Граница литосферы и астеносферы - Lithosphere–asthenosphere boundary

Цветовая схема внутреннего строения Земли
Схема внутреннего строения Земли

В граница литосферы и астеносферы (именуемый LAB геофизиками) представляет собой механический разница между слоями в Внутреннее строение Земли. Внутреннее строение Земли можно описать как химически (корка, мантия, и основной ) и механически. Граница литосферы и астеносферы проходит между более холодными и твердыми литосфера и более теплый, пластичный астеносфера. Фактическая глубина границы все еще является предметом дискуссий и исследований, хотя, как известно, она может варьироваться в зависимости от окружающей среды.[1]

Определение

LAB определяется из различий в литосфере и астеносфере, включая, но не ограничиваясь, различия в размером с зернышко, химический состав, термические свойства и степень частичное плавление; это факторы, которые влияют на реологический различия в литосфере и астеносфере.[2]

Механический пограничный слой (MBL)

LAB отделяет механически прочную литосферу от слабой астеносферы. Глубина LAB может быть оценена по степени изгиба литосферы из-за приложенной нагрузки на поверхности (например, изгиб от вулкана).[3] Изгиб - одно из проявлений силы, но землетрясения также может использоваться для определения границы между «сильными» и «слабыми» породами. Землетрясения в первую очередь должны происходить в старой холодной литосфере до температур до ~ 650 ° C.[3] Этот критерий особенно хорошо работает в океаническая литосфера, где достаточно просто оценить температуру на глубине, исходя из возраста пород.[4] При использовании этого определения LAB является наиболее мелкой. MBL редко приравнивают к литосфере, как в некоторых тектонически активных регионах (например, Провинция бассейна и хребта ) MBL тоньше корки, и LAB будет выше Разрыв Мохоровича.

Термический пограничный слой (TBL)

Определение LAB как теплового пограничного слоя (TBL) происходит не от температуры, а от доминирующего механизма перенос тепла. Литосфера не может поддерживать конвекция ячеек, потому что он сильный, но конвекционная мантия под ним намного слабее. В этой структуре LAB разделяет два режима теплопередачи [проводимость против конвекции].[5] Однако переход от области, которая переносит тепло в основном посредством конвекции в астеносфере, к проводящей литосфере не обязательно является резким и вместо этого охватывает широкую зону смешанного или переменного во времени переноса тепла. Верхняя часть теплового пограничного слоя - это максимальная глубина, на которой тепло переносится только за счет теплопроводности. Дно TBL - это наименьшая глубина, на которой тепло переносится только за счет конвекции. На глубинах внутри TBL тепло переносится за счет сочетания теплопроводности и конвекции.

Реологический пограничный слой (RBL)

LAB - это реологический пограничный слой (RBL). Более холодные температуры на более мелких глубинах Земли влияют на вязкость и прочность литосферы. Более холодный материал в литосфере сопротивляется потоку, в то время как более «теплый» материал в астеносфере способствует его нижнему потоку. вязкость. Повышение температуры с увеличением глубины известно как геотермальный градиент и происходит постепенно в пределах реологического пограничного слоя. На практике RBL определяется глубиной, на которой вязкость мантийных пород падает ниже ~.[5]

Однако материал мантии - это неньютоновская жидкость, т.е. его вязкость зависит также от скорости деформации.[6] Это означает, что LAB может изменить свое положение в результате изменения напряжений.

Композиционный пограничный слой (CBL)

Другое определение LAB включает различия в составе мантии на глубине. Литосферная мантия ультраосновной и потерял большинство своих летучих компонентов, таких как воды, кальций, и алюминий.[5] Знание об этом истощении основано на составе мантии. ксенолиты. Глубину до основания CBL можно определить по количеству форстерит в пределах образцов оливин извлекается из мантии. Это потому, что частичное плавление примитивная или астеносферная мантия оставляет после себя композицию, обогащенную магний, с глубиной, на которой концентрация магния совпадает с концентрацией примитивной мантии, являющейся основанием CBL.[5]

Измерение глубины LAB

Сейсмические наблюдения

В сейсмический LAB (т. Е. Измеренная с использованием сейсмологических наблюдений) определяется наблюдением за существованием сейсмически быстрой литосферы (или литосферной крышки) над зоной низких скоростей (LVZ).[5] Сейсмический томографический Исследования показывают, что LAB не является чисто термическим, а скорее подвержен частичному плавлению.[5] Причина LVZ может быть объяснена множеством механизмов.[5] Один из способов определить, возникает ли LVZ из-за частичного плавления, - это измерить электрическая проводимость Земли в зависимости от глубины с использованием магнитотеллурический (MT) методы. Частичное плавление имеет тенденцию к увеличению проводимости, и в этом случае LAB можно определить как границу между резистивной литосферой и проводящей астеносферой.[5]

Потому что мантийный поток вызывает выравнивание минералов (таких как оливин) для создания наблюдаемых анизотропия в сейсмических волнах другое определение сейсмической LAB - это граница между анизотропной астеносферой и изотропный (или другой образец анизотропии) литосфера.[7]

Сейсмический LVZ был впервые признан Бено Гутенберг, чье имя иногда используется для обозначения основания сейсмической лаборатории под океанической литосферой.[5] В Гутенберг разрыв совпадает с ожидаемой глубиной LAB во многих исследованиях, а также было обнаружено, что она становится глубже под более старой корой, что подтверждает предположение о том, что разрыв тесно взаимосвязан с LAB.[8] Доказательства от обращенных сейсмические фазы указывает на резкое снижение поперечная волна скорость 90–110 км ниже Континентальный разлом.[9] Последние сейсмологические исследования показывают снижение скорости поперечной волны на 5-10% в диапазоне глубин от 50 до 140 км под бассейны океана.

