en un artículo publicado recientemente en Letras de ciencia planetaria y terrestre , los investigadores del Centro de Investigación en Geodinámica, la Universidad de Ehime y la Universidad de Lille combinan el modelado numérico del deslizamiento de la dislocación y los resultados de los experimentos de difusión para revisar la reología de la wadsleyita, ringwoodita y granate mayorita bajo tasas de tensión geológica en la zona de transición de la Tierra.manto basado en modelos teóricos de plasticidad.
A pesar de estar compuesto de rocas sólidas, el manto de la Tierra, que se extiende a una profundidad de ~ 2890 km por debajo de la corteza, experimenta un flujo convectivo al eliminar el calor del interior de la Tierra. Este proceso implica la transferencia de masa por subducción de placas tectónicas frías de yel ascenso de plumas calientes hacia la superficie de la Tierra, responsable de muchas características geológicas a gran escala, como terremotos y vulcanismo. A través de una combinación de estudios previos de física mineral y sismológica, es bien sabido que el manto de la Tierra se divide mineralógicamente endos regímenes principales: el manto superior e inferior, separados por la "zona de transición", una capa límite entre ~ 410 y ~ 660 km de profundidad. Esta zona de transición influye en la extensión de la convección del manto completo al controlar la transferencia de masa entre el manto superior e inferiorLos estudios de tomografía sísmica imágenes de tomografía computarizada del interior de la Tierra utilizando ondas sísmicas han revelado previamente que, si bien algunas losas penetran a través del tránsitoen la zona, otros parecen estancarse dentro o justo debajo.La razón no está clara y la dinámica del manto de la Tierra a través de la zona de transición sigue siendo poco limitada debido a la falta de comprensión de sus propiedades mecánicas.
Estas propiedades mecánicas dependen de la capacidad de los minerales para sufrir una deformación plástica lenta en respuesta a una tensión mecánica baja, denominada "fluencia", que se describe típicamente mediante un parámetro conocido como "viscosidad". La dinámica del manto superior se basa en la deformación plásticade su componente principal, Mg2SiO4 olivino. Los primeros ~ 300 km del manto superior se caracterizan por una fuerte dependencia direccional de la velocidad de las ondas sísmicas, conocida como "anisotropía sísmica".- un mecanismo de deformación que induce la rotación de la red y las orientaciones cristalográficas preferidas CPO en minerales elásticamente anisotrópicos como el olivino - contribuye a la deformación general del manto superior. La dislocación es un mecanismo de deformación intracristalino responsable del transporte de cizallamiento cristalino, mediado pordefectos llamados "dislocaciones". Es un mecanismo de deformación compuesto que puede implicar tanto el deslizamiento de las dislocaciones a lo largodirecciones y planos de cristal específicos y ascenso mediado por difusión fuera de sus planos de deslizamiento.De hecho, las simulaciones numéricas recientes de Boioli et al.2015 han demostrado que la deformación de los cristales de olivino Mg2SiO4 se adapta al tipo de deformación por dislocación de Weertman en condiciones relevantes del manto superior, donde el ascenso de las dislocaciones permite la recuperación de las uniones de dislocación, lo que permite que la deformación plástica se produzca de manera eficiente mediante el deslizamiento de la dislocación.
Al entrar en la zona de transición del manto más allá de ~ 410 km de profundidad con el aumento de la presión P y la temperatura T, el olivino se transforma primero en su polimorfo wadsleyita de alta P y a ~ 520 km en ringwoodita. No está claro si los procesos de deformación de estosLas estructuras más compactas de los polimorfos de alta P del olivino son similares a las del olivino Ritterbex et al. 2015; Ritterbex et al. 2016. Para abordar esta cuestión, los investigadores del grupo de plasticidad de la Universidad de Lille y la Investigación en GeodinámicaEl Centro de la Universidad de Ehime combinó simulaciones numéricas de las movilidades de deslizamiento por dislocación activadas térmicamente junto con los resultados de los datos de difusión experimentales, y demuestran que, a diferencia del olivino en las condiciones del manto superior, las velocidades de ascenso por dislocación superan las del deslizamiento en los polimorfos de olivino de alta P, induciendo una transición del mecanismo de deformación en el régimen de fluencia de dislocación de fluencia de Weertman a fluencia de ascenso puro en tensiones geológicas relevantesImagen 1.Basado en modelos de plasticidad y restringido por datos de difusión de experimentos, la investigación actual cuantifica la deformación en estado estable de los minerales de la zona de transición principal wadsleyita, ringwoodita y granate majorita como una función del tamaño de grano Imagen 2.
Estos modelos son capaces de explicar una serie de características clave asociadas con la zona de transición del manto. Se muestra que la plasticidad intracristalina de wadsleyita, ringwoodita y granate majorita por fluencia de ascenso puro en tensiones geológicas conduce a una zona de transición equiviscosa de 10 ^ 21 ± 1 Pa.s si el tamaño de grano es ~ 0.1 mm o mayor Imagen 3, coincidiendo bien con los datos geofísicos de superficie invertida disponibles que se usan típicamente para restringir las propiedades reológicas del manto de la Tierra. Dado que la fluencia de ascenso pura no inducerotación de celosía y no puede producir CPO, la deformación de la zona de transición por este mecanismo es compatible con su isotropía sísmica relativa en comparación con el manto superior. Los investigadores también encontraron que el CPO es capaz de desarrollarse junto con las concentraciones de tensión mediante la activación de la fluencia de Weertman Imagen3, por ejemplo en los flujos de esquina alrededor de losas de subducción en frío, algo que podría inducir un aumento en la resistencia a la subducción, lo que explica por qué algunas losas se estancan unt la base de la zona de transición.Por otro lado, se predicen reducciones de viscosidad si los granos son más pequeños que ~ 0.1 mm cuando los silicatos de la zona de transición se deforman por difusión atómica pura, comúnmente conocida como "fluencia de difusión", que podría potencialmente influir en la dinámica del flujo en el interior de la subducción en frío.losas o transiciones de fase Imagen 3.
La incorporación futura de estos mecanismos de deformación en función del tamaño de grano en los modelos de convección geodinámica debería mejorar nuestra comprensión de la interacción entre el manto superior e inferior y se espera que sea útil para limitar la evolución geoquímica de la Tierra.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Ehime . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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