Dünyanın geçiş bölgesi üst manto gibi deforme oluyor mu?


Kayma hareketinin tırmanma hareketliliklerine oranı (a) ½<111>{101} 15 GPa’da wadsleyite kayma sistemi ve (b) ½ <110>{110} 20 GPa’da ringwooditte kayma sistemi. Kredi bilgileri: Dr. S. Ritterbex (Ehime Üniversitesi)

Son zamanlarda yayınlanan bir makalede Yeryüzü ve Gezegen Bilimi Mektupları, Geodynamics Araştırma Merkezi, Ehime Üniversitesi ve Lille Üniversitesi’nden araştırmacılar, yerkürenin geçiş bölgesi boyunca wadsleyite, ringwoodite ve majorite garnet’in jeolojik gerilme oranları altında reolojisini yeniden gözden geçirmek için dislokasyon kaymasının sayısal modellemesini ve difüzyon deneylerinin sonuçlarını birleştiriyor teorik plastisite modellemesi üzerine.


Katı kayalardan oluşmasına rağmen, kabuğun ~ 2890 km derinliğe kadar uzanan Dünya’nın mantosu, Dünya’nın iç kısmından ısıyı kaldırarak konvektif akışa maruz kalır. Bu süreç, soğuk tektonik plakaların Depremler ve volkanizma gibi büyük ölçekli jeolojik özelliklerden sorumlu olan sıcak eriklerin Dünya yüzeyine çıkması ve Dünya yüzeyine yükselmesi ile kütle transferini içerir. Daha önceki sismolojik ve mineral fizik çalışmalarının bir kombinasyonu ile, Dünya’nın mantosunun (mineralojik olarak) iki ana rejime ayrıldığı iyi bilinmektedir: üst ve alt manto, ‘geçiş bölgesi’ ile ayrılmış, ~ 410 arasında bir sınır tabakası ve ~ 660 km derinlik. Bu geçiş bölgesi, üst ve alt manto arasındaki kütle transferini kontrol ederek tüm manto konveksiyonunun boyutunu etkiler. Sismik tomografi çalışmaları (sismik dalgalar kullanarak Dünya’nın iç kısmının BT taraması görüntülemesi) daha önce bazı levhaların geçiş bölgesine nüfuz ederken, bazılarının içinde veya hemen altında durgunlaştığını ortaya koymuştur. Sebep belirsizdir ve Dünya’nın manto bölgesinin geçiş bölgesi boyunca dinamikleri, mekanik özelliklerinin anlaşılamaması nedeniyle zayıf bir şekilde kısıtlanmaktadır.

Bu mekanik özellikler, minerallerin tipik olarak “viskozite” olarak bilinen bir parametre ile tanımlanan ‘sünme’ adı verilen düşük mekanik strese yanıt olarak minerallerin yavaş plastik deformasyona uğrama kabiliyetine bağlıdır. Üst mantonun dinamikleri, ana bileşeni Mg’in plastik deformasyonuna dayanır.2SiO4 olivin. Üst mantonun ilk ~ 300 km’si, “sismik anizotropi” olarak bilinen sismik dalgaların hızına güçlü bir yönlü bağımlılık ile karakterizedir. Bu nedenle, genel olarak “dislokasyon sünmesi” nin — olivin olarak elastik olarak anizotropik minerallerde kafes dönüşünü ve kristalografik tercih edilen yönelimleri (CPO) indükleyen bir deformasyon mekanizması – üst mantonun genel deformasyonuna katkıda bulunduğuna inanılmaktadır. Dislokasyon sürünmesi, “dislokasyonlar” adı verilen doğrusal kusurların aracılık ettiği kristal kesmenin taşınmasından sorumlu bir kristal içi deformasyon mekanizmasıdır. Hem belirli kristal yönleri ve düzlemleri boyunca çıkıkların kaymasını hem de kayma düzlemlerinden difüzyon aracılı tırmanmayı içerebilen kompozit bir deformasyon mekanizmasıdır. Gerçekten de, Boioli ve ark. (2015) Mg’nin deformasyonunun2SiO4 olivin kristalleri, ilgili üst manto koşulları altında Weertman tipi dislokasyon sürünmesi ile yerleştirilir, burada dislokasyonların tırmanması, dislokasyon kavşaklarının geri kazanılmasını sağlar ve plastik suşun dislokasyon kayması ile verimli bir şekilde üretilmesine izin verir.

Dünyanın geçiş bölgesi üst manto gibi deforme oluyor mu?

