Hranice litosféry a astenosféry - Lithosphere–asthenosphere boundary

Barevné schéma vnitřní struktury Země
Schéma vnitřní struktury Země

The hranice litosféra – asthenosféra (dále jen LABORATOŘ geofyziky) představuje a mechanické rozdíl mezi vrstvami v Vnitřní struktura Země. Vnitřní strukturu Země lze popsat oběma způsoby chemicky (kůra, plášť, a jádro ) a mechanicky. Hranice litosféry a astenosféry leží mezi chladnější a pevnější Zemí litosféra a teplejší, tvárné astenosféra. Skutečná hloubka hranice je stále předmětem debaty a studia, i když je známo, že se liší podle prostředí.[1]

Definice

LAB je určen z rozdílů v litosféře a astenosféře, včetně, ale bez omezení, rozdílů v velikost zrna, chemické složení, tepelné vlastnosti a rozsah částečné roztavení; to jsou faktory, které ovlivňují reologické rozdíly v litosféře a astenosféře.[2]

Mechanická mezní vrstva (MBL)

LAB odděluje mechanicky silnou litosféru od slabé astenosféry. Hloubku LAB lze odhadnout z míry ohybu, kterému prošla litosféra v důsledku aplikovaného zatížení na povrch (jako je ohyb ze sopky).[3] Flexure je jedno pozorování síly, ale zemětřesení lze také použít k definování hranice mezi „silnými“ a „slabými“ kameny. Zemětřesení jsou primárně omezena na výskyt ve staré, studené litosféře při teplotách až ~ 650 ° C.[3] Toto kritérium funguje zvláště dobře v oceánská litosféra, kde je rozumně jednoduché odhadnout teplotu v hloubce na základě stáří hornin.[4] Při použití této definice je LAB nej mělčí. MBL je zřídka přirovnáván k litosféře, jako v některých tektonicky aktivních oblastech (např Povodí a provincie Range ) MBL je tenčí než kůra a LAB by byl nad Mohorovičić diskontinuita.

Tepelná mezní vrstva (TBL)

Definice LAB jako tepelné mezní vrstvy (TBL) nepochází z teploty, ale z dominantního mechanismu transport tepla. Litosféra není schopna podporovat proudění buňky, protože je silný, ale konvekční plášť pod ním je mnohem slabší. V tomto rámci LAB odděluje dva režimy přenosu tepla [vedení vs. konvekce].[5] Přechod z domény, která primárně přenáší teplo konvekcí v astenosféře na vodivou litosféru, však nemusí být nutně náhlý a místo toho zahrnuje širokou zónu smíšeného nebo časově proměnného přenosu tepla. V horní části tepelné mezní vrstvy je maximální hloubka, ve které se teplo přenáší pouze vedením. Dno TBL je nejmenší hloubka, ve které se teplo přenáší pouze konvekcí. V hloubkách vnitřních k TBL je teplo transportováno kombinací vedení a konvekce.

Reologická mezní vrstva (RBL)

LAB je a reologické mezní vrstva (RBL). Chladnější teploty v mělkých hloubkách Země ovlivňují viskozitu a sílu litosféry. Chladnější materiál v litosféře odolává toku, zatímco „teplejší“ materiál v astenosféře přispívá k jeho nižšímu obsahu viskozita. Zvýšení teploty s rostoucí hloubkou je známé jako geotermální gradient a je postupný v rámci reologické mezní vrstvy. V praxi je RBL definována hloubkou, ve které viskozita hornin pláště klesne pod ~.[5]

Materiál pláště je však a nenewtonská tekutina tj. jeho viskozita závisí také na rychlosti deformace.[6] To znamená, že LAB může změnit svoji polohu v důsledku změn napětí.

