मैंटल संवहन और रियोलॉजी

आंतरिक ऊष्मा से प्रेरित होकर, ठोस मैंटल लाखों वर्षों में रेंगता और संवहन करता है, और जिस तरह से मैंटल चट्टान विकृत होती है, उसकी रियोलॉजी, इस ग्रह-स्तरीय प्रवाह की शक्ति, शैली और पैटर्न को निर्धारित करती है।

Definition

मैंटल संवहन ठोस मैंटल का धीमा, उत्प्लावन-प्रेरित प्रवाह है जो पृथ्वी की आंतरिक ऊष्मा को सतह तक पहुंचाता है; रियोलॉजी इस बात का वर्णन है कि मैंटल चट्टान तनाव के तहत कैसे विकृत होती है, मुख्य रूप से तापीय रूप से सक्रिय विसर्पण द्वारा, जो उस प्रवाह को नियंत्रित करने वाली श्यानता को निर्धारित करती है।

Scope

यह विषय मैंटल में तापीय संवहन और उसे नियंत्रित करने वाली रियोलॉजी को शामिल करता है: उत्प्लावन-प्रेरित रेंगने वाले प्रवाह के शासी समीकरण, रेले संख्या और संवहन की शुरुआत और शक्ति, आंतरिक तापन और आधार तापन की भूमिका, और स्तरित से लेकर संपूर्ण-मैंटल तक संवहन की शैलियाँ। यह मैंटल खनिजों के विरूपण तंत्र, विसरण और विस्थापन विसर्पण, श्यानता की प्रबल तापमान और दाब निर्भरता, और प्रवाह पर प्रावस्था संक्रमणों के प्रभाव का वर्णन करता है। इसमें इस बात पर जोर दिया गया है कि ठोस चट्टान की रियोलॉजी संवहनी ऊष्मा परिवहन को कैसे नियंत्रित करती है।

Core questions

• मैंटल में उत्प्लावन-प्रेरित रेंगने वाले प्रवाह को कौन से समीकरण नियंत्रित करते हैं?
• रेले संख्या संवहन की शुरुआत और शक्ति को कैसे नियंत्रित करती है?
• ठोस मैंटल चट्टान किन विसर्पण तंत्रों द्वारा विकृत होती है?
• तापमान, दाब और प्रावस्था संक्रमण संवहनी शैली को कैसे आकार देते हैं?

Key concepts

• उत्प्लावन-प्रेरित रेंगने वाला (स्टोक्स) प्रवाह
• रेले संख्या और संवहनी शक्ति
• विसरण और विस्थापन विसर्पण
• तापमान- और दाब-निर्भर श्यानता
• आंतरिक तापन और संवहनी शैली

Key theories

तापीय संवहन और रेले संख्या

मैंटल संवहन करता है या नहीं, और कितनी तीव्रता से, यह रेले संख्या द्वारा नियंत्रित होता है जो उत्प्लावन को श्यान और तापीय विसरण के विरुद्ध संतुलित करता है; एक क्रांतिक मान से ऊपर संवहन शुरू हो जाता है, और उच्च मैंटल रेले संख्या तीव्र, समय-निर्भर प्रवाह को इंगित करती है।

ठोस-अवस्था विसर्पण रियोलॉजी

मैंटल चट्टान बिंदु दोषों और विस्थापनों के तापीय रूप से सक्रिय प्रवासन द्वारा प्रवाहित होती है, जिससे एक प्रबल तापमान- और तनाव-निर्भर प्रभावी श्यानता उत्पन्न होती है जो संवहन की दरों और पैटर्न तथा स्थलमंडल की शक्ति को नियंत्रित करती है।

Mechanisms

रेडियोधर्मी क्षय और कोर से निकलने वाली ऊष्मा गहरे मैंटल को गर्म करती है, जिससे उसका घनत्व कम होता है और वह उत्प्लावनशील हो जाता है; क्योंकि मैंटल चट्टान ठोस-अवस्था विसर्पण द्वारा विकृत होती है, यह गर्म प्लूम्स में ऊपर उठती है और ठंडे अधोगमन में डूब जाती है, जिससे चालन की तुलना में कहीं अधिक कुशलता से ऊष्मा का परिवहन होता है, जबकि तापमान पर श्यानता की प्रबल निर्भरता और खनिज प्रावस्था संक्रमणों के प्रभाव यह नियंत्रित करते हैं कि प्रवाह पूरे मैंटल में फैलता है या आंशिक रूप से स्तरित होता है।

Clinical relevance

मैंटल संवहन प्लेट विवर्तनिकी का इंजन है और अंतराप्लेट ज्वालामुखी और गतिशील स्थलाकृति का स्रोत है; इसे समझना पृथ्वी के तापीय इतिहास को सीमित करता है और सतह विवर्तनिकी को भूकंप विज्ञान द्वारा चित्रित गहरे आंतरिक भाग से जोड़ता है।

History

होम्स ने 1930 के दशक में महाद्वीपीय बहाव के चालक के रूप में मैंटल संवहन का प्रस्ताव रखा; मात्रात्मक उपचार प्लेट विवर्तनिकी के बाद आया, जिसमें 1974 के मैकेंज़ी, रॉबर्ट्स और वीस के अध्ययन ने संख्यात्मक मैंटल संवहन का मार्ग प्रशस्त किया, और प्रयोगशाला चट्टान-विरूपण अध्ययनों ने विसर्पण नियमों को स्थापित किया जो मैंटल रियोलॉजी को निर्धारित करते हैं।

Debates

स्तरित बनाम संपूर्ण-मैंटल संवहन

भूभौतिकविदों ने लंबे समय तक इस बात पर बहस की कि क्या ऊपरी और निचला मैंटल अलग-अलग परतों के रूप में संवहन करते हैं, जैसा कि कुछ भू-रासायनिक जलाशयों द्वारा सुझाया गया है, या एक एकल संपूर्ण-मैंटल प्रणाली के रूप में, जैसा कि निचले मैंटल में प्रवेश करने वाली स्लैबों की भूकंपीय छवियों द्वारा समर्थित है; वर्तमान विचार संक्रमण क्षेत्र के पास जटिलताओं के साथ काफी हद तक संपूर्ण-मैंटल प्रवाह के पक्ष में हैं।

Key figures

• Arthur Holmes
• Dan McKenzie
• Shun-ichiro Karato
• Gerald Schubert

Seminal works

• schubert2001
• mckenzie1974
• karato2008

Frequently asked questions

मैंटल कितनी तेजी से संवहन करता है?

रोजमर्रा के मानकों के अनुसार अत्यंत धीरे, प्रति वर्ष कुछ सेंटीमीटर की प्रवाह गति के साथ, जो प्लेटों के चलने की दर और नाखूनों के बढ़ने की गति के बराबर है; संवहन केवल इसलिए महत्वपूर्ण है क्योंकि यह लाखों से अरबों वर्षों तक संचालित होता है।

रेले संख्या क्या है?

यह एक आयामहीन माप है कि एक तरल कितनी दृढ़ता से संवहन करने की प्रवृत्ति रखता है, जो प्रवाह को चलाने वाले उत्प्लावन की तुलना श्यानता और तापीय विसरण से करता है जो इसका विरोध करते हैं; मैंटल की बहुत उच्च रेले संख्या का अर्थ है कि यह ठोस चट्टान होने के बावजूद तीव्रता से संवहन करता है।