Strømning i astenosfæren trækker tektoniske plader med

Nye simuleringer af Jordens astenosfære viser, at konvektiv cykling og trykdrevet strømning nogle gange kan få planetens mest flydende lag af kappe til at bevæge sig endnu hurtigere end de tektoniske plader, der kører ovenpå den.

Det er en konklusion fra en ny undersøgelse foretaget af geofysikere fra Rice University, der modellerede strømning i det 100 kilometer tykke lag af kappe, der begynder ved bunden af ​​Jordens tektoniske plader, eller litosfæren.

Studiet, som er tilgængelig online i bladet Earth and Planetary Science Letters , tager sigte på et meget omdiskuteret spørgsmål inden for geofysik:Hvad driver bevægelsen af ​​Jordens tektoniske plader, de 57 sammenlåsende plader i litosfæren, der glider, slibe og støde mod hinanden i en seismisk dans, der forårsager jordskælv, bygger kontinenter og gradvist omformer planetens overflade hvert par millioner år?

"Tektoniske plader flyder oven på astenosfæren, og den førende teori i de sidste 40 år er, at lithosfæren bevæger sig uafhængigt af asthenosfæren, og astenosfæren bevæger sig kun, fordi pladerne trækker den med sig, " sagde kandidatstuderende Alana Semple, ledende medforfatter til det nye studie. "Detaljerede observationer af asthenosfæren fra en Lamont-forskningsgruppe gav et mere nuanceret billede og foreslog, blandt andet, at asthenosfæren har en konstant hastighed i sit centrum, men skifter hastighed ved sin top og base, og at det nogle gange ser ud til at flyde i en anden retning end litosfæren."

Beregningsmodellering udført på Rice tilbyder en teoretisk ramme, der kan forklare disse forvirrende observationer, sagde Adrian Lenardic, en studie medforfatter og professor i Jorden, miljø- og planetvidenskab på Rice.

"Vi har vist, hvordan disse situationer kan opstå gennem en kombination af plade- og trykdrevet flow i astenosfæren, " sagde han. "Nøglen var at indse, at en teori udviklet af den tidligere Rice postdoc Tobias Höink havde potentialet til at forklare Lamont-observationerne, hvis en mere nøjagtig repræsentation af asthenosfærens viskositet blev tilladt. Alanas numeriske simuleringer inkorporerede den type viskositet og viste, at den modificerede model kunne forklare de nye observationer. I processen, dette tilbød en ny måde at tænke på forholdet mellem lithosfæren og astenosfæren."

Selvom astenosfæren er lavet af sten, det er under intenst pres, der kan få indholdet til at flyde.

"Termisk konvektion i Jordens kappe genererer dynamiske trykvariationer, " sagde Semple. "Asthenosfærens svaghed, i forhold til tektoniske plader ovenfor, giver den mulighed for at reagere forskelligt på trykvariationerne. Vores modeller viser, hvordan dette kan føre til asthenosfærehastigheder, der overstiger pladernes ovenstående. Modellerne viser også, hvordan flow i astenosfæren kan forskydes i forhold til plader, i overensstemmelse med observationerne fra Lamont-gruppen"

Den oceaniske litosfære er dannet ved mid-ocean højdedrag og flyder mod subduktionszoner, hvor en tektonisk plade glider under en anden. I processen, litosfæren afkøler og varme fra Jordens indre overføres til dens overflade. Subduktion genbruger køligere litosfærisk materiale ind i kappen, og kølestrømmene strømmer tilbage ind i det dybe indre.

Semples 3-D-model simulerer både denne konvektive cyklus og astenosfæren. Hun krediterede Rices Center for Research Computing (CRC) for dets hjælp til at køre simuleringer - hvoraf nogle tog så lang tid som seks uger - på Rices DAVinCI-supercomputer.

Semple sagde, at simuleringerne viser, hvordan konvektiv cykling og trykdrevet flow kan drive tektonisk bevægelse.

"Vores papir tyder på, at trykdrevet strømning i astenosfæren kan bidrage til bevægelsen af ​​tektoniske plader ved at trække plader med sig, " sagde hun. "Et bemærkelsesværdigt bidrag kommer fra 'slab-pull', ' en tyngdekraftsdrevet proces, der trækker plader mod subduktionszoner. Slab-pull kan stadig være den dominerende proces, der flytter plader, men vores modeller viser, at asthenosfærens flow giver et mere væsentligt bidrag til pladebevægelsen end tidligere antaget."