Manto konveksiyonu

Manto konveksiyonu, gezegenin içinden yüzeyine ısı taşıyan konveksiyonu akımlarının sebep olduğu, Dünya'nın katı silikat örtüsünün çok yavaş sürünen hareketidir.

Dünya'nın yüzey astenosferin üstüne biniyor ve ikisi üst manto bileşenlerini oluşturuyor. , karşıt plaka sınırlarında sürekli olarak yaratılan ve tüketilen bir dizi plakaya ayrılır. Birikimin, deniz tabanının yayılması ile ilişkili bir plakanın büyüyen kenarlarına manto eklenmesi ile oluşur. Bu sıcak eklenen malzeme ısı iletimi ve taşınımı ile soğur. Plakanın tüketim kenarlarında, malzeme yoğunlaşmak için termal olarak büzülmüş ve genellikle bir okyanus açmasında çökme sürecinde kendi ağırlığı altında batmaktadır.

Bu çıkarılan malzeme Dünya'nın iç kısmına gömülür. Bazı çöktürülmüş materyallerin ulaştığı görülmektedir, diğer bölgelerde ise, muhtemelen ve , bir faz geçişinden dolayı bu materyalin daha da batması engellenmektedir.

Temel mekanizmalar çeşitlilik gösterse de, bastırılmış okyanus kabuğu volkanizmayı tetikler. Volkanizma, kısmen erimiş mantoya kaldırma kuvveti ekleyen ve yoğunluğundaki azalma nedeniyle kısmi eriyiğin yukarı akışına neden olacak işlemler nedeniyle oluşabilir. İkincil konveksiyon, plaka içi ekstansiyonun ve bir sonucu olarak yüzey volkanizmasına neden olabilir.

Manto konveksiyonu tektonik plakaların Dünya yüzeyinde hareket etmesine neden olur.Hadean döneminde çok daha aktif olduğu görülmekte, daha ağır erimiş demir, nikel ve sülfürlerin çekirdeğe ve daha hafif silikat minerallerin kütle çekimine göre sınıflandırılmasıyla sonuçlanmaktadir.

Tarihçe

Manto konveksiyon kavramı, 20. yüzyılın başından bu yana, önce Alpler gibi kıvrımlı dağların jeolojisini açıklamak için, sonra da derin deniz gayzerleri ve bölgesel sistemleri gibi diğer büyük jeotektonik formlara doğru, katı dünya kabuğunun altındaki magma akışları ve magmatik kütle transferleri fikrinden gelişti .

Konveksiyon çeşitleri

Üst (3) ve alt (5) mantonun yerini gösteren toprak şekli.

Dünya sıcaklığı ve derinlik karşılaştırması. Kesik eğri: katmanlı manto konveksiyonu Katı eğri: tam manto konveksiyonu.

20. yüzyılın sonlarında, jeofizik topluluğu içinde konveksiyonun "katmanlı" veya "bütün" olup olmayacağı konusunda önemli tartışmalar yaşanmıştır. Bu tartışmalar hala devam etmektedir. , manto konveksiyonunun sayısal simülasyonları ve Dünya'nın yerçekimi alanının incelenmesi en azından şu anda bütün manto konveksiyonunun varlığını ortaya koymaya yetmektedir. Bu modelde soğuk alttan geçen okyanus litosferi sayesinde kadar iner ve sıcak tüyler SPK'dan yüzeye kadar yükselir. Bu resim genellikle manto geçiş bölgesinden geçen levha ve tüy benzeri anomalileri gösteren küresel sismik tomografi^[] modellerinin sonuçlarına dayanmaktadır.

