Geodinamika - Geodynamics

Geodeziya
Azimutalprojektion-schief kl-cropped.png

Geodinamika ning subfildidir geofizika bilan shug'ullanmoq dinamikasi ning Yer. Bu fizika, kimyo va matematikani qanday ishlashini tushunishda qo'llaydi mantiya konvektsiyasi olib keladi plitalar tektonikasi kabi geologik hodisalar dengiz tubining tarqalishi, tog 'qurilishi, vulqonlar, zilzilalar, nosozlik va hokazo. Shuningdek, u ichki faoliyatni o'lchash orqali tekshirishga harakat qiladi magnit maydonlari, tortishish kuchi va seysmik to'lqinlar, shuningdek mineralogiya toshlar va ularning izotopik tarkibi. Geodinamikaning usullari boshqa sayyoralarni o'rganishda ham qo'llaniladi.[1]

Umumiy nuqtai

Geodinamika odatda butun Yer bo'ylab materiallarni harakatga keltiruvchi jarayonlar bilan bog'liq. In Yerning ichki qismi, harakat toshlar paydo bo'lganda sodir bo'ladi eritmoq yoki deformatsiya va a ga javoban oqim stress maydoni.[2] Ushbu deformatsiya bo'lishi mumkin mo'rt, elastik, yoki plastik, stressning kattaligiga va materialning fizik xususiyatlariga, ayniqsa stressning gevşemesi vaqt o'lchoviga bog'liq. Tog 'jinslari strukturaviy va tarkibiy jihatdan heterojen bo'lib, o'zgaruvchan stresslarga uchraydi, shuning uchun deformatsiyaning har xil turlarini fazoviy va vaqtinchalik yaqinlikda ko'rish odatiy holdir.[3] Geologik vaqt o'lchovlari va uzunliklari bilan ishlashda o'rtacha stressga o'rtacha javobni ko'rib chiqish uchun doimiy o'rtacha yaqinlashish va muvozanat kuchlanish maydonlaridan foydalanish qulay.[4]

Geodinamikaning mutaxassislari odatda ma'lumotlardan foydalanadilar geodezik GPS, InSAR va seysmologiya, bilan birga raqamli modellar, Yerning evolyutsiyasini o'rganish litosfera, mantiya va yadro.

Geodinamiklar tomonidan bajariladigan ishlarga quyidagilar kirishi mumkin.

Tog 'jinslarining deformatsiyasi

Ushbu maqola geologiyadagi deformatsiyalar haqida. Qattiqroq davolanish uchun qarang Deformatsiya (mexanika).

Toshlar va boshqa geologik materiallar tajribasi zo'riqish materialning xususiyatlariga va kattaligiga qarab elastik, plastmassa va mo'rt uchta aniq rejimga muvofiq stress maydon. Stress jinsning har bir qismiga sarf qilingan maydon birligiga o'rtacha kuch sifatida aniqlanadi. Bosim qattiq jismning hajmini o'zgartiradigan stressning bir qismi; kesish stressi shaklini o'zgartiradi. Agar qaychi bo'lmasa, suyuqlik ichkariga kiradi gidrostatik muvozanat. Uzoq vaqt davomida tog 'jinslari bosim ostida osongina deformatsiyaga uchraganligi sababli, Yer gidrostatik muvozanatda yaxshi yaqinlashadi. Toshga bosim faqat yuqoridagi toshning og'irligiga bog'liq va bu tortishish kuchi va jinsning zichligiga bog'liq. Kabi tanada Oy, zichlik deyarli doimiy, shuning uchun bosim profilini osongina hisoblash mumkin. Yerda toshlarning chuqurlik bilan siqilishi muhim ahamiyatga ega va davlat tenglamasi jinslar bir xil tarkibli bo'lsa ham zichligi o'zgarishini hisoblash uchun kerak.[5]

