Страница полузащищенная
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для академического журнала Геологического общества Америки см. Lithosphere (журнал) .

Тектонические плиты литосферы на Земле
Земля в разрезе от центра до поверхности, литосфера, состоящая из коры и литосферной мантии (детали не в масштабе)

Литосфера ( Древнегреческий : λίθος [ LITHOS ] для «скалистого», и σφαίρα [ sphaíra ] для «сферы») является жестким, [1] наружным оболочка земного типа планеты или естественного спутника . На Земле он состоит из коры и части верхней мантии, которая упруго ведет себя во временных масштабах в тысячи лет или больше. Кора и верхняя мантия различаются на основе химии и минералогии.

Литосфера Земли

Литосфера Земли включает кору и самую верхнюю мантию, которая составляет твердый и жесткий внешний слой Земли. Литосфера подразделяется на тектонические плиты . Литосфера подстилается астеносферой, которая является более слабой, горячей и глубокой частью верхней мантии. Граница Литосферы-Астеносфера определяются разницей в ответ на стресс: литосфера остается жесткой в течение очень длительных геологического времени , в котором он упруго деформируется и через хрупкое разрушение, в то время как астеносфера деформируется вязко и вмещает процедить через пластическую деформацию .

Таким образом, толщина литосферы считается глубиной до изотермы, связанной с переходом от хрупкого к вязкому поведению. [2] Температура, при которой оливин становится пластичным (~ 1000 ° C), часто используется для задания этой изотермы, потому что оливин обычно является самым слабым минералом в верхней мантии. [3]

История концепции

Концепция литосферы как прочного внешнего слоя Земли была описана AEH Love в его монографии 1911 года «Некоторые проблемы геодинамики» и развита Джозефом Барреллом , который написал серию статей об этой концепции и ввел термин «литосфера». [4] [5] [6] [7] Концепция была основана на наличии значительных гравитационных аномалий над континентальной корой, из которых он сделал вывод, что должен существовать прочный твердый верхний слой (который он назвал литосферой) над поверхностью более слабый слой, который мог течь (который он назвал астеносферой). Эти идеи были расширены Реджинальдом Олдвортом Дейли в 1940 году в его основополагающей работе «Сила и структура Земли».[8]Они были широко приняты геологами и геофизиками. Эти концепции сильной литосферы, опирающейся на слабую астеносферу, необходимы для теории тектоники плит .

Типы

Различные типы литосферы

Литосферу можно разделить на океаническую и континентальную. Океаническая литосфера связана с океанической корой (имеющей среднюю плотность около 2,9 грамма на кубический сантиметр) и существует в океанских бассейнах . Континентальная литосфера связана с континентальной корой (имеющей среднюю плотность около 2,7 грамма на кубический сантиметр) и лежит в основе континентов и континентальных шельфов. [9]

Океаническая литосфера

Океаническая литосфера состоит в основном из мафической коры и ультрамафят мантию ( перидотиты ) и является более плотным , чем континентальная литосфера. Молодая океаническая литосфера, находящаяся на срединно-океанических хребтах , не толще коры, но океаническая литосфера с возрастом утолщается и удаляется от срединно-океанического хребта. Толщина самой старой океанической литосферы обычно составляет около 140 км. [3] Это утолщение происходит за счет кондуктивного охлаждения, которое превращает горячую астеносферу в литосферную мантию и заставляет океаническую литосферу становиться все более толстой и плотной с возрастом. Фактически, океаническая литосфера является тепловым пограничным слоем для конвекции [10]в мантии. Толщина мантийной части океанической литосферы может быть аппроксимирована термическим пограничным слоем, который утолщается как квадратный корень из времени.

Здесь - толщина литосферы океанической мантии, - коэффициент температуропроводности (приблизительно 10 −6 м 2 / с) для силикатных пород и - возраст данной части литосферы. Возраст часто равен L / V, где L - расстояние от спредингового центра срединно-океанического хребта , а V - скорость литосферной плиты. [11]

Океаническая литосфера менее плотная, чем астеносфера в течение нескольких десятков миллионов лет, но после этого становится все более плотной, чем астеносфера. В то время как химически дифференцированная океаническая кора легче астеносферы, тепловое сжатие мантийной литосферы делает ее более плотной, чем астеносфера. Гравитационная нестабильность зрелой океанической литосферы приводит к тому, что в зонах субдукцииокеаническая литосфера неизменно опускается под доминирующую литосферу, которая может быть океанической или континентальной. Новая океаническая литосфера постоянно образуется в срединно-океанических хребтах и ​​возвращается обратно в мантию в зонах субдукции. В результате океаническая литосфера намного моложе континентальной литосферы: возраст самой старой океанической литосферы составляет около 170 миллионов лет, а возраст части континентальной литосферы - миллиарды лет. [12] [13]