Kompoziční mezní vrstva (CBL)

Další definice LAB zahrnuje rozdíly ve složení pláště v hloubce. Litosférický plášť je ultramafický a ztratil většinu svých těkavých složek, jako je voda, vápník, a hliník.[5] Znalosti o tomto vyčerpání jsou založeny na složení pláště xenolity. Hloubku k základně CBL lze určit z množství forsterit ve vzorcích olivín extrahované z pláště. Je to proto, že částečné roztavení primitivní nebo astenosférický plášť zanechává za sebou obohacenou kompozici hořčík, přičemž hloubka, ve které se koncentrace hořčíku shoduje s koncentrací primitivního pláště, je základem CBL.[5]

Měření hloubky LAB

Seismická pozorování

The seismické LAB (tj. Měřeno pomocí seismologických pozorování) je definováno pozorováním, že nad zónou s nízkou rychlostí (LVZ) existuje seismicky rychlá litosféra (nebo litosférické víčko).[5] Seismická tomografická studie naznačují, že LAB není čistě tepelná, ale je ovlivněna částečnou taveninou.[5] Příčinu LVZ lze vysvětlit řadou mechanismů.[5] Jedním ze způsobů, jak zjistit, zda je LVZ generován částečnou taveninou, je měření elektrická vodivost Země jako funkce hloubky pomocí magnetotellurický (MT) metody. Částečná tavenina má tendenci zvyšovat vodivost, v takovém případě lze LAB definovat jako hranici mezi odporovou litosférou a vodivou astenosférou.[5]

Protože tok pláště indukuje zarovnání minerálů (jako je olivín), aby se vytvořilo pozorovatelné anizotropie v seismických vlnách je další definicí seismické LAB hranice mezi anizotropní astenosférou a izotropní (nebo jiný vzor anizotropie) litosféra.[7]

Seismický LVZ byl poprvé rozpoznán Beno Gutenberg, jehož název se někdy používá k označení základny seismické LAB pod oceánskou litosférou.[5] The Gutenbergova diskontinuita se shoduje s očekávanou hloubkou LAB v mnoha studiích a bylo také zjištěno, že se prohlubuje pod starší kůrou, což podporuje tvrzení, že diskontinuita úzce souvisí s LAB.[8] Důkazy z převedených seismické fáze označuje prudký pokles v smyková vlna rychlost 90–110 km níže Kontinentální kůra.[9] Nedávné seismologické studie naznačují 5 až 10 procentní snížení rychlosti smykových vln v hloubce 50 až 140 km pod oceánské pánve.

Pod oceánskou litosférou

Věk oceánské litosféry.

Pod oceánská kůra, LAB se pohybuje kdekoli od 50 do 140 km do hloubky, kromě blízkosti hřebeny středního oceánu kde LAB není hlouběji než hloubka vytvářené nové kůry.[10] Seismické důkazy ukazují, že oceánské desky s věkem zesilují. To naznačuje, že LAB pod oceánskou litosférou se také prohlubuje s věkem desek. Data z oceánských seismometrů naznačují ostrý LAB závislý na věku pod Pacifik a Filipínský desky a byl interpretován jako důkaz tepelné kontroly tloušťky oceánsko-litosféry.[11][12]

Pod kontinentální litosférou

Kontinentální litosféra obsahuje starověké, stabilní části známé jako krátery. LAB je v těchto oblastech obzvláště obtížné studovat, přičemž důkazy naznačují, že litosféra v této staré části kontinentu je nejsilnější a dokonce se zdá, že pod krátery vykazuje velké rozdíly v tloušťce,[13] což podporuje teorii, že tloušťka litosféry a hloubka LAB jsou závislé na věku. LAB pod těmito oblastmi (složený z štíty a platformy ) se odhaduje na 200 až 250 km hluboko.[14] Pod Phanerozoic kontinentální kůra, LAB je zhruba 100 km hluboká.[14]

