Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Высоковязкая, механически слабая и пластичная область мантии Земли.
Highly viscous, mechanically weak, and ductile region of Earth's mantle
Астеносфера – это механически слабая и пластичная область верхней мантии Земли. Она располагается ниже литосферы, на глубине от ~ под поверхностью и простирается до глубины ~. Однако нижняя граница астеносферы четко не определена. Астеносфера почти твердая, но небольшое количество расплава (менее 0,1% породы) способствует ее механической слабости. Более интенсивное декомпрессионное плавление астеносферы происходит там, где она поднимается вверх, и является основным источником магмы на Земле. Она является источником базальта срединно-океанических хребтов (MORB) и некоторых магм, извергающихся над зонами субдукции или в районах континентального рифтинга.
The asthenosphere is the mechanically weak and ductile region of the upper mantle of Earth. It lies below the lithosphere, at a depth between ~ below the surface, and extends as deep as However, the lower boundary of the asthenosphere is not well defined. The asthenosphere is almost solid, but a slight amount of melting (less than 0.1% of the rock) contributes to its mechanical weakness. More extensive decompression melting of the asthenosphere takes place where it wells upwards, and this is the most important source of magma on Earth. It is the source of mid ocean ridge basalt (MORB) and of some magmas that erupted above subduction zones or in regions of continental rifting.
Характеристики
Астеносфера – это часть верхней мантии, расположенная непосредственно под литосферой, которая участвует в движении тектонических плит и изостатических корректировках. Она состоит из перидотита – породы, содержащей преимущественно минералы оливин и пироксен. Граница между литосферой и астеносферой обычно определяется по изотерме. Ниже этой температуры (ближе к поверхности) мантия ведет себя жестко, а выше этой температуры (глубже под поверхностью) – пластично. Астеносфера – это область, где мантия наиболее близко подходит к точке плавления, и в этом слое, вероятно, присутствует небольшое количество расплава. Сейсмические волны распространяются через астеносферу относительно медленно по сравнению с мантией литосферы. Поэтому она получила название зоны пониженной сейсмической скорости (LVZ), хотя это не одно и то же; нижняя граница LVZ находится на глубине около , а основание астеносферы – на глубине около . LVZ также характеризуется высоким сейсмическим затуханием (сейсмические волны, проходя через астеносферу, теряют энергию) и значительной анизотропией (скорость вертикально поляризованных поперечных волн ниже, чем у горизонтально поляризованных). Открытие LVZ позволило сейсмологам установить существование астеносферы и получить некоторую информацию о ее физических свойствах, поскольку скорость сейсмических волн уменьшается с уменьшением жесткости. Это снижение скорости сейсмических волн при переходе от литосферы к астеносфере может быть вызвано присутствием небольшого процента расплава в астеносфере, однако, поскольку астеносфера проводит S-волны, она не может быть полностью расплавленной. В океанической мантии переход от литосферы к астеносфере (LAB) происходит на меньшей глубине, чем в континентальной мантии (около 60 км в некоторых старых океанических областях), с резким и значительным снижением скорости (5–10%). В срединно-океанических хребтах LAB поднимается на расстояние нескольких километров от дна океана. Считается, что верхняя часть астеносферы является зоной, по которой перемещаются крупные, жесткие и хрупкие литосферные плиты земной коры. Благодаря температурным и давлениям в астеносфере, горные породы становятся пластичными и движутся со скоростью деформации, измеряемой в см/год на линейных расстояниях, достигающих в конечном итоге тысяч километров. Таким образом, она течет подобно конвекционному потоку, излучая тепло из недр Земли. Над астеносферой, при той же скорости деформации, горные породы ведут себя упруго и, будучи хрупкими, могут разрушаться, образуя разломы. Жесткая литосфера, как полагают, "плавает" или перемещается по медленно текущей астеносфере, обеспечивая изостатическое равновесие и позволяя движение тектонических плит.
