Граница литосферы и астеносферы

Граница литосферы и астеносферы (называемая LAB геофизиками ) представляет собой механическую разницу между слоями во внутренней структуре Земли . Внутреннее строение Земли можно описать как химически ( кора , мантия и ядро ), так и механически. Земли Граница литосферы и астеносферы проходит между более холодной, жесткой литосферой и более теплой, пластичной астеносферой . Фактическая глубина границы до сих пор остается предметом споров и исследований, хотя известно, что она варьируется в зависимости от окружающей среды. ^{[ 1 ]}

Определение

LAB определяется на основе различий в литосфере и астеносфере, включая, помимо прочего, различия в размере зерен , химическом составе, термических свойствах и степени частичного плавления ; это факторы, влияющие на реологические различия в литосфере и астеносфере. ^{[ 2 ]}

Механический пограничный слой (MBL)

LAB отделяет механически прочную литосферу от слабой астеносферы. Глубину LAB можно оценить по величине изгиба, которому подверглась литосфера из-за приложенной нагрузки на поверхности (например, изгиба от вулкана). ^{[ 3 ]} Изгиб — это один из показателей прочности, но землетрясения также можно использовать для определения границы между «сильными» и «слабыми» горными породами. Землетрясения в основном происходят в старой холодной литосфере при температуре до ~650°C. ^{[ 3 ]} Этот критерий особенно хорошо работает в океанической литосфере , где достаточно просто оценить температуру на глубине, исходя из возраста горных пород. ^{[ 4 ]} LAB наиболее поверхностно использует это определение. MBL редко приравнивают к литосфере, так как в некоторых тектонически активных регионах (например, в провинции Бассейнов и Хребтов ) MBL тоньше коры, а LAB может находиться над разрывом Мохоровичича .

Тепловой пограничный слой (ТБС)

Определение LAB как теплового пограничного слоя (TBL) основано не на температуре, а на доминирующем механизме переноса тепла . Литосфера не способна поддерживать конвекционные ячейки, поскольку она сильна, но конвективная мантия под ней гораздо слабее. В этой структуре LAB разделяет два режима переноса тепла [ проводимость и конвекция]. ^{[ 5 ]} Однако переход от области, которая переносит тепло преимущественно за счет конвекции в астеносфере, к проводящей литосфере не обязательно является резким и вместо этого охватывает широкую зону смешанного или временно изменяющегося переноса тепла. Верхняя часть теплового пограничного слоя — это максимальная глубина, на которой тепло передается только за счет проводимости. Дно TBL — это наименьшая глубина, на которой тепло переносится только конвекцией. На глубинах внутри TBL тепло переносится за счет сочетания как проводимости, так и конвекции.

Реологический пограничный слой (RBL)

LAB представляет собой реологический пограничный слой (RBL). Более низкие температуры на небольших глубинах Земли влияют на вязкость и прочность литосферы. Более холодный материал в литосфере сопротивляется течению, в то время как «более теплый» материал в астеносфере способствует его более низкой вязкости . Повышение температуры с увеличением глубины известно как геотермический градиент и происходит постепенно в пределах реологического пограничного слоя. На практике RBL определяется глубиной, на которой вязкость мантийных пород падает ниже ~ $10^{21}Pa\cdot s.$ . ^{[ 5 ]}

Однако материал мантии представляет собой неньютоновскую жидкость , т.е. его вязкость зависит и от скорости деформации. ^{[ 6 ]} Это означает, что ЛАБ может менять свое положение в результате изменения напряжений.

