Astenosfera (daripada Yunani Purba asthenós, "tanpa kekuatan") ialah bahagian mantel atas Bumi yang bersifat lemah[1] dan mulur dalam aspek mekanik. Ia terletak di bawah lapisan litosfera, di kedalaman antara 80 dan 200 km (50 dan 124 bt) di bawah permukaan, dan terus hingga kedalaman 700 km (430 bt). Akan tetapi, sempadan bawah astenosfera tidak ditakrif secara jelas.
Astenosfera bersifat hampir pepejal, tetapi kadar keleburan yang kecil (kurang daripada 0.1% daripada batuan) menyumbang kepada kelemahan mekanikalnya. Pencairan penyahmampatan yang lebih meluas di astenosfera berlaku ketika mana ia menaik ke atas lalu menjadi sumber magma yang paling penting di Bumi. Ia merupakan sumber basalt rabung tengah lautan dan beberapa magma yang meletus di atas zon benam atau di kawasan rengkahan benua.
Ciri-ciri
[sunting | sunting sumber]
Astenosfera adalah sebahagian daripada mantel atas, betul-betul di bawah litosfera yang terlibat dalam pergerakan tektonik plat dan pelarasan isostatik. Ia terdiri daripada peridotit, batu yang kebanyakannya mengandungi mineral olivin dan piroksen.[2] Batasan litosfera-astenosfera secara konvensional diambil di garis isoterma 1,300 °C (2,370 °F). Di kawasan lebih dekat ke permukaan yang bersuhu lebih rendah, mantel berkelakuan tegar; di kawasan lebih dalam yang bersuhu lebih tinggi, mantel bergerak secara mulur.[3] Astenosfera ialah tempat batuan mantel paling hampir menghampiri takat leburnya, dan sejumlah kecil leburan berkemungkinan hadir dalam lapisan ini.[4]
Gelombang seismik melepasi secara agak perlahan melalui astenosfera[5] berbanding dengan mantel litosfera di atasnya. Oleh itu, ia telah dipanggil zon halaju rendah (ZHR), walaupun kedua-duanya tidak sama;[6][7] sempadan bawah ZHR terletak dalam kedalaman 180 hingga 220 kilometer (110 hingga 140 bt),[8] manakala asas astenosfera terletak pada kedalaman kira-kira 700 kilometer (430 bt). [4] ZHR juga mempunyai pengecilan seismik yang tinggi (gelombang seismik yang bergerak melalui astenosfera kehilangan tenaga) dan anisotropi ketara (gelombang ricih terkutub menegak mempunyai halaju yang lebih rendah daripada jenis mendatar). [9] Penemuan ZHR menyedarkan ahli seismologi tentang kewujudan astenosfera, dan memberikan beberapa maklumat tentang sifat fizikalnya oleh sebab kelajuan gelombang seismik berkurangan dengan penurunan ketegaran. Penurunan halaju gelombang seismik dari litosfera ke astenosfera ini boleh berlaku oleh kehadiran peratusan leburan yang sangat kecil dalam astenosfera, walaupun oleh sebab astenosfera menghantar gelombang S, ia tidak boleh cair sepenuhnya.[4]
Dalam mantel lautan, peralihan dari litosfera ke astenosfera (LAB) adalah lebih cetek daripada mantel benua (kira-kira 60 km di beberapa kawasan lautan lama) dengan penurunan halaju yang tajam dan besar (5–10%).[10] Di rabung tengah lautan, LAB naik ke dalam beberapa kilometer dari dasar lautan.
