Convección do manto

movemento deslizante lento do manto de silicato sólido causado por correntes de convección que transportan calor desde o interior á superficie do planeta

A convección do manto é o movemento lento e deslizante no manto do silicato sólido da Terra causado polas correntes de convección que transportan a calor desde o interior á superficie do planeta.[1][2]

Convección completa no manto

A litosfera da superficie da Terra cabalga sobre a astenosfera e as dúas forman os compoñentes do manto superior. A litosfera divídese nunha serie de placas que están continuamente creándose e consumíndose nos seus límites de placa. A acreción prodúcese a medida que o manto se agrega aos bordos de crecemento dunha placa, asociado coa expansión do fondo oceánico. Este material engadido quente arrefríase por condución e convección de calor. Nos bordos de consumo da placa, o material contráese térmicamente até volverse denso, e afúndese baixo o seu propio peso no proceso de subdución, xeralmente nunha fosa oceánica.[3]

Este material subducido afúndese a través do interior da Terra. Algo de material subducido parece acadar o manto inferior[4], mentres que noutras rexións, impídese que este material se afunda aínda máis, posiblemente debido a unha transición de fase de espinela a silicato de perovskita e magnesiustustita, unha reacción endotérmica.[5]

A codia oceánica subducida desencadea o vulcanismo, aínda que os mecanismos básicos son variados. O vulcanismo pode ocorrer debido a procesos que agregan flotabilidad ao parcialmente fundido manto, o que causaría un fluxo cara arriba da masa parcial fundida debido a unha diminución na súa densidade. A convección secundaria pode causar vulcanismo superficial como consecuencia da extensión intraplacas[6] e plumas do manto.[7]

A convección do manto fai que as placas tectónicas se movan ao redor da superficie da Terra.[8] Este proceso semella ter sido moito máis activo durante o período Hadeico, o que resultou nunha clasificación gravitacional do ferro fundido máis pesado, níquel e sulfuros cara ao núcleo, e minerais de silicato máis liviáns no manto.

Tipos de convecciónEditar

 
Ilustración do modelo conceptual da "Terra Burkiana" (en referencia a Kevin C. A. Burke)

A finais do século XX, houbo un debate importante dentro da comunidade xeofísica sobre si era probable que a convección fose «en capas» ou «completa».[9][10] Aínda que os elementos deste debate aínda continúan, os resultados da tomografía sísmica, as simulacións numéricas da convección do manto e o exame do campo gravitatorio da Terra están a suxerir a existencia da convección "completa" do manto, polo menos na actualidade. Neste modelo, frío, a subducente litosfera oceánica descende toda desde a superficie até o límite entre o núcleo e o manto (core–mantle boundary, CMB) e as quentes plumas elévanse desde o CMB até a superficie.[11] Esta imaxe baséase en grande medida nos resultados do modelos de tomografía sísmica globais, que adoitan mostrar anomalías de laxas e plumas que cruzan a zona de transición do manto.[12]

Aínda que agora está ben aceptado que as laxas de subducción cruzan a zona de transición do manto e descenden até o manto inferior, o debate sobre a existencia e continuidade das plumas persiste, con importantes implicacións para o estilo de convección do manto. Este debate está vinculado á controversia acerca de si o vulcanismo intraplaca é causado por procesos superficiais do manto superior ou por plumas do manto inferior.[6] Moitos estudos de xeoquímica argumentaron que as lavas que irromperon nas áreas intraplaca son diferentes en composición das derivadas superficiais de basaltos de dorsais oceánicas (mid-ocean ridge basalts, MORB). Especificamente, tipicamente teñen elevadas proporcións de 3He /4He. Ao ser un nucleido primordial, o 3He non se produce naturalmente na terra. Tamén se escapa rapidamente da atmosfera terrestre cando entra en erupción. A elevada relación 3He /4He de basaltos de illas oceánicas (Ocean Island Basalts, OIB) suxire que deben de proceder dunha parte da terra que non sexa previamente fundida e reprocesada da mesma maneira que o foi a fonte MORB. Isto interpretouse como dunha orixe nunha rexión diferente, menos ben mesturada, que se suxire como o manto inferior. Outros, con todo, sinalaron que as diferenzas xeoquímicas poderían indicar a inclusión dun pequeno compoñente de material próximo á superficie da litosfera.

