ธรณีภาคและสภาพการไหล

ธรณีภาคคือเปลือกโลกชั้นนอกที่เย็นและแข็งแรง ซึ่งมีพฤติกรรมแข็งเกร็งตลอดช่วงเวลาทางธรณีวิทยา และสภาพการไหลของมัน ซึ่งกำหนดว่าหินมีความเปราะ ยืดหยุ่น หรือเหนียว ควบคุมว่าแผ่นเปลือกโลกจะโค้งงอ แตกหัก และเปลี่ยนรูปได้อย่างไร

Definition

ธรณีภาคคือชั้นนอกของโลกที่ค่อนข้างเย็นและแข็งแรง ประกอบด้วยเปลือกโลกและเนื้อโลกส่วนบนสุด ซึ่งมีพฤติกรรมแข็งเกร็งหรือยืดหยุ่นตลอดช่วงเวลาทางธรณีวิทยา สภาพการไหลของมันอธิบายว่าหินเปลี่ยนรูปอย่างไร ตั้งแต่การแตกหักแบบเปราะใกล้พื้นผิวไปจนถึงการคืบแบบเหนียวที่ความลึก

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมธรณีภาคในฐานะชั้นขอบเขตทางความร้อนและกลไก และสภาพการไหลที่ทำให้เกิดความแข็งแรง: คำจำกัดความตามอุณหภูมิและการเย็นตัวของแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรตามอายุ การตอบสนองแบบยืดหยุ่นและการโค้งงอต่อแรงกด และการเปลี่ยนผ่านจากความเปราะไปสู่ความเหนียวตามความลึก โดยจะกล่าวถึงขอบเขตความเค้นคราก ความแตกต่างระหว่างธรณีภาคทางความร้อน แผ่นดินไหว และยืดหยุ่น และกลไกการเปลี่ยนรูปที่กำหนดความแข็งแรงของมัน โดยเน้นที่ความแข็งแรงและพฤติกรรมทางกลของเปลือกโลกชั้นนอกที่ทำให้เกิดธรณีแปรสัณฐาน

Core questions

• ธรณีภาคถูกกำหนดทางความร้อน แผ่นดินไหว และกลไกอย่างไร?
• ธรณีภาคใต้มหาสมุทรมีความหนาและยุบตัวลงอย่างไรเมื่อเย็นตัวลงและมีอายุมากขึ้น?
• การเปลี่ยนผ่านจากความเปราะไปสู่ความเหนียวคืออะไร และความแข็งแรงแตกต่างกันไปตามความลึกอย่างไร?
• ความแข็งแรงของธรณีภาคควบคุมการโค้งงอและการรองรับแรงกดได้อย่างไร?

Key concepts

• ธรณีภาคในฐานะชั้นขอบเขตทางความร้อน
• การเย็นตัวและการยุบตัวของธรณีภาคใต้มหาสมุทร
• การเปลี่ยนผ่านจากความเปราะไปสู่ความเหนียวและขอบเขตความเค้นคราก
• ความแข็งแกร่งในการยืดหยุ่นและการโค้งงอ
• ธรณีภาคทางความร้อน แผ่นดินไหว และยืดหยุ่น

Key theories

ชั้นขอบเขตทางความร้อนที่เย็นตัว

ธรณีภาคใต้มหาสมุทรคือชั้นขอบเขตทางความร้อนส่วนบนที่เย็นของการพาความร้อนในเนื้อโลก เมื่อมันเคลื่อนตัวออกจากสันเขากลางมหาสมุทร มันจะเย็นตัวลง หนาขึ้น และยุบตัวลงในลักษณะที่คาดการณ์ได้ โดยความลึกของพื้นทะเลจะเพิ่มขึ้นตามรากที่สองของอายุ

