การพาความร้อนของเนื้อโลกและแรงขับเคลื่อนแผ่นเปลือกโลก
การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกเกิดจากการหมุนเวียนอย่างช้าๆ ของเนื้อโลก โดยมีแรงขับเคลื่อนหลักมาจากการจมตัวลงของแผ่นเปลือกโลกที่มุดตัวลงไปซึ่งมีความหนาแน่นสูง และการเลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกออกจากสันเขากลางมหาสมุทรเนื่องจากแรงโน้มถ่วง
Definition
แรงขับเคลื่อนแผ่นเปลือกโลกคือชุดของแรงโน้มถ่วงและแรงหนืด ซึ่งส่วนใหญ่ได้แก่ แรงดึงแผ่นเปลือกโลก, แรงดันสันเขา และแรงหนืดจากเนื้อโลก ที่เกิดขึ้นจากการพาความร้อนในเนื้อโลก และควบคุมความเร็วและทิศทางการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมพลวัตเบื้องหลังธรณีแปรสัณฐาน: การพาความร้อนในเนื้อโลก, ความสมดุลระหว่างแรงดึงแผ่นเปลือกโลก (slab pull), แรงดันสันเขา (ridge push) และแรงหนืดที่ฐาน (basal drag) รวมถึงบทบาทของพวยหินหนืด (mantle plumes) โดยจะกล่าวถึงแรงขับเคลื่อนทางกายภาพของการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก ซึ่งเป็นการเสริมคำอธิบายเชิงจลนศาสตร์ของขอบเขตแผ่นเปลือกโลก และเชื่อมโยงกับประเด็นเชิงลึกทางธรณีฟิสิกส์
Core questions
- การพาความร้อนของเนื้อโลกเป็นการพาความร้อนทั้งเนื้อโลกหรือเป็นชั้นๆ?
- แรงใดมีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกมากที่สุด และแรงเหล่านั้นสัมพันธ์กับความยาวของแผ่นเปลือกโลกที่มุดตัวและความกว้างของแผ่นเปลือกโลกอย่างไร?
- พวยหินหนืดสัมพันธ์กับการพาความร้อนในระดับแผ่นเปลือกโลกอย่างไร?
Key theories
- แรงดึงแผ่นเปลือกโลกเป็นแรงขับเคลื่อนหลัก
- ฟอร์ไซธ์และอุเอดะแสดงให้เห็นจากการวิเคราะห์ความสมดุลของแรงว่าแผ่นเปลือกโลกที่ติดอยู่กับแผ่นเปลือกโลกที่มุดตัวลงไปยาวๆ จะเคลื่อนที่เร็วที่สุด ซึ่งหมายความว่าแรงดึงแผ่นเปลือกโลกเป็นแรงขับเคลื่อนหลักของการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก ในขณะที่แรงดันสันเขาและแรงหนืดที่ฐานเป็นแรงรอง
- สมมติฐานพวยหินหนืด
- มอร์แกนเสนอว่าการยกตัวขึ้นแคบๆ ของวัสดุร้อนจากเนื้อโลกส่วนลึก ซึ่งอยู่กับที่เมื่อเทียบกับการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก ทำให้เกิดร่องรอยภูเขาไฟจุดร้อน และแสดงถึงองค์ประกอบการพาความร้อนที่แตกต่างจากการไหลในระดับแผ่นเปลือกโลก
Mechanisms
ความร้อนจากแก่นโลกและการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีเป็นตัวขับเคลื่อนการคืบตัวอย่างช้าๆ ของเนื้อโลกที่เป็นของแข็ง แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรที่เย็นและหนาแน่นจะจมตัวลงที่เขตมุดตัว ดึงแผ่นเปลือกโลกที่อยู่ด้านหลัง (แรงดึงแผ่นเปลือกโลก); สันเขากลางมหาสมุทรที่ยกตัวขึ้นจะออกแรงดันแผ่นเปลือกโลกเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (แรงดันสันเขา); และการเชื่อมต่อแบบหนืดระหว่างฐานแผ่นเปลือกโลกกับการไหลของเนื้อโลกที่อยู่ข้างใต้สามารถขับเคลื่อนหรือต้านทานการเคลื่อนที่ได้ พวยหินหนืดเฉพาะที่เพิ่มการไหลเวียนแบบพาความร้อนที่แยกต่างหากและส่วนใหญ่เป็นแนวตั้ง
Clinical relevance
การทำความเข้าใจแรงขับเคลื่อนช่วยอธิบายว่าเหตุใดแผ่นเปลือกโลกบางแผ่นจึงเคลื่อนที่เร็วกว่าแผ่นอื่น จำกัดแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงระดับน้ำทะเลและสภาพภูมิอากาศในระยะยาวที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงการไหลของเนื้อโลก และให้ข้อมูลสำหรับการตีความการเกิดภูเขาไฟและการยกตัวภายในแผ่นเปลือกโลก
History
อาร์เธอร์ โฮล์มส์ (Arthur Holmes) ได้เสนอการพาความร้อนของเนื้อโลกเป็นกลไกขับเคลื่อนในช่วงทศวรรษ 1930 หลังจากมีการยอมรับทฤษฎีธรณีแปรสัณฐาน การวิเคราะห์เชิงปริมาณในทศวรรษ 1970 โดยเฉพาะอย่างยิ่งการศึกษาความสมดุลของแรงโดยฟอร์ไซธ์และอุเอดะ (Forsyth and Uyeda) และสมมติฐานพวยหินหนืดของมอร์แกน (Morgan) ได้ชี้แจงถึงการมีส่วนร่วมสัมพัทธ์ของแรงขับเคลื่อนที่เป็นไปได้
Debates
- การพาความร้อนทั้งเนื้อโลกเทียบกับการพาความร้อนแบบเป็นชั้น
- การที่เนื้อโลกมีการพาความร้อนเป็นชั้นเดียวหรือเป็นสองชั้นที่หมุนเวียนแยกกันนั้นเป็นที่ถกเถียงกันมานาน การศึกษาด้วยคลื่นไหวสะเทือนที่แสดงให้เห็นว่าแผ่นเปลือกโลกที่มุดตัวลงไปสามารถทะลุผ่านเนื้อโลกส่วนล่างได้สนับสนุนการพาความร้อนทั้งเนื้อโลก แต่แหล่งกักเก็บทางธรณีเคมีบางอย่างบ่งชี้ถึงการแบ่งชั้นที่คงอยู่
Key figures
- Donald Forsyth
- Seiya Uyeda
- W. Jason Morgan
- Arthur Holmes
Related topics
Seminal works
- forsythuyeda1975
- morgan1971
Frequently asked questions
- แรงหลักที่ทำให้แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่คืออะไร?
- หลักฐานส่วนใหญ่ชี้ไปที่แรงดึงแผ่นเปลือกโลก (slab pull) ซึ่งคือน้ำหนักของแผ่นธรณีภาคที่เย็นและหนาแน่นที่จมตัวลงในเขตมุดตัว เป็นแรงขับเคลื่อนหลัก โดยมีแรงดันสันเขา (ridge push) และแรงหนืดจากเนื้อโลก (mantle drag) มีบทบาทรองลงมา