Kabuk geri dönüşümü - Crustal recycling

Manto dinamiği modelleri
Manto dinamiklerinin tahminlerini anlamak, yerbilimcilerin yitilmiş kabuğun nereye varacağını tahmin etmelerine yardımcı olur.

Kabuk geri dönüşümü bir tektonik hangi yüzey malzemesinin litosfer geri dönüştürülür örtü tarafından yitim erozyonu veya delaminasyon. Yalan levhalar, uçucu bileşikleri ve suyu mantonun içine ve ayrıca ilkel mantodan farklı bir izotopik imzaya sahip kabuk materyalini taşır. Manto türevi kayalarda bu kabuksal imzanın tanımlanması (örneğin okyanus ortası sırtı bazaltlar veya kimberlitler ) kabuk geri dönüşümünün kanıtıdır.

Tarihsel ve teorik bağlam

1906 ve 1936 yılları arasında sismolojik veriler, R.D. Oldham, A. Mohorovičić, B. Gutenberg ve I. Lehmann Dünyanın katı bir kabuk ve mantodan, akışkan bir dış çekirdekten ve en içteki katı bir çekirdekten oluştuğunu göstermek için.[1] Sismolojinin Dünya'nın derin iç kısımlarını görüntülemek için modern bir araç olarak gelişimi 1980'lerde meydana geldi.[2] ve onunla birlikte iki jeolog kampı geliştirdi: tüm manto konveksiyon savunucuları[3][4] ve katmanlı-manto konveksiyon savunucuları.[5][6]

Katmanlı manto konveksiyon savunucuları, mantonun konvektif aktivitesinin katmanlı olduğunu, en yoğun paketleme minerallerin faz geçişleri gibi olivin, garnet ve piroksen daha yoğun kristal yapılara (spinel ve daha sonra silikat perovskit ve perovskit sonrası ). Batan levhalar, yüzeyde geçirdikleri zamandan itibaren soğumaları ve su altında kalmaları sonucunda olumsuz yönde yüzebilir ancak bu negatif kaldırma kuvveti 660 km'lik faz geçişinde hareket etmeye yetmemektedir.

Tüm manto (basit) konveksiyon savunucuları, mantonun gözlemlenen yoğunluk farklılıklarının (mineral faz geçişlerinin ürünleri olduğu anlaşılan), üst ve alt manto boyunca tek bir konvektif hücre olarak hareket eden konvektif hareketi sınırlamadığını savunurlar. Yalan levhalar, 660 km'lik faz geçişi boyunca hareket edebilir ve bir 'levha mezarlığında' mantonun dibine yakın bir yerde toplanabilir ve yerel olarak mantoda konveksiyon için itici güç olabilir.[7] ve kabuk ölçeğinde.[2]

Batık malzemenin kaderi

Kabuklu malzemenin nihai kaderi, anlamanın anahtarıdır jeokimyasal döngü ve mantodaki kalıcı heterojenlikler, magma bileşimi, erime, levha tektoniği, manto dinamikleri ve ısı akışı üzerindeki yükselme ve sayısız etkiler.[8] Katmanlı manto hipotezinin önerdiği gibi, levhalar 660 km sınırında durursa, bunların çekirdek-manto sınırından kaynaklandığı düşünülen sıcak nokta bulutlarına dahil edilemezler. Döşemeler, çekirdek-manto sınırında bir "döşeme mezarlığına" düşerse, düz levha yitim geometrisine dahil edilemezler. Manto dinamikleri, muhtemelen iki son üye hipotezinin bir karışımıdır ve kısmen katmanlı manto konveksiyon sistemi ile sonuçlanır.

Derin Dünya'nın yapısı hakkındaki şu anki anlayışımız, çoğunlukla manto özelliklerinin doğrudan ve dolaylı ölçümlerinden elde edilen çıkarımlardan kaynaklanmaktadır. sismoloji, petroloji, izotop jeokimyası ve sismik tomografi teknikleri. Özellikle sismoloji, çekirdek-manto sınırının yakınındaki derin manto hakkında bilgi için büyük ölçüde güvenilmektedir.

Kanıt

Sismik tomografi

Sismik tomografi düşük kaliteli görüntüler üretmesine rağmen[2] 1980'lerde Dünya'nın mantosunun, dergide 1997 editoryal makalesinde yayınlanan görüntüler Bilim çekirdek-manto sınırının yakınında açıkça soğuk bir levha gösterdi,[9] 2005 yılında Hutko ve diğerleri tarafından tamamlanan çalışma, çekirdek-manto sınırında soğuk, katlanmış levha malzemesi olabilen bir sismik tomografi görüntüsü gösteriyor.[10]Bununla birlikte, faz geçişleri, levhaların derinlikteki davranışında yine de bir rol oynayabilir. Schellart vd. 660 km'lik faz geçişinin aşağı inen levhaları saptırmaya hizmet edebileceğini gösterdi.[11] Yitim bölgesinin şekli, aynı zamanda, levhanın geometrisinin faz geçiş sınırının üstesinden gelip gelemeyeceği konusunda da önemliydi.[12]