Bahagian atas astenosfera dipercayai sebagai zon di mana plat litosfera tegar dan rapuh besar kerak bumi bergerak. Disebabkan oleh keadaan suhu dan tekanan dalam astenosfera, batuan menjadi mulur, bergerak dalam kadar ubah bentuk yang diukur dalam cm/tahun dalam jarak lineal yang akhirnya berukuran beribu-ribu kilometer. Dengan cara ini, ia mengalir seperti arus perolakan, memancarkan haba keluar dari bahagian dalam Bumi. Di atas astenosfera, dalam kadar ubah bentuk yang sama, batu berkelakuan kenyal dan boleh becah kerana rapuh, menyebabkan penyesaran. Litosfera tegar dianggap "terapung" atau bergerak di atas astenosfera yang mengalir perlahan, membolehkan keseimbangan isostatik[4] dan membenarkan pergerakan plat tektonik.[11][12]
Sempadan
[sunting | sunting sumber]Astenosfera menjangkau dari sempadan atas pada kira-kira 80 hingga 200 km (50 hingga 120 batu) di bawah permukaan[13][7] ke sempadan bawah pada kedalaman kira-kira 700 kilometer (430 bt). [4]
Sempadan litosfera-astenosfera
[sunting | sunting sumber]Sempadan litosfera-asthenosfera (LAB[13][7]) agak tajam dan berkemungkinan bertepatan dengan permulaan lebur separa atau perubahan dalam komposisi atau anisotropi.[14] Pelbagai takrifan sempadan mencerminkan pelbagai aspek kawasan sempadan. Sebagai tambahan kepada sempadan mekanikal tertakrif data seismik yang mencerminkan peralihan daripada litosfera tegar kepada astenosfera mulur, ini termasuk lapisan sempadan haba; di bahagian atas, haba diangkut oleh pengaliran haba, dan di bawahnya, pemindahan haba terutamanya dikawal perolakan; sempadan reologi, di mana kelikatan turun di bawah kira-kira 1021 Pa-s; dan lapisan sempadan kimia, di atasnya batuan mantel habis dalam meruap dan diperkaya dengan magnesium berbanding dengan batu di bawah.[15]
Sempadan bawah astenosfera
[sunting | sunting sumber]Sempadan bawah astenosfera, bahagian atas mesosfera atau cangkerang mesosfera yang ditakrifkan secara tentatif,[16] bersifat kurang jelas, tetapi telah diletakkan di dasar mantel atas.[17] Sempadan ini tidak jelas secara seismik atau kurang difahami dengan baik,[4] tetapi lebih kurang bertepatan dengan kompleks ketakselanjaran 670 km.[18] Ketakselanjaran ini biasanya dikaitkan dengan peralihan daripada batuan mantel yang mengandungi ringwudit kepada batuan mantel yang mengandungi bridgmanit dan periklas.[19]
Asal usul
[sunting | sunting sumber]Sifat mekanikal astenosfera banyak dikaitkan dengan pencairan separa batu. [4] Berkemungkinan sejumlah kecil leburan hadir melalui sebahagian besar astenosfera, di mana ia distabilkan oleh kesan meruap (air dan karbon dioksida) yang terdapat dalam batuan mantel.[2] Walau bagaimanapun, kemungkinan jumlah leburan, tidak lebih daripada kira-kira 0.1% daripada batuan, nampaknya tidak mencukupi untuk menjelaskan sepenuhnya kewujudan astenosfera. Ia tidak cukup cair untuk membasahkan sepenuhnya sempadan butiran dalam batuan, dan kesan leburan ke atas sifat mekanikal batuan dijangka tidak ketara jika sempadan butiran tidak dibasahi sepenuhnya. Sempadan litosfera-asthenosfera yang tajam juga sukar dijelaskan dengan pencairan separa sahaja.[9] Ada kemungkinan bahawa astenosfera adalah zon keterlarutan air minimum dalam mineral mantel supaya lebih banyak air tersedia untuk membentuk kuantiti cair yang lebih banyak.[20] Satu lagi mekanisme yang mungkin untuk menghasilkan kelemahan mekanikal ialah gelongsor sempadan butiran, di mana butiran meluncur sedikit melepasi satu sama lain di bawah tekanan, dilincirkan oleh kesan meruap hadir. [9] Kelemahan di bawah plat lautan sebahagiannya disebabkan oleh pergerakannya sendiri disebabkan oleh mekanisme rayapan kehelan bukan linear. [21]
Model berangka perolakan mantel di mana kelikatan bergantung pada suhu dan kadar terikan dengan pasti menghasilkan astenosfera lautan, menunjukkan bahawa pelemahan kadar terikan ialah mekanisme penyumbang yang ketara,[22] dan menerangkan astenosfera yang sangat lemah di bawah plat Pasifik. [21]
Penjanaan magma
[sunting | sunting sumber]Pencairan penyahmampatan batu astenosfera yang menjalar ke arah permukaan merupakan sumber magma yang paling penting di Bumi. Kebanyakannya meletus di rabung tengah laut untuk membentuk basalt rabung tengah laut kerak lautan yang tersendiri.[23][24][25] Magma juga dijana oleh pencairan penyahmampatan astenosfera di atas zon subduksi[26] dan di kawasan rengkahan benua.[27][28]
Penyahmampatan lebur dalam astenosfera yang berolah mungkin bermula di kedalaman setinggi 100 hingga 150 kilometer (60 hingga 90 bt), di mana sejumlah kecil meruap dalam batuan mantel (kira-kira 100 ppm air dan 60 ppm karbon dioksida) membantu dalam mencairkan tidak lebih daripada kira-kira 0.1% batu. Pada kedalaman kira-kira 70 kilometer (40 bt), keadaan lebur kering dicapai, dan peleburan meningkat dengan ketara. Ini mengkontangkan baki batuan pepejal dan berkemungkinan merupakan asal usul litosfera yang berkurangan dalam aspek kimia. [2] [9]
Rujukan
[sunting | sunting sumber]- ^ Barrell, J. (1914). "The strength of the crust, Part VI. Relations of isostatic movements to a sphere of weakness – the asthenosphere". The Journal of Geology. 22 (7): 655–83. Bibcode:1914JG.....22..655B. doi:10.1086/622181. JSTOR 30060774.
