Đối lưu Manti và các Lực Đẩy Mảng Kiến Tạo

Chuyển động của mảng kiến tạo được duy trì bởi sự đối lưu chậm của manti, với sự chìm xuống của các phiến hút chìm dày đặc và sự trượt trọng lực của các mảng ra xa khỏi các sống núi, tạo thành các lực đẩy chủ yếu.

Definition

Các lực đẩy mảng kiến tạo là tập hợp các lực hấp dẫn và lực nhớt — chủ yếu là lực kéo của phiến, lực đẩy của sống núi và lực cản của manti — phát sinh từ đối lưu nhiệt trong manti và điều chỉnh tốc độ cũng như hướng chuyển động của các mảng thạch quyển.

Scope

Chủ đề này bao gồm động lực học đằng sau kiến tạo mảng: đối lưu nhiệt trong manti, sự cân bằng giữa lực kéo của phiến (slab pull), lực đẩy của sống núi (ridge push) và lực cản đáy (basal drag), cũng như vai trò của các chùm manti (mantle plumes). Nó đề cập đến các yếu tố vật lý thúc đẩy chuyển động của mảng, bổ sung cho mô tả động học của các ranh giới và liên quan đến các mối quan tâm sâu hơn của địa vật lý.

Core questions

• Đối lưu của manti là đối lưu toàn manti hay phân lớp?
• Những lực nào chi phối chuyển động của mảng, và chúng thay đổi như thế nào theo chiều dài phiến và diện tích mảng?
• Các chùm manti liên quan như thế nào đến đối lưu quy mô mảng?

Key theories

Lực kéo của phiến là lực đẩy chủ yếu

Forsyth và Uyeda đã chỉ ra bằng phân tích cân bằng lực rằng các mảng gắn liền với các phiến hút chìm dài di chuyển nhanh nhất, ngụ ý rằng lực kéo của phiến là yếu tố chính thúc đẩy chuyển động của mảng trong khi lực đẩy của sống núi và lực cản đáy là thứ yếu.

Giả thuyết chùm manti

Morgan đề xuất rằng các dòng trồi hẹp của vật liệu nóng từ manti sâu, cố định tương đối so với chuyển động của mảng, tạo ra các vết núi lửa điểm nóng và đại diện cho một thành phần đối lưu khác biệt so với dòng chảy quy mô mảng.

Mechanisms

Nhiệt từ lõi và từ sự phân rã phóng xạ thúc đẩy sự dịch chuyển chậm của manti rắn. Thạch quyển đại dương lạnh, đặc chìm xuống tại các đới hút chìm, kéo theo mảng phía sau (lực kéo của phiến); sống núi nhô cao tạo ra một lực đẩy hấp dẫn lên mảng (lực đẩy của sống núi); và sự kết nối nhớt giữa đáy mảng và dòng chảy manti bên dưới có thể thúc đẩy hoặc cản trở chuyển động. Các chùm manti cục bộ bổ sung một dòng đối lưu riêng biệt, chủ yếu là theo chiều dọc.

Clinical relevance

Hiểu biết về các lực đẩy giúp giải thích tại sao một số mảng di chuyển nhanh hơn các mảng khác, giới hạn các mô hình về mực nước biển và biến đổi khí hậu dài hạn do sự thay đổi dòng chảy manti, và cung cấp thông tin cho việc giải thích hoạt động núi lửa và nâng cao trong nội mảng.

History

Arthur Holmes đã đề xuất đối lưu manti như một cơ chế đẩy vào những năm 1930. Sau khi kiến tạo mảng được thiết lập, các phân tích định lượng vào những năm 1970 — đáng chú ý là nghiên cứu cân bằng lực của Forsyth và Uyeda và giả thuyết chùm manti của Morgan — đã làm rõ những đóng góp tương đối của các lực đẩy tiềm năng.

Debates

Đối lưu toàn manti so với đối lưu phân lớp

Việc manti đối lưu như một lớp duy nhất hay hai lớp tuần hoàn riêng biệt đã được tranh cãi từ lâu; địa chấn cắt lớp cho thấy các phiến xuyên qua manti dưới ủng hộ đối lưu toàn manti, nhưng các hồ chứa địa hóa học gợi ý một số sự phân lớp bền vững.

Key figures

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

Seminal works

• forsythuyeda1975
• morgan1971

Frequently asked questions

Lực chính làm dịch chuyển các mảng kiến tạo là gì?

Hầu hết các bằng chứng đều chỉ ra lực kéo của phiến — trọng lượng của thạch quyển lạnh, đặc chìm xuống tại các đới hút chìm — là lực đẩy chủ yếu, với lực đẩy của sống núi và lực cản của manti đóng vai trò nhỏ hơn.