Alt manto geçiş bölgesinden geçmesi ve alt mantoya inmesi artık kabul edilmiştir. Manto konveksiyon stili için önemli çıkarımlarla birlikte varlığı ve sürekliliği hakkındaki tartışmalar da hâlâ devam etmektedir. Bu tartışmalar tabaka içinde volkanizmanın sığ veya alt mantonun kaynaklanıp kaynaklanmadığı konusundaki tartışmalara bağlıdır. Birçok jeokimya çalışması plaka içi alanlardan çıkan lavların bileşimden sığ türetilmiş farklı olduğunu ileri sürmektedir. Bazaltlar (MORB) Özellikle tipik olarak yüksek Helyum-3 - Helyum-4 oranlarına sahiptirler. eski bir nüklid olan Helyum-3 yeryüzünde doğal olarak üretilememektedir. Ayrıca patladığında dünya atmosferinden hızla çıkmaktadır.Okyanus Adası Bazaltlar'ının (OIB'ler) yüksek He-3 / He-4 oranı dünyanın daha önce eritilmemiş ve MORB kaynağı ile aynı şekilde yeniden işlenilmiş kısmından kaynak oluşturulması gerekildiği düşünülmektedir. Bununla birlikte diğerleri jeokimyasal farklılıkların yüzeye yakın bir materyalinin küçük bir bileşeninin litosferden de dahil olabileceğini belirtmiştir.

Planform ve taşınım gücü

Manto soğutma işleminde retilen bir

Isı transferi konveksiyon ve iletim

Dünya üzerinde, dünya'nın mantosundaki konveksiyon için şiddetli konveksiyonun 10 ⁷ civarında olduğu tahmin edilmektedir. Bu değer tüm manto konveksiyonuna karşılık gelir (yani, dünya yüzeyinden sınıra uzanan konveksiyon). Küresel ölçekte bu konveksiyonun yüzey ifadesi tektonik plaka hareketleridir ve bunlar birkaç cm / a hıza sahiptir.

Litosferin altındaki düşük viskoziteli bölgelerde meydana gelen küçük ölçekli konveksiyon için hızlar daha yüksek olabilir ve viskozitelerin daha büyük olduğu en alt mantoda daha yavaş olabilir. Tek bir sığ konveksiyon döngüsü 50 milyon yıl sürerken daha derin konveksiyon 200 milyon yıla yakın olabilir.

Şu anda tüm manto konveksiyonun geniş ölçekli aşağı doğru akım içerdiği düşünülmektedir. Amerika ve Batı 'in altında her iki bölge de uzun bir düşüş tarihi olan ve Orta Pasifik ve Afrika'nın altında yer alan ve her ikisi de yükselme ile tutarlı .

Bu geniş ölçekli akış modeli Dünya'nın mantosundaki konveksiyonun yüzey ifadesi olan ve şu anda 2 dereceyi gösteren tektonik plaka hareketleriyle de tutarlıdır. Net tektonik ayrışmanın Afrika ve Pasifik'ten uzaklığı 250 Milyar yıldır. Bu genel manto akış paterninin uzun vadeli stabilitesini gösterir ve diğer çalışmalarla da tutarlıdır. En altta yer alan bölgelerinin uzun vadeli istikrarını öneren bu yapıların temelini oluşturan mantodur.

Mantoda sürünme

Alt ve arasındaki değişken sıcaklıklar ve basınçlar nedeniyle, alt mantoda baskın çıkık sürünmesi ve zaman zaman üst mantoda baskın olarak yayılan sürünme ile çeşitli sürünme süreçleri meydana gelebilir. Bununla birlikte, üst ve arasındaki sürünme işlemlerinde büyük bir geçiş bölgesi vardır ve hatta her bölüm içinde sürünme özellikleri, konum ve dolayısıyla sıcaklık ve basınç ile güçlü bir şekilde değişebilir. Güç hukuku sünme bölgelerinde, n = 3-4 olan verilere takılan sünme denklemi standarttır.

