stringtranslate.com

Литосфера

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

Литосфера (от др.-греч. λίθος ( líthos )  «каменистый» и σφαίρα ( sphaíra )  «сфера») — жёсткая [1] внешняя каменистая оболочка планеты земной группы или естественного спутника . На Земле она состоит из коры и литосферной мантии , самой верхней части верхней мантии , которая ведёт себя упруго в масштабах времени до тысяч лет и более. Кора и верхняя мантия различаются на основе химии и минералогии .

литосфера Земли

Литосфера Земли, которая составляет твердый и жесткий внешний вертикальный слой Земли, включает в себя кору и литосферную мантию (или мантийную литосферу), самую верхнюю часть мантии , которая не конвектирует. Литосфера подстилается астеносферой, которая является более слабой, горячей и глубокой частью верхней мантии, которая способна конвектировать. Граница литосферы и астеносферы определяется разницей в реакции на напряжение. Литосфера остается жесткой в ​​течение очень длительных периодов геологического времени, в течение которых она деформируется упруго и посредством хрупкого разрушения, в то время как астеносфера деформируется вязко и принимает напряжение посредством пластической деформации . [ необходима ссылка ]

Толщина литосферы, таким образом, считается глубиной до изотермы, связанной с переходом между хрупким и вязким поведением. [2] Температура, при которой оливин становится пластичным (~1000 °C или 1830 °F), часто используется для установки этой изотермы, поскольку оливин, как правило, является самым слабым минералом в верхней мантии. [3]

Литосфера подразделяется горизонтально на тектонические плиты , которые часто включают террейны , присоединенные к другим плитам. [ необходима цитата ]

История концепции

Концепция литосферы как прочного внешнего слоя Земли была описана английским математиком А. Э. Х. Лавом в его монографии 1911 года «Некоторые проблемы геодинамики» и далее развита американским геологом 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 чего он сделал вывод, что должен существовать прочный, твердый верхний слой (который он назвал литосферой) над более слабым слоем, который мог бы течь (который он назвал астеносферой ) . Эти идеи были расширены канадским геологом Реджинальдом Олдвором Дейли в 1940 году в его основополагающей работе «Прочность и структура Земли». [8] Они были широко приняты геологами и геофизиками. Эти концепции прочной литосферы, покоящейся на слабой астеносфере, имеют важное значение для теории тектоники плит . [ необходима ссылка ]

Типы

Различные типы литосферы

Литосферу можно разделить на океаническую и континентальную литосферу. Океаническая литосфера связана с океанической корой (имеющей среднюю плотность около 2,9 грамма на кубический сантиметр или 0,10 фунта на кубический дюйм) и существует в океанических бассейнах . Континентальная литосфера связана с континентальной корой (имеющей среднюю плотность около 2,7 грамма на кубический сантиметр или 0,098 фунта на кубический дюйм) и лежит в основе континентов и континентальных шельфов. [9]

Океаническая литосфера

Океаническая литосфера в основном состоит из основной коры и ультраосновной мантии ( перидотит ) и плотнее континентальной литосферы. Молодая океаническая литосфера, обнаруженная в срединно-океанических хребтах , не толще коры, но океаническая литосфера утолщается по мере старения и удаления от срединно-океанического хребта. Самая старая океаническая литосфера обычно имеет толщину около 140 километров (87 миль). [3] Это утолщение происходит за счет кондуктивного охлаждения, которое преобразует горячую астеносферу в литосферную мантию и заставляет океаническую литосферу становиться все более толстой и плотной с возрастом. Фактически, океаническая литосфера является термическим пограничным слоем для конвекции [ 10] в мантии. Толщину мантийной части океанической литосферы можно аппроксимировать как термический пограничный слой, который утолщается как квадратный корень времени. [ требуется ссылка ]

