Войти
Понимание прогнозов динамики мантии помогает геологам предсказать, где в конечном итоге окажется субдуцированная кора. Переработка земной коры - это тектонический процесс, при котором поверхностный материал литосферы перерабатывается в мантию в результате субдукционной эрозии или расслоения. Погружающиеся плиты несут летучие соединения и воду в мантию, а также материал земной коры с изотопной сигнатурой, отличной от таковой у примитивной мантии. Идентификация этой коры в породах мантийного происхождения (таких как срединно-океанические хребты базальты или кимберлиты ) является доказательством рециклинга земной коры.
С 1906 по 1936 год сейсмологические данные использовались РД. Олдхэм, А. Мохорович, Б. Гутенберг и И. Леманна, чтобы показать, что Земля состоит из твердой коры и мантии, жидкого внешнего ядра и твердого самого внутреннего ядра. Развитие сейсмологии как современного инструмента для визуализации глубинных недр Земли произошло в 1980-х годах, и вместе с ней сформировались два лагеря геологов: сторонники конвекции всей мантии и сторонники конвекции слоистой мантии.
Конвекция в слоистой мантии. Сторонники считают, что конвективная активность мантии является слоистой, разделенной плотнейшей упаковкой фазовыми переходами минералов, таких как оливин, гранат и пироксен в более плотные кристаллические структуры (шпинель, а затем силикатный перовскит и постперовскит ). Погруженные плиты могут обладать отрицательной плавучестью из-за того, что они остыли из-за пребывания на поверхности и затопления водой, но этой отрицательной плавучести недостаточно для перехода через фазовый переход 660 км.
Сторонники цельной (простой) конвекции считают, что наблюдаемые различия плотности мантии (которые, как предполагается, являются продуктами фазовых переходов минералов) не ограничивают конвективное движение, которое движется через верхнюю и нижнюю мантию как единое целое. конвективная ячейка. Погружающиеся плиты способны пройти фазовый переход на 660 км и собираться у дна мантии на «кладбище плит», и могут быть движущей силой конвекции в мантии локально и в масштабах земной коры.
Конечная судьба материала земной коры является ключом к пониманию геохимической цикличности, а также устойчивых неоднородностей в мантии, апвеллинга и бесчисленных эффектов на состав магмы, плавление, тектоника плит, динамика мантии и тепловой поток. Если плиты застопорились на границе 660 км, как предполагает гипотеза слоистой мантии, они не могут быть включены в плюмы горячих точек, которые, как считается, происходят на границе ядро-мантия. Если плиты попадают на «кладбище плит» на границе ядро-мантия, они не могут участвовать в геометрии субдукции плоских плит. Динамика мантии, вероятно, представляет собой смесь двух гипотез о конечных членах, что приводит к частично слоистой системе мантийной конвекции.
Наше текущее понимание структуры глубин Земли основано в основном на выводах прямых и косвенных измерений свойств мантии с использованием сейсмологии, петрологии, изотопа. методы геохимии и сейсмической томографии. В частности, сейсмология широко используется для получения информации о глубокой мантии вблизи границы ядро-мантия.
Хотя сейсмическая томография давала низкокачественные изображения мантии Земли в 1980-х годах, изображения были опубликованы в редакционной статье 1997 года в журнале Наука ясно показала холодную плиту около границы ядро-мантия, как и работа, завершенная в 2005 году Хутко и др., Показав изображение сейсмической томографии, которое может быть холодным складчатым материалом плиты на границе ядро-мантия. Однако фазовые переходы все еще могут играть роль в поведении плит на глубине. Schellart et al. показали, что фазовый переход длиной 660 км может служить отклонением опускающихся плит. Форма зоны субдукции также сыграла ключевую роль в том, сможет ли геометрия плиты преодолеть границу фазового перехода.
Минералогия также может играть роль, поскольку локально метастабильный оливин будет формировать области с положительной плавучестью даже в холодная опускающаяся плита, и это может привести к тому, что плиты «остановятся» при повышенной плотности 660-километрового фазового перехода. Минералогия плиты и ее эволюция на глубине изначально не рассчитывались с учетом информации о скорости нагрева плиты, которая может оказаться необходимой для поддержания отрицательной плавучести достаточно долго, чтобы преодолеть фазовый переход 660 км. Дополнительная работа, выполненная Спасоевичем и др. показали, что локальные минимумы в геоиде могут быть объяснены процессами, происходящими на кладбищах плит и вокруг них, как указано в их моделях.
Понимание того, что различия между слоями Земли не только реологические, но и химические, важно для понимания того, как мы можем отслеживать движение материала земной коры даже после он был подчинен. После того, как горная порода переместилась на поверхность земли из-под коры, из этой породы можно отобрать стабильный изотопный состав. Затем его можно сравнить с известными изотопными составами земной коры и мантии, а также с составом хондритов, которые, как считается, представляют собой исходный материал, образовавшийся в результате формирования Солнечной системы, в практически неизмененном состоянии.
Одна группа исследователей смогла оценить, что от 5 до 10% верхней мантии состоит из переработанного материала земной коры. Kokfelt et al. завершил изотопное исследование мантийного плюма под Исландией и обнаружил, что изверженные мантийные лавы включают компоненты нижней коры, подтверждая рециклинг коры на местном уровне.
Некоторые звенья карбонатита, которые связаны с несмешивающимися, богатыми летучими веществами магмами и индикаторным минералом мантии алмазом, показали изотопные сигналы для органического углерода, которые могли иметь только внесен субдуцированным органическим материалом. Работа, выполненная по карбонатитам Walter et al. а другие разрабатывают магмы на глубине, так как они образовались в результате обезвоживания пластового материала.
