Astenosfera

Astenosfera pokazana na granicy subdukcji

Astenosfera (od starogreckiego ἀσθενός ( asthenós ) „bez siły”) jest mechanicznie słabym i plastycznym regionem górnego płaszcza Ziemi. Leży pod litosferą , na głębokości od ~ 80 do 200 km (50 do 120 mil) pod powierzchnią i rozciąga się na głębokość 700 km (430 mil). Jednak dolna granica astenosfery nie jest dobrze zdefiniowana.

Astenosfera jest prawie stała, ale niewielka ilość topnienia (mniej niż 0,1% skały) przyczynia się do jej mechanicznej słabości. Bardziej rozległe topnienie dekompresyjne astenosfery ma miejsce tam, gdzie wydobywa się ona w górę i jest to najważniejsze źródło magmy na Ziemi. Jest źródłem bazaltu z grzbietów śródoceanicznych (MORB) i niektórych magm, które wybuchały powyżej stref subdukcji lub w regionach szczelin kontynentalnych .

Charakterystyka

Astenosfera w relacji do pozostałych warstw struktury Ziemi

Astenosfera jest częścią górnego płaszcza tuż pod litosferą, która bierze udział w ruchach tektonicznych płyt i dostosowaniach izostatycznych . Składa się z perydotytu , skały zawierającej głównie minerały oliwinu i piroksenu . Granica litosfera-astenosfera jest konwencjonalnie przyjmowana na izotermie 1300 ° C (2370 ° F) . Poniżej tej temperatury (bliżej powierzchni) płaszcz zachowuje się sztywno; powyżej tej temperatury (głębiej pod powierzchnią) zachowuje się plastycznie . Astenosfera to miejsce, w którym skała płaszcza najbardziej zbliża się do swojej temperatury topnienia i prawdopodobnie w tej warstwie pojawi się niewielka ilość stopu.

Fale sejsmiczne przechodzą przez astenosferę stosunkowo wolno w porównaniu z leżącym nad nią płaszczem litosferycznym. Dlatego nazwano ją strefą niskiej prędkości (LVZ), chociaż te dwie nie są dokładnie takie same; dolna granica LVZ leży na głębokości od 180 do 220 kilometrów (110 do 140 mil), podczas gdy podstawa astenosfery leży na głębokości około 700 kilometrów (430 mil). LVZ ma również wysokie tłumienie sejsmiczne (fale sejsmiczne poruszające się przez astenosferę tracą energię) i znaczną anizotropię (fale poprzeczne spolaryzowane pionowo mają mniejszą prędkość niż fale poprzeczne spolaryzowane poziomo). Odkrycie LVZ zaalarmowało sejsmologów o istnieniu astenosfery i dostarczyło pewnych informacji o jej właściwościach fizycznych, ponieważ prędkość fal sejsmicznych maleje wraz ze spadkiem sztywności . Ten spadek prędkości fali sejsmicznej z litosfery do astenosfery może być spowodowany obecnością bardzo małego procentu stopu w astenosferze, chociaż ponieważ astenosfera transmituje fale S , nie można jej całkowicie stopić.

płaszczu oceanicznym przejście z litosfery do astenosfery (LAB) jest płytsze niż w płaszczu kontynentalnym (około 60 km w niektórych starych regionach oceanicznych) z gwałtownym i dużym spadkiem prędkości (5–10%). Na grzbietach śródoceanicznych LAB wznosi się na odległość kilku kilometrów od dna oceanu.

Uważa się, że górna część astenosfery jest strefą, po której poruszają się wielkie sztywne i kruche płyty litosferyczne skorupy ziemskiej . Ze względu na warunki temperaturowe i ciśnieniowe w astenosferze, skała staje się plastyczna , poruszając się z szybkością deformacji mierzoną w cm/rok na liniowych odległościach ostatecznie mierzących tysiące kilometrów. W ten sposób przepływa jak konwekcyjny , promieniując ciepło na zewnątrz z wnętrza Ziemi. Powyżej astenosfery, przy takim samym tempie deformacji, skała zachowuje się elastycznie i jako krucha może pękać, powodując uskoki . Uważa się, że sztywna litosfera „unosi się” lub porusza się po wolno płynącej astenosferze, umożliwiając równowagę izostatyczną i ruch płyt tektonicznych .

Granice

Astenosfera rozciąga się od górnej granicy na około 80 do 200 km (50 do 120 mil) pod powierzchnią do dolnej granicy na głębokości około 700 kilometrów (430 mil).

Granica litosfera-astenosfera

Główny artykuł: Granica litosfery z astenosferą

Granica litosfera-astenosfera (LAB) jest stosunkowo ostra i prawdopodobnie zbiega się z początkiem częściowego topnienia lub zmianą składu lub anizotropii. Różne definicje granicy odzwierciedlają różne aspekty regionu granicznego. Oprócz mechanicznej granicy określonej przez dane sejsmiczne, która odzwierciedla przejście od sztywnej litosfery do plastycznej astenosfery, obejmują one termiczną warstwę graniczną, powyżej której ciepło jest transportowane przez przewodnictwo cieplne, a poniżej której ciepło jest przewodzone głównie przez konwekcję ; granica reologiczna, gdzie lepkość spada poniżej około 10 ²¹ Pa-s; oraz chemiczna warstwa graniczna, powyżej której skała płaszcza jest zubożona w substancje lotne i wzbogacona w magnez w stosunku do skały poniżej.