Manto geçiş bölgesi boyunca wadsleyite (Wd), ringwoodite (Rw) ve majorite granatta (Mj) öngörülen baskın intrakristalin deformasyon mekanizmalarının üst mantodaki olivininkine kıyasla gösterimi. Kredi bilgileri: Dr. S. Ritterbex (Ehime Üniversitesi)

Manto geçiş bölgesine artan basınç (P) ve sıcaklık (T) ile ~ 410 km derinliğin ötesine giren olivin, ilk olarak yüksek P polimorf wadsleyitine ve ~ 520 km’de ringwoodite dönüşür. Olivin yüksek P polimorflarının bu daha kompakt yapılarının deformasyon işlemlerinin olivininkine benzer olup olmadığı belirsizliğini korumaktadır (Ritterbex ve ark. 2015; Ritterbex ve ark. 2016). Bu soruyu ele almak için, Lille Üniversitesi ve Ehime Üniversitesi Jeodinamik Araştırma Merkezi’ndeki plastisite grubundan araştırmacılar, termal olarak aktifleştirilmiş dislokasyon kayma hareketliliklerinin sayısal simülasyonlarını, deneysel difüzyon verilerinden elde edilen sonuçlarla birleştirdi ve üstteki olivin aksine manto koşulları, çıkık tırmanma hızları olivinin yüksek P polimorflarındaki kayma hızlarını aşar ve jeolojik ilgili streslerde Weertman sünmesinden kayma sünme rejiminde deformasyon mekanizmasının deformasyon mekanizmasına geçişine neden olur. Plastisite modellemesine dayanarak ve deneylerden difüzyon verileriyle kısıtlanan mevcut araştırma, ana geçiş bölgesi mineralleri wadsleyite, ringwoodite ve majorite granatın tane boyutunun bir fonksiyonu olarak kararlı durum deformasyonunu ölçmektedir.

Dünyanın geçiş bölgesi üst manto gibi deforme oluyor mu?

(A) 15 GPa ve 1500 K’de wadsleyite, (b) 20 GPa ve 1700 K’da ringwoodit ve (c) 18 GPa ve 1600 K’da majorit granatının deformasyon mekanizması haritaları Kredi: Dr. S. Ritterbex (Ehime Üniversitesi)

Bu modellemeler, manto geçiş bölgesi ile ilişkili bir dizi temel özelliği açıklayabilir. Wadsleyite, ringwoodite ve majorite granatın jeolojik streslerde saf tırmanma sünmesi ile kristal içi plastisitesinin 10’luk eşdeğer bir geçiş bölgesine yol açtığı gösterilmiştir.(± 1 21) Pa.s tane büyüklüğü ~ 0.1 mm veya daha büyükse, tipik olarak Dünya’nın mantosunun reolojik özelliklerini sınırlamak için kullanılan mevcut ters yüzey jeofizik verileriyle eşleşir. Saf tırmanma sünmesi kafes rotasyonunu tetiklemediğinden ve CPO üretemediğinden, bu mekanizma ile geçiş bölgesinin deformasyonu üst mantoya kıyasla nispi sismik izotropisiyle uyumludur. Araştırmacılar ayrıca CPO’nun, Weertman sürünmesinin aktivasyonu ile stres konsantrasyonları ile birlikte gelişebildiğini, örneğin soğuk kütük plakalarının etrafındaki köşe akışlarında, batma direncinde bir artışa neden olabilecek bir şey olduğunu ve bazı levhaların neden tabanında durduğunu açıkladığını bulmuşlardır. geçiş bölgesi. Öte yandan, geçiş bölgesi silikatları soğuk atomun iç kısmındaki akış dinamiklerini potansiyel olarak etkileyebilecek saf atom difüzyonu ile deforme olduğunda, tanecikler ~ 0.1 mm’den küçükse viskozite azalmaları tahmin edilir. levhalar veya fazlar arası geçişler.

Bu deformasyon mekanizmalarının jeodinamik konveksiyon modellerinde tane büyüklüğünün bir fonksiyonu olarak dahil edilmesi, üst ve alt manto arasındaki etkileşime ilişkin anlayışımızı geliştirmeli ve Dünya’nın jeokimyasal evrimini kısıtlamada yardımcı olması beklenmektedir.


Dünya’nın iç çekirdeği salınıyor ve anormal bir şekilde mi çevriliyor?


Daha fazla bilgi:
Sebastian Ritterbex ve diğerleri, Manto geçiş bölgesi boyunca deformasyon: Teorik bir mineral fiziği görüşü, Yeryüzü ve Gezegen Bilimi Mektupları (2020 yılında). DOI: 10.1016 / j.epsl.2020.116438

Tarafından sunulan
Ehime Üniversitesi

Alıntı:
Dünyanın geçiş bölgesi üst manto gibi deforme oluyor mu? (2020, 29 Temmuz)
2 Ağustos 2020’de alındı
https://phys.org/news/2020-07-earth-transition-zone-deforming-upper.html adresinden

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, hayır
kısmı yazılı izin alınmadan çoğaltılabilir. İçerik yalnızca bilgi amaçlıdır.