Пиролит - Pyrolite

Пиролит это термин, используемый для характеристики модельного состава земных мантия. Эта модель основана на том, что источник пиролита может производить Срединно-океанский хребет Базальт путем частичного плавления.[1][2] Впервые он был предложен Рингвудом (1962).[3] как 1 часть базальта и 4 части дунит, но позже был изменен на 1 часть толеитовый базальт и 3 части дунит.[1][4] Термин происходит от названий минералов. PYR-оксен и OL-ivine.[5] Однако вопрос о том, является ли пиролит представителем мантии Земли, остается открытым.[6]

Химический состав и фаза перехода

Рис.1 Объемная доля минералов в пиролитической мантии до глубины 1000 км.[7][8] Ol: оливин; Opx: ортопироксен; Cpx: клинопироксен; Gt: гранат; Пыж: вадслеит; Кольцо: рингвудит; Pv: перовскит; Fp: ферропериклаз; Ca-Pv: перовскит кальция.


Состав основных элементов пиролита составляет около 44,71 весовой процент (мас.%) SiO2, 3,98 мас.% Al2О3, 8,18 мас.% FeO, 3,17 мас.% CaO, 38,73 мас.% MgO, 0,13 мас.% Na2О.[9]

1) Пиролитический Верхняя мантия в основном состоит из оливина (~ 60 объемный процент (об.%)), клинопироксен, ортопироксен, и гранат.[7] Пироксен постепенно растворялся в гранат и образуют мажоритарный гранат.[10]

2) Пиролитический Переходная зона мантии в основном состоит из 60 об.% полиморфов оливина (вадслеит, рингвудит ) и ~ 40 об.% мажоритного граната. Верхняя и нижняя границы переходной зоны мантии в основном отмечены переходом оливин-вадслеит и переходом рингвудит-перовскит соответственно.

3) Пиролит Нижняя мантия в основном состоит из перовскита магния (~ 80 об.%), ферроперклаз (~ 13 об.%) И перовскита кальция (~ 7%). Кроме того, постперовскит может присутствовать в нижней части нижней мантии.

Сейсмические скоростные и плотностные свойства

Рис.2 Профили Vp и Vs пиролита вдоль адиабатической геотермы 1600 K[2]
Рис.3 Профиль плотности пиролита вдоль адиабатической геотермы 1600 K[2]

В Зубец P и S-волна скоростей (Vp и Vs) пиролита вдоль адиабатической геотерма показаны на рис.2,[2] а его профиль плотности показан на рис.3.[2]

На границе верхней мантии и переходной зоны мантии (~ 410 км) Vp, Vs и скачок плотности на ~ 6%, ~ 6% и ~ 4% в модели пиролита,[2] соответственно, которые в основном относятся к оливин-вадслеитовому фаза перехода. [11]

На границе переходной зоны мантии и нижней мантии Vp, Vs и скачок плотности на ~ 3%, ~ 6% и ~ 6% в модели пиролита соответственно.[2] При наличии большего количества параметров эластичности профили Vp, Vs и плотности пиролита будут обновлены.

Недостатки

Вопрос о том, может ли пиролит представлять окружающую мантию, остается открытым.

В геохимическом аспекте он не удовлетворяет данным по микроэлементам или изотопам базальтов Срединно-океанического хребта, поскольку гипотеза пиролита основана на основных элементах и ​​некоторых произвольных предположениях (например, количествах базальта и плавления в источнике).[1] Это также может нарушать неоднородность мантии.[12]

В геофизическом аспекте некоторые исследования показывают, что сейсмические скорости пиролита плохо согласуются с наблюдаемыми глобальными сейсмическими моделями (такими как PREM ) в недрах Земли, [6] в то время как некоторые исследования поддерживают модель пиролита.[13]

Другие модели Mantle Rock

Рис. 4. Минеральная доля эклогита, трансформированного MORB, на глубине 250-500 км.[14]

Существуют и другие модели горных пород мантии Земли:

(1) Пиклогит: в отличие от пиролита, обогащенного оливином, пиклогит представляет собой модель с низким содержанием оливина (~ 20% оливина), предложенную для лучшего согласования с данными наблюдений за сейсмической скоростью в переходной зоне.[15][16] Фазовый состав пиклогита подобен 20% оливина + 80% эклогита.[17]

(2) Эклогит, он трансформирован из базальта Срединно-океанического хребта на глубине ~ 60 км,[18] существует в мантии Земли в основном в субдуцированных плитах. Он в основном состоит из граната и клинопироксена (в основном омфацит ) до глубины ~ 500 км (рис.4).