Dolna granica astenosfery

Dolna granica astenosfery jest mniej dobrze zdefiniowana, ale została umieszczona u podstawy górnego płaszcza. Ta granica nie jest ani ostra sejsmicznie, ani dobrze poznana, ale w przybliżeniu pokrywa się ze złożoną nieciągłością o długości 670 km. Ta nieciągłość jest generalnie związana z przejściem od skały płaszczowej zawierającej ringwoodyt do skały płaszczowej zawierającej brydgmanit i peryklazę .

Pochodzenie

Mechaniczne właściwości astenosfery są powszechnie przypisywane częściowemu stopieniu skały. Jest prawdopodobne, że niewielka ilość stopu jest obecna w większości astenosfery, gdzie jest stabilizowana przez śladowe ilości substancji lotnych (wody i dwutlenku węgla) obecnych w skale płaszcza. Jednak prawdopodobna ilość wytopu, nie większa niż około 0,1% skały, wydaje się niewystarczająca, aby w pełni wyjaśnić istnienie astenosfery. To nie wystarczy do całkowitego zwilżenia granic ziaren w skale, a wpływ stopu na właściwości mechaniczne skały nie powinien być znaczący, jeśli granice ziaren nie zostaną w pełni zwilżone. Ostra granica między litosferą a astenosferą jest również trudna do wyjaśnienia samym tylko częściowym stopieniem. Możliwe, że stop gromadzi się na szczycie astenosfery, gdzie jest uwięziony przez nieprzepuszczalną skałę litosfery. Inną możliwością jest to, że astenosfera jest strefą minimalnej rozpuszczalności w wodzie w minerałach płaszcza, dzięki czemu więcej wody jest dostępnych do tworzenia większych ilości stopu. Innym możliwym mechanizmem wytwarzania osłabienia mechanicznego jest przesuwanie się granic ziaren, w którym ziarna przesuwają się lekko względem siebie pod wpływem naprężeń, smarowane śladami obecnych substancji lotnych.

Numeryczne modele konwekcji płaszcza, w których lepkość zależy zarówno od temperatury, jak i szybkości odkształcania, niezawodnie tworzą oceaniczną astenosferę, co sugeruje, że osłabienie szybkości odkształcania jest znaczącym mechanizmem przyczyniającym się do tego.

Pokolenie magmy

Topnienie dekompresyjne skał astenosferycznych pełzających ku powierzchni jest najważniejszym źródłem magmy na Ziemi. Większość z nich wybucha na grzbietach śródoceanicznych, tworząc charakterystyczny bazalt grzbietów śródoceanicznych (MORB) skorupy oceanicznej. Magmy powstają również w wyniku dekompresyjnego topnienia astenosfery nad strefami subdukcji iw obszarach szczelin kontynentalnych .

Topienie dekompresyjne w upwellingu astenosferze prawdopodobnie zaczyna się na głębokości od 100 do 150 kilometrów (60 do 90 mil), gdzie niewielkie ilości substancji lotnych w skale płaszcza (około 100 ppm wody i 60 ppm dwutlenku węgla ) pomagają w topnieniu nie więcej niż około 0,1% skały. Na głębokości około 70 kilometrów (40 mil) osiągane są suche warunki topnienia, a topnienie znacznie wzrasta. To odwadnia pozostałą litą skałę i jest prawdopodobnie źródłem chemicznie zubożonej litosfery.

Zobacz też

• Sejsmologia § Historia

Bibliografia

• Hirschmann, Marc M. (marzec 2010). „Częściowe stopienie w oceanicznej strefie niskiej prędkości” . Fizyka Ziemi i wnętrz planetarnych . 179 (1–2): 60–71. Bibcode : 2010PEPI..179...60H . doi : 10.1016/j.pepi.2009.12.003 .
• Karato, Shun-ichiro (marzec 2012). „O pochodzeniu astenosfery” . Listy dotyczące nauki o Ziemi i planetach . 321-322: 95-103. Bibcode : 2012E&PSL.321...95K . doi : 10.1016/j.epsl.2012.01.001 .
•    Kearey, P.; Klepeis, Keith A.; Winorośl, FJ (2009). Globalna tektonika (wyd. 3). Oksford: Wiley-Blackwell. ISBN 978-1-4051-0777-8 . OCLC 132681514 .
•   McBride, Neil; Gilmour, Iain (2004). Wprowadzenie do Układu Słonecznego . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge. ISBN 978-0-521-54620-1 . Źródło 24 stycznia 2016 r .
•   Turcotte, Donald L.; Schubert, Gerald (2002). Geodynamika (wyd. 2). Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge . ISBN 978-0-521-66624-4 . Źródło 24 stycznia 2016 r .

Linki zewnętrzne

• Uniwersytet Stanowy w San Diego, „Wewnętrzna energia cieplna Ziemi i struktura wewnętrzna” zarchiwizowane 3 marca 2011 r. W Wayback Machine