Yerel olarak yarı kararlı olivin, aşağıya doğru inen soğuk bir levhada bile pozitif kaldırma kuvvetine sahip alanlar oluşturacağından mineraloji de bir rol oynayabilir ve bu, 660 km'lik faz geçişinin artan yoğunluğunda levhaların 'durmasına' neden olabilir.[13] Döşeme mineralojisi ve derinlemesine evrimi[14] başlangıçta, 660 km'lik faz değişimini delecek kadar uzun süre negatif kaldırma kuvvetinin korunmasına yardımcı olmak için gerekli olabilecek bir levhanın ısıtma hızı hakkındaki bilgilerle hesaplanmamıştır. Spasojevic ve arkadaşları tarafından tamamlanan ek çalışma.[15] modellerinde belirtildiği gibi, geoiddeki yerel minimumların, döşeme mezarlıklarında ve çevresinde meydana gelen süreçler tarafından açıklanabileceğini göstermiştir.

Kararlı izotoplar

Dünya'nın katmanları arasındaki farkların sadece reolojik Ancak kimyasal, kabuksal malzemenin hareketini, yutulduktan sonra bile nasıl izleyebileceğimizi anlamak için gereklidir. Bir kayadan sonra kabuğun altından dünya yüzeyine taşındı, bu kaya için örneklenebilir kararlı izotopik bileşim. Daha sonra bilinen kabuk ve manto izotopik bileşimleriyle karşılaştırılabilir. kondritler büyük ölçüde değiştirilmemiş bir durumda güneş sisteminin oluşumundan orijinal materyali temsil ettiği anlaşılan.

Bir grup araştırmacı, araştırmanın% 5 ila% 10'unun üst manto geri dönüştürülmüş kabuksal malzemeden oluşmaktadır.[16]Kokfelt vd. İzlanda altındaki manto bulutunun izotopik incelemesini tamamladı[17] ve püsküren manto lavlarının daha düşük kabuk bileşenlerine sahip olduğunu ve yerel düzeyde kabuk geri dönüşümünü doğruladığını buldu.

Biraz karbonatit karışmayan uçucu yönden zengin magmalarla ilişkili birimler[18] ve manto göstergesi minerali elmas, organik karbon için izotopik sinyaller göstermişlerdi, bu sinyaller yalnızca daldırılmış organik materyal tarafından tanıtılabilirdi.[19][20] Walter ve diğerleri tarafından karbonatitler üzerinde yapılan çalışma.[18] ve diğerleri[4] ayrıca sudan arındırılmış levha malzemesinden türetilen magmaları derinlemesine geliştirir.