Здесь — толщина литосферы океанической мантии, — температуропроводность (приблизительно 1,0 × 10−6  м2 / с или 6,5 × 10−4  кв. фут/мин) для силикатных пород, — возраст данной части литосферы. Возраст часто равен L/V, где L — расстояние от центра спрединга 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, чем астеносфера, тепловое сжатие мантийной литосферы делает ее более плотной, чем астеносфера. Гравитационная нестабильность зрелой океанической литосферы приводит к тому, что в зонах субдукции океаническая литосфера неизменно погружается под вышележащую 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: самая старая океаническая литосфера имеет возраст около 170 миллионов лет, в то время как части континентальной литосферы имеют возраст в миллиарды лет. [12] [13]

Субдуцированная литосфера

Геофизические исследования начала 21-го века постулируют, что большие куски литосферы были погружены в мантию на глубину до 2900 километров (1800 миль) до границы ядра и мантии, [14] в то время как другие «плавают» в верхней мантии. [15] [16] Другие же проникают в мантию на глубину до 400 километров (250 миль), но остаются «прикрепленными» к континентальной плите выше, [13] аналогично степени старой концепции «тектосферы», пересмотренной Джорданом в 1988 году. [17] Субдуцирующая литосфера остается жесткой (как показали глубокие землетрясения вдоль зоны Вадати-Бениоффа ) до глубины около 600 километров (370 миль). [18]

Континентальная литосфера

Континентальная литосфера имеет диапазон толщины от примерно 40 километров (25 миль) до, возможно, 280 километров (170 миль); [3] верхние примерно от 30 до 50 километров (от 19 до 31 мили) типичной континентальной литосферы являются корой. Кора отличается от верхней мантии изменением химического состава, которое происходит на границе Мохоровичича . Самые старые части континентальной литосферы лежат под кратонами , а мантийная литосфера там толще и менее плотная, чем типичная; относительно низкая плотность таких мантийных «корней кратонов» помогает стабилизировать эти регионы. [12] [13]

Из-за своей относительно низкой плотности континентальная литосфера, которая достигает зоны субдукции, не может субдуцировать намного дальше, чем на 100 км (62 мили) перед выходом на поверхность. В результате континентальная литосфера не перерабатывается в зонах субдукции так, как перерабатывается океаническая литосфера. Вместо этого континентальная литосфера является почти постоянной чертой Земли. [19] [20]

Ксенолиты мантии

Геологи могут напрямую изучать природу субконтинентальной мантии, исследуя мантийные ксенолиты [21], поднятые в кимберлитах , лампроитах и ​​других вулканических трубках . Истории этих ксенолитов были исследованы многими методами, включая анализы 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. [22]

