Астеносфера: строение, свойства и роль в тектонике литосферных плит
Астеносфера — это пластичный слой верхней мантии Земли, расположенный непосредственно под литосферой. Её изучение имеет ключевое значение для понимания тектонических процессов, происходящих на нашей планете.
Строение астеносферы
Астеносфера простирается на глубине от 80-100 км до 200-250 км под континентами и от 50-70 км до 200 км под океанами. Её основные характеристики:
- Состоит преимущественно из перидотита — горной породы, богатой оливином и пироксеном
- Температура варьируется от 1300°C до 1600°C
- Давление достигает 3-7 ГПа
- Частичное плавление материала (1-10%)
Интересный факт: несмотря на высокие температуры, астеносфера остаётся преимущественно в твёрдом состоянии, но приобретает пластичные свойства благодаря процессу крип-деформации — медленному течению кристаллов под действием напряжения.
Физические свойства
Астеносфера обладает уникальными физическими свойствами, отличающими её от вышележащей литосферы:
- Пониженная вязкость — в 10²⁰-10²¹ раз меньше, чем у литосферы
- Сейсмический низкоскоростной слой — скорость сейсмических волн здесь снижается на 5-10%
- Высокая электропроводность из-за частичного плавления
- Плотность около 3.3-3.4 г/см³
Роль в тектонике плит
Астеносфера играет фундаментальную роль в теории тектоники литосферных плит:
- Служит "смазочным слоем", позволяющим плитам перемещаться
- Обеспечивает механизм конвекционных течений, двигающих плиты
- Участвует в процессах магмообразования и вулканизма
- Влияет на изостатическое равновесие земной коры
Конвекционные течения
В астеносфере возникают медленные конвекционные течения со скоростью 1-10 см/год. Эти течения:
- Переносят тепло из глубины мантии к поверхности
- Создают силы тяги и торможения для литосферных плит
- Формируют зоны дивергенции (рифты) и конвергенции (зоны субдукции)
Любопытно, что движение плит над астеносферой можно сравнить с движением льдин по воде — твёрдая литосфера "плавает" на пластичной астеносфере, подчиняясь законам изостазии.
Методы изучения
Учёные исследуют астеносферу с помощью различных методов:
- Сейсмология — анализ распространения сейсмических волн
- Гравиметрия — изучение гравитационных аномалий
- Геотермия — измерения теплового потока
- Геомагнитные исследования — изучение электропроводности
- Лабораторные эксперименты с горными породами при высоких P-T условиях
Интересные факты
- Толщина астеносферы варьируется в зависимости от тектонической обстановки — она тоньше под срединно-океаническими хребтами и толще под древними платформами
- В некоторых регионах (например, под Восточно-Африканским рифтом) астеносфера поднимается почти до поверхности
- Свойства астеносферы менялись в геологической истории Земли, влияя на скорость и характер тектонических процессов
- Аналоги астеносферы обнаружены и на других планетах земной группы