맨틀 대류

Mantle convection
전체 망틀 대류

맨틀 대류는 지구의 고체 규산염 맨틀이 내부로부터 행성 [1][2]표면으로 열을 운반하는 대류 전류로서 매우 느리게 움직이는 운동이다.

지구 표면 암석권은 무연층 위에 올라가고 이 둘은 상부 맨틀의 구성 요소를 형성합니다.암석권은 판 경계에서 지속적으로 생성되거나 소비되는 다수의 지각판으로 나뉜다.강착은 맨틀이 플레이트의 성장하는 가장자리에 추가되면서 발생하며, 해저 확산과 관련이 있습니다.퍼지는 중심 아래에서 상승하는 것은 맨틀 대류의 상승 요소이다.확산 중심에서 첨가된 뜨거운 물질은 확산 중심에서 멀어질 때 열의 전도 및 대류에 의해 냉각됩니다.플레이트의 소비 가장자리에서는 열수축으로 밀도가 높아져 통상 해구에서 침강하는 과정에서 자기 무게로 가라앉는다.침강은 맨틀 [3]대류의 하강 구성요소이다.

이 잠수 물질은 지구 내부를 통해 가라앉는다.일부 침하 물질은 하부 [4]맨틀에 도달하는 것으로 보이는 반면, 다른 영역에서는 이 물질이 더 이상 가라앉지 않도록 하는데, 이는 아마도 스피넬에서 규산염 페로브스카이트 및 마그네시오우스타이트(흡열 반응)[5]로의 상전이 원인일 수 있다.

기본적인 메커니즘은 다양하지만, 해저 지각은 화산 활동을 일으킨다.화산활동은 부분적으로 녹은 맨틀에 부력을 더하는 과정으로 인해 발생할 수 있으며, 이는 밀도의 감소로 인해 부분 녹은 맨틀의 위쪽으로 흐르게 된다.2차 대류는 판내[6] 확장과 맨틀 [7]플룸의 결과로 표면 화산 활동을 일으킬 수 있다.1993년에 D" 층의 불균일성이 맨틀 [8]대류에 영향을 미친다는 것이 제안되었다.

맨틀 대류는 지각판을 지구 [9]표면 주위로 움직이게 한다.

대류의 종류

상부(3)와 하부(5) 맨틀의 위치를 나타내는 지표 단면
지구의 온도 대 깊이.점선 곡선: 층상 맨틀 대류.솔리드 곡선: 전체 망틀 대류.[7]
맨틀의 [10]냉각 과정에서 발생하는 슈퍼 플룸.

20세기 후반 지구물리학계에서는 대류가 "층"인지 "전체"[11][12]인지에 대한 중요한 논쟁이 있었다.이 논쟁의 요소들은 여전히 계속되고 있지만, 지진 단층 촬영, 맨틀 대류의 수치 시뮬레이션, 그리고 지구의 중력장 조사 등의 결과들은 모두 적어도 현재 '전체' 맨틀 대류의 존재를 암시하기 시작하고 있다.이 모델에서는 차갑고 전도성이 높은 해양 암석권이 표면에서 코어-망틀 경계(CMB)까지 하강하고 뜨거운 기둥이 CMB에서 [13]표면까지 상승합니다.이 그림은 맨틀 전이 구역을 가로지르는 슬래브와 플럼 형태의 이상을 보여주는 글로벌 지진 단층 촬영 모델의 결과에 크게 기초하고 있다.

서브컨덕트 슬라브가 맨틀 전이대를 가로질러 맨틀 하부까지 내려오는 것이 잘 받아들여지고 있지만, 맨틀 대류의 형태에 중요한 영향을 미치면서 플룸의 존재와 연속성에 대한 논쟁은 계속되고 있습니다.이 논쟁은 화산 내 화산 활동이 얕은 상부 맨틀 작용에 의한 것인지 아니면 하부 [6]맨틀로부터의 기둥에 의한 것인지에 대한 논란과 관련이 있다.많은 지구화학적 연구들은 인트라플레이트 지역에서 분출된 라바들이 얕은 유래의 중간 해양 능선 현무암(MORB)과 조성이 다르다고 주장해왔다.구체적으로는 헬륨-3 – 헬륨-4 비율이 높아집니다.헬륨-3는 원시 핵종이기 때문에 지구상에서 자연적으로 생성되지 않는다.그것은 또한 폭발할 때 지구의 대기권에서 빠르게 빠져나간다.OIB(Ocean Island Basalts)의 He-3/He-4 비율이 높아짐에 따라 이전에 MORB 공급원과 동일한 방식으로 용해 및 재처리되지 않은 지구의 일부에서 공급되어야 한다.이것은 그들의 기원이 다른, 덜 혼합된, 하부 맨틀로 추정되는 지역에서 온 것으로 해석되어 왔다.그러나 다른 사람들은 지구 화학적 차이가 암석권으로부터 표면 가까이 있는 물질의 작은 성분이 포함되어 있음을 나타낼 수 있다고 지적했다.