The asthenosphere is a part of the upper mantle just below the lithosphere that is involved in plate tectonic movement and isostatic adjustments. It is composed of peridotite, a rock containing mostly the minerals olivine and pyroxene. The lithosphere asthenosphere boundary is conventionally taken at the isotherm. Below this temperature (closer to the surface) the mantle behaves rigidly; above this temperature (deeper below the surface) it acts in a ductile fashion. The asthenosphere is where the mantle rock most closely approaches its melting point, and a small amount of melt is likely to present in this layer. Seismic waves pass relatively slowly through the asthenosphere compared to the overlying lithospheric mantle. Thus, it has been called the low velocity zone (LVZ), although the two are not strictly the same; the lower boundary of the LVZ lies at a depth of , whereas the base of the asthenosphere lies at a depth of about The LVZ also has a high seismic attenuation (seismic waves moving through the asthenosphere lose energy) and significant anisotropy (shear waves polarized vertically have a lower velocity than shear waves polarized horizontally). The discovery of the LVZ alerted seismologists to the existence of the asthenosphere and gave some information about its physical properties, as the speed of seismic waves decreases with decreasing rigidity. This decrease in seismic wave velocity from the lithosphere to the asthenosphere could be caused by the presence of a very small percentage of melt in the asthenosphere, though since the asthenosphere transmits S waves, it cannot be fully melted. In the oceanic mantle, the transition from the lithosphere to the asthenosphere (the LAB) is shallower than for the continental mantle (about 60 km in some old oceanic regions) with a sharp and large velocity drop (5–10%). At the mid ocean ridges, the LAB rises to within a few kilometers of the ocean floor. The upper part of the asthenosphere is believed to be the zone upon which the great rigid and brittle lithospheric plates of the Earth's crust move about. Due to the temperature and pressure conditions in the asthenosphere, rock becomes ductile, moving at rates of deformation measured in cm/yr over lineal distances eventually measuring thousands of kilometers. In this way, it flows like a convection current, radiating heat outward from the Earth's interior. Above the asthenosphere, at the same rate of deformation, rock behaves elastically and, being brittle, can break, causing faults. The rigid lithosphere is thought to "float" or move about on the slowly flowing asthenosphere, enabling isostatic equilibrium and allowing the movement of tectonic plates.
Границы
Астеносфера простирается от верхней границы примерно на глубине ниже поверхности. Различные определения этой границы отражают различные аспекты переходной зоны. Помимо механической границы, определяемой сейсмическими данными и отражающей переход от жесткой литосферы к пластичной астеносфере, к ним относятся термический пограничный слой, над которым тепло переносится теплопроводностью, а ниже которого преобладает конвективный теплообмен; реологическая граница, где вязкость снижается до примерно 1021 Па·с; и химический пограничный слой, над которым мантийные породы обеднены летучими веществами и обогащены магнием по сравнению с породами, расположенными ниже.
The asthenosphere extends from an upper boundary at approximately below the surface Various definitions of the boundary reflect various aspects of the boundary region. In addition to the mechanical boundary defined by seismic data, which reflects the transition from the rigid lithosphere to ductile asthenosphere, these include a thermal boundary layer, above which heat is transported by thermal conduction and below which heat transfer is mainly convective; a rheological boundary, where the viscosity drops below about 1021 Pa s; and a chemical boundary layer, above which the mantle rock is depleted in volatiles and enriched in magnesium relative to the rock below.
Нижняя граница астеносферы
Нижняя граница астеносферы определена менее точно, но обычно проводится по основанию верхней мантии. Эта граница не имеет резкого сейсмического отражения и изучена недостаточно, однако приблизительно совпадает со сложным 670-километровым разрывом. Этот разрыв обычно связывают с переходом от мантийных пород, содержащих рингвудит, к мантийным породам, содержащим бриджманит и периклаз.
The lower boundary of the asthenosphere is less well defined, but has been placed at the base of the upper mantle. This boundary is neither seismically sharp nor well understood but is approximately coincident with the complex 670 km discontinuity. This discontinuity is generally linked to the transition from mantle rock containing ringwoodite to mantle rock containing bridgmanite and periclase.