öncelikle olivin ((Mg, Fe) 2SiO4) 'ten oluştuğundan, üst mantonun reolojik özellikleri büyük ölçüde olivindir. Olivinin gücü sadece erime sıcaklığı ile ölçeklendirmekle kalmaz, aynı zamanda su ve silika içeriğine de çok duyarlıdır. Başta Ca, Al ve Na olmak üzere safsızlıklardan kaynaklanan katılaşma depresyonu ve basınç, sünme davranışını etkiler ve böylece lokasyonlu sünme mekanizmalarının değişmesine katkıda bulunur. Sünme davranışı genellikle strese karşı homolog sıcaklık olarak çizilirken, manto durumunda, stresin basınca bağımlılığına bakmak genellikle daha yararlıdır. Stres alan üzerinde basit bir kuvvet olmasına rağmen, jeolojide alanı tanımlamak zordur. Denklem 1, stresin basınca bağımlılığını gösterir. Mantodaki yüksek basınçları simüle etmek çok zor olduğundan (300–400 km'de 1MPa), düşük basınçlı laboratuvar verileri genellikle metalurjiden sürünme kavramları uygulanarak yüksek basınçlara tahmin edilir.${\displaystyle \left({\frac {\partial \ln \sigma }{\partial P}}\right)_{T,{\dot {\epsilon }}}=\left({\frac {1}{TT_{m}}}\right)\times \left({\frac {\partial \ln \sigma }{\partial \left({\frac {1}{T}}\right)}}\right)_{P,{\dot {\epsilon }}}\times {\frac {dT_{m}}{dP}}}$

Mantonun çoğunun 0.65-0.75'tir .Mantodaki gerilmeler, yoğunluk, yerçekimi, termal genleşme katsayıları, konveksiyonu yönlendiren sıcaklık farklarına bağlıdır ve hepsi 3-30MPa'nın bir fraksiyonu etrafında stres veren mesafe konveksiyonu meydana gelir. Büyük tane boyutları nedeniyle (birkaç mm kadar yüksek streslerde), gerçekten baskın olması olası değildir. Büyük tane boyutları göz önüne alındığında, çıkık sürünmesi baskın olma eğilimindedir. 14 MPa, baskın olduğu ve üzerinde sürüntüsünün 0.5T olivinde baskın olduğu strestir. Bu nedenle, nispeten düşük sıcaklıklar için bile, çalışacağı stres yayılma sünmesi gerçekçi koşullar için çok düşüktür. Güç yasası sürünme oranı, zayıflama, difüzyonun azaltma ve böylece NH sürünme hızını arttırma nedeniyle artan su içeriği ile artmasına rağmen, NH genellikle hâkim olacak kadar büyük değildir. Bununla birlikte, yayılma sünmesi üst mantonun çok soğuk veya derin kısımlarında baskın olabilir. Mantodaki ek , transforme geliştirilmiş sünekliğe atfedilebilir. 400 km'nin altındaki olivin, sünekliğin artması nedeniyle daha fazla deformasyona neden olabilen basınca bağlı faz dönüşümüne uğrar. Güç yasası sürünmesinin baskınlığına ilişkin daha fazla kanıt, deformasyonun sonucu olarak tercih edilen kafes yönelimlerinden kaynaklanmaktadır. Dislokasyon sürünmesi altında, kristal yapılar düşük stres yönlerine yönelir. Bu, yayılma sürünmesi altında gerçekleşmez, bu nedenle örneklemlerde tercih edilen yönelimlerin gözlemlenmesi, çıkık sürünmesinin baskınlığına güvenir.

Diğer gök cisimlerinde manto konveksiyonu

Benzer bir yavaş konveksiyon işleminin diğer gezegenlerde (örneğin Venüs, Mars) ve bazı uydularda (örn. Europa, Enceladus) meydana gelmesi (veya oluşması) muhtemeldir .

Ek bilgiler

• Dünya'nın dinamikleri - Çalışma
• eriyik elemanlarının iz dağılımı.

