Граница литосфера-астеносфера (упоминается как LAB по геофизиков) представляет собой механическую разницу между слоями в внутренней структуре Земли . Внутреннее строение Земли можно описать как химически ( кора , мантия и ядро ), так и механически. Граница литосферы и астеносферы проходит между более холодной жесткой литосферой Земли и более теплой пластичной астеносферой . 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, помимо прочего, различия в размере зерен , химическом составе, термических свойствах и степени частичного плавления ; это факторы, влияющие на реологические различия литосферы и астеносферы. [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 - это одно из наблюдений силы, но землетрясения также можно использовать для определения границы между «сильными» и «слабыми» породами. Землетрясения, в первую очередь, должны происходить в старой холодной литосфере при температурах до ~ 650 ° C. [3] Этот критерий особенно хорошо работает в океанической литосфере , где достаточно просто оценить температуру на глубине, исходя из возраста пород. [4] При использовании этого определения LAB является наиболее поверхностной. MBL редко приравнивается к литосфере, так как в некоторых тектонически активных регионах (например, в провинции Бассейн и хребет ) MBL тоньше, чем кора, и LAB будет выше разрыва Мохоровичич .
Термический пограничный слой (TBL)
Определение LAB как теплового пограничного слоя (TBL) происходит не от температуры, а от доминирующего механизма переноса тепла . Литосфера не может поддерживать конвекционные ячейки, потому что она сильна, но конвекционная мантия под ней намного слабее. В этой структуре LAB разделяет два режима теплопередачи [ теплопроводность и конвекция]. [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 изменяющегося 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 представляет собой реологический пограничный слой (RBL). Более низкие температуры на меньших 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 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 ~. [5]
Однако материал мантии - это неньютоновская жидкость , т.е. ее 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 ультраосновна и потеряла большую часть своих летучих компонентов, таких как вода , кальций и алюминий . [5] Информация об этом истощении основана на составе ксенолитов мантии . Глубина до основания CBL может быть определена по количеству форстерита в образцах оливина, извлеченного 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 совпадает с концентрацией примитивной мантии, являющейся основанием CBL. [5]
Измерение глубины LAB
Сейсмические наблюдения
Сейсмическая ЛАБ (т.е. измеряется с использованием сейсмологических наблюдений) определяются тем наблюдением , что существует сейсмический быстро Литосфера (или литосферная крышка) выше зон низкой скорости (ЛВЗ). [5] Сейсмические томографические исследования показывают, что LAB не является чисто термическим, а скорее подвержен частичному расплавлению. [5] Причина LVZ может быть объяснена множеством механизмов. [5] Один из способов определить, возникает ли LVZ из-за частичного плавления, - это измерить электрическую проводимость Земли как функцию глубины с использованием методов магнитотеллурии (МТ). 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]
Сейсмический LVZ был впервые обнаружен Бено Гутенбергом , имя которого иногда используется для обозначения основания сейсмической лаборатории под океанической литосферой. [5] Gutenberg разрыва совпадает с ожидаемой глубины LAB во многих исследованиях и также было установлено , чтобы стать глубже под старой корой, поддерживая таким образом предположение о том , что разрыв тесно взаимосвязано с LAB. [8] Данные преобразованных сейсмических фаз указывают на резкое уменьшение скорости поперечных волн на 90–110 км ниже уровня континентальной коры . [9] Недавние сейсмологические исследования показывают снижение скорости поперечных волн на 5-10% в диапазоне глубин от 50 до 140 км под океанскими бассейнами .
Под океанической литосферой
Под океанической корой LAB находится в диапазоне от 50 до 140 км в глубину, за исключением срединно-океанических хребтов, где LAB не глубже, чем глубина создаваемой новой коры. [10] Сейсмические данные показывают, что океанические плиты с возрастом утолщаются. Это предполагает, что LAB под океанической литосферой также углубляется с возрастом плит. Данные океанских сейсмометров указывают на резкую возрастную LAB под Тихоокеанской и Филиппинской плитами и были интерпретированы как свидетельство теплового 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 есть свидетельства того, что литосфера в этой старой части континента является самой толстой и даже, кажется, демонстрирует большие вариации мощности под кратонами [13], таким образом подтверждая теорию о том, что литосфера толщина и глубина LAB зависят от возраста. LAB под этими регионами (состоящая из щитов и платформ ) оценивается в глубину от 200 до 250 км. [14] Под фанерозойской континентальной корой LAB имеет глубину примерно 100 км. [14]
Рекомендации
- ^ Rychert, Екатерина A .; Ширер, Питер М. (24 апреля 2009 г.). "Глобальный взгляд на границу литосферы и астеносферы". Наука . 324 (5926): 495–498. Bibcode : 2009Sci ... 324..495R . DOI : 10.1126 / science.1169754 . PMID 19390041 . S2CID 329976 .
- ^ 12. Fjeldskaar, W., 1994. Вязкость и мощность астеносферы, обнаруженная по фенноскандинавскому поднятию. Письма о Земле и планетологии, 126, 4 399-410.
- ^ а б Андерсон, Дон Л. (1995). «Литосфера, астеносфера и перисфера» . Обзоры геофизики . 33 (1): 125. Bibcode : 1995RvGeo..33..125A . DOI : 10.1029 / 94RG02785 . S2CID 16708331 .
- ^ Turcotte, Donald L .; Шуберт, Джеральд (2002). Геодинамика . DOI : 10,1017 / cbo9780511807442 . ISBN 978-0-511-80744-2.
- ^ Б с д е е г ч I Артемьева, Ирина (2011). Литосфера . DOI : 10.1017 / CBO9780511975417 . ISBN 978-0-511-97541-7.[ требуется страница ]
- ^ Чеховский, Лешек; Град, Марек (2018). «Два механизма образования астеносферных слоев». arXiv : 1802.06843 . Bibcode : 2018arXiv180206843C . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Итон, Дэвид В .; 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 : 2009Litho.109 .... 1E . DOI : 10.1016 / j.lithos.2008.05.009 .
- ^ Шмерр, Николас (2012). "Гутенбергский разрыв: таяние на границе литосферы и астеносферы". Наука . 335 (6075): 1480–1483. Bibcode : 2012Sci ... 335.1480S . DOI : 10.1126 / science.1215433 . PMID 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. Bibcode : 2005Natur.436..542R . DOI : 10,1038 / природа03904 . PMID 16049485 . S2CID 4386941 .
- ^ Пасянос, Майкл Э. (январь 2010 г.). «Толщина литосферы смоделирована по дисперсии длиннопериодических поверхностных волн». Тектонофизика . 481 (1–4): 38–50. Bibcode : 2010Tectp.481 ... 38P . DOI : 10.1016 / j.tecto.2009.02.023 .
- ^ 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 : 2009Sci ... 324..499K . DOI : 10.1126 / science.1169499 . PMID 19390042 . S2CID 206517967 .
- ^ 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 . DOI : 10.1146 / annurev-earth-040809-152438 .
- ^ 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 : 2009Litho.109 .... 1E . DOI : 10.1016 / j.lithos.2008.05.009 .
- ^ а б Пломерова, Ярослава; Коуба, Даниэль; Бабушка, Владислав (2002). «Картирование границы литосферы и астеносферы через изменение анизотропии поверхностных волн». Тектонофизика . 358 (1–4): 175–185. Bibcode : 2002Tectp.358..175P . DOI : 10.1016 / s0040-1951 (02) 00423-7 .