Elastik

Elastik deformatsiya har doim orqaga qaytariladi, ya'ni elastik deformatsiyaga bog'liq bo'lgan kuchlanish maydoni olib tashlansa, material avvalgi holatiga qaytadi. Materiallar faqat tarkibiy qismlar (masalan, atomlar yoki kristallar) hisobga olinadigan o'q bo'ylab nisbiy joylashish o'zgarishsiz qolganda elastik harakat qiladi. Bu shuni anglatadiki, stressning kattaligi materialning oqim kuchidan oshib ketmaydi va stressning vaqt shkalasi materialning bo'shashish vaqtiga yaqinlasha olmaydi. Agar stress materialning oqim kuchidan yuqori bo'lsa, bog'lanishlar uzila boshlaydi (va isloh qilinadi), bu esa egiluvchan yoki mo'rt deformatsiyaga olib kelishi mumkin.[6]

Egiluvchan

Moslashuvchan yoki plastik deformatsiya tizimning harorati etarlicha yuqori bo'lganida sodir bo'ladi, shunda moddiy mikrostatlarning muhim qismi (1-rasm) bog'lanmaydi, ya'ni kimyoviy bog'lanishlarning katta qismi buzilib, isloh qilinmoqda. Moslashuvchan deformatsiya paytida atomni qayta tashkil etishning ushbu jarayoni muvozanat tomon zo'riqish va zo'riqishni ular to'planib qolgandan ko'ra tezroq taqsimlaydi.[6] Bunga litosferaning egilishini misol qilib keltirish mumkin vulkanik orollar yoki cho'kindi havzalar va egilish okean xandaqlari.[5] Sferik deformatsiya kimyoviy bog'lanishning uzilishiga va qayta isloh qilinishiga asoslangan diffuziya va adveksiya kabi transport jarayonlari to'planib borgan sari kuchlanishni qayta taqsimlaganda sodir bo'ladi.

Mo'rt

Kuchlanish bu bo'shashish jarayonlaridan tezroq lokalizatsiya qilinsa, uni qayta taqsimlashi mumkin, mo'rt deformatsiya sodir bo'ladi. Mo'rt deformatsiyaning mexanizmi nuqsonlarning to'planishi yoki tarqalishi, ayniqsa, yuqori kuchlanish sohalarida hosil bo'lgan nuqsonlar va bu dislokatsiyalar va yoriqlar bo'ylab kuchlanishning joylashishi o'rtasida ijobiy teskari aloqani o'z ichiga oladi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, har qanday sinish, kichik bo'lsa ham, shtammni etakchasida yo'naltirishga intiladi, bu esa sinishning kengayishiga olib keladi.[6]

Umuman olganda, deformatsiya rejimi nafaqat stress miqdori bilan, balki kuchlanish va kuchlanish bilan bog'liq xususiyatlarning taqsimlanishi bilan ham boshqariladi. Qaysi deformatsiya rejimi oxir-oqibat yuz bersa, sinish tarqalishi kabi shtammni lokalizatsiya qilishga moyil bo'lgan jarayonlar va shtammni delokalizatsiya qilishga moyil bo'lgan yumshatish kabi bo'shashgan jarayonlar o'rtasidagi raqobat natijasidir.

Deformatsiya tuzilmalari

Strukturaviy geologlar deformatsiyaning natijalarini o'rganadilar, toshni kuzatuvlarini, ayniqsa deformatsiyaning rejimi va geometriyasini vaqt o'tishi bilan toshga ta'sir qilgan kuchlanish maydonini qayta qurish uchun foydalanadilar. Strukturaviy geologiya geodinamikani muhim to'ldiruvchidir, chunki u Erning harakatlari to'g'risida ma'lumotlarning eng to'g'ridan-to'g'ri manbasini beradi. Deformatsiyaning turli xil usullari natijasida aniq geologik tuzilmalar paydo bo'ladi, masalan. toshlardagi mo'rt sinish yoki egiluvchan katlama.