Forma e vigor da convecciónEditar

 
Simulación en 2D da convección do manto

Na Terra, o número de Rayleigh para convección dentro do manto da Terra estímase da orde 107, o que indica unha convección vigorosa. Este valor corresponde á convección do manto completo (é dicir, a convección que se estende desde a superficie da Terra até o bordo co núcleo). Nunha escala global, a expresión superficial desta convección son os movementos das placas tectónicas e, polo tanto, ten velocidades duns poucos cm/ano.[13][14][15] As velocidades poden ser máis rápidas para a convección a pequena escala que se produce en rexións de baixa viscosidade debaixo da litosfera, e máis lentas no manto inferior onde as viscosidades son máis grandes. Un ciclo de convección superficial simple toma da orde de 50 millóns de anos, aínda que a convección máis profunda pode estar máis preto de 200 millóns de anos.[16]

Na actualidade, crese que a convección de manto completo inclúe o declive a gran escala debaixo das Américas e do Pacífico occidental, ambas as rexións cunha longa historia de subducción, e o fluxo de emerxencia debaixo do Pacífico central e África, que presentan unha topografía dinámica compatible co elevamiento.[17] Este patrón de fluxo a gran escala tamén é consistente cos movementos das placas tectónicas, que son a expresión superficial da convección no manto da Terra e actualmente indican unha converxencia de grao-2 cara ao Pacífico occidental e as Américas, e a diverxencia afástase do Pacífico central e de África.[18] A persistencia da diverxencia tectónica neta fora de África e do Pacífico durante os últimos 250 millóns de anos indica a estabilidade a longo prazo deste patrón xeral de fluxo do manto[18], e é consistente con outros estudos[19][20][21] que suxiren unha estabilidade a longo prazo das rexións LLSVP do manto inferior que forman a base destes xurdimentos.

Fluencia no mandoEditar

Dado que o manto está composto principalmente de olivino  , as características reolóxicas do manto son en gran parte as deste mineral. Ademais, debido ás temperaturas e presións variables entre o manto inferior e superior, pódense producir unha variedade de procesos de fluencia, dominando a dislocación no manto inferior e a fluencia difusional dominando ocasionalmente no manto superior. Emporiso, hai unha grande rexión de transición nos procesos de fluencia entre o manto superior e inferior e incluso dentro de cada sección, as propiedades da fluencia poden cambiar fortemente coa localización e, polo tanto, coa temperatura e a presión . Nas rexions de fluencia da lei de potencia, a ecuación de fluencia axustada aos datos con n = 3–4 é estándar.[22]

Convección do manto noutros corpos celestesEditar

Un proceso similar de convección lenta probablemente ocorra (ou ocorreu) no interior doutros planetas (por exemplo, Venus, Marte) e algúns satélites (por exemplo, Europa, Encélado).