Субдуцированная литосфера

Геофизические исследования в начале 21 века утверждают, что большие части литосферы были погружены в мантию на глубину до 2900 км до границы ядро-мантия [14], в то время как другие «плавают» в верхней мантии. [15] [16] Третьи проникают в мантию на расстояние до 400 км, но остаются «прикрепленными» к континентальной плите [13], аналогично протяженности «тектосферы», предложенной Иорданией в 1988 году. [17] Поглощающая литосфера остается жесткой (как показали глубокие землетрясения вдоль зоны Вадати-Бениофф ) до глубины около 600 км (370 миль). [18]

Континентальная литосфера

Континентальная литосфера имеет диапазон толщины от примерно 40 км до, возможно, 280 км; [3] верхние от ~ 30 до ~ 50 км типичной континентальной литосферы - это кора. Кора отличается от верхней мантии изменением химического состава, происходящим на разрыве Мохо . Самые древние части континентальной литосферы лежат в основе кратонов , и мантийная литосфера там более толстая и менее плотная, чем типичная; Относительно низкая плотность таких мантийных «корней кратонов» помогает стабилизировать эти области. [19] [13]

Из-за своей относительно низкой плотности континентальная литосфера, которая достигает зоны субдукции, не может погружаться намного дальше, чем примерно 100 км (62 мили), прежде чем всплыть на поверхность. В результате континентальная литосфера не перерабатывается в зонах субдукции, как перерабатывается океаническая литосфера. Напротив, континентальная литосфера - почти постоянная особенность Земли. [20] [21]

Ксенолиты мантии

Геофизики могут непосредственно изучать природу субконтинентальной мантии, исследуя мантийные ксенолиты [22], образованные в кимберлитах , лампроитах и других вулканических трубках . История этих ксенолитов была исследована многими методами, включая анализ содержания изотопов осмия и рения . Такие исследования подтвердили, что мантийные литосферы под некоторыми кратонами сохранялись в течение периодов, превышающих 3 миллиарда лет, несмотря на мантийный поток, который сопровождает тектонику плит. [23]

Смотрите также

  • Карбонатно-силикатный цикл
  • Климатическая система
  • Криосфера
  • Геосфера
  • Кольская сверхглубокая скважина
  • Твердая Земля
  • Вертикальное смещение
  • Разрыв Мохоровича

