Thạch quyển và Lưu biến học

Thạch quyển là lớp vỏ ngoài cùng mát, rắn chắc của Trái Đất, có tính chất cứng nhắc trong suốt thời gian địa chất, và lưu biến học của nó, xác định nơi đá giòn, đàn hồi hoặc dẻo, kiểm soát cách các mảng uốn cong, đứt gãy và biến dạng.

Definition

Thạch quyển là lớp ngoài cùng tương đối mát, rắn chắc của Trái Đất, bao gồm vỏ và phần trên cùng của lớp phủ, có tính chất cứng nhắc hoặc đàn hồi trong suốt thời gian địa chất; lưu biến học của nó mô tả cách đá của nó biến dạng, từ đứt gãy giòn gần bề mặt đến biến dạng dẻo ở độ sâu.

Scope

Chủ đề này bao gồm thạch quyển như một lớp biên nhiệt và cơ học, cùng với lưu biến học mang lại sức bền cho nó: định nghĩa của nó theo nhiệt độ và sự nguội đi của các mảng đại dương theo tuổi, phản ứng đàn hồi và uốn cong với tải trọng, và sự chuyển tiếp từ giòn sang dẻo theo độ sâu. Nó đề cập đến các đường bao cường độ chảy, sự phân biệt giữa thạch quyển nhiệt, địa chấn và đàn hồi, cũng như các cơ chế biến dạng thiết lập sức bền của nó. Trọng tâm là sức bền và hành vi cơ học của lớp vỏ ngoài Trái Đất, điều kiện tiên quyết cho kiến tạo mảng.

Core questions

• Thạch quyển được định nghĩa như thế nào về mặt nhiệt, địa chấn và cơ học?
• Thạch quyển đại dương dày lên và sụt lún như thế nào khi nó nguội đi và già đi?
• Sự chuyển tiếp từ giòn sang dẻo là gì, và sức bền thay đổi như thế nào theo độ sâu?
• Sức bền của thạch quyển kiểm soát sự uốn cong và sự nâng đỡ tải trọng như thế nào?

Key concepts

• Thạch quyển như một lớp biên nhiệt
• Sự nguội đi và sụt lún của thạch quyển đại dương
• Chuyển tiếp giòn-dẻo và đường bao cường độ chảy
• Độ cứng đàn hồi và uốn cong
• Thạch quyển nhiệt, địa chấn và đàn hồi

Key theories

Lớp biên nhiệt làm mát

Thạch quyển đại dương là lớp biên nhiệt trên cùng lạnh của đối lưu lớp phủ; khi nó di chuyển ra xa sống núi, nó nguội đi, dày lên và sụt lún theo một cách có thể dự đoán được, với độ sâu đáy biển tăng theo căn bậc hai của tuổi.

Đường bao cường độ chảy

Sức bền của thạch quyển theo độ sâu bị giới hạn bởi sự đứt gãy ma sát giòn ở phần trên mát và biến dạng dẻo ở độ sâu, định nghĩa một đường bao cường độ chảy xác định độ dày đàn hồi hiệu quả của nó và cách nó nâng đỡ tải trọng.

Mechanisms

Vì sức bền của đá phụ thuộc mạnh mẽ vào nhiệt độ, phần trên mát của Trái Đất chống lại dòng chảy và hoạt động như một mảng gắn kết; gần bề mặt, biến dạng là giòn, được kiểm soát bởi ma sát trên các đứt gãy, trong khi đá sâu hơn và nóng hơn biến dạng dẻo, và sự chuyển tiếp giữa các chế độ này, cùng với độ dày của mảng, xác định độ cứng uốn cong của nó và cách nó uốn cong dưới các tải trọng như núi ngầm và các tảng băng.

Clinical relevance

Lưu biến học thạch quyển chi phối nơi động đất có thể hình thành, cách các bồn địa sụt lún và núi được nâng đỡ, và cách Trái Đất rắn phản ứng với tải trọng và dỡ tải, cung cấp thông tin cho việc giải thích kiến tạo, phân tích bồn địa và nghiên cứu sự phục hồi sau băng hà.

History

Khái niệm về một thạch quyển mạnh mẽ nằm trên một tầng mềm yếu là trung tâm của kiến tạo mảng ban đầu; các công trình tiếp theo về mô hình làm mát nửa không gian của các mảng đại dương, các nghiên cứu về sức bền đá trong phòng thí nghiệm và phân tích uốn cong của tải trọng đã xây dựng nên sự hiểu biết hiện đại về lưu biến học thạch quyển.

Key figures

• Donald Turcotte
• Anthony Watts
• Shun-ichiro Karato

Seminal works

• turcotte2014
• watts2001
• karato2008

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa thạch quyển và quyển mềm là gì?

Thạch quyển là lớp ngoài cùng mát, cứng nhắc tạo thành các mảng kiến tạo, trong khi quyển mềm bên dưới nó nóng hơn và yếu hơn, dễ dàng biến dạng để các mảng có thể trượt trên nó; ranh giới này về cơ bản là nhiệt và cơ học chứ không phải thành phần.

Tại sao đáy biển lại sâu hơn khi cách xa các sống núi giữa đại dương?

Khi thạch quyển đại dương già đi và di chuyển ra xa sống núi, nó nguội đi, trở nên đặc hơn và co lại, do đó nó chìm xuống; sự nguội đi và sụt lún này tuân theo một quy luật nhất định, với độ sâu tăng gần đúng theo căn bậc hai của tuổi thạch quyển.