대류의 평면 형태와 활력

다음 항목도 참조하십시오.열전달 δ 대류 대 전도

지구에서는 지구 맨틀 내의 대류 레일리 수가 10으로7 추정되는데, 이는 활발한 대류를 의미한다.이 값은 전체 맨틀 대류(즉, 지구 표면에서 핵과의 경계까지 확장되는 대류)에 해당합니다.전지구적 규모로 볼 때, 이 대류의 표면 표현은 지각판 운동이며,[14][15][16] 따라서 연간 몇 cm의 속도를 가진다.암석권 아래의 저점도 영역에서 발생하는 소규모 대류의 경우 속도가 더 빠를 수 있으며, 점도가 더 큰 맨틀 맨틀에서는 속도가 더 느릴 수 있습니다.단일 얕은 대류 주기는 5천만 년 정도 걸리지만, 더 깊은 대류는 2억 [17]년 가까이 걸릴 수 있습니다.

현재, 전체 맨틀 대류는 오랜 침강 역사를 가진 두 지역 모두 아메리카와 서태평양 아래의 대규모 하류, 그리고 중앙 태평양과 아프리카 아래의 하류 흐름을 포함하는 것으로 생각되는데, 두 지역 모두 [18]상류와 일치하는 동적인 지형을 보인다.이 광범위한 흐름 패턴은 지구 맨틀의 대류 표면 표현인 구조판 운동과도 일치하며, 현재 서태평양과 아메리카 대륙으로 향하는 도수 2의 수렴과 중앙 태평양과 [19]아프리카로부터의 분기를 나타낸다.지난 250년 동안 아프리카와 태평양에서 떨어진 순구조적 차이가 지속된 것은 이러한 일반적인 맨틀 흐름 [19]패턴의 장기적인 안정성을 나타내며, 이러한 융기의 기초를 형성하는 맨틀의 LLSVP 영역의 장기적 안정성을 시사하는 다른 연구들과 일치합니다.

맨틀에 숨다

하부 맨틀과 상부 맨틀 사이의 온도와 압력이 다르기 때문에, 하부 맨틀에서 전위 크리프가 우세하고 상부 맨틀에서 확산 크리프가 때때로 우세하여 다양한 크리프 프로세스가 발생할 수 있습니다.그러나 상부 맨틀과 하부 맨틀 사이의 크리프 공정에는 큰 전이 영역이 존재하며, 각 섹션 내에서도 크리프 특성이 위치와 온도 및 압력에 따라 크게 변화할 수 있다.멱함수법 크리프 영역에서는 n = 3-4인 데이터에 적합한 크리프 방정식이 [23]표준이다.

상부 맨틀은 주로 올리빈(Mg,Fe)2SiO4)으로 구성되기 때문에 상부 맨틀의 레올로지 특성은 대부분 올리빈이다.감람의 강도는 녹는 온도에 따라 달라질 뿐만 아니라 물과 실리카 함량에 매우 민감합니다.불순물(주로 Ca, Al, Na)과 압력에 의한 고형강하(solidus defless)는 크리프 거동에 영향을 미치므로 위치에 따른 크리프 메커니즘의 변화에 기여합니다.크리프 거동은 일반적으로 온도 대 응력으로 표시되지만, 맨틀의 경우 응력의 압력 의존성을 살펴보는 것이 종종 더 유용합니다.응력은 면적에 대한 단순한 힘이지만, 지질학에서는 면적을 정의하는 것이 어렵다.식 1은 스트레스의 압력 의존성을 보여줍니다.맨틀의 고압(300-400km에서 1MPa)을 시뮬레이션하는 것은 매우 어렵기 때문에 저압 실험실 데이터는 일반적으로 야금학의 [24]크리프 개념을 적용하여 고압으로 추정한다.

대부분의 맨틀은 0.65~0.75의 상동온도를 가지며 초당 10의 변형률을 보인다.맨틀의 응력은 밀도, 중력, 열팽창 계수, 대류를 일으키는 온도차에 따라 달라지며 거리 대류는 모두 3~30MPa 정도의 응력을 준다.큰 입자 크기(낮은 응력에서 수 mm)로 인해 Nabarro-Herring(NH) 크리프가 실제로 우세할 가능성은 거의 없습니다.큰 입자 크기를 고려할 때 전위 크리프가 지배적인 경향이 있다. 14 MPa는 확산 크리프가 지배하고 그 이상은 멱법 크리프가 0에서 지배한다.5Tm의 올리빈따라서 상대적으로 낮은 온도에서도 실제 조건에 비해 응력 확산 크리프가 너무 낮습니다.약화로 인해 수분 함량이 증가하고 확산 활성화 에너지가 감소하여 NH 크리프 속도가 증가함에 따라 멱법 크리프 속도가 증가하지만, NH 크리프 속도는 여전히 우세할 만큼 크지 않다.그럼에도 불구하고 확산 크리프는 상부 맨틀의 매우 차갑거나 깊은 부분에서 지배적일 수 있다.맨틀의 추가적인 변형은 변환 연성 강화에 기인할 수 있다.400km 이하에서는 감람석이 압력에 의한 위상변환을 거치므로 [24]연성이 증가하여 더 큰 변형을 일으킬 수 있다.멱함수법 크리프의 우위에 대한 추가 증거는 변형 결과로서 선호되는 격자 방향에서 나온다.전위 크리프 아래에서 결정 구조는 낮은 응력 방향으로 방향을 변경합니다.이는 확산 크리프에서는 발생하지 않으므로 샘플에서 바람직한 방향을 관찰하면 전위 [25]크리프의 우위에 대한 신빙성을 얻을 수 있다.

다른 천체의 맨틀 대류

다른 행성(금성, 화성)과 일부 위성(예: Io, Europa, Enceladus)의 내부에서도 느린 대류의 유사한 과정이 일어날 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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