Рекомендации

  1. ^ Скиннер, Б.Дж. и Портер, Южная Каролина: Физическая геология , стр. 17, гл. Земля: внутри и снаружи , 1987, John Wiley & Sons, ISBN  0-471-05668-5
  2. Перейти ↑ Parsons, B. & McKenzie, D. (1978). «Мантийная конвекция и термическая структура плит» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 83 (B9): 4485. Bibcode : 1978JGR .... 83.4485P . CiteSeerX 10.1.1.708.5792 . DOI : 10.1029 / JB083iB09p04485 .  
  3. ^ a b c Пасянос М.Э. (15.05.2008). "Толщина литосферы, смоделированная на основе дисперсии длиннопериодных поверхностных волн" (PDF) . Проверено 25 апреля 2014 .
  4. ^ Бэррелл, J (1914). «Прочность земной коры». Журнал геологии . 22 (4): 289–314. Bibcode : 1914JG ..... 22..289B . DOI : 10.1086 / 622155 . JSTOR 30056401 . S2CID 118354240 .  
  5. ^ Бэррелл, J (1914). «Прочность земной коры». Журнал геологии . 22 (5): 441–468. Bibcode : 1914JG ..... 22..441B . DOI : 10.1086 / 622163 . JSTOR 30067162 . S2CID 224833672 .  
  6. ^ Бэррелл, J (1914). «Прочность земной коры». Журнал геологии . 22 (7): 655–683. Bibcode : 1914JG ..... 22..655B . DOI : 10.1086 / 622181 . JSTOR 30060774 . S2CID 224832862 .  
  7. ^ Бэррелл, J (1914). «Прочность земной коры». Журнал геологии . 22 (6): 537–555. Bibcode : 1914JG ..... 22..537B . DOI : 10.1086 / 622170 . JSTOR 30067883 . S2CID 128955134 .  
  8. ^ Дейли, Р. (1940) Прочность и структура Земли . Нью-Йорк: Прентис-Холл.
  9. ^ Филпоттс, Энтони Р .; Агу, Джей Дж. (2009). Основы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. С. 2–4, 29. ISBN 9780521880060.
  10. ^ Дональд Л. Таркотт, Джеральд Шуберт, Геодинамика. Cambridge University Press, 25 марта 2002 г. - 456
  11. ^ Штейн, Сет; Штейн, Кэрол А. (1996). «Термомеханическая эволюция океанической литосферы: последствия для процесса субдукции и глубоких землетрясений». Субдукция : 1–17. DOI : 10.1029 / GM096p0001 .
  12. ^ Джордан, Томас Х. (1978). «Состав и развитие континентальной тектосферы». Природа . 274 (5671): 544–548. Bibcode : 1978Natur.274..544J . DOI : 10.1038 / 274544a0 . S2CID 4286280 . 
  13. ^ a b c О'Рейли, Сюзанна Ю.; Чжан, Мин; Гриффин, Уильям Л .; Бегг, Грэм; Хронски, Джон (2009). «Сверхглубокие континентальные корни и их океанические остатки: решение геохимической проблемы« мантийного резервуара »?». Lithos . 112 : 1043–1054. Bibcode : 2009Litho.112.1043O . DOI : 10.1016 / j.lithos.2009.04.028 .
  14. ^ Берк, Кевин; Торсвик, Тронд Х. (2004). «Происхождение крупных магматических провинций последних 200 миллионов лет из долговременных неоднородностей в глубокой мантии». Письма о Земле и планетах . 227 (3-4): 531. Bibcode : 2004E & PSL.227..531B . DOI : 10.1016 / j.epsl.2004.09.015 .
  15. ^ Replumaz, Энн; Карасон, Храфнкель; Ван дер Хилст, Роб Д; Бесс, Жан; Таппонье, Поль (2004). «4-мерная эволюция мантии Юго-Восточной Азии по данным геологических реконструкций и сейсмической томографии». Письма о Земле и планетах . 221 (1–4): 103–115. Bibcode : 2004E & PSL.221..103R . DOI : 10.1016 / S0012-821X (04) 00070-6 .
  16. ^ Ли, Чанг; Ван дер Хилст, Роберт Д.; Энгдал, Э. Роберт; Бердик, Скотт (2008). «Новая глобальная модель вариаций скорости продольных волн в мантии Земли» . Геохимия Геофизика Геосистемы . 9 (5): н / д. Bibcode : 2008GGG ..... 905018L . DOI : 10.1029 / 2007GC001806 .
  17. Перейти ↑ Jordan, TH (1988). «Строение и формирование континентальной тектосферы». Журнал петрологии . 29 (1): 11–37. Bibcode : 1988JPet ... 29S..11J . DOI : 10.1093 / петрология / Special_Volume.1.11 .
  18. ^ Фрёлиховское, C. (1989). «Природа глубокофокусных землетрясений». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 17 : 227–254. Bibcode : 1989AREPS..17..227F . DOI : 10.1146 / annurev.ea.17.050189.001303 .
  19. ^ Джордан, Томас Х. (1978). «Состав и развитие континентальной тектосферы». Природа . 274 (5671): 544–548. Bibcode : 1978Natur.274..544J . DOI : 10.1038 / 274544a0 . S2CID 4286280 . 
  20. Перейти ↑ Ernst, WG (июнь 1999 г.). «Метаморфизм, частичная консервация и эксгумация поясов сверхвысокого давления». Островная дуга . 8 (2): 125–153. DOI : 10.1046 / j.1440-1738.1999.00227.x .
  21. Перейти ↑ Stern 2002 , p. 1.
  22. Перейти ↑ Nixon, PH (1987) Mantle xenoliths J. Wiley & Sons, 844 p. ISBN 0-471-91209-3 
  23. ^ Карлсон, Ричард В. (2005). «Физические, химические и хронологические характеристики континентальной мантии» (PDF) . Обзоры геофизики . 43 (1): RG1001. Bibcode : 2005RvGeo..43.1001C . DOI : 10.1029 / 2004RG000156 . Архивировано из оригинального (PDF) 22 ноября 2012 года.

дальнейшее чтение

  • Черников, Стэнли; Уитни, Донна (1990). Геология. Введение в физическую геологию (4-е изд.). Пирсон. ISBN 978-0-13-175124-8.

внешняя ссылка

  • Земная кора, литосфера и астеносфера
  • Кора и литосфера