Astenosfera

La astenosfera (griego antiguo: ἀσθενός [ asthenos ] que significa "sin fuerza" y σφαίρα [ sphaira ] que significa "esfera") es la región mecánicamente débil y dúctil del manto superior de la Tierra. Se encuentra debajo de la litosfera, entre aproximadamente 80 y 200 km (50 y 120 millas) debajo de la superficie, y se extiende a una profundidad de 700 km (430 millas). Sin embargo, el límite inferior de la astenosfera no está bien definido.

La astenosfera es casi sólida, pero una pequeña cantidad de fusión (menos del 0,1% de la roca) contribuye a su debilidad mecánica. El derretimiento por descompresión más extenso de la astenosfera tiene lugar donde brota hacia arriba, y esta es la fuente más importante de magma en la Tierra. Es la fuente de basalto de la dorsal oceánica (MORB) y de algunos magmas que brotaron por encima de las zonas de subducción o en regiones de ruptura continental.

Características

La astenosfera es una parte del manto superior justo debajo de la litosfera que está involucrada en el movimiento de las placas tectónicas y los ajustes isostáticos. Está compuesto de peridotita, una roca que contiene principalmente los minerales olivino y piroxeno. El límite entre la litosfera y la astenosfera se toma convencionalmente en la isoterma de 1300 ° C (2370 ° F). Por debajo de esta temperatura (más cerca de la superficie) el manto se comporta rígidamente; por encima de esta temperatura (más profundo debajo de la superficie) actúa de manera dúctil. La astenosfera es donde la roca del manto se acerca más a su punto de fusión, y es probable que haya una pequeña cantidad de derretimiento en esta capa.

Las ondas sísmicas atraviesan la astenosfera con relativa lentitud en comparación con el manto litosférico suprayacente. Así, se le ha denominado zona de baja velocidad (LVZ), aunque las dos no son estrictamente lo mismo; el límite inferior de la LVZ se encuentra a una profundidad de 180 a 220 kilómetros (110 a 140 millas), mientras que la base de la astenosfera se encuentra a una profundidad de aproximadamente 700 kilómetros (430 millas). La LVZ también tiene una alta atenuación sísmica (las ondas sísmicas que se mueven a través de la astenosfera pierden energía) y una anisotropía significativa (las ondas de corte polarizadas verticalmente tienen una velocidad menor que las ondas de corte polarizadas horizontalmente).El descubrimiento de la LVZ alertó a los sismólogos sobre la existencia de la astenosfera y proporcionó información sobre sus propiedades físicas, ya que la velocidad de las ondas sísmicas disminuye al disminuir la rigidez. Esta disminución en la velocidad de las ondas sísmicas de la litosfera a la astenosfera podría deberse a la presencia de un porcentaje muy pequeño de fusión en la astenosfera, aunque dado que la astenosfera transmite ondas S, no se puede derretir por completo.

En el manto oceánico, la transición de la litosfera a la astenosfera (LAB) es menos profunda que en el manto continental (alrededor de 60 km en algunas regiones oceánicas antiguas) con una caída de velocidad pronunciada y grande (5–10 %). En las dorsales oceánicas, el LAB se eleva a unos pocos kilómetros del fondo del océano.

Se cree que la parte superior de la astenosfera es la zona sobre la que se mueven las grandes placas litosféricas, rígidas y quebradizas, de la corteza terrestre. Debido a las condiciones de temperatura y presión en la astenosfera, la roca se vuelve dúctil, moviéndose a tasas de deformación medidas en cm/año sobre distancias lineales que eventualmente miden miles de kilómetros. De esta manera, fluye como una corriente de convección, irradiando calor hacia el exterior desde el interior de la Tierra. Por encima de la astenosfera, a la misma velocidad de deformación, la roca se comporta elásticamente y, al ser quebradiza, puede romperse, provocando fallas. Se cree que la litosfera rígida "flota" o se mueve sobre la astenosfera que fluye lentamente, lo que permite el equilibrio isostático y el movimiento de las placas tectónicas.