Referanslar

  1. ^ Lowrie, W. (2007). Jeofiziğin temelleri (2 ed.). Cambridge University Press. s. 121. ISBN  978-0-521-67596-3. Alındı 24 Kasım 2011.
  2. ^ a b c Kerr, R.A. (1997). "Jeofizik: Derin Batan Levhalar Mantoyu Karıştırır". Bilim. 275 (5300): 613–615. doi:10.1126 / science.275.5300.613.
  3. ^ Gurnis, M. (1988). "Büyük ölçekli manto konveksiyonu ve süper kıtaların toplanması ve dağılması". Doğa. 332 (6166): 695–699. Bibcode:1988Natur.332..695G. doi:10.1038 / 332695a0.
  4. ^ a b Bercovici, D .; Karato, S. I. (2003). "Tüm örtü konveksiyonu ve geçiş bölgesi su filtresi". Doğa. 425 (6953): 39–44. Bibcode:2003Natur.425 ... 39B. doi:10.1038 / nature01918. PMID  12955133.
  5. ^ Albarede, F .; Van Der Hilst, R.D. (2002). "Zonlu manto konveksiyonu". Royal Society A'nın Felsefi İşlemleri: Matematik, Fizik ve Mühendislik Bilimleri. 360 (1800): 2569–92. Bibcode:2002RSPTA.360.2569A. doi:10.1098 / rsta.2002.1081. PMID  12460481.
  6. ^ Ogawa, M. (2003). "Magmatizma ve hareketli plakalarla iki boyutlu bir konveksiyon mantosundaki kimyasal tabakalaşma". Jeofizik Araştırmalar Dergisi. 108 (B12): 2561. Bibcode:2003JGRB..108.2561O. doi:10.1029 / 2002JB002205.
  7. ^ Forte, A. M .; Mitrovica, J. X .; Moucha, R .; Simmons, N. A .; Büyük, S. P. (2007). "Eski Farallon levhasının inişi, New Madrid deprem bölgesinin altına yerelleştirilmiş manto akışını yönlendiriyor". Jeofizik Araştırma Mektupları. 34 (4): L04308. Bibcode:2007GeoRL..34.4308F. doi:10.1029 / 2006GL027895. S2CID  10662775.
  8. ^ Lay, T. (1994). "Alçalan Levhaların Kaderi". Yeryüzü ve Gezegen Bilimleri Yıllık İncelemesi. 22: 33–61. Bibcode:1994AREPS..22 ... 33L. doi:10.1146 / annurev.ea.22.050194.000341. S2CID  53414293.
  9. ^ Kerr, Richard A. (31 Ocak 1997). "Derin Batan Levhalar Mantoyu Karıştırır". Bilim. 275 (5300): 613–615. doi:10.1126 / science.275.5300.613.
  10. ^ Hutko, A. R .; Lay, T .; Garnero, E. J .; Revenaugh, J. (2006). "Çekirdek-manto sınırında kıvrımlı, daldırılmış litosferin sismik tespiti". Doğa. 441 (7091): 333–336. Bibcode:2006Natur.441..333H. doi:10.1038 / nature04757. PMID  16710418.
  11. ^ Schellart, W. P. (2004). "Üst mantoda yitim ve yitim kaynaklı akışın kinematiği". Jeofizik Araştırmalar Dergisi. 109 (B7): B07401. Bibcode:2004JGRB..109.7401S. doi:10.1029 / 2004JB002970.
  12. ^ Bercovici, D .; Schubert, G .; Tackley, P. J. (1993). "660 km'lik faz değişiminin manto aşağı akışları tarafından delinmesi üzerine". Jeofizik Araştırma Mektupları. 20 (23): 2599. Bibcode:1993GeoRL..20.2599B. doi:10.1029 / 93GL02691.
  13. ^ Marton, F. C .; Bina, C. R .; Stein, S .; Rubie, D.C (1999). "Levha mineralojisinin yitim hızları üzerindeki etkileri" (PDF). Jeofizik Araştırma Mektupları. 26 (1): 119–122. Bibcode:1999GeoRL..26..119M. doi:10.1029 / 1998GL900230.
  14. ^ Ganguly, J .; Freed, A .; Saxena, S. (2009). "Okyanus levhalarının ve çevreleyen mantonun yoğunluk profilleri: Entegre termodinamik ve termal modelleme ve 660 km'lik süreksizlikte levhaların kaderi için çıkarımlar". Dünya Fiziği ve Gezegen İç Mekanları. 172 (3–4): 257. Bibcode:2009PEPI..172..257G. doi:10.1016 / j.pepi.2008.10.005.
  15. ^ Spasojevic, S .; Gurnis, M .; Sutherland, R. (2010). "Küresel jeoit alçalmalarıyla bağlantılı döşeme mezarlıklarının üzerindeki manto yükselmeleri". Doğa Jeolojisi. 3 (6): 435. Bibcode:2010NatGe ... 3..435S. doi:10.1038 / NGEO855.
  16. ^ Cooper, K. M .; Eiler, J. M .; Sims, K. W. W .; Langmuir, C.H. (2009). "Geri dönüştürülmüş kabuğun üst manto içinde dağılımı: Avustralya-Antarktik Uyumsuzluğundan MORB'nin oksijen izotop bileşiminden içgörüler". Jeokimya Jeofizik Jeosistemler. 10 (12): yok. Bibcode:2009GGG .... 1012004C. doi:10.1029 / 2009GC002728. hdl:1912/3565.
  17. ^ Kokfelt, T. F .; Hoernle, K.A. J .; Hauff, F .; Fiebig, J .; Werner, R .; Garbe-Schönberg, D. (2006). "İzlanda Manto Tüyünde Geri Dönüştürülmüş Okyanus Kabuğu (Üst ve Alt) için Birleşik Eser Element ve Pb-Nd-Sr-O İzotop Kanıtı". Journal of Petrology. 47 (9): 1705. Bibcode:2006JPet ... 47.1705K. doi:10.1093 / petrology / egl025.
  18. ^ a b Walter, M. J .; Bulanova, G. P .; Armstrong, L. S .; Keshav, S .; Blundy, J. D .; Gudfinnsson, G .; Lord, O. T .; Lennie, A. R .; Clark, S. M .; Smith, C. B .; Gobbo, L. (2008). "Derine batmış okyanus kabuğundan birincil karbonatit erimesi". Doğa. 454 (7204): 622–625. Bibcode:2008Natur.454..622W. doi:10.1038 / nature07132. PMID  18668105.
  19. ^ Riches, A. J. V .; Liu, Y .; Day, J. M. D .; Spetsius, Z. V .; Taylor, L.A. (2010). "Sibirya, Nyurbinskaya'dan manto ksenolitlerinin lamellerinin ortaya çıkardığı elmas konaklar olarak batık okyanus kabuğu". Lithos. 120 (3–4): 368. Bibcode:2010Litho.120..368R. doi:10.1016 / j.lithos.2010.09.006.
  20. ^ Shcheka, S. S .; Wiedenbeck, M .; Frost, D. J .; Keppler, H. (2006). "Manto minerallerinde karbon çözünürlüğü". Dünya ve Gezegen Bilimi Mektupları. 245 (3–4): 730. Bibcode:2006E ve PSL.245..730S. doi:10.1016 / j.epsl.2006.03.036.