Кіріспе

Астеносфера – Жердің жоғарғы мантиясының жоғары тұтқыр, механикалық әлсіз және икемді аймағы. Ол литосфераның астында, ~ тереңдікте орналасқан және жер бетінен төмен қарай созылып, ~ тереңдікке жетеді. Дегенмен, астеносфераның төменгі шекарасы нақты анықталмаған. Астеносфера көбінесе қатты күйде болады, бірақ еріген таусылған мөлшері (тастың 0,1% -дан аз) оның механикалық әлсіздігіне себеп болады. Астеносфераның кең ауқымды декомпрессиялық балқыуы оның жоғары қарай көтерілген жерлерінде жүзеге асады, бұл Жердегі магманың ең маңызды көзі болып табылады. Ол орта мұхит қырқасы базальтының (MORB) және субдукция аймақтарында немесе континенттік жарылыс аймақтарында шығатын кейбір магмалардың бастауы болып табылады.

Сипаттамалары

Астеносфера – литосфераның астындағы жоғарғы мантияның бөлігі, плиталық тектоникалық қозғалыстарға және изостатикалық бейімделуге қатысады. Ол негізінен оливин мен пироксен минералдарын қамтитын перидотиттен тұрады. Литосфера-астеносфера шекарасы конвенция бойынша изотермия бойынша белгіленеді. Осы температурадан төмен (жер бетіне жақын) мантия қатаң түрде әрекет етеді; осы температурадан жоғары (жер бетінен терең) ол пластикалық қасиет көрсетеді. Астеносфера – мантиялық тау жынысының еру нүктесіне ең жақын келетін жер, және осы қабатта аз мөлшерде еру болуы мүмкін. Сейсмикалық толқындар астеносфера арқылы жоғарыдағы литосфералық мантияға қарағанда баяу жылдамдықпен өтеді. Сондықтан, ол төмендетілген жылдамдық аймағы (LVZ) деп аталады, бірақ екеуі толықтай бірдей емес; LVZ-дің төменгі шекарасы шамамен 100 км тереңдікте, ал астеносфераның табаны шамамен 700 км тереңдікте орналасқан. LVZ сонымен қатар жоғары сейсмикалық оссыздануға (астеносфера арқылы өтетін сейсмикалық толқындар энергиясын жоғалтады) және маңызды анизотропияға (тік поляризацияланған серпімді толқындар көлденең поляризацияланған серпімді толқындарға қарағанда төмен жылдамдыққа ие) ие. LVZ-дің табылуы сейсмологтарды астеносфераның бар екендігіне ескертті және оның физикалық қасиеттері туралы ақпарат берді, себебі сейсмикалық толқындардың жылдамдығы қатаңдықтың төмендеуімен азаяды. Литосферадан астеносфераға сейсмикалық толқын жылдамдығының төмендеуі астеносферадағы өте аз мөлшердегі ерудің болуынан туындауы мүмкін, бірақ астеносфера S толқындарын өткізе алатындықтан, ол толығымен еруге ұшырамайды. Океандық мантияда литосферадан астеносфераға (LAB) өту континенттік мантияға қарағанда шамалы (кейбір ескі мұхит аймақтарында шамамен 60 км) және үлкен жылдамдықпен төмендеуімен сипатталады (5–10%). Орта мұхит жоталарында LAB мұхит түбіне бірнеше километрге дейін көтеріледі. Астеносфераның жоғарғы бөлігі Жер қыртысының үлкен және қатаң литосфералық плиталары қозғалатын аймақ деп саналады. Астеносферадағы температура мен қысым жағдайларына байланысты тау жынысы пластикалық болып келеді, деформация жылдамдығы сантиметр/жыл өлшемдерімен өлшенеді және ақыр соңында мыңдаған шақырымдық сызықтық қашықтықтарда қозғалады. Осылайша, ол конвекциялық ағым сияқты ағып, Жердің ішкі бөлігінен сыртқа жылуды сәулелендіреді. Астеносферадан жоғары, деформацияның бірдей жылдамдығында тау жынысы серпімділікпен әрекет етеді және сынық болғандықтан, жарықтардың пайда болуына себеп болуы мүмкін. Қатаң литосфера баяу ағып жатқан астеносферада "қалқып" немесе қозғалады деп есептеледі, бұл изостатикалық тепе-теңдікті қамтамасыз етеді және тектоникалық плиталардың қозғалысына мүмкіндік береді.