Композиционный пограничный слой (КПС)

Другое определение LAB предполагает различия в составе мантии на глубине. Литосферная мантия является ультраосновной и потеряла большую часть своих летучих компонентов, таких как вода , кальций и алюминий . ^{[ 5 ]} Знания об этом истощении основаны на составе мантийных ксенолитов . Глубину основания CBL можно определить по количеству форстерита в образцах оливина, извлеченных из мантии. Это связано с тем, что частичное плавление примитивной или астеносферной мантии оставляет после себя состав, обогащенный магнием , причем глубина, на которой концентрация магния соответствует концентрации примитивной мантии, является основой CBL. ^{[ 5 ]}

Измерение глубины лаборатории

Сейсмические наблюдения

Сейсмический . LAB (т.е. измеренный с помощью сейсмологических наблюдений) определяется наблюдением того, что над зоной низких скоростей (LVZ) существует сейсмически быстрая литосфера (или литосферная крышка) ^{[ 5 ]} Сейсмотомографические исследования показывают, что LAB не является чисто термическим, а скорее подвержен влиянию частичного плавления. ^{[ 5 ]} Причину LVZ можно объяснить различными механизмами. ^{[ 5 ]} Один из способов определить, образована ли LVZ в результате частичного расплавления, - это измерить электропроводность Земли в зависимости от глубины с использованием магнитотеллурических (МТ) методов. Частичное плавление имеет тенденцию к увеличению проводимости, и в этом случае LAB можно определить как границу между резистивной литосферой и проводящей астеносферой. ^{[ 5 ]}

Поскольку мантийный поток вызывает выравнивание минералов (таких как оливин) для создания наблюдаемой анизотропии в сейсмических волнах, другое определение сейсмической LAB - это граница между анизотропной астеносферой и изотропной (или другой моделью анизотропии) литосферой. ^{[ 7 ]}

Сейсмическая LVZ была впервые обнаружена Бено Гутенбергом , чье имя иногда используется для обозначения основания сейсмической LAB под океанической литосферой. ^{[ 5 ]} Во многих исследованиях разрыв Гутенберга совпадает с ожидаемой глубиной LAB, а также было обнаружено, что он становится глубже под более старой корой, что подтверждает предположение о том, что разрыв тесно взаимосвязан с LAB. ^{[ 8 ]} Данные преобразованных сейсмических фаз указывают на резкое уменьшение скорости поперечных волн на глубине 90–110 км под континентальной корой . ^{[ 9 ]} Недавние сейсмологические исследования указывают на снижение скорости поперечных волн на 5–10 процентов в диапазоне глубин от 50 до 140 км под океанскими бассейнами .

Под океанической литосферой

Под океанической корой LAB находится на глубине от 50 до 140 км, за исключением близ срединно-океанических хребтов , где LAB не глубже, чем глубина создаваемой новой коры. ^{[ 10 ]} Сейсмические данные показывают, что океанические плиты с возрастом утолщаются. Это говорит о том, что LAB под океанической литосферой также углубляется с возрастом плит. Данные океанических сейсмометров указывают на резкую возрастную зависимость LAB под Тихоокеанской и Филиппинской плитами и интерпретируются как свидетельство термического контроля толщины океанической литосферы. ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}

Под континентальной литосферой

Континентальная литосфера содержит древние стабильные части, известные как кратоны . LAB особенно трудно изучать в этих регионах, поскольку имеются данные, свидетельствующие о том, что литосфера в этой старой части континента имеет наибольшую толщину и даже, по-видимому, демонстрирует большие различия в мощности под кратонами. ^{[ 13 ]} тем самым подтверждая теорию о том, что толщина литосферы и глубина LAB зависят от возраста. Глубина LAB под этими регионами (состоящая из щитов и платформ ) оценивается в 200–250 км. ^{[ 14 ]} Под фанерозойской континентальной корой LAB находится на глубине около 100 км. ^{[ 14 ]}

