リソスフェアとレオロジー

リソスフェアは、地球の冷たく強固な外殻であり、地質学的時間スケールで剛体として振る舞います。そのレオロジーは、岩石が脆性、弾性、または塑性を示す場所を定義し、プレートがどのように撓み、破壊し、変形するかを制御します。

Definition

リソスフェアは、地球の比較的冷たく強固な外層であり、地殻と最上部マントルから構成され、地質学的時間スケールで剛体的または弾性的に振る舞います。そのレオロジーは、地表近くの脆性破壊から深部の塑性クリープまで、岩石がどのように変形するかを記述します。

Scope

このトピックでは、熱的および機械的境界層としてのリソスフェアと、その強度を決定するレオロジーについて扱います。具体的には、温度による定義、海洋プレートの年代に伴う冷却、荷重に対する弾性的および撓み応答、深部における脆性-塑性遷移などです。降伏強度包絡線、熱的・地震学的・弾性リソスフェアの区別、およびその強度を決定する変形メカニズムについても論じます。重点は、プレートテクトニクスを可能にする地球外殻の強度と機械的挙動に置かれています。

Core questions

• リソスフェアは熱的、地震学的、機械的にどのように定義されますか？
• 海洋リソスフェアは冷却と年代に伴ってどのように厚くなり、沈降しますか？
• 脆性-塑性遷移とは何ですか、また強度は深さとともにどのように変化しますか？
• リソスフェアの強度は撓みと荷重の支持をどのように制御しますか？

Key concepts

• 熱的境界層としてのリソスフェア
• 海洋リソスフェアの冷却と沈降
• 脆性-塑性遷移と降伏強度包絡線
• 弾性および曲げ剛性
• 熱的、地震学的、弾性リソスフェア

Key theories

冷却熱的境界層

海洋リソスフェアは、マントル対流の冷たい上部熱的境界層です。海嶺から離れるにつれて冷却し、厚くなり、予測可能な方法で沈降し、海底の深さは年代の平方根に比例して増加します。

降伏強度包絡線

深さ方向のリソスフェアの強度は、冷たい上部の脆性摩擦破壊と深部の塑性クリープによって制限され、その有効弾性厚さと荷重を支持する方法を決定する降伏強度包絡線を定義します。

Mechanisms

岩石の強度は温度に強く依存するため、地球の冷たい上部は流動に抵抗し、まとまったプレートとして振る舞います。地表近くでは変形は脆性であり、断層の摩擦によって制御されますが、より深く高温の岩石は塑性クリープによって降伏します。これらのレジーム間の遷移は、プレートの厚さとともに、その曲げ剛性を決定し、海山や氷床などの荷重下でどのように曲がるかを決定します。

Clinical relevance

リソスフェアのレオロジーは、地震が発生する場所、堆積盆地が沈降し山脈が支持される仕組み、および固体地球が荷重と除荷にどのように応答するかを支配し、テクトニクス解釈、堆積盆地解析、および氷河期後の隆起の研究に情報を提供します。

History

弱いアセノスフェアの上に強固なリソスフェアが存在するという概念は、初期のプレートテクトニクスにおいて中心的でした。その後の海洋プレートの半空間冷却モデル、室内岩石強度研究、および荷重の撓み解析に関する研究が、リソスフェアのレオロジーに関する現代の理解を構築しました。

Key figures

• Donald Turcotte
• Anthony Watts
• Shun-ichiro Karato

Seminal works

• turcotte2014
• watts2001
• karato2008

Frequently asked questions

リソスフェアとアセノスフェアの違いは何ですか？

リソスフェアは、テクトニックプレートを形成する冷たく剛性の高い外層であるのに対し、その下のアセノスフェアはより高温で弱く、容易に変形するため、プレートはその上を滑ることができます。この境界は、組成的なものではなく、本質的に熱的および機械的なものです。

なぜ海底は中央海嶺から離れるほど深くなるのですか？

海洋リソスフェアは、海嶺から離れて年代を重ねるにつれて冷却し、密度が増して収縮するため沈降します。この冷却と沈降は規則的なパターンに従い、深さはリソスフェアの年代の平方根にほぼ比例して増加します。