الوشاح السفلي

(تم التحويل من Lower mantle)
بنية الأرض. الغلاف الأوسط موضح على أنه "الوشاح الأكثر صلابة" في هذا المخطط.

الوشاح السفلي (إنگليزية: lower mantle)، ويُعرف تاريخياً باسم الغلاف الأوسط، يمثل حوالي 56% من إجمالي حجم الأرض، وهي منطقة تقع على عمق يتراوح بين 660 إلى 2900 كم تحت سطح الأرض؛ بين المنطقة الانتقالية واللب الخارجي.[1] يقسم النموذج المرجعي الأولي للأرض (PREM) الوشاح السفلي إلى ثلاث قطاعات: الوشاح السفلي-الأعلى (660-770 كم)، الوشاح العلوي-الأوسط (770-2700 كم)، والطبقة دي (2700-2900 كم).[2] يتراوح الضغط ودرجة الحرارة في الوشاح العلوي بين 24-127 ج.ب. و1900-2600 ك.[3]

اقترح أن تركيب الوشاح السفلي پيروليتي،[4] يحتوي ثلاث مراحل رئيسية من البريدجمانيت، الفيروپيريكلاز، وپيروڤسكايت سيليكات الكالسيوم. ثبت أن الضغط العالي في الوشاح السفلي يحث على الانتقال الدوراني للبريدجمانيت الحامل للحديد والفيروپيريكلاز،[5] الذي قد يؤثر على ديناميكيات عمود الوشاح[6][7] وكيمياء الوشاح السفلي.[5]

يتحدد الحد الأعلى من خلال الزيادة الحادة في سرعة الموجة الزلزالية والكثافة على عمق 660 كم.[8] على عمق 660 كم، ينحل الرينگوودايت إلى Mg-Si پيروڤسكيت وmagnesiowüstite.[8] يشير هذا التفاعل إلى الحد بين الوشاح العلوي والوشاح السفلي. يقدر هذا القياس من البيانات الزلزالية والتجارب المعملية عالية الضغط. تتضمن قاعدة الغلاف الأوسط المنطقة D″ التي تقع فوق حدود الوشاح-اللب على عمق حوالي 2700-2890 كم. يبلغ طول قاعدة الوشاح السفلي حوالي 2700 كم.[8]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الخصائص الفيزيائية

تم تصنيف الوشاح السفلي في البداية على أنه الطبقة D في نموذج بولن المتماثل كرويًا للأرض.[9] يقسم النموذج المرجعي الأولي للأرض الطبقة دي إلى إلى ثلاث طبقات متمايزة بحسب الانقاطع في تسارعات الموجة الزلزالية:[2]

  • 660-770 كم: الانقطاع في سرعة موجة الانضغاط (6-11٪) متبوعًا بتدرج شديد الانحدار يدل على تحول المعدن الرينگوودايت إلى بريدجمانيت وفيروپريكلاز والانتقال بين المنطقة الانتقالية إلى الوشاح السفلي.
  • 770-2700 كم: زيادة تدريجية في السرعة تدل على انضغاط لا تبادلي لأطوار المعادن في الوشاح السفلي.
  • 2700–2900 كم: تعتبر الطبقة D الانتقال من الوشاح السفلي إلى اللب الخارجي.

تتراوح درجة حرارة الوشاح السفلي من 1960 كلفن في الطبقة العليا إلى 2630 كلفن على عمق 2700 كم.[3]

نماذج درجة حرارة الوشاح السفلي تقريبية الحمل كمساهمة أولية في نقل الحرارة، بينما يعتبر التوصيل ونقل الحرارة الإشعاعي ضئيلًا. نتيجة لذلك، فإن التدرج الحراري للوشاح السفلي كدالة للعمق يكون ثابتًا تقريبًا.[1] لاحظ حساب التدرج الجيوحراري انخفاضًا من 0.47 ك/كم في الجزء العلوي السفلي من الوشاح إلى 0.24 ك/كم عند 2600 كم.[3]


التكوين

يتكون الوشاح السفلي بشكل أساسي من ثلاثة مكونات، البريدجمانيت، الفيروپريكلاز، وپيروفسكايت سيليكات الكالسيوم (CaSiO3-پيروفسكايت). كانت نسبة كل مكون موضوع نقاش تاريخيًا حيث يُقترح أن تكون التركيبة السائبة،

  • پريروليتية: مشتقة من توجهات التركيب الصخري من پريدوتيت الوشاح العلوي مما يشير إلى التجانس بين الوشاح العلوي والسفلي بنسبة Mg/Si 1.27. يشير هذا النموذج إلى أن الوشاح السفلي يتكون من 75٪ بريدجمانيت، و17٪ فيروپيريكلاز، و8٪ CaSiO3-پيروفسكايتمن حيث الحجم.[4]
  • كوندريتية: يشير إلى أن الوشاح السفلي للأرض قد تراكم من تكوين نيزك كوندريتي مما يشير إلى أن نسبة Mg/Si تقارب 1. وهذا يشير إلى أن البريدجمانيت و CaSiO3-پيروفسكايت هما المكونان الرئيسيان.