Микроорганизмы

Верхняя часть литосферы является обширной средой обитания микроорганизмов , некоторые из которых обнаружены на глубине более 4,8 км (3 мили) под поверхностью Земли. [23]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Скиннер, Б. Дж.; Портер, С. К. (1987). «Земля: внутри и снаружи». Физическая геология . John Wiley & Sons . стр. 17. ISBN 0-471-05668-5.
  2. ^ Парсонс, Б. и Маккензи, Д. (1978). "Мантийная конвекция и тепловая структура плит" (PDF) . Журнал геофизических исследований . 83 (B9): 4485. Bibcode :1978JGR....83.4485P. CiteSeerX 10.1.1.708.5792 . doi :10.1029/JB083iB09p04485. 
  3. ^ abc Pasyanos, ME (15 мая 2008 г.). "Толщина литосферы, смоделированная на основе дисперсии поверхностных волн с длинным периодом" (PDF) . Получено 25.04.2014 .
  4. ^ Баррелл, Дж. (1914). «Прочность земной коры». Журнал геологии . 22 (4): 289–314. Bibcode : 1914JG.....22..289B. doi : 10.1086/622155. JSTOR  30056401. S2CID  118354240.
  5. ^ Баррелл, Дж. (1914). «Прочность земной коры». Журнал геологии . 22 (5): 441–468. Bibcode : 1914JG.....22..441B. doi : 10.1086/622163. JSTOR  30067162. S2CID  224833672.
  6. ^ Баррелл, Дж. (1914). «Прочность земной коры». Журнал геологии . 22 (7): 655–683. Bibcode : 1914JG.....22..655B. doi : 10.1086/622181. JSTOR  30060774. S2CID  224832862.
  7. ^ Баррелл, Дж. (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: Prentice-Hall.
  9. ^ Филпоттс, Энтони Р.; Агу, Джей Дж. (2009). Принципы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Cambridge University Press . С. 2–4, 29. ISBN 9780521880060.
  10. ^ Дональд Л. Теркотт, Джеральд Шуберт, Геодинамика. Cambridge University Press, 25 марта 2002 г. - 456
  11. ^ Stein, Seth; Stein, Carol A. (1996). "Термомеханическая эволюция океанической литосферы: последствия для процесса субдукции и глубоких землетрясений". Субдукция: сверху вниз . Серия геофизических монографий. Том 96. С. 1–17. Bibcode : 1996GMS....96....1S. doi : 10.1029/GM096p0001. ISBN 9781118664575.
  12. ^ ab Jordan, Thomas H. (1978). «Состав и развитие континентальной тектоосферы». Nature . 274 (5671): 544–548. Bibcode :1978Natur.274..544J. doi :10.1038/274544a0. S2CID  4286280.
  13. ^ abc O'Reilly, Suzanne Y.; Zhang, Ming; Griffin, William L.; Begg, Graham; Hronsky, Jon (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». Earth and Planetary Science Letters . 227 (3–4): 531. Bibcode : 2004E&PSL.227..531B. doi : 10.1016/j.epsl.2004.09.015.
  15. ^ Реплумаз, Энн; Карасон, Храфнкель; Ван дер Хильст, Роб Д.; Бесс, Жан; Таппонье, Пол (2004). «4-мерная эволюция мантии Юго-Восточной Азии по геологическим реконструкциям и сейсмической томографии». Earth and Planetary Science Letters . 221 (1–4): 103–115. Bibcode : 2004E&PSL.221..103R. doi : 10.1016/S0012-821X(04)00070-6. S2CID  128974520.
  16. ^ Ли, Чанг; Ван дер Хильст, Роберт Д.; Энгдаль, Э. Роберт; Бердик, Скотт (2008). "Новая глобальная модель для вариаций скорости P-волн в мантии Земли". Геохимия, геофизика, геосистемы . 9 (5): н/д. Bibcode : 2008GGG.....9.5018L. doi : 10.1029/2007GC001806 .
  17. ^ Jordan, TH (1988). «Структура и формирование континентальной тектоосферы». Журнал петрологии . 29 (1): 11–37. Bibcode :1988JPet...29S..11J. doi :10.1093/petrology/Special_Volume.1.11.
  18. ^ Фролих, К. (1989). «Природа глубокофокусных землетрясений». Annual Review of Earth and Planetary Sciences . 17 : 227–254. Bibcode : 1989AREPS..17..227F. doi : 10.1146/annurev.ea.17.050189.001303.
  19. ^ Эрнст, WG (июнь 1999). «Метаморфизм, частичная консервация и эксгумация поясов сверхвысокого давления». Island Arc . 8 (2): 125–153. doi :10.1046/j.1440-1738.1999.00227.x. S2CID  128908164.
  20. ^ Stern, Robert J. (2002). "Зоны субдукции". Reviews of Geophysics . 40 (4): 1012. Bibcode : 2002RvGeo..40.1012S. doi : 10.1029/2001RG000108 . S2CID  247695067.
  21. ^ Никсон, PH (1987) Ксенолиты мантии J. Wiley & Sons, 844 стр. ISBN 0-471-91209-3 
  22. ^ Карлсон, Ричард В. (2005). "Физические, химические и хронологические характеристики континентальной мантии". Обзоры геофизики . 43 (1): RG1001. Bibcode :2005RvGeo..43.1001C. doi : 10.1029/2004RG000156 .
  23. ^ Денглер, Рони (11 декабря 2018 г.). «Ученые обнаружили ошеломляющее количество жизни глубоко под поверхностью Земли». Журнал Astronomy . Получено 09.10.2023 .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Литосферы» .