Ссылки

^ 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 .
^ 12. Фьельдскаар, В., 1994. Вязкость и мощность астеносферы, обнаруженной на Фенноскандинавском поднятии. Письма о Земле и планетарной науке, 126, 4 399–410.
^ Перейти обратно: ^а ^б Андерсон, Дон Л. (1995). «Литосфера, астеносфера и перисфера». Обзоры геофизики . 33 (1): 125–149. Бибкод : 1995RvGeo..33..125A . дои : 10.1029/94RG02785 . S2CID 16708331 .
^ Теркотт, Дональд Л.; Шуберт, Джеральд (2002). Геодинамика . дои : 10.1017/cbo9780511807442 . ISBN 978-0-511-80744-2 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Артемьева, Ирина (2011). Литосфера . стр. 6, 12. doi : 10.1017/CBO9780511975417 . ISBN 978-0-511-97541-7 .
^ Чеховский, Лешек; Град, Марек (2018). «Два механизма формирования астеносферных слоев». arXiv : 1802.06843 . Бибкод : 2018arXiv180206843C . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Итон, Дэвид В.; Дарбишир, Фиона; Эванс, Роб Л.; Грюттер, Герман; Джонс, Алан Г.; Юань, Сяохуэй (апрель 2009 г.). «Неуловимая граница литосферы и астеносферы (ЛАБ) под кратонами» . Литос . 109 (1–2): 1–22. Бибкод : 2009Litho.109....1E . дои : 10.1016/j.lithos.2008.05.009 .
^ Шмерр, Николас (2012). «Разрыв Гутенберга: плавление на границе литосферы и астеносферы». Наука . 335 (6075): 1480–1483. Бибкод : 2012Sci...335.1480S . дои : 10.1126/science.1215433 . ПМИД 22442480 . S2CID 206538202 .
^ Рихерт, Кэтрин; Фишер, Карен ; Рондене, Стефан (июль 2005 г.). «Резкая граница литосферы и астеносферы, изображенная под восточной частью Северной Америки». Природа . 436 (28): 542–545. Бибкод : 2005Natur.436..542R . дои : 10.1038/nature03904 . ПМИД 16049485 . S2CID 4386941 .
^ Пасьянос, Майкл Э. (январь 2010 г.). «Толщина литосферы, смоделированная на основе дисперсии длиннопериодных поверхностных волн». Тектонофизика . 481 (1–4): 38–50. Бибкод : 2010Tectp.481...38P . дои : 10.1016/j.tecto.2009.02.023 . ОСТИ 970649 .
^ Канадзава, Тошихико; Суехиро, Киёси (2009) . Ясуко, Масанао Кавакацу, Хитоши; Кумар , ; ) ): 499–502. Бибкод : ...324..499K .doi : S2CID 10.1126 science.1169499 PMID 19390042. 206517967 2009Sci / .
^ Фишер, Карен М .; Форд, Хизер А.; Абт, Дэвид Л.; Рихерт, Кэтрин А. (апрель 2010 г.). «Граница литосферы и астеносферы». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 38 (1): 551–575. Бибкод : 2010AREPS..38..551F . doi : 10.1146/annurev-earth-040809-152438 .
^ Итон, Дэвид; Дарбишир, Фиона; Эванс, Роб; Груттер, Герман; Джонс, Алан; Юань, Сяохуэй (2009). «Неуловимая граница литосферы и астеносферы (ЛАБ) под кратонами» . Литос . 109 (1–2): 1–22. Бибкод : 2009Litho.109....1E . дои : 10.1016/j.lithos.2008.05.009 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Пломерова, Ярослава; Куба, Дэниел; Бабушка, Владислав (2002). «Картирование границы литосферы и астеносферы посредством изменений анизотропии поверхностных волн». Тектонофизика . 358 (1–4): 175–185. Бибкод : 2002Tectp.358..175P . дои : 10.1016/s0040-1951(02)00423-7 .

[globalview2-1] 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 .

[2] 12. Фьельдскаар, В., 1994. Вязкость и мощность астеносферы, обнаруженной на Фенноскандинавском поднятии. Письма о Земле и планетарной науке, 126, 4 399–410.

[:02-3] Перейти обратно: ^а ^б Андерсон, Дон Л. (1995). «Литосфера, астеносфера и перисфера». Обзоры геофизики . 33 (1): 125–149. Бибкод : 1995RvGeo..33..125A . дои : 10.1029/94RG02785 . S2CID 16708331 .

[4] Теркотт, Дональд Л.; Шуберт, Джеральд (2002). Геодинамика . дои : 10.1017/cbo9780511807442 . ISBN 978-0-511-80744-2 .