Véxase taménEditar

Outros artigosEditar

NotasEditar

  1. Kobes, Randy and Kunstatter, Gabor."Mantle Convection" Arquivado 14 de xaneiro de 2011 en Wayback Machine.. Physics Department, University of Winnipeg. Retrieved 3 January 2010.
  2. Ricard, Y. (2009). "2. Physics of Mantle Convection". En David Bercovici and Gerald Schubert. Treatise on Geophysics: Mantle Dynamics 7. Elsevier Science. ISBN 9780444535801. 
  3. Gerald Schubert; Donald Lawson Turcotte; Peter Olson (2001). "Chapter 2: Plate tectonics". Mantle convection in the earth and planets. Cambridge University Press. pp. 16 ff. ISBN 978-0-521-79836-5. 
  4. Fukao, Yoshio; Obayashi, Masayuki; Nakakuki, Tomoeki; Group, the Deep Slab Project (1 de enero de 2009). "Stagnant Slab: A Review". Annual Review of Earth and Planetary Sciences 37 (1): 19–46. Bibcode:2009AREPS..37...19F. doi:10.1146/annurev.earth.36.031207.124224. 
  5. Gerald Schubert; Donald Lawson Turcotte; Peter Olson (2001). "§2.5.3: Fate of descending slabs". Cited work. pp. 35 ff. ISBN 978-0-521-79836-5. 
  6. 6,0 6,1 Foulger, G.R. (2010). Plates vs. Plumes: A Geological Controversy. Wiley-Blackwell. ISBN 978-1-4051-6148-0. 
  7. Kent C. Condie (1997). Plate tectonics and crustal evolution (4th ed.). Butterworth-Heinemann. p. 5. ISBN 978-0-7506-3386-4. 
  8. Moresi, Louis; Solomatov, Viatcheslav (1998). "Mantle convection with a brittle lithosphere: thoughts on the global tectonic styles of the Earth and Venus". Geophysical Journal International 133 (3): 669–82. Bibcode:1998GeoJI.133..669M. doi:10.1046/j.1365-246X.1998.00521.x. 
  9. Donald Lawson Turcotte; Gerald Schubert (2002). Geodynamics (2nd ed.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-66624-4. 
  10. Gerald Schubert; Donald Lawson Turcotte; Peter Olson (2001). Cited work. p. 616. ISBN 978-0-521-79836-5. 
  11. Montelli, R; Nolet, G; Dahlen, FA; Masters, G; Engdahl ER; Hung SH (2004). "Finite-frequency tomography reveals a variety of plumes in the mantle". Science 303 (5656): 338–43. Bibcode:2004Sci...303..338M. PMID 14657505. doi:10.1126/science.1092485. 
  12. Strahler, Arthur N. (1992). "11". Geología física (en castelán). Barcelona: Omega. pp. 299–31. ISBN 84-282-0770-4. 
  13. Small-scale convection in the upper mantle beneath the Chinese Tian Shan Mountains, http://www.vlab.msi.umn.edu/reports/allpublications/files/2007-pap79.pdf Arquivado 30 de maio de 2013 en Wayback Machine.
  14. Polar Wandering and Mantle Convection, http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?bibcode=1972IAUS...48..212T&db_key=AST&page_ind=0&data_type=GIF&type=SCREEN_VIEW&classic=YES
  15. Picture showing convection with velocities indicated. "Archived copy". Arquivado dende o orixinal o 28 de setembro de 2011. Consultado o 29 de agosto de 2011. 
  16. Thermal Convection with a Freely Moving Top Boundary, See section IV Discussion and Conclusions http://physics.nyu.edu/jz11/publications/ConvecA.pdf
  17. Lithgow-Bertelloni, Carolina; Silver, Paul G. (1998). "Dynamic topography, plate driving forces and the African superswell". Nature (en inglés) 395 (6699): 269–272. Bibcode:1998Natur.395..269L. ISSN 0028-0836. doi:10.1038/26212. 
  18. 18,0 18,1 Conrad, Clinton P.; Steinberger, Bernhard; Torsvik, Trond H. (2013). "Stability of active mantle upwelling revealed by net characteristics of plate tectonics". Nature (en inglés) 498 (7455): 479–482. Bibcode:2013Natur.498..479C. ISSN 0028-0836. PMID 23803848. doi:10.1038/nature12203. 
  19. Torsvik, Trond H.; Smethurst, Mark A.; Burke, Kevin; Steinberger, Bernhard (2006). "Large igneous provinces generated from the margins of the large low-velocity provinces in the deep mantle". Geophysical Journal International (en inglés) 167 (3): 1447–1460. Bibcode:2006GeoJI.167.1447T. ISSN 0956-540X. doi:10.1111/j.1365-246x.2006.03158.x. 
  20. Torsvik, Trond H.; Steinberger, Bernhard; Ashwal, Lewis D.; Doubrovine, Pavel V.; Trønnes, Reidar G. (2016). "Earth evolution and dynamics—a tribute to Kevin Burke". Canadian Journal of Earth Sciences 53 (11): 1073–1087. Bibcode:2016CaJES..53.1073T. ISSN 0008-4077. doi:10.1139/cjes-2015-0228. 
  21. Dziewonski, Adam M.; Lekic, Vedran; Romanowicz, Barbara A. (2010). "Mantle Anchor Structure: An argument for bottom up tectonics". Earth and Planetary Science Letters 299 (1–2): 69–79. Bibcode:2010E&PSL.299...69D. ISSN 0012-821X. doi:10.1016/j.epsl.2010.08.013. 
  22. Weertman, J.; White, S.; Cook, Alan H. (14 de febrero de 1978). "Creep Laws for the Mantle of the Earth [and Discussion]". Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 288 (1350): 9–26. Bibcode:1978RSPTA.288....9W. ISSN 1364-503X. doi:10.1098/rsta.1978.0003.