حمل الوشاح والريولوجيا
مدفوعًا بالحرارة الداخلية، يزحف الوشاح الصلب ويتحرك بالحمل الحراري على مدى ملايين السنين، وتحدد طريقة تشوه صخور الوشاح، أي ريولوجيتها، قوة هذا التدفق على مستوى الكوكب وأسلوبه ونمطه.
Definition
حمل الوشاح هو التدفق البطيء المدفوع بالطفو للوشاح الصلب الذي ينقل حرارة الأرض الداخلية إلى السطح؛ والريولوجيا هي وصف لكيفية تشوه صخور الوشاح تحت الإجهاد، بشكل رئيسي عن طريق الزحف المنشط حرارياً، والذي يحدد اللزوجة التي تحكم هذا التدفق.
Scope
يغطي هذا الموضوع الحمل الحراري في الوشاح والريولوجيا التي تتحكم فيه: المعادلات الحاكمة للتدفق الزاحف المدفوع بالطفو، ورقم رايلي وبداية الحمل الحراري وقوته، ودور التسخين الداخلي والتسخين القاعدي، وأنماط الحمل الحراري من الطبقي إلى الوشاح الكلي. ويتناول آليات تشوه معادن الوشاح، وزحف الانتشار والخلع، والاعتماد القوي للزوجة على درجة الحرارة والضغط، وتأثير التحولات الطورية على التدفق. وينصب التركيز على كيفية تحكم ريولوجيا الصخور الصلبة في نقل الحرارة بالحمل الحراري.
Core questions
- ما هي المعادلات التي تحكم التدفق الزاحف المدفوع بالطفو في الوشاح؟
- كيف يتحكم رقم رايلي في بداية الحمل الحراري وقوته؟
- بأي آليات زحف تتشوه صخور الوشاح الصلبة؟
- كيف تشكل درجة الحرارة والضغط والتحولات الطورية نمط الحمل الحراري؟
Key concepts
- التدفق الزاحف المدفوع بالطفو (ستوكس)
- رقم رايلي وقوة الحمل الحراري
- زحف الانتشار والخلع
- اللزوجة المعتمدة على درجة الحرارة والضغط
- التسخين الداخلي ونمط الحمل الحراري
Key theories
- الحمل الحراري ورقم رايلي
- سواء كان الوشاح يتحرك بالحمل الحراري، وبأي قوة، يحكمه رقم رايلي الذي يوازن الطفو مقابل اللزوجة والانتشار الحراري؛ وفوق قيمة حرجة يبدأ الحمل الحراري، ويعني رقم رايلي المرتفع للوشاح تدفقًا قويًا ومتغيرًا بمرور الوقت.
- ريولوجيا زحف الحالة الصلبة
- تتدفق صخور الوشاح عن طريق الهجرة المنشطة حرارياً للعيوب النقطية والخلوع، مما يعطي لزوجة فعالة تعتمد بشدة على درجة الحرارة والإجهاد وتتحكم في معدلات وأنماط الحمل الحراري وقوة الغلاف الصخري.
Mechanisms
تعمل الحرارة الناتجة عن التحلل الإشعاعي ومن اللب على تدفئة الوشاح العميق، مما يقلل من كثافته ويجعله طافيًا؛ ولأن صخور الوشاح تتشوه عن طريق زحف الحالة الصلبة، فإنها ترتفع في أعمدة ساخنة وتغوص في تيارات هابطة باردة، ناقلة الحرارة بكفاءة أكبر بكثير من التوصيل، بينما يؤثر الاعتماد القوي للزوجة على درجة الحرارة وتأثيرات التحولات الطورية للمعادن على ما إذا كان التدفق يمتد عبر الوشاح بأكمله أو يكون طبقيًا جزئيًا.
Clinical relevance
حمل الوشاح هو محرك تكتونية الصفائح ومصدر البراكين داخل الصفائح والتضاريس الديناميكية؛ وفهمه يحد من التاريخ الحراري للأرض ويربط تكتونية السطح بالداخل العميق الذي تصوره علم الزلازل.
History
اقترح هولمز حمل الوشاح كمحرك للانجراف القاري في ثلاثينيات القرن الماضي؛ وتلا المعالجة الكمية تكتونية الصفائح، مع دراسة ماكنزي وروبرتس ووايس الرائدة في نمذجة حمل الوشاح العددي عام 1974، ودراسات تشوه الصخور المعملية التي أرست قوانين الزحف التي تحدد ريولوجيا الوشاح.
Debates
- حمل طبقي مقابل حمل الوشاح الكلي
- ناقش الجيوفيزيائيون طويلاً ما إذا كان الوشاح العلوي والسفلي يتحركان بالحمل الحراري كطبقات منفصلة، كما اقترحت بعض الخزانات الجيوكيميائية، أو كنظام وشاح كلي واحد، مدعومًا بالصور الزلزالية للألواح التي تخترق الوشاح السفلي؛ وتفضل وجهات النظر الحالية تدفق الوشاح الكلي إلى حد كبير مع تعقيدات بالقرب من منطقة الانتقال.
Key figures
- Arthur Holmes
- Dan McKenzie
- Shun-ichiro Karato
- Gerald Schubert
Related topics
Seminal works
- schubert2001
- mckenzie1974
- karato2008
Frequently asked questions
- ما مدى سرعة حمل الوشاح؟
- بطيء للغاية بالمعايير اليومية، مع سرعات تدفق تبلغ بضعة سنتيمترات في السنة، وهو ما يماثل معدل حركة الصفائح وسرعة نمو الأظافر؛ ولا يكون الحمل الحراري ذا أهمية إلا لأنه يعمل على مدى ملايين إلى مليارات السنين.
- ما هو رقم رايلي؟
- إنه مقياس لا بعدي لمدى ميل السائل إلى الحمل الحراري، مقارنًا الطفو الذي يدفع التدفق مقابل اللزوجة والانتشار الحراري اللذين يقاومانه؛ ويعني رقم رايلي المرتفع جدًا للوشاح أنه يتحرك بالحمل الحراري بقوة على الرغم من كونه صخرًا صلبًا.