Återvinning av jordskorpan
Återvinning av jordskorpan är en tektonisk process genom vilken ytmaterial från litosfären återvinns till manteln genom subduktionserosion eller delaminering . De subducerande plattorna bär flyktiga föreningar och vatten in i manteln, såväl som skorpmaterial med en isotopsignatur som skiljer sig från den för primitiv mantel. Identifiering av denna jordskorpa signatur i bergarter som härrör från mantel (som basalter eller kimberliter från mitten av havet ) är ett bevis på återvinning av jordskorpan.
Historisk och teoretisk kontext
Mellan 1906 och 1936 användes seismologiska data av RD Oldham , A. Mohorovičić , B. Gutenberg och I. Lehmann för att visa att jorden bestod av en fast skorpa och mantel, en flytande yttre kärna och en fast innersta kärna. Utvecklingen av seismologi som ett modernt verktyg för att avbilda jordens djupa inre skedde under 1980-talet, och med det utvecklades två läger av geologer: helmantelkonvektionsförespråkare och skiktad konvektionsförespråkare.
Konvektionsförespråkare för skiktad mantel menar att mantelns konvektiva aktivitet är skiktad, åtskild av tätast packande fasövergångar av mineraler som olivin , granat och pyroxen till mer täta kristallstrukturer ( spinell och sedan silikatperovskit och post-perovskit ). Plattor som subduceras kan vara negativt flytande till följd av att de är kalla från sin tid på ytan och översvämning med vatten, men denna negativa flytkraft är inte tillräckligt för att ta sig igenom fasövergången på 660 km.
Helmantel (enkla) konvektionsförespråkare menar att mantelns observerade densitetsskillnader (som antas vara produkter av mineralfasövergångar) inte begränsar konvektiv rörelse, som rör sig genom den övre och nedre manteln som en enda konvektiv cell. Subducerande plattor kan röra sig genom den 660 km långa fasövergången och samlas nära botten av manteln i en "platta kyrkogård", och kan vara den drivande kraften för konvektion i manteln lokalt och på en jordskorpskala.
Subducerat materials öde
Det yttersta ödet för jordskorpmaterial är nyckeln till att förstå geokemisk cykling , såväl som ihållande heterogeniteter i manteln, uppströmning och otaliga effekter på magmasammansättning, smältning, plattektonik, manteldynamik och värmeflöde. Om plattor stoppas vid gränsen på 660 km, som hypotesen med skiktad mantel antyder, kan de inte införlivas i hot spot-plymer, som tros ha sitt ursprung vid gränsen mellan kärnan och manteln. Om plattor hamnar på en "platta graveyard" vid gränsen mellan kärna och mantel, kan de inte vara involverade i platt plattsubduktionsgeometri. Manteldynamik är sannolikt en blandning av de två ändledshypoteserna, vilket resulterar i ett delvis skiktat mantelkonvektionssystem.
Vår nuvarande förståelse av strukturen av den djupa jorden är informerad mestadels av slutsatser från direkta och indirekta mätningar av mantelegenskaper med användning av seismologi , petrologi , isotopgeokemi och seismisk tomografiteknik. Särskilt seismologi är starkt beroende av information om den djupa manteln nära gränsen mellan kärnan och manteln.
Bevis
Seismisk tomografi
Även om seismisk tomografi producerade bilder av låg kvalitet av jordens mantel på 1980-talet, visade bilder som publicerades i en redaktionell artikel från 1997 i tidskriften Science tydligt en sval platta nära gränsen mellan kärnan och manteln, liksom arbete som slutfördes 2005 av Hutko et al. ., som visar en seismisk tomografibild som kan vara kallt, vikt platta material vid gränsen mellan kärnan och manteln. Fasövergångarna kan dock fortfarande spela en roll för plattornas beteende på djupet. Schellart et al. visade att fasövergången på 660 km kan tjäna till att avleda nedåtgående plattor. Formen på subduktionszonen var också nyckeln till huruvida plattans geometri kunde övervinna fasövergångsgränsen.
Mineralogi kan också spela en roll, eftersom lokalt metastabil olivin kommer att bilda områden med positiv flytkraft, även i en kall nedåtgående platta, och detta kan göra att plattor "stoppar ut" vid den ökade tätheten av fasövergången på 660 km. Plattans mineralogi och dess utveckling på djupet beräknades från början inte med information om uppvärmningshastigheten för en platta, vilket kan visa sig vara avgörande för att bibehålla negativ flytkraft tillräckligt länge för att tränga igenom fasförändringen på 660 km. Ytterligare arbete utfört av Spasojevic et al. visade att lokala minima i geoiden kunde förklaras av de processer som sker i och runt hällkyrkogårdar, vilket anges i deras modeller.
Stabila isotoper
Att förstå att skillnaderna mellan jordens lager inte bara är reologiska , utan kemiska, är väsentligt för att förstå hur vi kan spåra rörelsen av jordskorpmaterial även efter att det har subducerats. Efter att en sten har flyttat till jordens yta från under jordskorpan, kan den bergarten provtas för dess stabila isotopsammansättning . Det kan sedan jämföras med kända isotopsammansättningar av jordskorpan och manteln, såväl som med kondriterna , som anses representera ursprungligt material från solsystemets bildande i stort sett oförändrat tillstånd.
En grupp forskare kunde uppskatta att mellan 5 och 10 % av den övre manteln består av återvunnet skorpmaterial. Kokfelt et al. avslutade en isotopundersökning av mantelplymen under Island och fann att utbrutna mantellavor inkorporerade lägre skorpkomponenter, vilket bekräftar jordskorpans återvinning på lokal nivå.
Vissa karbonatenheter , som är associerade med oblandbar flyktig-rik magma och mantelindikatorn mineral diamant , har visat isotopiska signaler för organiskt kol, som endast kunde ha införts av subducerat organiskt material. Arbetet utfört på karbonatiter av Walter et al. och andra vidareutvecklar magman på djupet som härledd från avvattningsmaterial.