(3) Гарцбургит, он в основном существует под базальтовым слоем Срединно-океанического хребта океанской литосферы и может проникать в глубокую мантию вместе с субдуцированной океанической литосферой. По фазовому составу он аналогичен пиролиту, но содержит более высокое содержание оливина (~ 70 об.%), Чем пиролит.[19]

В целом, пиролит и пиклогит являются моделями горных пород окружающей мантии, эклогит и гарцбургит - моделями горных пород для окружающей мантии. подчиненный океаническая литосфера. Образованная в результате частичного плавления пиролита, океаническая литосфера в основном состоит из слоя базальта, слоя гарцбургита и обедненного пиролита сверху вниз.[20] Субдуцированные океанические литосферы вносят свой вклад в неоднородность мантии Земли, потому что они имеют состав (эклогит и гарцбургит), отличный от окружающей мантии (пиролита).[2][14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Андерсон, Дон Л. (1989-01-01). Теория Земли. Бостон, Массачусетс: Научные публикации Блэквелла. ISBN  978-0-86542-335-0.
  2. ^ а б c d е ж грамм час Сюй, Вэньбо; Литгоу-Бертеллони, Каролина; Стиксруд, Ларс; Рицема, Йерун (октябрь 2008 г.). «Влияние валового состава и температуры на сейсмическую структуру мантии». Письма по науке о Земле и планетах. 275 (1–2): 70–79. Дои:10.1016 / j.epsl.2008.08.012. ISSN  0012-821X.
  3. ^ Рингвуд, А. Э. (февраль 1962 г.). «Модель верхней мантии». Журнал геофизических исследований. 67 (2): 857–867. Дои:10.1029 / jz067i002p00857. ISSN  0148-0227.
  4. ^ Ringwood, A.E .; Майор, Алан (сентябрь 1966 г.). «Превращения в пироксенах под высоким давлением». Письма по науке о Земле и планетах. 1 (5): 351–357. Дои:10.1016 / 0012-821x (66) 90023-9. ISSN  0012-821X.
  5. ^ Д.Х. Грин. Пиролит. В кн .: Петрология. Энциклопедия наук о Земле. Спрингер, 1989 г.
  6. ^ а б Кацура, Томоо; Шацкий, Антон; Manthilake, M.A. Geeth M .; Чжай, Шуангмэн; Ямазаки, Дайсуке; Мацудзаки, Такуя; Ёсино, Такаши; Йонеда, Акира; Ито, Эйдзи; Сугита, Мицухиро; Томиока, Натотака (12 июня 2009 г.). «P-V-Trelations вадслеита, определенные методом дифракции рентгеновских лучей in situ в большом аппарате высокого давления». Письма о геофизических исследованиях. 36 (11). Дои:10.1029 / 2009gl038107. ISSN  0094-8276.
  7. ^ а б Фрост, Дэниел Дж. (2008-06-01). «Верхняя мантия и переходная зона». Элементы. 4 (3): 171–176. Дои:10.2113 / GSELEMENTS.4.3.171. ISSN  1811-5209.
  8. ^ Стиксруд, Ларс; Литгоу-Бертеллони, Каролина (2005). «Минералогия и упругость верхней мантии океана: происхождение зоны низких скоростей». Журнал геофизических исследований: твердая Земля. 110 (B3). Дои:10.1029 / 2004JB002965. ISSN  2156-2202.
  9. ^ Уоркман, Рея К .; Харт, Стэнли Р. (февраль 2005 г.). «Основные и микроэлементные составы обедненной мантии MORB (DMM)». Письма по науке о Земле и планетах. 231 (1–2): 53–72. Дои:10.1016 / j.epsl.2004.12.005. ISSN  0012-821X.
