Литосфера - Lithosphere

Тектонические плиты литосферы на Земле

Земля в разрезе от центра до поверхности, литосфера, состоящая из коры и литосферной мантии (детали не в масштабе)

Литосфера ( Древнегреческий : λίθος [ LITHOS ] для «скального», и σφαίρα [ sphaíra ] для «сферы») является жесткой, внешней оболочкой земного типа планеты или естественного спутника . На Земле он состоит из коры и части верхней мантии, которая ведет себя упруго во временных масштабах 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 кору и самую верхнюю мантию. Литосфера подстилается астеносферой, которая является более слабой, горячей и глубокой частью верхней мантии. Граница Литосферы-Астеносфера определяются разницей в ответ на стресс: литосфера остается жесткой в течение очень длительных геологического времени , в котором он упруго деформируется и через хрупкое разрушение, в то время как астеносфера деформируется вязко и вмещает процедить через пластическую деформацию .

Таким образом, толщина литосферы считается глубиной до изотермы, связанной с переходом от хрупкого к вязкому поведению. Температура, при которой оливин становится пластичным (~ 1000 ° C), часто используется для установки этой изотермы, поскольку оливин обычно является самым слабым минералом в верхней мантии.

Литосфера подразделяется по горизонтали на тектонические плиты , которые часто включают террейны, сросшиеся с других плит.

История концепции

Концепция литосферы как прочного внешнего слоя Земли была описана AEH Love в его монографии 1911 года «Некоторые проблемы геодинамики» и развита Джозефом Барреллом , который написал серию статей об этой концепции и ввел термин «литосфера». Концепция была основана на наличии значительных гравитационных аномалий над континентальной корой, из которых он сделал вывод, что должен существовать сильный, твердый верхний слой (который он назвал литосферой) над более слабым слоем, который может течь (который он назвал астеносферой). . Эти идеи были расширены Реджинальдом Олдвортом Дейли в 1940 году в его основополагающей работе «Сила и структура Земли». Они были широко приняты геологами и геофизиками. Эти концепции сильной литосферы, покоящейся на слабой астеносфере, необходимы для теории тектоники плит .

Типы

Различные типы литосферы

Литосферу можно разделить на океаническую и континентальную. Океаническая литосфера связана с океанической корой (имеющей среднюю плотность около 2,9 грамма на кубический сантиметр) и существует в океанских бассейнах . Континентальная литосфера связана с континентальной корой (имеющей среднюю плотность около 2,7 грамма на кубический сантиметр) и лежит в основе континентов и континентальных шельфов.

Океаническая литосфера

Океаническая литосфера состоит в основном из мафической коры и ультрамафят мантию ( перидотиты ) и является более плотным , чем континентальная литосфера. Молодая океаническая литосфера, расположенная на срединно-океанических хребтах , не толще коры, но океаническая литосфера с возрастом утолщается и удаляется от срединно-океанического хребта. Толщина самой старой океанической литосферы обычно составляет около 140 км. Это утолщение происходит за счет кондуктивного охлаждения, которое превращает горячую астеносферу в литосферную мантию и заставляет океаническую литосферу становиться все более толстой и плотной с возрастом. Фактически океаническая литосфера представляет собой тепловой пограничный слой для конвекции в мантии. Толщина мантийной части океанической литосферы может быть аппроксимирована термическим пограничным слоем, который утолщается как квадратный корень из времени.

{\ Displaystyle \, час \, \ сим \, 2 \, {\ sqrt {\ каппа т}} \,}

Здесь - толщина литосферы океанической мантии, - коэффициент температуропроводности (приблизительно 10 ⁻⁶ м ² / с) для силикатных пород, - возраст данной части литосферы. Возраст часто равен L / V, где L - расстояние от спредингового центра срединно-океанического хребта , а V - скорость литосферной плиты. ${\ displaystyle h}$ ${\ displaystyle \ kappa}$ ${\ displaystyle t}$

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 астеносферы, 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 опускается под доминирующую 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: возраст самой старой океанической литосферы составляет около 170 миллионов лет, а возраст части континентальной литосферы - миллиарды лет.

Субдуцированная литосфера

Геофизические исследования в начале 21 века утверждают, что большие части литосферы были погружены в мантию на глубину до 2900 км до границы ядро-мантия, в то время как другие «плавают» в верхней мантии. Третьи проникают в мантию на расстояние до 400 км, но остаются «прикрепленными» к континентальной плите выше, подобно протяженности «тектосферы», предложенной Иорданией в 1988 году. Поглощающая литосфера остается жесткой (как показали глубокие землетрясения вдоль Вадати -Бениофф ) на глубину около 600 км (370 миль).

Континентальная литосфера

Континентальная литосфера имеет диапазон толщины от примерно 40 км до, возможно, 280 км; верхние ~ 30-50 км типичной континентальной литосферы - это кора. Кора отличается от верхней мантии изменением химического состава, происходящим на разрыве Мохо . Самые древние части континентальной литосферы лежат в основе кратонов , и мантийная литосфера там более толстая и менее плотная, чем типичная; Относительно низкая плотность таких мантийных «корней кратонов» помогает стабилизировать эти области.

Из-за своей относительно низкой плотности континентальная литосфера, которая достигает зоны субдукции, не может погружаться намного дальше, чем примерно 100 км (62 мили), прежде чем всплыть на поверхность. В результате континентальная литосфера не перерабатывается в зонах субдукции, как перерабатывается океаническая литосфера. Напротив, континентальная литосфера - почти постоянная особенность Земли.

Ксенолиты мантии

Геофизики могут непосредственно изучать природу субконтинентальной мантии, исследуя ксенолиты мантии, образованные в кимберлитах , лампроитах и других вулканических трубках . История этих ксенолитов была исследована многими методами, включая анализ 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.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

Черников, Стэнли; Уитни, Донна (1990). Геология. Введение в физическую геологию (4-е изд.). Пирсон. ISBN 978-0-13-175124-8.

Languages

In other projects