Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Цветовая схема внутреннего строения Земли
Схема внутреннего строения Земли

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 [ править ]

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) [ править ]

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 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 мелкой. 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 .

Тепловой пограничный слой (TBL) [ править ]

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 глубине внутри TBL тепло переносится за счет сочетания теплопроводности и конвекции.

Реологический пограничный слой (RBL) [ править ]

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) [ править ]

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 при частичном плавлении примитивной или астеносферной мантии остается состав, обогащенный магнием., с глубиной, на которой концентрация магния соответствует концентрации примитивной мантии, являющейся основанием CBL. [5]

Измерение глубины LAB [ править ]

Сейсмические наблюдения [ править ]

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 электропроводность Земли как функцию глубины с помощью магнитотеллурического метода.(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]

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 процентов в диапазоне глубин от 50 до 140 км под океанскими бассейнами .

Под океанической литосферой [ править ]

Возраст океанической литосферы.

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 [ править ]

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], что подтверждает 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]

Ссылки [ править ]

  1. ^ 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 .
  2. ^ 12. Fjeldskaar, W., 1994. Вязкость и мощность астеносферы, обнаруженная по фенноскандинавскому поднятию. Письма о Земле и планетологии, 126, 4 399-410.
  3. ^ a b Андерсон, Дон Л. (1995). «Литосфера, астеносфера и перисфера» . Обзоры геофизики . 33 (1): 125. Bibcode : 1995RvGeo..33..125A . DOI : 10.1029 / 94RG02785 . S2CID 16708331 . 
  4. ^ Turcotte, Дональд Л .; Шуберт, Джеральд (2002). Геодинамика . DOI : 10,1017 / cbo9780511807442 . ISBN 978-0-511-80744-2.
  5. ^ a b c d e f g h i Артемьева, Ирина (2011). Литосфера . DOI : 10.1017 / CBO9780511975417 . ISBN 978-0-511-97541-7.[ требуется страница ]
  6. ^ Чеховский, Лешек; Град, Марек (2018). «Два механизма образования астеносферных слоев». arXiv : 1802.06843 . Bibcode : 2018arXiv180206843C . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  7. ^ 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 .
  8. ^ 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 .  
  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 : 2005Natur.436..542R . DOI : 10,1038 / природа03904 . PMID 16049485 . S2CID 4386941 .  
  10. ^ Pasyanos, Michael E. (январь 2010). «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 .
  11. ^ Кавакацу, Хитоси; 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 .  
  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 . DOI : 10.1146 / annurev-earth-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 : 2009Litho.109 .... 1E . DOI : 10.1016 / j.lithos.2008.05.009 .
  14. ^ a b 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 .