Termodinamika

Kuchlanish tezligi va rejimini boshqaruvchi jinslarning fizik xususiyatlari hosil qilish kuchi yoki yopishqoqlik, ga bog'liq termodinamik holat jinsi va tarkibi Bu holda eng muhim termodinamik o'zgaruvchilar harorat va bosimdir. Ularning ikkalasi ham chuqurlik bilan ortib boradi, shuning uchun deformatsiyaning holatini birinchi taxminiy chuqurlik nuqtai nazaridan tushunish mumkin. Yuqori litosfera ichida mo'rt deformatsiya tez-tez uchraydi, chunki past bosimli jinslar nisbatan mo'rt kuchga ega, shu bilan birga past harorat egiluvchan oqim ehtimolini pasaytiradi. Mo'rt-egiluvchan o'tish zonasidan keyin egiluvchan deformatsiya ustunlik qiladi.[2] Elastik deformatsiya stressning vaqt shkalasi material uchun bo'shashish vaqtidan qisqa bo'lganda sodir bo'ladi. Seysmik to'lqinlar bu turdagi deformatsiyaning keng tarqalgan namunasidir. Tog 'jinslarini eritishi mumkin bo'lgan yuqori haroratda egiluvchan siljish kuchi nolga yaqinlashadi, shuning uchun ham siljish rejimining elastik deformatsiyasi (S-to'lqinlar) eritmalar orqali tarqalmaydi.[7]

Kuchlar

Yerdagi stressning asosiy harakatlantiruvchi kuchi radioizotoplarning parchalanishi, ishqalanish va qoldiq issiqlikdan olinadigan issiqlik energiyasi bilan ta'minlanadi.[8][9] Er yuzidagi sovutish va Yer ichidagi issiqlik ishlab chiqarish issiq yadrodan nisbatan salqin litosferaga metastabil termal gradyan hosil qiladi.[10] Ushbu issiqlik energiyasi issiqlik kengayishi bilan mexanik energiyaga aylanadi. Chuqurroq issiqroq va ko'pincha ustma-ust jinslarga nisbatan yuqori issiqlik kengayishi va zichligi past bo'ladi. Aksincha, er yuzida sovutilgan tosh uning ostidagi toshga qaraganda kamroq suzuvchan bo'lishi mumkin. Oxir oqibat bu Reyli-Teylorning beqarorligiga olib kelishi mumkin (2-rasm) yoki toshning ko'tarilish kontrastining turli tomonlarida interpenetratsiyasi.[2][11]

2-rasmda a ko'rsatilgan Reyli-Teylorning beqarorligi yordamida 2D da Shan-Chen modeli. Qizil suyuqlik dastlab ko'k suyuqlikning tepasida joylashgan qatlamda joylashgan va ko'k suyuqlikka qaraganda unchalik katta emas. Biroz vaqt o'tgach, Reyli-Teylor beqarorligi yuzaga keladi va qizil suyuqlik ko'k rangga kirib boradi.

Okean plitalarining salbiy termik ko'tarilishi subduktsiya va plastinka tektonikasining asosiy sababi,[12] ijobiy termik suzish esa mantiya shilimshiqlariga olib kelishi mumkin, bu esa intraplate vulkanizmini tushuntirib berishi mumkin.[13] Issiqlik ishlab chiqarishning issiqlik yo'qotish bilan solishtirganda butun Yer yuzida suzuvchi konveksiya uchun nisbiy ahamiyati noaniq bo'lib qolmoqda va suzuvchi konvektsiya tafsilotlarini tushunish geodinamikaning asosiy yo'nalishi hisoblanadi.[2]

Usullari

Geodinamika - bu turli xil geologik tadqiqotlarning kuzatishlarini Yer dinamikasining keng rasmiga birlashtirgan keng maydon. Er yuziga yaqin bo'lgan ma'lumotlarga dala kuzatuvlari, geodeziya, radiometrik tanishuv, petrologiya, mineralogiya, burg'ulash quduqlar va masofadan turib zondlash texnikalar. Biroq, bir necha kilometr chuqurlikdan tashqarida ushbu kuzatuvlarning aksariyati amaliy emas. Mantiya va yadroning geodinamikasini o'rganayotgan geologlar butunlay masofadan turib zondlash, ayniqsa seysmologiya va yuqori bosimli yuqori haroratli tajribalarda Yerdagi sharoitlarni eksperimental ravishda qayta tiklashga ishonishlari kerak. Adams-Uilyamson tenglamasi ).

