Астеносфера

Астеносфера - самая пластичная и механически самая слабая часть мантии Земли. Она расположена непосредственно под литосферой, которая определяется как более жесткая единица, состоящая из коры и верхней части мантии. Границы астеносферы определяются в основном по физическим (в частности, по скоростям сейсмических волн), а не по химическим критериям.

Зона с низкими скоростями сейсмических волн

Астеносфера является частью верхней мантии. Ее границы связаны не с изменениями минералогического состава, а с изменениями физико-механических свойств. Фактически, верхняя граница астеносферы, соответствующая изотерме 1300 °C, также отмечает вершину зоны с малыми сейсмическими скоростями, также называемую ЗМС для зоны малой скорости. Таким образом, эта зона простирается от границы литосферы и астеносферы, в среднем на глубину 100 км, до 235 км. Это очень быстрое уменьшение скорости сейсмических волн в верхней части астеносферы связано с условиями температуры и давления, которые преобладают на этих глубинах. При температуре выше 1300 °C перидотиты (мантийные породы) начинают таять. Это частичное плавление (только 1% жидкости) материала мантии замедляет сейсмические волны, но также изменяет механическое поведение.

Пластичное поведение, способствующее тектонике плит

По сравнению с литосферой, которая в больших масштабах считается жесткой и хрупкой, это начало частичного плавления в верхней части астеносферы вызывает важные реологические изменения. Таким образом, астеносферная мантия становится пластичной и очень легко деформируется, в частности, из-за ползучести. Реологический контраст, который имеет место между литосферой и астеносферой, создает механическую развязку между этими двумя зонами. Таким образом, жесткие литосферные плиты могут «перемещаться» над астеносферой, которая пластически деформируется в результате процесса, называемого "ползучесть за счет диффузии". Эта механическая особенность существенна для тектоники плит.

Нижняя граница астеносферы

В отличие от верхнего предела астеносферы (обычно называемого LAB для границы литопосферы и астеносферы), который пользуется относительным консенсусом, нижний предел астеносферы плохо определен, и в научном сообществе существует несколько интерпретаций. Для некоторых астеносфера определяется по механическому критерию и сводится к зоне пластичной мантии, претерпевающей процесс частичного плавления. В этом случае астеносфера совпадает с зоной малых скоростей (ЗМС), а ее нижняя граница составляет около 220-235 км по глубине. Нижний предел ЗМС соответствует глубине, на которой геотермальная энергия снова проходит под солидусом перидотитов. Другими словами, условия давления означают, что за пределами 220 км плавить материал мантии больше невозможно, несмотря на повышение температуры. Мантия становится более устойчивой, и скорость сейсмических волн быстро увеличивается.

Другие определения основаны на скорости сейсмических волн, а также на минералогической структуре мантии и помещают основание астеносферы намного глубже, примерно на 670 км. Под ЗМС действительно наблюдаются два скачка скорости. Первое увеличение скорости сейсмических волн происходит на глубине 400 км, а второе - примерно на 670 км. Эти глубины соответствуют изменениям или перестройкам кристаллической структуры минералов. Зона между 400 и 670 км соответствует переходной зоне, где атомы, составляющие кристаллы оливина (Si, O, Fe, Mg), стремятся образовать более плотную минералогическую структуру типа шпинели. За пределами этой переходной зоны, примерно на расстоянии 670 км, структура оливина снова перестраивается в еще более плотную сеть, давая минерал, называемый перовскитом. По мнению некоторых ученых, именно это изменение отмечает предел астеносферы и нижней мантии и вступление в мезосферу.