تجارب الضغط المخبرية multi-anvil للپيرولايت تحاكي ظروف حرارة الأرض وتقيس الكثافة "في الموقع" باستخدام حيود الأشعة السينية. تم توضيح أن ملف تعريف الكثافة على طول حرارة الأرض يتوافق مع نموذج PREM.[10]

لاحظ الحساب المبدئي الأول لملف تعريف الكثافة والسرعة عبر درجة حرارة الأرض في الوشاح السفلي لنسبة البريدجمانيت ونسبة الفيروپريكلاز متطابقة مع نموذج PREM بنسبة 8:2. تتوافق هذه النسبة مع التركيبة الكتلية الحرارية في الوشاح السفلي.[11] علاوة على ذلك، أدت حسابات سرعة الموجة إس لتركيبات الوشاح السفلي الحراري مع الأخذ في الاعتبار العناصر الثانوية إلى تطابق مع ملف تعريف PREM للموجة إس في حدود 1%.[12]

من ناحية أخرى، كشفت دراسات مطيافية بريلوين عند الضغوط ودرجات الحرارة ذات الصلة أن الوشاح السفلي المكون أن أكثر من 93% من طور بريدجمانيت له سرعات موجات قص مقابلة للسرعات الزلزالية المقاسة. التركيبة المقترحة متوافقة مع الوشاح السفلي الكوندريتي.[13] وبالتالي ، فإن التركيب الأكبر للوشاح السفلي هو حاليًا موضوع نقاش.

المنطقة الانتقالية الدوارة

تنتقل البيئة الإلكترونية لمعدنين حاملين للحديد في الوشاح السفلي (البريدجمانيت، الفيروپيركليز) من حالة الدوران العالي (HS) إلى حالة الدوران المنخفض (LS).[5] يخضع Fe2+ في الفيروپيركليز للانتقال بين 50–90 ج.ب. يحتوي البريدجمانيت على كلاً من Fe3+ وFe2+ في بنيته، يشغل Fe2+ الموقع إيه والانتقال إلى الحالة LS عند 120 ج.ب. بينما يشغل Fe3+ كلاً من الموقع إيه وبي، يخضع Fe3+ في الوقعHS إلى الانتقال LS عند 30–70 ج.ب. بينما يتبادل Fe3+ مع الكاتيون Al3+ في الموقع بي ليصبح LS.[14] ينتج عن هذا الانتقال الدوراني لكاتيون الحديد زيادة في معامل التقسيم بين الفيروپيركليز والبريدجمانيت إلى 10-14 مستنفداً البريدجمانيت ومثرياً الفيروپيركليز Fe2+.[5] ثبت أن الانتقال من HS إلى LS يؤثر على الخصائص الفيزيائية للمعادن المقترنة بالحديد. على سبيل المثال، تم الإبلاغ عن زيادة الكثافة وعدم الانضغاط من الحالة HS إلى الحالة LS في الفيروپيركليز.[15] إن تأثيرات الانتقال الدوراني على خصائص النقل والريولوجيا للوشاح السفلي قيد الدراسة حاليًا وجاري مناقشتها باستخدام المحاكاة العددية.

التاريخ

الغلاف الأوسط الميزوسفير (يجب عدم الخلط بينه وبين الغلاف الأوسط، إحدى طبقات الغلاف الجوي) مشتق من "قشرة الغلاف الأوسط"، مصطلح صاغه رينالد ألدوورث دالي، أستاذ الجيولوجيا بجامعة هارڤرد. في فترة ما قبل-الصفائح التكتونية، استنتج دالي (1940) أن الأرض الخارجية تتكون من ثلاث طبقات كروية: الغلاف الصخري (بما في ذلك القشرة) والغلاف الموري وقشرة الغلاف الجوي.[16] تراوحت أعماق دالي الافتراضية لحدود الغلاف الصخري والغلاف الموري من 80-100 كيلومتر، وكان الجزء العلوي من قشرة الغلاف الأوسط (قاعدة الغلاف الموري) يتراوح بين 200-480 كيلومترًا. وهكذا، تم استنتاج أن الغلاف الموري بحسب دالي يبلغ سمكه 120-400 كيلومتر. وفقًا لدالي، يمكن أن تمتد قاعدة الغلاف الأوسط الصلب إلى قاعدة الوشاح (وبالتالي، إلى قمة اللب).

