Оценка вязкости астеносферы, мантии и ядра - Движение вещества Земли

Характер тектонических процессов, протекающих на разных уровнях в твердой Земле, в значительной степени зависит от физических свойств отдельных ее оболочек. Важнейшим показателем этих свойств является вязкость. Вязкость горных пород зависит от содержания воды, их температуры и давления. Температура и давление, закономерно возрастая с глубиной, дают возможность рассчитать изменение вязкости в этом направлении. При этом температурные условия зависят от величины теплового потока, который в свою очередь зависит от возраста коры, особенно океанской. Косвенными показателями вязкости являются скорости распространения сейсмических волн и сейсмическая активность: чем последняя выше, тем с более вязкими, более хрупкими породами мы имеем дело, а отсутствие сейсмичности указывает на переход от хрупкого к пластичному состоянию.

Различия в вязкости сказываются уже при деформации верхнего - осадочного слоя земной коры. В его составе принято выделять по деформационным свойствам два типа пород - Компетентные и Некомпетентные. Первые достаточно упруги, способны передавать напряжения на значительные расстояния, сохраняют свою мощность и в основном определяют форму образующихся складок, их основной каркас. К компетентным породам относятся известняки, доломиты, массивные песчаники, вулканические лавы, образующие достаточно мощные слои. Некомпетентные породы обладают повышенной пластичностью, изменяют свою мощность при складкообразовании, ведут себя пассивно и приспосабливаются к форме складок, образуемых компетентными породами. К некомпетентным породам принадлежат глины, соли, гипсы, отчасти мергели и толщи тонкого переслаивания. При чередовании в разрезе компетентных и некомпетентных пород нередко наблюдается Дисгармоничная Складчатость, в которой компетентные породы образуют крупные складки, а некомпетентные обнаруживают более мелкую и сложную складчатость.

В континентальной коре высокой вязкостью и хрупкостью обладает ее верхняя часть до глубины 10-15 км; в ее пределах и сосредоточена основная сейсмическая активность. Нижняя кора начиная с глубины 15-20 км оказывается существенно пластичной. В некоторых случаях, а именно при более высоком тепловом потоке в верхах нижней коры, на уровне границы Конрада наблюдается новое повышение вязкости и тогда вырисовывается два минимума вязкости - один в низах верхней коры, другой в нижней коре. На уровне границы Мохо вязкость снова возрастает, затем постепенно снижаясь в литосферной мантии, вплоть до границы астеносферы. Таким образом, в континентальной литосфере выделяются один или два уровня пониженной вязкости - в нижней и средней коре, что и обусловливает ее тектоническую расслоенность и различное поведение коры и литосферной мантии в процессе перемещения и деформаций литосферных плит с континентальной корой.

Иные соотношения наблюдаются в океанической литосфере. Общей тенденцией является сначала, до глубины порядка 5 км, резкое возрастание вязкости, затем ее постепенный рост с дальнейшим увеличением глубины, сменяющийся значительно более быстрым падением к границе астеносферы. При этом наблюдается сильная зависимость от возраста литосферы, определяющего степень ее разогрева. Чем моложе океанская литосфера, тем на меньшей глубине начинается падение вязкости. В литосфере с возрастом 30 млн лет и менее на границе Мохо отмечается понижение вязкости.

Переход от литосферы к астеносфере знаменуется более или менее резким, в зависимости от величины теплового потока, понижением вязкости. Вязкость астеносферы под континентами составляет 1021-1022 П (пуаз), под океанами - 1019-1020 П по сравнению с 1022-1026 и 1022-1025 П для литосферы. В отличие от литосферы астеносфера не обладает пределом прочности и ее вещество способно к деформации (течению) даже под действием очень малых избыточных давлений. Именно этим в конечном счете обеспечивается изостатическое равновесие литосферы - при возрастании на нее нагрузок и погружении происходит отток астеносферы на глубине и ее нагнетание в область утонения литосферы вследствие денудации или других причин. В подастеносферной мантии вязкость должна быть выше, чем в астеносфере, но ее определение затрудняется отсутствием достоверных сведений о температуре на соответствующей глубине. Исходя из того, что вязкость здесь не должна препятствовать конвекции, вязкость средней мантии до глубины 670 км принимается 1022- 1023 П, а нижней мантии - 1023-1024 П.

Оценки вязкости внешнего жидкого ядра Земли весьма неоднозначны. Новые исследования показывают, что при большом давлении вязкость жидкого ядра на поверхности составляет 10 ,а на его нижней границе 1011.

Похожие статьи




Оценка вязкости астеносферы, мантии и ядра - Движение вещества Земли

Предыдущая | Следующая