  10. ^ Ирифуне, Тецуо (май 1987 г.). «Экспериментальное исследование превращения пироксен-гранат в составе пиролита и его влияние на строение мантии». Физика Земли и планетных недр. 45 (4): 324–336. Дои:10.1016/0031-9201(87)90040-9. ISSN  0031-9201.
  11. ^ SAWAMOTO, H .; WEIDNER, D. J .; SASAKI, S .; КУМАЗАВА, М. (18 мая 1984 г.). «Упругие свойства монокристаллов модифицированной шпинельной (бета) фазы ортосиликата магния». Наука. 224 (4650): 749–751. Дои:10.1126 / science.224.4650.749. ISSN  0036-8075.
  12. ^ Дон Л. Андерсон, Новая теория Земли, Cambridge University Press, 2-е изд. 2007, стр. 193 ISBN  978-0-521-84959-3
  13. ^ Ирифуне, Т .; Higo, Y .; Inoue, T .; Kono, Y .; Ohfuji, H .; Фунакоши, К. (2008). «Скорости звука мажоритного граната и состав переходной области мантии». Природа. 451 (7180): 814–817. Дои:10.1038 / природа06551. ISSN  0028-0836.
  14. ^ а б Хао, Мин; Zhang, Jin S .; Pierotti, Caroline E .; Чжоу, Вэнь-И; Чжан, Дунчжоу; Дера, Пшемыслав (август 2020 г.). «Самая сейсмически быстрая химическая неоднородность в глубокой верхней мантии Земли - следствие термоупругих свойств монокристалла жадеита». Письма по науке о Земле и планетах. 543: 116345. Дои:10.1016 / j.epsl.2020.116345. ISSN  0012-821X.
  15. ^ Басс, Джей Д .; Андерсон, Дон Л. (март 1984 г.). «Состав верхней мантии: геофизические испытания двух петрологических моделей». Письма о геофизических исследованиях. 11 (3): 229–232. Дои:10.1029 / gl011i003p00229. ISSN  0094-8276.
  16. ^ Басс, Джей Д .; Андерсон, Дон Л. (1988), «Состав верхней мантии: геофизические испытания двух петрологических моделей», Упругие свойства и уравнения состояния, Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз, стр. 513–516, ISBN  0-87590-240-5, получено 2020-10-03
  17. ^ Irifunea, T .; Рингвуд, А. Э. (1987), «Фазовые превращения в примитивных составах MORB и пиролитов до 25 ГПа и некоторые геофизические последствия», Исследования под высоким давлением в области физики минералов: сборник в честь Сюн-ити Акимото, Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз, стр. 231–242, ISBN  0-87590-066-6, получено 2020-10-03
  18. ^ Макар, А.Б .; McMartin, K. E .; Palese, M .; Тефли, Т. Р. (июнь 1975 г.). «Формиатный тест в биологических жидкостях: применение при отравлении метанолом». Биохимическая медицина. 13 (2): 117–126. Дои:10.1016/0006-2944(75)90147-7. ISSN  0006-2944. PMID  1.
  19. ^ Исии, Такаяки; Кодзитани, Хироши; Акаоги, Масаки (апрель 2019 г.). «Фазовые отношения гарцбургита и MORB до самых верхних условий нижней мантии: точное сравнение с пиролитом с помощью экспериментов под высоким давлением с несколькими ячейками с учетом динамики субдуцированных плит». Журнал геофизических исследований: твердая Земля. 124 (4): 3491–3507. Дои:10.1029 / 2018jb016749. ISSN  2169-9313.
  20. ^ Ringwood, A.E .; Ирифуне, Т. (январь 1988 г.). «Природа 650-километрового сейсмического разрыва: последствия для динамики и дифференциации мантии». Природа. 331 (6152): 131–136. Дои:10.1038 / 331131a0. ISSN  1476-4687.