Kaynakça

1. ^ Kobes, Randy. "Mantle Convection". Archived from the original on 9 June 2011. Retrieved 26 February 2020. Physics Department, University of Winnipeg
2. ^ Ricard, Y. (2009). "2. Physics of Mantle Convection". In David Bercovici and Gerald Schubert (ed.). Treatise on Geophysics: Mantle Dynamics. 7. Elsevier Science. .
3. ^ Gerald Schubert; Donald Lawson Turcotte; Peter Olson (2001). "Chapter 2: Plate tectonics". Mantle convection in the earth and planets. Cambridge University Press. pp. 16 ff. .
4. ^ Fukao, Yoshio; Obayashi, Masayuki; Nakakuki, Tomoeki; Group, the Deep Slab Project (2009-01-01). "Stagnant Slab: A Review" (PDF). Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 37 (1): 19–46. Bibcode:2009AREPS..37...19F. doi:10.1146/annurev.earth.36.031207.124224.
5. ^ Gerald Schubert; Donald Lawson Turcotte; Peter Olson (2001). "§2.5.3: Fate of descending slabs". Cited work. pp. 35 ff. .
6. ^ Foulger, G.R. (2010). Plates vs. Plumes: A Geological Controversy. Wiley-Blackwell. .
7. ^ Kent C. Condie (1997). Plate tectonics and crustal evolution (4th ed.). Butterworth-Heinemann. p. 5. .
8. ^ Moresi, Louis; Solomatov, Viatcheslav (1998). "Mantle convection with a brittle lithosphere: thoughts on the global tectonic styles of the Earth and Venus". Geophysical Journal International. 133 (3): 669–82. Bibcode:1998GeoJI.133..669M. CiteSeerX 10.1.1.30.5989. doi:10.1046/j.1365-246X.1998.00521.x.
9. ^ Ctirad Matyska ve David A Yuen (2007). "Şekil 17 Çok katlı tüylerin alt-manto malzeme özellikleri ve konveksiyon modellerinde " . Plakalar, tüyler ve gezegen süreçleri . Amerika Jeoloji Topluluğu. s. 159. .
10. ^ Donald Lawson Turcotte; Gerald Schubert (2002). Jeodinamik (2. baskı). Cambridge Üniversitesi Yayınları. ISBN .
11. ^ Gerald Schubert; Donald Lawson Turcotte; Peter Olson (2001). s. 616. ISBN
12. ^ Montelli, R; Nolet, G; Dahlen, FA; Üstatlar, G; Engdahl ER;Hung SH (2004). "Sonlu frekanslı tomografide mantoda çeşitli tüyler görülür". Bilim . 303 (5656): 338-43. Bibcode : 2004Sci ... 303..338M 3 Eylül 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde . .  : 10.1126 / science.1092485 19 Mayıs 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde . . (PMID) 14657505^[] .
13. ^ (2010). Tabaklar ve Tüyler: Jeolojik Bir Tartışma 25 Kasım 2017 tarihinde Wayback Machine sitesinde . . Wiley-Blackwell. ISBN .
14. ^ Ctirad Matyska & David A Yuen (2007). "Figure 17 in Lower-mantle material properties and convection models of multiscale plumes". Plates, plumes, and planetary processes. Geological Society of America. p. 159. ISBN
15. ^ Çin Tian Shan Dağları'nın altındaki üst mantoda ki küçük ölçekli konveksiyon. http://www.vlab.msi.umn.edu/reports/allpublications/files/2007-pap79.pdf 30 Mayıs 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde . 2013-05-30 Wayback Machine
16. ^ polar gezinti ve manto konveksiyonu http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?bibcode=1972IAUS...48..212T&db_key=AST&page_ind=0&data_type=GIF&type=SCREEN_VIEW&classic=YES 15 Ocak 2021 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
17. ^ Belirtilen hızlarla konveksiyonu gösteren resim. orijinal^[] kaynağından arşivlendi 2011-09-28. Erişim tarihi: 2011-08-29.
18. ^ Serbestçe Hareket Eden Bir Üst Sınırlı Termal Konveksiyon, Bkz. Bölüm IV Tartışma ve Sonuçlar. http://physics.nyu.edu/jz11/publications/ConvecA.pdf 31 Temmuz 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
19. ^ Lithgow-Bertelloni, Carolina; Silver, Paul G. (1998). "Dinamik topografya, plaka itici güçler ve Afrika'daki süper yer". Doğa. 395 (6699): 269-272 Bibcode:1998Natur.395..269L 3 Eylül 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde .. doi:10.1038/26212 6 Ekim 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde .. ISSN 0028-0836 12 Mayıs 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde ..