Raqamli modellashtirish

Geologik tizimlarning murakkabligi sababli ushbu manbalardan olingan ma'lumotlardan foydalangan holda geodinamikaga oid nazariy bashoratlarni sinash uchun kompyuter modellashtirishdan foydalaniladi.

Geodinamik raqamli modellashtirishning ikkita asosiy usuli mavjud.[14]

  1. Muayyan kuzatuvni ko'paytirish uchun modellashtirish: Ushbu yondashuv muayyan tizimning o'ziga xos holatini keltirib chiqaradigan sabablarga javob berishga qaratilgan.
  2. Suyuqlikning asosiy dinamikasini ishlab chiqarishni modellashtirish: Ushbu yondashuv ma'lum bir tizim umuman qanday ishlashiga javob berishga qaratilgan.

Suyuqlikning asosiy dinamik dinamikasini modellashtirishni ma'lum bir suzish taqsimoti tufayli tizimdagi bir lahzali oqimni qayta ishlab chiqarishga yo'naltirilgan bir lahzali tadqiqotlar va vaqtga bog'liq bo'lgan tadqiqotlar, ya'ni vaqt o'tishi bilan ma'lum bir boshlang'ich holatning mumkin bo'lgan evolyutsiyasini qayta ishlab chiqarishga ajratish mumkin. yoki ma'lum bir tizimning statistik (kvazi) barqaror holati.

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ Ismoil-Zadeh va Takli 2010 yil
  2. ^ a b v d Turkotte, D. L. va G. Shubert (2014). "Geodinamika".
  3. ^ Winters, J. D. (2001). "Mahalliy va metamorfik petrologiyaga kirish".
  4. ^ Newman, W. I. (2012). "Yer fanlaridagi uzluksiz mexanika".
  5. ^ a b Turcotte & Schubert 2002 yil
  6. ^ a b v Karato, Shun-ichiro (2008). "Yer materiallarining deformatsiyasi: Qattiq Yer reologiyasiga kirish".
  7. ^ Faol, U. H., J. D. F. Jerald va I. Jekson (2004). "Eritadigan olivin tarkibidagi siljish to'lqinlarining susayishi va tarqalishi
  8. ^ Xager, B. H. va R. V. Kleyton (1989). "Seysmik kuzatuvlar, oqim modellari va geoid yordamida mantiya konvektsiyasi tuzilishidagi cheklovlar." Astrofizika va geofizikaning suyuqlik mexanikasi 4.
  9. ^ Stein, C. (1995). "Yerning issiqlik oqimi."
  10. ^ Dzevonski, A. M. va D. L. Anderson (1981). "Dastlabki ma'lumotnoma Yer modeli." Yer fizikasi va sayyora ichki makonlari 25 (4): 297-356.
  11. ^ Ribe, N. M. (1998). "Aralashgan yopishqoq suyuqliklarning Rayley-Teylordagi beqarorligidagi sputing va planform tanlovi." Suyuqlik mexanikasi jurnali 377: 27-45.
  12. ^ Konrad, C. P. va C. Litgow-Bertelloni (2004). "Plitalarni harakatga keltiruvchi kuchlarning vaqtinchalik evolyutsiyasi: Senozoy davrida" plita tortish "va" plita tortishish "ning ahamiyati." Geofizik tadqiqotlar jurnali 109 (B10): 2156-2202.
  13. ^ Bourdon, B., N. M. Ribe, A. Strack, A. E. Saal va S. P. Tyorner (2006). "Uran seriyali geokimyosidan mantiya shilimshiqlari dinamikasi haqidagi tushunchalar". Tabiat 444 (7): 713-716.
  14. ^ Takli, Pol J.; Xie, Shunsin; Nakagava, Takashi; Xernlund, Jon V. (2005), "Mantiya konvektsiyasini sonli va laboratoriya tadqiqotlari: falsafa, yutuqlar va termokimyoviy tuzilish va evolyutsiya", Erning chuqur mantiyasi: tuzilishi, tarkibi va evolyutsiyasi, Amerika Geofizika Ittifoqi, 160, 83–99 betlar, Bibcode:2005 yil GMS ... 160 ... 83T, doi:10.1029 / 160gm07, ISBN  9780875904252
Bibliografiya

Tashqi havolalar