Mantelconvectie en plaatbewegingskrachten

Plaatbeweging wordt in stand gehouden door de trage convectieve omwenteling van de mantel, waarbij het zinken van dichte gesubduceerde platen en het zwaartekrachtgestuurde wegglijden van platen van ruggen de dominante drijvende krachten leveren.

Definition

Plaatbewegingskrachten zijn de verzameling van zwaartekracht- en viskeuze krachten — voornamelijk slab pull, ridge push en mantelweerstand — die voortkomen uit thermische convectie in de mantel en de snelheid en richting van de beweging van lithosferische platen bepalen.

Scope

Dit onderwerp behandelt de dynamiek achter platentektoniek: thermische convectie in de mantel, het evenwicht tussen slab pull, ridge push en basale weerstand, en de rol van mantelpluimen. Het behandelt de fysieke drijfveren van plaatbeweging, als aanvulling op de kinematische beschrijving van grenzen en aansluitend bij de diepere vraagstukken van de geofysica.

Core questions

• Is de convectie van de mantel mantelbreed of gelaagd?
• Welke krachten domineren de plaatbeweging, en hoe schalen ze met de lengte van de slab en het plaatoppervlak?
• Hoe verhouden mantelpluimen zich tot plaat-schaal convectie?

Key theories

Slab pull als de dominante drijvende kracht

Forsyth en Uyeda toonden door middel van een krachtbalansanalyse aan dat platen die vastzitten aan lange subducerende platen het snelst bewegen, wat impliceert dat slab pull de primaire drijfveer is van plaatbeweging, terwijl ridge push en basale weerstand secundair zijn.

Mantelpluimhypothese

Morgan stelde voor dat smalle opwellende stromen van heet materiaal uit de diepe mantel, gefixeerd ten opzichte van plaatbeweging, hotspot vulkanische sporen produceren en een convectieve component vertegenwoordigen die verschilt van plaat-schaal stroming.

Mechanisms

Warmte van de kern en van radioactief verval drijft de langzame kruip van de vaste mantel aan. Koude, dichte oceanische lithosfeer zinkt bij subductiezones, waardoor de achterliggende plaat wordt meegetrokken (slab pull); de verhoogde rug oefent een zwaartekrachtduw uit op de plaat (ridge push); en viskeuze koppeling tussen de plaatbasis en de onderliggende mantelstroming kan de beweging zowel aandrijven als weerstaan. Gelokaliseerde pluimen voegen een afzonderlijke, grotendeels verticale convectieve flux toe.

Clinical relevance

Inzicht in drijvende krachten verklaart waarom sommige platen sneller bewegen dan andere, beperkt modellen van langetermijnzeespiegel- en klimaatverandering gedreven door veranderende mantelstroming, en informeert interpretaties van intraplaatvulkanisme en -opheffing.

History

Arthur Holmes suggereerde mantelconvectie als een drijfmechanisme in de jaren 1930. Nadat platentektoniek was vastgesteld, verhelderden kwantitatieve analyses in de jaren 1970 — met name de krachtbalansstudie van Forsyth en Uyeda en de pluimhypothese van Morgan — de relatieve bijdragen van de kandidaat-drijvende krachten.

Debates

Mantelbrede versus gelaagde convectie

Of de mantel convecteert als een enkele laag of als twee afzonderlijk circulerende lagen is lange tijd betwist; seismische tomografie die aantoont dat platen de ondermantel binnendringen, pleit voor mantelbrede convectie, maar geochemische reservoirs suggereren een zekere aanhoudende gelaagdheid.

Key figures

• Donald Forsyth
• Seiya Uyeda
• W. Jason Morgan
• Arthur Holmes

Seminal works

• forsythuyeda1975
• morgan1971

Frequently asked questions

Wat is de belangrijkste kracht die tektonische platen beweegt?

Het meeste bewijs wijst op slab pull — het gewicht van koude, dichte lithosfeer die zinkt bij subductiezones — als de dominante drijvende kracht, waarbij ridge push en mantelweerstand kleinere rollen spelen.