Под океанической литосферой

Возраст океанической литосферы.

Под океаническая кора глубина LAB составляет от 50 до 140 км, кроме срединно-океанические хребты 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 океанских сейсмометров указывают на резкую возрастную LAB под слоем Тихий океан и Филиппинский плиты и было интерпретировано как свидетельство теплового контроля толщины океанической литосферы.[11][12]

Под континентальной литосферой

Континентальная литосфера состоит из древних стабильных частей, известных как кратоны. LAB особенно трудно изучать в этих регионах, поскольку есть данные, свидетельствующие о том, что литосфера в этой старой части континента является самой толстой и даже, кажется, демонстрирует большие различия в толщине под кратонами,[13] таким образом подтверждая теорию о том, что толщина литосферы и глубина LAB зависят от возраста. Лаборатория под этими областями (состоящая из щиты и платформы ) оценивается в глубину от 200 до 250 км.[14] Под Фанерозой континентальная кора, глубина LAB составляет примерно 100 км.[14]

Рекомендации

  1. ^ Rychert, Catherine A .; Ширер, Питер М. (24 апреля 2009 г.). "Глобальный взгляд на границу литосферы и астеносферы". Наука. 324 (5926): 495–498. Bibcode:2009Научный ... 324..495R. Дои:10.1126 / science.1169754. PMID  19390041. S2CID  329976.
  2. ^ 12. Fjeldskaar, W., 1994. Вязкость и мощность астеносферы, обнаруженная по Фенноскандинавскому поднятию. Письма о Земле и планетологии, 126, 4 399-410.
  3. ^ а б Андерсон, Дон Л. (1995). «Литосфера, астеносфера и перисфера». Обзоры геофизики. 33 (1): 125. Bibcode:1995RvGeo..33..125A. Дои:10.1029 / 94RG02785. S2CID  16708331.
  4. ^ Turcotte, Donald L .; Шуберт, Джеральд (2002). Геодинамика. Дои:10.1017 / cbo9780511807442. ISBN  978-0-511-80744-2.
  5. ^ а б c d е ж грамм час я Артемьева, Ирина (2011). Литосфера. Дои:10.1017 / CBO9780511975417. ISBN  978-0-511-97541-7.[страница нужна ]
  6. ^ Чеховский, Лешек; Град, Марек (2018). «Два механизма образования астеносферных слоев». arXiv:1802.06843. Bibcode:2018arXiv180206843C. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  7. ^ Итон, Дэвид У .; Дарбишир, Фиона; Эванс, Роб Л .; Грюттер, Герман; Джонс, Алан Дж .; Юань, Сяохуэй (апрель 2009 г.). «Неуловимая граница литосферы и астеносферы (LAB) под кратонами». Lithos. 109 (1–2): 1–22. Bibcode:2009 Лито.109 .... 1E. Дои:10.1016 / j.lithos.2008.05.009.
  8. ^ Шмерр, Николас (2012). "Гутенбергский разрыв: таяние на границе литосферы и астеносферы". Наука. 335 (6075): 1480–1483. Bibcode:2012Sci ... 335.1480S. Дои:10.1126 / наука.1215433. PMID  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. Bibcode:2005Натура.436..542R. Дои:10.1038 / природа03904. PMID  16049485. S2CID  4386941.
  10. ^ Пасянос, Майкл Э. (январь 2010 г.). "Толщина литосферы смоделирована по дисперсии длиннопериодных поверхностных волн". Тектонофизика. 481 (1–4): 38–50. Bibcode:2010Tectp.481 ... 38P. Дои:10.1016 / j.tecto.2009.02.023.
  11. ^ Кавакацу, Хитоши; Кумар, Пракаш; Такей, Ясуко; Шинохара, Масанао; Канадзава, Тошихико; Араки, Эйитиро; Суйехиро, Киёси (2009). "Сейсмические свидетельства резких литосферно-астеносферных границ океанических плит". Наука. 324 (499): 499–502. Bibcode:2009Научный ... 324..499K. Дои:10.1126 / science.1169499. PMID  19390042. S2CID  206517967.
  12. ^ Фишер, Карен М .; Ford, Heather A .; Abt, Дэвид Л .; Райхерт, Екатерина А. (апрель 2010 г.). «Граница литосферы и астеносферы». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах. 38 (1): 551–575. Bibcode:2010AREPS..38..551F. Дои:10.1146 / аннурьев-земля-040809-152438.
  13. ^ Итон, Дэвид; Дарбишир, Фиона; Эванс, Роб; Grutter, Герман; Джонс, Алан; Юань, Сяохуэй (2009). «Неуловимая граница литосферы и астеносферы (LAB) под кратонами». Lithos. 109 (1–2): 1–22. Bibcode:2009 Лито.109 .... 1E. Дои:10.1016 / j.lithos.2008.05.009.
  14. ^ а б Пломерова, Ярослава; Коуба, Даниэль; Бабушка, Владислав (2002). «Картирование границы литосферы и астеносферы через изменения анизотропии поверхностных волн». Тектонофизика. 358 (1–4): 175–185. Bibcode:2002Tectp.358..175P. Дои:10.1016 / с0040-1951 (02) 00423-7.