Reference

  1. ^ Rychert, Catherine A .; Shearer, Peter M. (24. dubna 2009). „Globální pohled na hranici Litosféra - Astenosféra“. Věda. 324 (5926): 495–498. Bibcode:2009Sci ... 324..495R. doi:10.1126 / science.1169754. PMID  19390041. S2CID  329976.
  2. ^ 12. Fjeldskaar, W., 1994. Viskozita a tloušťka astenosféry zjištěné z fenoscandského pozvednutí. Země a planetární vědecké dopisy, 126, 4 399-410.
  3. ^ A b Anderson, Don L. (1995). „Litosféra, astenosféra a perisféra“. Recenze geofyziky. 33 (1): 125. Bibcode:1995RvGeo..33..125A. doi:10.1029 / 94RG02785. S2CID  16708331.
  4. ^ Turcotte, Donald L .; Schubert, Gerald (2002). Geodynamika. doi:10.1017 / cbo9780511807442. ISBN  978-0-511-80744-2.
  5. ^ A b C d E F G h i Artemieva, Irina (2011). Litosféra. doi:10.1017 / CBO9780511975417. ISBN  978-0-511-97541-7.[stránka potřebná ]
  6. ^ Czechowski, Leszek; Grad, Marek (2018). "Dva mechanismy tvorby astenosférických vrstev". arXiv:1802.06843. Bibcode:2018arXiv180206843C. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  7. ^ Eaton, David W .; Darbyshire, Fiona; Evans, Rob L .; Grütter, Herman; Jones, Alan G .; Yuan, Xiaohui (duben 2009). „Nepolapitelná hranice mezi litosférou a astenosférou (LAB) pod krátery“. Lithos. 109 (1–2): 1–22. Bibcode:2009Litho.109 ... 1E. doi:10.1016 / j.lithos.2008.05.009.
  8. ^ Schmerr, Nicholas (2012). „Gutenbergova diskontinuita: tát na hranici Litosféra-Asthenosféra“. Věda. 335 (6075): 1480–1483. Bibcode:2012Sci ... 335.1480S. doi:10.1126 / science.1215433. PMID  22442480. S2CID  206538202.
  9. ^ Rychert, Catherine; Fischer, Karen; Rondenay, Stéphane (červenec 2005). „Ostrá hranice mezi litosférou a astenosférou zobrazená pod východní částí Severní Ameriky“. Příroda. 436 (28): 542–545. Bibcode:2005 Natur.436..542R. doi:10.1038 / nature03904. PMID  16049485. S2CID  4386941.
  10. ^ Pasyanos, Michael E. (leden 2010). "Litosférická tloušťka modelována z dlouhodobé disperze povrchových vln". Tektonofyzika. 481 (1–4): 38–50. Bibcode:2010Tectp.481 ... 38P. doi:10.1016 / j.tecto.2009.02.023.
  11. ^ Kawakatsu, Hitoshi; Kumar, Prakash; Takei, Yasuko; Shinohara, Masanao; Kanazawa, Toshihiko; Araki, Eiichiro; Suyehiro, Kiyoshi (2009). "Seismické důkazy pro ostré hranice litosféry a astenosféry oceánských desek". Věda. 324 (499): 499–502. Bibcode:2009Sci ... 324..499K. doi:10.1126 / science.1169499. PMID  19390042. S2CID  206517967.
  12. ^ Fischer, Karen M .; Ford, Heather A .; Abt, David L .; Rychert, Catherine A. (duben 2010). „Hranice litosféry a astenosféry“. Výroční přehled o Zemi a planetárních vědách. 38 (1): 551–575. Bibcode:2010AREPS..38..551F. doi:10.1146 / annurev-earth-040809-152438.
  13. ^ Eaton, David; Darbyshire, Fiona; Evans, Rob; Grutter, Herman; Jones, Alan; Yuan, Xiaohui (2009). „Nepolapitelná hranice mezi litosférou a astenosférou (LAB) pod krátery“. Lithos. 109 (1–2): 1–22. Bibcode:2009Litho.109 ... 1E. doi:10.1016 / j.lithos.2008.05.009.
  14. ^ A b Plomerova, Jaroslava; Kouba, Daniel; Babuška, Vladislav (2002). „Mapování hranice litosféra – asthenosféra prostřednictvím změn v anizotropii povrchových vln“. Tektonofyzika. 358 (1–4): 175–185. Bibcode:2002 Tectp.358..175P. doi:10.1016 / s0040-1951 (02) 00423-7.