^3. Архивировано (PDF) из оригинала 15 августа 2014 г. Проверено 22 июня 2013 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Гарнеро, Э. (21–23 марта 2013 г.). Возможные резервуары радиоактивности в глубокой мантии (PDF) . Neutrino Geoscience 2013. Такаяма, Япония.
- Макнамара, АК (5 июня 2019 г.). «Обзор крупных провинций с низкими скоростями сдвига и зон сверхнизких скоростей». Тектонофизика . 760 : 199–220. Бибкод : 2019Tectp.760..199M . дои : 10.1016/j.tecto.2018.04.015 . S2CID 134501105 .
- Эндрюс, Р.Г. (7 мая 2022 г.). «Что представляют собой загадочные комки размером с континент глубоко внутри Земли?» . Новый учёный (3385).