طُرح مصطلح مشتق، الصفائح الوسطى، باعتباره حدس مهني، بناءً على مزيج من "الغلاف الاوسط" و"الصفيحة" ، للإطارات المرجعية المفترضة التي تتكون فيها النقاط الساخنة للوشاح.[17]

انظر أيضاً

المصادر

  1. ^ أ ب Kaminsky, Felix V. (2017). The Earth's lower mantle: composition and structure. Cham: Springer. ISBN 9783319556840. OCLC 988167555.
  2. ^ أ ب Dziewonski, Adam M.; Anderson, Don L. (1981). "Preliminary reference Earth model". Physics of the Earth and Planetary Interiors. 25 (4): 297–356. Bibcode:1981PEPI...25..297D. doi:10.1016/0031-9201(81)90046-7. ISSN 0031-9201.
  3. ^ أ ب ت Katsura, Tomoo; Yoneda, Akira; Yamazaki, Daisuke; Yoshino, Takashi; Ito, Eiji (2010). "Adiabatic temperature profile in the mantle". Physics of the Earth and Planetary Interiors. 183 (1–2): 212–218. Bibcode:2010PEPI..183..212K. doi:10.1016/j.pepi.2010.07.001. ISSN 0031-9201.
  4. ^ أ ب Ringwood, Alfred E. (1976). Composition and petrology of the earth's mantle. McGraw-Hill. ISBN 0070529329. OCLC 16375050.
  5. ^ أ ب ت ث Badro, J. (2003-04-03). "Iron Partitioning in Earth's Mantle: Toward a Deep Lower Mantle Discontinuity". Science. 300 (5620): 789–791. Bibcode:2003Sci...300..789B. doi:10.1126/science.1081311. ISSN 0036-8075. PMID 12677070. S2CID 12208090.
  6. ^ Shahnas, M.H.; Pysklywec, R.N.; Justo, J.F.; Yuen, D.A. (2017-05-09). "Spin transition-induced anomalies in the lower mantle: implications for mid-mantle partial layering". Geophysical Journal International. 210 (2): 765–773. doi:10.1093/gji/ggx198. ISSN 0956-540X.
  7. ^ Bower, Dan J.; Gurnis, Michael; Jackson, Jennifer M.; Sturhahn, Wolfgang (2009-05-28). "Enhanced convection and fast plumes in the lower mantle induced by the spin transition in ferropericlase". Geophysical Research Letters. 36 (10). Bibcode:2009GeoRL..3610306B. doi:10.1029/2009GL037706. ISSN 0094-8276.
  8. ^ أ ب ت Condie, Kent C. (2001). 'Mantle Plumes and Their Record in Earth History. Cambridge University Press. pp. 3–10. ISBN 0-521-01472-7.
  9. ^ Bullen, K.E. (1942). "The density variation of the earth's central core". Bulletin of the Seismological Society of America. 32 (1): 19–29. Bibcode:1942BuSSA..32...19B. doi:10.1785/BSSA0320010019.
  10. ^ Irifune, T.; Shinmei, T.; McCammon, C. A.; Miyajima, N.; Rubie, D. C.; Frost, D. J. (2010-01-08). "Iron Partitioning and Density Changes of Pyrolite in Earth's Lower Mantle". Science. 327 (5962): 193–195. Bibcode:2010Sci...327..193I. doi:10.1126/science.1181443. ISSN 0036-8075. PMID 19965719. S2CID 19243930.
  11. ^ Wang, Xianlong; Tsuchiya, Taku; Hase, Atsushi (2015). "Computational support for a pyrolitic lower mantle containing ferric iron". Nature Geoscience. 8 (7): 556–559. Bibcode:2015NatGe...8..556W. doi:10.1038/ngeo2458. ISSN 1752-0894.
  12. ^ Hyung, Eugenia; Huang, Shichun; Petaev, Michail I.; Jacobsen, Stein B. (2016). "Is the mantle chemically stratified? Insights from sound velocity modeling and isotope evolution of an early magma ocean". Earth and Planetary Science Letters. 440: 158–168. Bibcode:2016E&PSL.440..158H. doi:10.1016/j.epsl.2016.02.001.
  13. ^ Murakami, Motohiko; Ohishi, Yasuo; Hirao, Naohisa; Hirose, Kei (May 2012). "A perovskitic lower mantle inferred from high-pressure, high-temperature sound velocity data". Nature. 485 (7396): 90–94. Bibcode:2012Natur.485...90M. doi:10.1038/nature11004. ISSN 0028-0836. PMID 22552097. S2CID 4387193.
  14. ^ Badro, James (2014-05-30). "Spin Transitions in Mantle Minerals". Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 42 (1): 231–248. Bibcode:2014AREPS..42..231B. doi:10.1146/annurev-earth-042711-105304. ISSN 0084-6597.
  15. ^ Lin, Jung-Fu; Speziale, Sergio; Mao, Zhu; Marquardt, Hauke (April 2013). "Effects of the Electronic Spin Transitions of Iron in Lower Mantle Minerals: Implications for Deep Mantle Geophysics and Geochemistry". Reviews of Geophysics. 51 (2): 244–275. Bibcode:2013RvGeo..51..244L. doi:10.1002/rog.20010. S2CID 21661449.
  16. ^ Daly, Reginald Aldworth (1940). Strength and Structure of the Earth. New York: Prentice Hall.
  17. ^ Kumazawa, M; Fukao, Y (1977). "Dual Plate Tectonics Model". In Manghnani, Murli; Akimoto, Syun-Iti (eds.). High-Pressure Research: Applications in Geophysics. Academic Press. p. 127. doi:10.1016/B978-0-12-468750-9.50014-0. ISBN 978-0-12-468750-9.
تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=الوشاح_السفلي&oldid=2958878"