Зона низких скоростей - Low-velocity zone

Скорость сейсмических волн на Земле в зависимости от глубины.[1] S-волны (сейсмические поперечные волны) не могут распространяться в жидкостях, что приводит к незначительной скорости в жидком внешнем ядре. Скорости сейсмических волн очень близки к поверхности (≲ 220 ± 30 км) заметно ниже, чем на большей глубине, разграничивая LVZ.

В зона низких скоростей (LVZ) происходит вблизи границы между литосфера и астеносфера в верхняя мантия. Для него характерен необычно низкий сейсмическая поперечная волна скорость по сравнению с окружающими интервалами глубин. Этот диапазон глубин также соответствует аномально высокой электропроводности. Он присутствует на глубине от 80 до 300 км. Это, по-видимому, повсеместно присутствует для S-волн, но может отсутствовать в определенных областях для P-волн.[2] Вторая низкоскоростная зона (обычно не называемая LVZ, а ULVZ ) обнаружен в тонком слое ≈50 км на граница ядро-мантия.[3] Эти LVZ могут иметь важное значение для тектоники плит и происхождения земной коры.[2][3][4]

LVZ интерпретируется как указание на наличие значительной степени частичное плавление, и, альтернативно, как естественное следствие теплового пограничного слоя и влияния давления и температуры на скорость упругих волн компонентов мантии в твердом состоянии.[2] В любом случае для достижения этих эффектов необходимо очень ограниченное количество расплава (около 1%). Вода в этом слое может снизить температуру плавления и может играть важную роль в его составе.[4][5]

Идентификация

Существование низкоскоростной зоны было впервые предложено при наблюдении более медленных, чем ожидалось, приходов сейсмических волн от землетрясения в 1959 г. Бено Гутенберг.[6] Он отметил, что между 1 ° и 15 ° от эпицентра продольные вступления показали экспоненциальное уменьшение амплитуды, после чего они показали внезапное большое увеличение. Присутствие низкоскоростного слоя, который расфокусировал сейсмическую энергию, за которым следовал высокоскоростной градиент, который ее концентрировал, дало объяснение этим наблюдениям.[7]

Характеристики

Скорость сейсмической S- волны на Земле у поверхности в трех тектонических провинциях: TNA = тектоническая Северная Америка, SNA = щит Северной Америки и ATL = Северная Атлантика.[8]

LVZ показывает снижение скорости примерно на 3–6%, причем эффект более выражен с S-волны в сравнении с Зубцы P.[9] Как видно из рисунка, редукция и глубина, на которой происходит редукция, зависят от выбора тектонической провинции, то есть регионы различаются по своим сейсмическим характеристикам. После падения основание зоны отмечено увеличением скорости, но было невозможно решить, резкий или постепенный этот переход. Эта нижняя граница, находящаяся под континентальной литосферой и океанической литосферой вдали от срединно-океанические хребты, иногда называют Разрыв Лемана и встречается на глубине около 220 ± 30 км. Интервал также показывает уменьшение Q, сейсмического коэффициента качества (представляющего относительно высокую степень сейсмического затухания) и относительно высокий электрическая проводимость.

LVZ присутствует в основании литосферы, за исключением областей толстого континентального щита, где аномалии скорости не проявляются.

Интерпретация

Интерпретация этих наблюдений осложняется эффектами сейсмической анизотропии, которая может значительно уменьшить реальный масштаб аномалии скорости.[7] Однако из-за уменьшения добротности и электрического удельное сопротивление в LVZ это обычно интерпретируется как зона с небольшой степенью частичного плавления. Для того чтобы это произошло на глубинах, где наблюдается LVZ, необходимо присутствие небольшого количества воды и / или углекислого газа, чтобы снизить температуру плавления силикатных минералов. Только 0,05–0,1% воды будет достаточно, чтобы вызвать 1% плавления, необходимого для наблюдаемых изменений физических свойств. Отсутствие LVZ под континентальными щитами объясняется гораздо более низким геотермическим градиентом, предотвращающим любую степень частичного плавления.[10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Г. Р. Хелффрих и Б. Дж. Вуд (2002). "Мантия Земли" (PDF). Природа. Журналы Macmillan. 412 (2 августа): 501; Рисунок 1. Дои:10.1038/35087500. PMID  11484043.
  2. ^ а б c Л. Стиксруд и К. Литгоу-Бертоллони (2005). «Минералогия и упругость верхней мантии океана: происхождение зоны низких скоростей» (PDF). Журнал геофизических исследований. 110: B03204. Bibcode:2005JGRB..11003204S. Дои:10.1029 / 2004JB002965. Архивировано из оригинал (PDF) на 30.08.2011.
  3. ^ а б EJ Garnero, MS Thorne, A McNamara & S Rost (2007). «Глава 6: Мелкомасштабное расслоение зон со сверхнизкими скоростями на границе ядро-мантия и суперплюмы». В Дэвиде Юэне; Сигенори Маруяма (ред.). Суперплюмы: за пределами тектоники плит. Springer. п. 139. ISBN  1-4020-5749-0.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  4. ^ а б Филип Киари; Кейт А. Клепейс; Фредерик Дж. Вайн (2009). Глобальная тектоника (3-е изд.). Wiley-Blackwell. п. 32. ISBN  1-4051-0777-4.
  5. ^ Предполагается, что отсутствие тектоники плит на планете Венера объясняется отсутствием воды в его коре и верхней мантии. Охлаждение происходит в основном через мантийные перья. Увидеть Джиллиан Р. Фулджер (2005). Плиты, шлейфы и парадигмы; Том 388 специальных статей. Геологическое общество Америки. п. 857. ISBN  0-8137-2388-4.
  6. ^ Гутенберг, Б. (1959). Физика недр Земли. Нью-Йорк: Академическая пресса. стр.240. ISBN  0-12-310650-8.
  7. ^ а б Андерсон, Д. (1989). «3. Кора и верхняя мантия». Теория Земли (PDF). Бостон: Научные публикации Blackwell. ISBN  0-521-84959-4. Архивировано из оригинал (PDF) на 2010-06-23. Получено 2010-02-20.
  8. ^ Рисунок по образцу Дон Л. Андерсон (2007). Новая теория земли (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 102, рисунок 8.6. ISBN  0-521-84959-4.; Оригинальная фигура приписывается Гранду и Хельмбергеру (1984)
  9. ^ Brown, G.C .; Mussett A.E. (1981). Недоступная земля. Тейлор и Фрэнсис. п. 235. ISBN  978-0-04-550028-4. Получено 2010-02-20.
  10. ^ Конди, К. (1997). Тектоника плит и эволюция земной коры. Баттерворт-Хайнеманн. п. 282. ISBN  978-0-7506-3386-4. Получено 2010-02-20.