הסעת מעטפת וראולוגיה
מונעת על ידי חום פנימי, המעטפת המוצקה זוחלת ומוסעת במשך מיליוני שנים, והאופן שבו סלע המעטפת מתעוות, כלומר הראולוגיה שלו, קובע את עוצמת, סגנון ותבנית זרימה פלנטרית זו.
Definition
הסעת מעטפת היא זרימה איטית, המונעת על ידי ציפה, של המעטפת המוצקה, המעבירה את החום הפנימי של כדור הארץ אל פני השטח; ראולוגיה היא התיאור של האופן שבו סלע המעטפת מתעוות תחת עומס, בעיקר על ידי זחילה המופעלת תרמית, הקובעת את הצמיגות השולטת בזרימה זו.
Scope
נושא זה מכסה הסעה תרמית במעטפת והראולוגיה השולטת בה: המשוואות השולטות בזרימה זוחלת המונעת על ידי ציפה, מספר ריילי והופעתה ועוצמתה של ההסעה, תפקיד החימום הפנימי והחימום הבסיסי, וסגנונות ההסעה משכבתית ועד למעטפת כולה. הוא דן במנגנוני הדפורמציה של מינרלי המעטפת, זחילה דיפוזיונית וזחילה של נקעים, התלות החזקה של הצמיגות בטמפרטורה ובלחץ, והשפעת מעברי פאזה על הזרימה. הדגש הוא על האופן שבו הראולוגיה של סלע מוצק שולטת בהעברת חום קונבקטיבית.
Core questions
- אילו משוואות שולטות בזרימה זוחלת המונעת על ידי ציפה במעטפת?
- כיצד מספר ריילי שולט בהופעתה ובעוצמתה של ההסעה?
- באילו מנגנוני זחילה מתעוות סלע המעטפת המוצק?
- כיצד טמפרטורה, לחץ ומעברי פאזה מעצבים את סגנון ההסעה?
Key concepts
- זרימה זוחלת (סטוקס) המונעת על ידי ציפה
- מספר ריילי ועוצמת ההסעה
- זחילה דיפוזיונית וזחילה של נקעים
- צמיגות התלויה בטמפרטורה ובלחץ
- חימום פנימי וסגנון הסעה
Key theories
- הסעה תרמית ומספר ריילי
- האם המעטפת מוסעת, ובאיזו עוצמה, נשלט על ידי מספר ריילי המאזן ציפה מול צמיגות ודיפוזיה תרמית; מעל ערך קריטי מתחילה הסעה, ומספר ריילי הגבוה של המעטפת מרמז על זרימה עזה ותלוית זמן.
- ראולוגיה של זחילה במצב מוצק
- סלע המעטפת זורם על ידי נדידה מופעלת תרמית של פגמים נקודתיים ונקעים, מה שמעניק צמיגות אפקטיבית התלויה מאוד בטמפרטורה ובעומס, וששולטת בקצבי ובתבניות ההסעה ובעוצמת הליתוספירה.
Mechanisms
חום מריקבון רדיואקטיבי ומהגלעין מחמם את המעטפת העמוקה, מוריד את צפיפותה והופך אותה לציפה; מכיוון שסלע המעטפת מתעוות על ידי זחילה במצב מוצק, הוא עולה בזרמים חמים ושוקע בזרמים קרים, ומעביר חום ביעילות רבה יותר מאשר הולכה, בעוד שהתלות החזקה של הצמיגות בטמפרטורה והשפעות מעברי פאזה מינרליים מווסתות האם הזרימה משתרעת על פני כל המעטפת או שהיא שכבתית חלקית.
Clinical relevance
הסעת מעטפת היא המנוע של טקטוניקת הלוחות ומקור הוולקניזם התוך-לוחי והטופוגרפיה הדינמית; הבנתה מגבילה את ההיסטוריה התרמית של כדור הארץ ומקשרת את טקטוניקת פני השטח לפנים העמוק הממופה על ידי סייסמולוגיה.
History
הולמס הציע את הסעת המעטפת כמניע של נדידת היבשות בשנות ה-30; טיפול כמותי בא בעקבות טקטוניקת הלוחות, כאשר מחקרם של מקנזי, רוברטס ווייס משנת 1974 היה חלוצי בהסעת מעטפת נומרית, ומחקרי דפורמציה של סלעים במעבדה קבעו את חוקי הזחילה שקובעים את ראולוגיית המעטפת.
Debates
- הסעה שכבתית לעומת הסעה של כל המעטפת
- גיאופיזיקאים דנו זמן רב האם המעטפת העליונה והתחתונה מוסעות כשכבות נפרדות, כפי שהוצע על ידי כמה מאגרים גאוכימיים, או כמערכת אחת של כל המעטפת, כפי שנתמך על ידי תמונות סייסמיות של לוחות החודרים למעטפת התחתונה; הדעות הנוכחיות מעדיפות זרימה של כל המעטפת ברובה עם סיבוכים ליד אזור המעבר.
Key figures
- Arthur Holmes
- Dan McKenzie
- Shun-ichiro Karato
- Gerald Schubert
Related topics
Seminal works
- schubert2001
- mckenzie1974
- karato2008
Frequently asked questions
- באיזו מהירות מוסעת המעטפת?
- לאט מאוד בסטנדרטים יומיומיים, עם מהירויות זרימה של כמה סנטימטרים בשנה, בדומה לקצב תנועת הלוחות ולקצב צמיחת ציפורניים; הסעה משמעותית רק מכיוון שהיא פועלת במשך מיליוני עד מיליארדי שנים.
- מהו מספר ריילי?
- זהו מדד חסר ממדים למידת הנטייה של נוזל להסעה, המשווה את הציפה המניעה את הזרימה מול הצמיגות והדיפוזיה התרמית המתנגדות לה; מספר ריילי הגבוה מאוד של המעטפת פירושו שהיא מוסעת בעוצמה למרות היותה סלע מוצק.