- ^ a b c Hirschmann 2010.
- ^ Self, Steve; Rampino, Mike (2012). "The crust and lithosphere". Geological Society of London. Dicapai pada 27 January 2013.
- ^ a b c d e f g Kearey, Klepeis & Vine 2009.
- ^ Forsyth, Donald W. (1975). "The early structural evolution and anisotropy of the oceanic upper mantle". Geophysical Journal International. 43 (1): 103–162. Bibcode:1975GeoJ...43..103F. doi:10.1111/j.1365-246X.1975.tb00630.x.
- ^ Kearey, P., penyunting (1993). The Encyclopedia of the Solid Earth Sciences. Oxford: Blackwell Science. ISBN 978-1-4443-1388-8. OCLC 655917296.
- ^ a b c Eppelbaum, Lev V.; Kutasov, I.M.; Pilchin, Arkady (2013). Applied Geothermics. Berlin, Germany. ISBN 978-3-642-34023-9. OCLC 879327163.
- ^ Condie, Kent C. (1997). Plate Tectonics and Crustal Evolution. Butterworth-Heinemann. m/s. 123. ISBN 978-0-7506-3386-4. Dicapai pada 21 May 2010.
- ^ a b c d Karato 2012.
- ^ Rychert, Catherine A.; Shearer, Peter M. (2011). "Imaging the lithosphere-asthenosphere boundary beneath the Pacific using SS waveform modeling". Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 116 (B7): B07307. Bibcode:2011JGRB..116.7307R. doi:10.1029/2010JB008070.
- ^ Hendrix, Mark; Thompson, Graham R.; Turk, Jonathan (2015). Earth (ed. 2nd). Stamford, CT. ISBN 978-1-285-44226-6. OCLC 864788835.
- ^ Garrison, Tom; Ellis, Robert (2017). Essentials of Oceanography (ed. 8th). Pacific Grove, CA. ISBN 978-1-337-51538-2. OCLC 1100670264.
- ^ a b Gupta, Harsh K., penyunting (2011). Encyclopedia of Solid Earth Geophysics. Dordrecht, Netherlands: Springer. ISBN 978-90-481-8702-7. OCLC 745002805.
- ^ Rychert, Catherine A.; Shearer, Peter M. (24 April 2009). "A global view of the lithosphere-asthenosphere boundary". Science. 324 (5926): 495–498. Bibcode:2009Sci...324..495R. doi:10.1126/science.1169754. PMID 19390041.
- ^ Artemieva, Irina (2011). The Lithosphere. m/s. 6, 12. doi:10.1017/CBO9780511975417. ISBN 978-0-511-97541-7.
- ^ Daly, Reginald Aldworth (1940). Strength and Structure of the Earth. Prentice-Hall.
- ^ Anderson, Don L. (1995). "Lithosphere, asthenosphere, and perisphere". Reviews of Geophysics. 33 (1): 125–149. Bibcode:1995RvGeo..33..125A. doi:10.1029/94RG02785. ISSN 8755-1209.
- ^ Fowler, C.M.R.; Fowler, Connie May (2005). The Solid Earth: An introduction to global geophysics. Cambridge University Press. ISBN 978-0521893077.