Шекаралар

Астеносфера жер бетінен шамамен төменде орналасқан жоғарғы шекарадан басталады. Шекараның әртүрлі анықтамалары шекара аймағының әртүрлі ерекшеліктерін көрсетеді. Сейсмикалық деректермен анықталған механикалық шекарадан басқа, ол қатты литосферадан икемді астеносфераға өтуді көрсетеді, сондай-ақ бұған жылу өткізгіштік арқылы жылу тасымалданатын және жылу беру негізінен конвекциялық болатын жылулық шекара қабаты; тұтқырлығы шамамен 1021 Па·с төмендейтін реологиялық шекара; және мантиялық тау жынысының жоғары жағындағы ұшқыш заттардың азаюымен және төменгі жағына қарағанда магнийге байытылуымен сипатталатын химиялық шекара қабаты кіреді.

Астеносфераның төменгі шекарасы

Астеносфераның төменгі шекарасы нашар анықталған, бірақ ол жоғарғы мантияның негізінде деп саналады. Бұл шекара сейсмикалық тұрғыдан айқын да емес, толыққанды түсінілмеген де, бірақ шамамен 670 км күрделі үзіліспен беттеседі. Бұл үзіліс әдетте рингвудитті қамтитын мантиялық тау жынысынан бриджманит және периклазды қамтитын мантиялық тау жынысына өтумен байланысты.

Шығу тегі

Астеносфераның механикалық қасиеттері көбінесе тау жыныстарының ішінара балқуымен байланысты. Астеносфераның көп бөлігінде аз мөлшерде балқыма болуы мүмкін, ол мантиядағы тау жыныстарындағы ұшқыш заттардың (су және көмірқышқыл газы) іздерімен тұрақтандырылады. Дегенмен, балқыманың шамамен 0,1%-дан аспайтын мөлшері астеносфераның пайда болуын толық түсіндіруге жеткіліксіз көрінеді. Бұл тау жынысындағы түйіршіктердің шекараларын толығымен ылғалдандыруға жететін балқыма мөлшері емес, және түйіршіктердің шекаралары толығымен ылғалданбаса, балқыманың тау жынысының механикалық қасиеттеріне тигізер әсері маңызды болмайды деп есептеледі. Литосфера-астеносфера шекарасын тек ішінара балқу арқылы түсіндіру де қиын. Мүмкін, балқыма астеносфераның үстіңгі бөлігінде жиналып, литосфераның өткізбейтін жыныстарымен тоқтатылуы мүмкін. Тағы бір мүмкіндік – астеносфера мантия минералдарында судың ең төменгі ерігіштігіне ие аймақ болуы, соның салдарынан балқыманың көбірек мөлшерін қалыптастыру үшін көбірек су қолжетімді болуы. Механикалық әлсіздікті тудыратын тағы бір ықтимал механизм – түйіршік шекараларының сығанақтауы, онда түйіршіктер кернеу астында бірте-бірте бір-бірінен жылғады, бұл процесте ұшқыш заттардың іздерімен майлану қамтамасыз етіледі. Мантия конвекциясының сандық модельдері, тұтқырлықтың температураға және деформация жылдамдығына тәуелділігін ескеретін модельдер, мұхиттық астеносфераны сенімді түрде шығарады, бұл деформация жылдамдығының әлсіреуінің маңызды фактор екенін көрсетеді.

Магманың пайда болуы

Астеносфералық тау жынысының бетке қарай иіліп, жарылуы нәтижесінде болатын қысымнан туындаған балқу Жердегі магманың ең маңызды көзі болып табылады. Осы магманың көп бөлігі мұхит қыртысындағы орта мұхит қыртысы базальтын (MORB) құрау үшін мұхит қыртысының орталық бөліктерінде шығады. Магма субдукция аймақтарының үстіндегі астеносферада және континенттік жарылу аймақтарында қысымның төмендеуінен де пайда болады. Астеносфераның жоғары көтерілуі кезіндегі қысымнан туындаған балқу, шамамен тереңдікте басталуы мүмкін, онда мантиялық тау жынысындағы аз мөлшердегі ұшқыш заттар (шамамен 100 ppm су және 60 ppm көмірқышқыл газы) тау жыныстың шамамен 0,1%-дан аспайтын бөлігінің балқуына көмектеседі. Шамамен тереңдікте құрғақ балқу жағдайларына жетеді және балқу айтарлықтай жоғарылайды. Бұл қалған қатты тау жынысын сусыздандырады және химиялық тұрғыдан азайтылған литосфераның пайда болуына ықпал етеді.