ขอบเขตความเค้นคราก

ความแข็งแรงของธรณีภาคตามความลึกถูกจำกัดโดยการแตกหักจากแรงเสียดทานแบบเปราะในส่วนบนที่เย็นและจากการคืบแบบเหนียวที่ความลึก ซึ่งกำหนดขอบเขตความเค้นครากที่กำหนดความหนาของความยืดหยุ่นที่มีประสิทธิภาพและวิธีการรองรับแรงกด

Mechanisms

เนื่องจากความแข็งแรงของหินขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างมาก โลกส่วนบนที่เย็นจึงต้านทานการไหลและมีพฤติกรรมเป็นแผ่นเปลือกโลกที่เชื่อมโยงกัน ใกล้พื้นผิวการเปลี่ยนรูปเป็นแบบเปราะ ซึ่งถูกควบคุมโดยแรงเสียดทานบนรอยเลื่อน ในขณะที่หินที่ลึกและร้อนกว่าจะเปลี่ยนรูปโดยการคืบแบบเหนียว และการเปลี่ยนผ่านระหว่างระบอบเหล่านี้ พร้อมกับความหนาของแผ่นเปลือกโลก กำหนดความแข็งแกร่งในการโค้งงอและวิธีการโค้งงอภายใต้แรงกด เช่น ภูเขาใต้ทะเลและแผ่นน้ำแข็ง

Clinical relevance

สภาพการไหลของธรณีภาคควบคุมว่าแผ่นดินไหวสามารถก่อตัวขึ้นที่ใด อ่างตะกอนยุบตัวและภูเขาได้รับการค้ำจุนอย่างไร และโลกที่เป็นของแข็งตอบสนองต่อการรับและปลดภาระอย่างไร ซึ่งให้ข้อมูลในการตีความทางธรณีแปรสัณฐาน การวิเคราะห์อ่างตะกอน และการศึกษาการดีดตัวหลังยุคน้ำแข็ง

History

แนวคิดของธรณีภาคที่แข็งแรงอยู่เหนือฐานธรณีภาคที่อ่อนแอเป็นหัวใจสำคัญของทฤษฎีธรณีแปรสัณฐานยุคแรกๆ งานวิจัยต่อมาเกี่ยวกับแบบจำลองการเย็นตัวแบบครึ่งพื้นที่ของแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทร การศึกษาความแข็งแรงของหินในห้องปฏิบัติการ และการวิเคราะห์การโค้งงอของแรงกด ได้สร้างความเข้าใจสมัยใหม่เกี่ยวกับสภาพการไหลของธรณีภาค

Key figures

• Donald Turcotte
• Anthony Watts
• Shun-ichiro Karato

Seminal works

• turcotte2014
• watts2001
• karato2008

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างธรณีภาคและฐานธรณีภาคคืออะไร?

ธรณีภาคคือชั้นนอกที่เย็นและแข็งเกร็งซึ่งประกอบเป็นแผ่นเปลือกโลก ในขณะที่ฐานธรณีภาคที่อยู่ข้างใต้จะร้อนกว่าและอ่อนแอกว่า เปลี่ยนรูปได้ง่ายเพื่อให้แผ่นเปลือกโลกสามารถเลื่อนผ่านไปได้ ขอบเขตนี้เป็นขอบเขตทางความร้อนและกลไกเป็นหลักมากกว่าองค์ประกอบทางเคมี

ทำไมพื้นทะเลจึงลึกขึ้นเมื่อห่างจากสันเขากลางมหาสมุทร?

เมื่อธรณีภาคใต้มหาสมุทรมีอายุมากขึ้นและเคลื่อนตัวออกจากสันเขากลางมหาสมุทร มันจะเย็นตัวลง มีความหนาแน่นมากขึ้นและหดตัวลง ดังนั้นจึงจมลง การเย็นตัวและการยุบตัวนี้เป็นไปตามรูปแบบปกติ โดยความลึกจะเพิ่มขึ้นโดยประมาณตามรากที่สองของอายุธรณีภาค