La litosfera terrestre comprende la crosta e il mantello superiore, che costituisce lo strato esterno duro e rigido della Terra. La litosfera è suddivisa in placche tettoniche. La litosfera è alla base dell’astenosfera che è la parte più debole, più calda e più profonda del mantello superiore., Il confine Litosfera-Astenosfera è definito da una differenza in risposta allo stress: la litosfera rimane rigida per lunghi periodi di tempo geologico in cui si deforma elasticamente e attraverso cedimenti fragili, mentre l’astenosfera si deforma viscosamente e ospita la deformazione attraverso la deformazione plastica.
Lo spessore della litosfera è quindi considerato la profondità dell’isoterma associata alla transizione tra comportamento fragile e viscoso., La temperatura alla quale l’olivina diventa duttile (~1000 °C) viene spesso utilizzata per impostare questa isoterma perché l’olivina è generalmente il minerale più debole nel mantello superiore.
Storia del concetto
Il concetto di litosfera come strato esterno forte della Terra fu descritto da A. E. H. Love nella sua monografia del 1911 “Some problems of Geodynamics” e ulteriormente sviluppato da Joseph Barrell, che scrisse una serie di articoli sul concetto e introdusse il termine “litosfera”., Il concetto era basato sulla presenza di anomalie di gravità significative sulla crosta continentale, da cui dedusse che doveva esistere uno strato superiore forte e solido (che chiamò litosfera) sopra uno strato più debole che poteva fluire (che chiamò astenosfera). Queste idee sono state ampliate da Reginald Aldworth Daly nel 1940 con il suo lavoro seminale ” Forza e struttura della Terra.”Sono stati ampiamente accettati da geologi e geofisici. Questi concetti di una forte litosfera che poggia su una debole astenosfera sono essenziali per la teoria della tettonica a placche.,
Tipi
Diversi tipi di litosfera
La litosfera può essere divisa in litosfera oceanica e continentale. La litosfera oceanica è associata alla crosta oceanica (con una densità media di circa 2,9 grammi per centimetro cubo) ed esiste nei bacini oceanici. La litosfera continentale è associata alla crosta continentale (con una densità media di circa 2,7 grammi per centimetro cubo) e sottende i continenti e gli scaffali continentali.,
Litosfera oceanica
La litosfera oceanica consiste principalmente di crosta mafica e mantello ultramafico (peridotite) ed è più densa della litosfera continentale. La giovane litosfera oceanica, che si trova nelle creste oceaniche, non è più spessa della crosta, ma la litosfera oceanica si addensa man mano che invecchia e si allontana dalla dorsale oceanica. La litosfera cceanica più antica è tipicamente spessa circa 140 km. Questo ispessimento avviene mediante raffreddamento conduttivo, che converte l’astenosfera calda in mantello litosferico e fa sì che la litosfera oceanica diventi sempre più spessa e densa con l’età., Infatti, la litosfera oceanica è uno strato limite termico per la convezione nel mantello. Lo spessore della parte del mantello della litosfera oceanica può essere approssimato come uno strato limite termico che si addensa come radice quadrata del tempo.
h ∼ 2 κ t {\displaystyle \h\,\sim \,2\,{\sqrt {\kappa t}}\,}
Ecco, h {\displaystyle h} è lo spessore della oceanic mantello litosferico, κ {\displaystyle \kappa } è la diffusività termica (circa 10-6 m2/s) per rocce silicatiche, e t {\displaystyle t} è l’età di una data parte della litosfera., L’età è spesso uguale a L / V, dove L è la distanza dal centro di diffusione della dorsale medio-oceanica, e V è la velocità della placca litosferica.
La litosfera oceanica è meno densa dell’astenosfera per alcune decine di milioni di anni, ma dopo questo diventa sempre più densa dell’astenosfera. Mentre la crosta oceanica chimicamente differenziata è più leggera dell’astenosfera, la contrazione termica della litosfera del mantello la rende più densa dell’astenosfera., L’instabilità gravitazionale della litosfera oceanica matura ha l’effetto che nelle zone di subduzione, la litosfera oceanica invariabilmente affonda sotto la litosfera prevalente, che può essere oceanica o continentale. La nuova litosfera oceanica viene costantemente prodotta nelle creste medio oceaniche e viene riciclata nel mantello nelle zone di subduzione. Di conseguenza, la litosfera oceanica è molto più giovane della litosfera continentale: la più antica litosfera oceanica ha circa 170 milioni di anni, mentre parti della litosfera continentale hanno miliardi di anni.,
Litosfera subdotta
Gli studi geofisici nei primi anni del 21 ° secolo ipotizzano che grandi pezzi della litosfera siano stati subdotti nel mantello fino a 2900 km in prossimità del confine nucleo-mantello, mentre altri “galleggiano” nel mantello superiore. Altri ancora si attaccano nel mantello fino a 400 km, ma rimangono ” attaccati “alla placca continentale sopra, simile all’estensione della” tettosfera ” proposta dalla Giordania nel 1988. La litosfera subduttrice rimane rigida (come dimostrato dai terremoti profondi lungo la zona di Wadati-Benioff) fino a una profondità di circa 600 km (370 miglia).,
Litosfera continentale
La litosfera continentale ha uno spessore compreso tra circa 40 km e forse 280 km; la parte superiore da ~30 a ~50 km della litosfera continentale tipica è la crosta. La crosta si distingue dal mantello superiore dal cambiamento nella composizione chimica che avviene alla discontinuità Moho. Le parti più antiche della litosfera continentale sono alla base dei cratoni, e la litosfera del mantello è più spessa e meno densa del tipico; la densità relativamente bassa di tali “radici di cratoni” del mantello aiuta a stabilizzare queste regioni.,
A causa della sua densità relativamente bassa, la litosfera continentale che arriva in una zona di subduzione non può subdurre molto più di circa 100 km (62 miglia) prima di riemergere. Di conseguenza, la litosfera continentale non viene riciclata nelle zone di subduzione come viene riciclata la litosfera oceanica. Invece, litosfera continentale è una caratteristica quasi permanente della Terra.