Происхождение
Механические свойства астеносферы широко связывают с частичным плавлением горных пород. Вероятно, небольшое количество расплава присутствует в большей части астеносферы, где оно стабилизируется следовыми количествами летучих веществ (воды и углекислого газа), содержащихся в породе мантии. Однако, предполагаемое количество расплава, не превышающее примерно 0,1% от объема породы, представляется недостаточным для полного объяснения существования астеносферы. Этого количества недостаточно для полного смачивания границ зерен в породе, и влияние расплава на механические свойства породы не ожидается значительным, если границы зерен не будут полностью смачены. Резкая граница между литосферой и астеносферой также сложно объяснима только частичным плавлением. Возможно, расплав накапливается в верхней части астеносферы, где он удерживается непроницаемыми породами литосферы. Другая возможность заключается в том, что астеносфера представляет собой зону минимальной растворимости воды в минералах мантии, что обеспечивает наличие большего количества воды для образования больших объемов расплава. Еще одним возможным механизмом, обуславливающим механическую слабость, является скольжение по границам зерен, при котором зерна слегка смещаются друг относительно друга под напряжением, смазываемые следовыми количествами летучих веществ. Численные модели конвекции мантии, в которых вязкость зависит как от температуры, так и от скорости деформации, достоверно воспроизводят океаническую астеносферу, что указывает на то, что ослабление при деформации является важным фактором, способствующим этому процессу.
The mechanical properties of the asthenosphere are widely attributed to the partial melting of the rock. It is likely that a small amount of melt is present through much of the asthenosphere, where it is stabilized by the traces of volatiles (water and carbon dioxide) present in the mantle rock. However, the likely amount of melt, not more than about 0.1% of the rock, seems inadequate to fully explain the existence of the asthenosphere. This is not enough melt to fully wet grain boundaries in the rock, and the effects of melt on the mechanical properties of the rock are not expected to be significant if the grain boundaries are not fully wetted. The sharp lithosphere asthenosphere boundary is also difficult to explain by partial melting alone. It is possible that melt accumulates at the top of the asthenosphere, where it is trapped by the impermeable rock of the lithosphere. Another possibility is that the asthenosphere is a zone of minimum water solubility in mantle minerals so that more water is available to form greater quantities of melt. Another possible mechanism for producing mechanical weakness is grain boundary sliding, where grains slide slightly past each other under stress, lubricated by the traces of volatiles present. Numerical models of mantle convection in which the viscosity is dependent both on temperature and strain rate reliably produce an oceanic asthenosphere, suggesting that strain rate weakening is a significant contributing mechanism.
Создание магмы
Расплавление астеносферных пород, медленно поднимающихся к поверхности, является наиболее важным источником магмы на Земле. Большая часть этой магмы извергается в срединно-океанических хребтах, формируя характерный базальт срединно-океанических хребтов (MORB) океанической коры. Магмы также генерируются при декомпрессионном плавление астеносферы над зонами субдукции и в областях континентального рифтинга. Декомпрессионное плавление в восходящей астеносфере, вероятно, начинается на глубине до , где небольшое количество летучих веществ в породах мантии (около 100 ppm воды и 60 ppm углекислого газа) способствует расплавлению не более чем 0,1% породы. На глубине около достигаются условия сухого плавления, и степень плавления существенно возрастает. Этот процесс обезвоживает оставшуюся твердую породу и, вероятно, является причиной образования химически обедненной литосферы.
Decompression melting of asthenospheric rock creeping towards the surface is the most important source of magma on Earth. Most of this erupts at mid ocean ridges to form the distinctive mid ocean ridge basalt (MORB) of the ocean crust. Magmas are also generated by decompressional melting of the asthenosphere above subduction zones and in areas of continental rifting. Decompression melting in upwelling asthenosphere likely begins at a depth as great as , where the small amounts of volatiles in the mantle rock (about 100 ppm of water and 60 ppm of carbon dioxide) assist in melting not more than about 0.1% of the rock. At a depth of about , dry melting conditions are reached and melting increases substantially. This dehydrates the remaining solid rock and is likely the origin of the chemically depleted lithosphere.