Konwekcja w płaszczu Ziemi

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Zjawisko konwekcji w płaszczu ziemskim i jego związek ze spreadingiem

Konwekcja w płaszczu Ziemi – zjawisko ruchu konwekcyjnego zachodzącego w materii skalnej i skalno-magmowej w płaszczu Ziemi, wykazującej własności półplastyczne. Ruchy te są powolne – osiągają prędkość kilku centymetrów na rok.

Prądy konwekcyjne podłoża skorupy ziemskiej (tzw. prądy podskorupowe) są prawdopodobnie jedną z istotnych przyczyn wędrówki płyt tektonicznych litosfery[1].

Reologia płaszcza[edytuj | edytuj kod]

Skały płaszcza ziemskiego są w stanie stałym, jednak na dużych głębokościach panują odmienne warunki niż na powierzchni: wyższa temperatura i znacznie większe ciśnienie. Skały wykazują w nich właściwości lepko-sprężyste: dla szybkich odkształceń, takich jak przejście fali sejsmicznej, zachowują się jak ciało sprężyste, zaś w przypadku powolnych, długotrwałych odkształceń związanych z wielkoskalowym ruchem materii zachowują się jak ciało plastyczne. To pozwala na powolne płynięcie materii skalnej.

W dolnym i górnym płaszczu ziemskim mogą tworzyć się oddzielne komórki konwekcyjne, w tym związane z tzw. pióropuszami płaszcza

Geometria komórek konwekcyjnych[edytuj | edytuj kod]

Konwekcja obejmuje cały płaszcz ziemski, jednak nie jest wiadome, czy ma ona charakter jedno- czy dwupiętrowy, tj. czy komórki konwekcyjne tworzą się w obrębie całego płaszcza, czy też oddzielnie w płaszczu dolnym i górnym. W pierwszym przypadku, dość wątpliwym ze względu na zróżnicowanie płaszcza na górny i dolny, komórki konwekcyjne miałyby grubość do 2900 km i szerokość od 4000 do 12 000 km. W drugim przypadku komórki konwekcyjne w górnym płaszczu miałyby grubość od 150 do 400 km, przy szerokości od 4000 do 12 000 km.

Mechanizm konwekcji[edytuj | edytuj kod]

Materia płaszcza jest ogrzewana w głębi a następnie wznosi się w pewnych miejscach do podstawy litosfery. Następnie rozpływa się równolegle do jej dolnej powierzchni, oddając ciepło. Gdy materia się ochłodzi, ponownie zstępuje w głąb, zamykając tym samym komórkę konwekcyjną. Źródłami ciepła napędzającego konwekcję w płaszczu jest rozpad naturalnych izotopów promieniotwórczych, obecnych w skałach oraz strumień ciepła pochodzący z jądra Ziemi.

W grzbietach śródoceanicznych, w strefach spreadingu, na powierzchnię ziemi wylewają się wielkie ilości bazaltów toleitowych o stałym składzie mineralnym i chemicznym, w tym pierwiastków śladowych. Są to bazalty typu MORB. Towarzyszą im wyrzuty wód z kominów hydrotermalnych. Nowo utworzone skały skorupy oceanicznej wędrują do strefy subdukcji. Tam są wciągane w głąb płaszcza, być może przetopione i wędrują z powrotem do strefy spreadingu, gdzie ponownie wydostają się na powierzchnię ziemi zachowując swój niezmieniony skład chemiczny. Proces ten obrazowo określa się mianem recyklingu płaszcz-skorupa. Proces ten tworzy zamknięty cykl geologiczny i właściwie nie wpływa na procesy geologiczne i tektoniczne zachodzące w obrębie kontynentów.

Związek z ruchami płyt litosfery[edytuj | edytuj kod]

Litosfera, w odróżnieniu od położonej pod nią astenosfery, wykazuje właściwości ciała sztywnego. Jedną z konsekwencji tego zjawiska jest to, że ruch płyt tektonicznych nie musi dokładnie odzwierciedlać układu komórek konwekcyjnych w górnym płaszczu. Płyta tektoniczna podlegająca subdukcji, zapadając się w głąb płaszcza wymusza ruch materii, jednak opadający prąd konwekcyjny może istnieć także pod samą płytą, np. w miejscu istnienia dawnego szwu kolizyjnego. Podobnie wznoszący prąd konwekcyjny może istnieć zarówno pod granicą rozbieżną płyt, przyczyniając się do zachodzenia zjawiska spreadingu, jak również pod płytą, co powoduje jej powolne osłabianie i w geologicznej skali czasu może prowadzić do powstania nowej strefy spreadingu. Ten model tłumaczy m.in. powstawanie i rozpad superkontynentów.

Wraz z powstawaniem nowej skorupy oceanicznej w strefach spreadingu następuje przesuwanie tych stref i zmiana geometrii komórek konwekcyjnych. Przykładowo pierwotnie strefy ryftowe wokół Antarktydy powstały przy podstawie jej stoku kontynentalnego. W ciągu kredy i kenozoiku grzbiety śródoceaniczne odsunęły się na kilkaset km i o tyle też powiększyły się komórki konwekcyjne pod Antarktydą. Nie mogą one jednak powiększać się nieograniczenie, bo wtedy przestają wydajnie przenosić ciepło; nadmiernie wydłużone komórki rozpadają się, tworząc nowy, bardziej wydajny układ.

Według wielu naukowców prądy konwekcyjne podłoża skorupy ziemskiej, poprzez fakt, iż wprawiają w ruch wielkie masy litosfery, są źródłem energii dla diastrofizmu oraz dla wulkanizmu.

Przypisy

  1. "Jedynym bezpośrednim dowodem istnienia konwekcji w płaszczu jest ruch płyt litosfery": Leszek Czechowski: Tektonika płyt i konwekcja w płaszczu Ziemi. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1994. ISBN 83-01-11519-X.s. 238

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • Leszek Czechowski: Tektonika płyt i konwekcja w płaszczu Ziemi. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1994. ISBN 83-01-11519-X.