- ^ Ito, E; Takahashi, E (1989). "Postspinel transformations in the system Mg2SiO4-Fe2SiO4 and some geophysical implications". Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 94 (B8): 10637–10646. Bibcode:1989JGR....9410637I. doi:10.1029/jb094ib08p10637.
- ^ Mierdel, Katrin; Keppler, Hans; Smyth, Joseph R.; Langenhorst, Falko (19 January 2007). "Water solubility in aluminous orthopyroxene and the origin of Earth's asthenosphere". Science. 315 (5810): 364–368. Bibcode:2007Sci...315..364M. doi:10.1126/science.1135422. PMID 17234945.
- ^ a b Patočka, Čížková & Pokorný 2024.
- ^ Becker, Thorsten W. (November 2006). "On the effect of temperature and strain-rate dependent viscosity on global mantle flow, net rotation, and plate-driving forces". Geophysical Journal International. 167 (2): 943–957. Bibcode:2006GeoJI.167..943B. doi:10.1111/j.1365-246X.2006.03172.x.
- ^ Connolly, James A.D.; Schmidt, Max W.; Solferino, Giulio; Bagdassarov, Nikolai (November 2009). "Permeability of asthenospheric mantle and melt extraction rates at mid-ocean ridges". Nature. 462 (7270): 209–212. Bibcode:2009Natur.462..209C. doi:10.1038/nature08517. PMID 19907492.
- ^ Olive, Jean-Arthur; Dublanchet, Pierre (November 2020). "Controls on the magmatic fraction of extension at mid-ocean ridges". Earth and Planetary Science Letters. 549. Bibcode:2020E&PSL.54916541O. doi:10.1016/j.epsl.2020.116541.
- ^ Hofmann, A. W. (1997). "Mantle geochemistry: The message from oceanic volcanism". Nature. 385 (6613): 219–228. Bibcode:1997Natur.385..219H. doi:10.1038/385219a0.
- ^ Conder, James A.; Wiens, Douglas A.; Morris, Julie (August 2002). "On the decompression melting structure at volcanic arcs and back-arc spreading centers: Arc and back-arc melting". Geophysical Research Letters. 29 (15): 17–1–17-4. doi:10.1029/2002GL015390.
- ^ Keen, C.E.; Courtney, R.C.; Dehler, S.A.; Williamson, M.-C. (February 1994). "Decompression melting at rifted margins: comparison of model predictions with the distribution of igneous rocks on the eastern Canadian margin". Earth and Planetary Science Letters. 121 (3–4): 403–416. Bibcode:1994E&PSL.121..403K. doi:10.1016/0012-821X(94)90080-9.
- ^ Sternai, Pietro (December 2020). "Surface processes forcing on extensional rock melting". Scientific Reports. 10 (1). Bibcode:2020NatSR..10.7711S. doi:10.1038/s41598-020-63920-w. PMC 7206043. PMID 32382159.
Bibliografi
[sunting | sunting sumber]- Hirschmann, Marc M. (March 2010). "Partial melt in the oceanic low velocity zone". Physics of the Earth and Planetary Interiors (dalam bahasa Inggeris). 179 (1–2): 60–71. Bibcode:2010PEPI..179...60H. doi:10.1016/j.pepi.2009.12.003.
- Karato, Shun-ichiro (March 2012). "On the origin of the asthenosphere". Earth and Planetary Science Letters (dalam bahasa Inggeris). 321–322: 95–103. Bibcode:2012E&PSL.321...95K. doi:10.1016/j.epsl.2012.01.001.
- Patočka, Vojtěch; Čížková, Hana; Pokorný, J. (12 November 2024). "Dynamic Component of the Asthenosphere: Lateral Viscosity Variations Due to Dislocation Creep at the Base of Oceanic Plates". Geophysical Research Letters. 51 (13). Bibcode:2024GeoRL..5109116P. doi:10.1029/2024GL109116.
- Kearey, P.; Klepeis, Keith A.; Vine, F.J. (2009). Global Tectonics (ed. 3rd). Oxford: Wiley-Blackwell. ISBN 978-1-4051-0777-8. OCLC 132681514.
- McBride, Neil; Gilmour, Iain (2004). An Introduction to the Solar System. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-54620-1. Dicapai pada 24 January 2016.
- Turcotte, Donald L.; Schubert, Gerald (2002). Geodynamics (ed. 2nd). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-66624-4. Dicapai pada 24 January 2016.