Límites

La astenosfera se extiende desde un límite superior a aproximadamente 80 a 200 km (50 a 120 millas) por debajo de la superficie hasta un límite inferior a una profundidad de aproximadamente 700 kilómetros (430 mi).

Límite litosfera-astenosfera

El límite litosfera-astenosfera (LAB ) es relativamente nítido y probablemente coincide con el inicio de la fusión parcial o un cambio en la composición o anisotropía. Varias definiciones del límite reflejan varios aspectos de la región del límite. Además del límite mecánico definido por los datos sísmicos, que refleja la transición de la litosfera rígida a la astenosfera dúctil, estos incluyen una capa límite térmica, por encima de la cual el calor se transporta por conducción térmica y por debajo de la cual el calor se conduce principalmente por convección; un límite reológico, donde la viscosidad cae por debajo de aproximadamente 10 Pa-s; y una capa límite química, por encima de la cual la roca del manto se empobrece en volátiles y se enriquece en magnesio en relación con la roca que se encuentra debajo.

Límite inferior de la astenosfera

El límite inferior de la astenosfera está menos definido, pero se ha colocado en la base del manto superior. Este límite no es sísmicamente nítido ni se comprende bien, pero coincide aproximadamente con la discontinuidad compleja de 670 km. Esta discontinuidad generalmente está ligada a la transición de ringwoodita a bridgmanita y periclasa.

Origen

Las propiedades mecánicas de la astenosfera se atribuyen ampliamente al derretimiento parcial de la roca. Es probable que una pequeña cantidad de derretimiento esté presente en gran parte de la astenosfera, donde se estabiliza por las trazas de volátiles (agua y dióxido de carbono) presentes en la roca del manto. Sin embargo, la cantidad probable de derretimiento, no más del 0,1% de la roca, parece inadecuada para explicar completamente la existencia de la astenosfera. Esto no es suficiente derretimiento para mojar completamente los límites de grano en la roca, y no se espera que los efectos del derretimiento en las propiedades mecánicas de la roca sean significativos si los límites de grano no están completamente mojados. El límite nítido entre la litosfera y la astenosfera también es difícil de explicar solo por el derretimiento parcial.Es posible que el derretimiento se acumule en la parte superior de la astenosfera, donde queda atrapado por la roca impermeable de la litosfera. Otra posibilidad es que la astenosfera sea una zona de mínima solubilidad en agua en los minerales del manto, por lo que hay más agua disponible para formar mayores cantidades de material fundido. Otro posible mecanismo para producir debilidad mecánica es el deslizamiento de los límites de grano, donde los granos se deslizan ligeramente entre sí bajo tensión, lubricados por las trazas de volátiles presentes.

Los modelos numéricos de convección del manto en los que la viscosidad depende tanto de la temperatura como de la velocidad de deformación producen de forma fiable una astenosfera oceánica, lo que sugiere que el debilitamiento de la velocidad de deformación es un mecanismo contribuyente importante.

Generación de magma

El derretimiento por descompresión de la roca astenosférica que se arrastra hacia la superficie es la fuente más importante de magma en la Tierra. La mayor parte entra en erupción en las dorsales oceánicas para formar el característico basalto de la dorsal oceánica (MORB) de la corteza oceánica. Los magmas también se generan por fusión descompresiva de la astenosfera por encima de las zonas de subducción y en áreas de ruptura continental.

La fusión por descompresión en la astenosfera de afloramiento probablemente comienza a una profundidad de 100 a 150 kilómetros (60 a 90 millas), donde las pequeñas cantidades de volátiles en la roca del manto (alrededor de 100 ppm de agua y 60 ppm de dióxido de carbono) ayudan en la fusión. no más de alrededor del 0,1% de la roca. A una profundidad de aproximadamente 70 kilómetros (40 millas), se alcanzan condiciones de fusión seca y la fusión aumenta sustancialmente. Esto deshidrata la roca sólida restante y es probablemente el origen de la litosfera químicamente empobrecida.