[Artemieva_The_Lithosphere-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Артемьева, Ирина (2011). Литосфера . стр. 6, 12. doi : 10.1017/CBO9780511975417 . ISBN 978-0-511-97541-7 .

[6] Чеховский, Лешек; Град, Марек (2018). «Два механизма формирования астеносферных слоев». arXiv : 1802.06843 . Бибкод : 2018arXiv180206843C . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[7] Итон, Дэвид В.; Дарбишир, Фиона; Эванс, Роб Л.; Грюттер, Герман; Джонс, Алан Г.; Юань, Сяохуэй (апрель 2009 г.). «Неуловимая граница литосферы и астеносферы (ЛАБ) под кратонами» . Литос . 109 (1–2): 1–22. Бибкод : 2009Litho.109....1E . дои : 10.1016/j.lithos.2008.05.009 .

[8] Шмерр, Николас (2012). «Разрыв Гутенберга: плавление на границе литосферы и астеносферы». Наука . 335 (6075): 1480–1483. Бибкод : 2012Sci...335.1480S . дои : 10.1126/science.1215433 . ПМИД 22442480 . S2CID 206538202 .

[9] Рихерт, Кэтрин; Фишер, Карен ; Рондене, Стефан (июль 2005 г.). «Резкая граница литосферы и астеносферы, изображенная под восточной частью Северной Америки». Природа . 436 (28): 542–545. Бибкод : 2005Natur.436..542R . дои : 10.1038/nature03904 . ПМИД 16049485 . S2CID 4386941 .

[lithodispersion2-10] Пасьянос, Майкл Э. (январь 2010 г.). «Толщина литосферы, смоделированная на основе дисперсии длиннопериодных поверхностных волн». Тектонофизика . 481 (1–4): 38–50. Бибкод : 2010Tectp.481...38P . дои : 10.1016/j.tecto.2009.02.023 . ОСТИ 970649 .

[sharplab2-11] Канадзава, Тошихико; Суехиро, Киёси (2009) . Ясуко, Масанао Кавакацу, Хитоши; Кумар , ; ) ): 499–502. Бибкод : ...324..499K .doi : S2CID 10.1126 science.1169499 PMID 19390042. 206517967 2009Sci / .

[12] Фишер, Карен М .; Форд, Хизер А.; Абт, Дэвид Л.; Рихерт, Кэтрин А. (апрель 2010 г.). «Граница литосферы и астеносферы». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 38 (1): 551–575. Бибкод : 2010AREPS..38..551F . doi : 10.1146/annurev-earth-040809-152438 .

[13] Итон, Дэвид; Дарбишир, Фиона; Эванс, Роб; Груттер, Герман; Джонс, Алан; Юань, Сяохуэй (2009). «Неуловимая граница литосферы и астеносферы (ЛАБ) под кратонами» . Литос . 109 (1–2): 1–22. Бибкод : 2009Litho.109....1E . дои : 10.1016/j.lithos.2008.05.009 .

[maplab2-14] Перейти обратно: ^а ^б Пломерова, Ярослава; Куба, Дэниел; Бабушка, Владислав (2002). «Картирование границы литосферы и астеносферы посредством изменений анизотропии поверхностных волн». Тектонофизика . 358 (1–4): 175–185. Бибкод : 2002Tectp.358..175P . дои : 10.1016/s0040-1951(02)00423-7 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

v т и Структура Земли
Ракушки	Корочка Мантия Верхняя мантия Литосферная мантия Астеносфера Нижняя мантия (она же мезосфера ) Основной Внешнее ядро Внутреннее ядро
Глобальные разрывы	Мохоровичич (кора-мантия) 410 разрыв (верхняя мантия) 660 разрыв (верхняя мантия) Разрыв D'' (нижняя мантия) Граница ядро-мантия Внутренняя граница ядра
Региональные разрывы	Конрад континентальная кора Гутенберг (верхняя мантия) Леманн (верхняя мантия)
Категория