20. ^ Conrad, Clinton P. .; Steinberger, Bernhard; Torsvik, Trond H. (2013). "Levha tektoniklerinin net özellikleri ile ortaya çıkan aktif manto üstyapısının stabilitesi". 12 Ağustos 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde . Doğa. 498 (7455): 479-482. Bibcode: 2013Natur.498..479C. 3 Eylül 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde . DOI: / nature12203 10.1038. : 10852/61522 7 Haziran 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde .. ISSN 0028-0836. 12 Mayıs 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde . PMID 23803848^[].
21. ^ Conrad, Clinton P. .; Steinberger, Bernhard; Torsvik, Trond H. (2013). " Levha tektoniklerinin net özellikleri ile ortaya çıkan aktif manto üstyapısının stabilitesi 12 Ağustos 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde .".Doğa. 498 (7455): 479-482. Bibcode: 2013Natur.498..479C. 3 Eylül 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde . DOI: / nature 12203 10.1038. : 10852/61522. 7 Haziran 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde . 0028-0836 12 Mayıs 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde .. (PMID) 23803848^[].
22. ^ Torsvik, Trond H .; Steinberger, Bernhard; Ashwal, Lewis D .; Doubrovine, Pavel V .; Trønnes, Reidar G. (2016). "Dünya evrimi ve dinamikleri — Kevin Burke'e bir övgü 3 Haziran 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde .". Kanada Yer Bilimleri Dergisi. 53 (11): 1073-1087. Bibcode: 2016CaJES..53.1073T 3 Eylül 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde .. : 10,1139 / cjes-2015-0228. 1 Temmuz 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde . : 10852/61998 3 Haziran 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde .. 0008-4077. 12 Aralık 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
23. ^ Torsvik, Trond H .; Smethurst, Mark A .; Burke, Kevin; Steinberger, Bernhard (2006). "Derin mantodaki büyük düşük hızlı illerin sınırlarından üretilen büyük magmatik bölgeler." Uluslararası Jeofizik Dergisi. 167 (3): 1447-1460. :2006GeoJI.167.1447T 3 Eylül 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde .. :10.1111/j.1365-246x.2006.03158.x. 17 Mayıs 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde . ISSN 0956-540X 28 Nisan 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
24. ^ Dziewonski, Adam M .; Lekic, Vedran; A. (2010). "Manto Çapa Yapısı: Aşağıdan yukarı tektonik için bir argüman". Dünya ve Gezegensel Bilim Mektupları. 299 (1–2): 69–79. Bibcode: 2010E & PSL.299 ... 69D 3 Eylül 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde .. : 10.1016 / j.epsl.2010.08.013 17 Mayıs 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde .. ISSN 0012-821X 10 Mayıs 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
25. ^ Weertman, J.; White, S.; Cook, Alan H. (1978-02-14). "Creep Laws for the Mantle of the Earth [and Discussion]". Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 288 (1350): 9–26. Bibcode:1978RSPTA.288....9W. doi:10.1098/rsta.1978.0003. ISSN 1364-503X.
26. ^ ^{a b} Borch, Robert S.; Green, Harry W. (1987-11-26). "Dependence of creep in olivine on homologous temperature and its implications for flow in the mantle". Nature. 330 (6146): 345–48. Bibcode:1987Natur.330..345B. doi:10.1038/330345a0.
27. ^ Karato, Shun-ichiro; Wu, Patrick (1993-05-07). "Rheology of the Upper Mantle: A Synthesis". Science. 260 (5109): 771–78. Bibcode:1993Sci...260..771K. doi:10.1126/science.260.5109.771. ISSN 0036-8075. PMID 17746109.