Die Lithosphäre der Erde umfasst die Kruste und den obersten Mantel, der die harte und starre äußere Schicht der Erde darstellt. Die Lithosphäre ist in tektonische Platten unterteilt. Die Lithosphäre wird von der Asthenosphäre unterstrichen, die der schwächere, heißere und tiefere Teil des oberen Mantels ist., Die Lithosphäre-Asthenosphäre-Grenze wird durch einen Unterschied in der Reaktion auf Stress definiert: Die Lithosphäre bleibt für sehr lange geologische Zeiträume starr, in denen sie sich elastisch und durch sprödes Versagen verformt, während sich die Asthenosphäre viskos verformt und Dehnung durch plastische Verformung aufnimmt.
Die Dicke der Lithosphäre wird somit als die Tiefe der Isotherme angesehen, die mit dem Übergang zwischen sprödem und viskosem Verhalten verbunden ist., Die Temperatur, bei der Olivin duktil wird (~1000 °C), wird häufig verwendet, um diese Isotherme einzustellen, da Olivin im Allgemeinen das schwächste Mineral im oberen Mantel ist.
Geschichte des Konzepts
Das Konzept der Lithosphäre als starke äußere Schicht der Erde wurde von A. E. H. Love in seiner Monographie „Some problems of Geodynamics“ von 1911 beschrieben und von Joseph Barrell weiterentwickelt, der eine Reihe von Artikeln über das Konzept verfasste und den Begriff „Lithosphäre“einführte., Das Konzept basierte auf dem Vorhandensein signifikanter Gravitationsanomalien über der Kontinentalkruste, aus denen er folgerte, dass eine starke, feste obere Schicht (die er Lithosphäre nannte) über einer schwächeren Schicht existieren muss, die fließen könnte (was er die Asthenosphäre nannte). Diese Ideen wurden 1940 von Reginald Aldworth Daly mit seiner bahnbrechenden Arbeit „Strength and Structure of the Earth“ erweitert.“Sie wurden von Geologen und Geophysikern allgemein akzeptiert. Diese Konzepte einer starken Lithosphäre, die auf einer schwachen Asthenosphäre ruht, sind für die Theorie der Plattentektonik unerlässlich.,
Typen
Verschiedene Arten von Lithosphäre
Die Lithosphäre kann in ozeanische und kontinentale Lithosphäre unterteilt werden. Ozeanische Lithosphäre ist mit ozeanischer Kruste assoziiert (mit einer mittleren Dichte von etwa 2,9 Gramm pro Kubikzentimeter) und existiert in den Ozeanbecken. Kontinentale Lithosphäre ist mit kontinentaler Kruste verbunden (mit einer mittleren Dichte von etwa 2,7 Gramm pro Kubikzentimeter) und liegt den Kontinenten und kontinentalen Regalen zugrunde.,
Ozeanische Lithosphäre
Die ozeanische Lithosphäre besteht hauptsächlich aus Mafia-Kruste und ultramafischem Mantel (Peridotit) und ist dichter als die kontinentale Lithosphäre. Die junge ozeanische Lithosphäre, die sich an mittelozeanischen Graten befindet, ist nicht dicker als die Kruste, aber die ozeanische Lithosphäre verdickt sich mit zunehmendem Alter und entfernt sich vom mittelozeanischen Grat. Die älteste ozeanische Lithosphäre ist typischerweise etwa 140 km dick. Diese Verdickung erfolgt durch leitfähige Kühlung, die heiße Asthenosphäre in Lithosphärenmantel umwandelt und bewirkt, dass die ozeanische Lithosphäre mit zunehmendem Alter immer dicker und dichter wird., Tatsächlich ist die ozeanische Lithosphäre eine thermische Grenzschicht für die Konvektion im Mantel. Die Dicke des Mantelteils der ozeanischen Lithosphäre kann als thermische Grenzschicht angenähert werden, die sich als Quadratwurzel der Zeit verdickt.
h ∼ 2 κ t {\displaystyle \, h\,\sim \, 2\, {\sqrt {\kappa t}}\,}
Hier ist h {\displaystyle h} die Dicke der ozeanischen Mantellithosphäre, κ {\displaystyle \kappa } ist die thermische Diffusivität (ungefähr 10-6 m2/s) für Silikatgesteine und t {\displaystyle t} ist das Alter des gegebenen Teils der Lithosphäre., Das Alter ist oft gleich L / V, wobei L der Abstand vom Ausbreitungszentrum des mittelozeanischen Kamms und V die Geschwindigkeit der Lithosphärenplatte ist.
Die ozeanische Lithosphäre ist seit einigen zehn Millionen Jahren weniger dicht als die Asthenosphäre, wird aber danach immer dichter als die Asthenosphäre. Während chemisch differenzierte ozeanische Kruste leichter als Asthenosphäre ist, thermische Kontraktion des Mantels Lithosphäre macht es dichter als die Asthenosphäre., Die Gravitationsinstabilität der ozeanischen Lithosphäre hat den Effekt, dass in Subduktionszonen die ozeanische Lithosphäre ausnahmslos unter die übergeordnete Lithosphäre sinkt, die ozeanisch oder kontinental sein kann. An den mittelozeanischen Graten wird ständig eine neue ozeanische Lithosphäre erzeugt und in Subduktionszonen in den Mantel zurückgeführt. Infolgedessen ist die ozeanische Lithosphäre viel jünger als die kontinentale Lithosphäre: Die älteste ozeanische Lithosphäre ist etwa 170 Millionen Jahre alt, während Teile der kontinentalen Lithosphäre Milliarden Jahre alt sind.,
Subduzierte Lithosphäre
Geophysikalische Studien im frühen 21st Jahrhundert setzen voraus, dass große Stücke der Lithosphäre in den Mantel so tief wie 2900 km in der Nähe der Kern-Mantel-Grenze subduziert wurden, während andere im oberen Mantel „schweben“. Wieder andere bleiben bis zu 400 km in den Mantel stecken, bleiben aber an der Kontinentalplatte oben „befestigt“, ähnlich dem Ausmaß der von Jordanien 1988 vorgeschlagenen „Tektosphäre“. Die subduktive Lithosphäre bleibt starr (wie tiefe Erdbeben entlang der Wadati–Benioff-Zone zeigen) bis zu einer Tiefe von etwa 600 km (370 mi).,
Kontinentale Lithosphäre
Die kontinentale Lithosphäre hat eine Dicke von etwa 40 km bis vielleicht 280 km; Die obere ~30 bis ~50 km typische kontinentale Lithosphäre ist Kruste. Die Kruste unterscheidet sich vom oberen Mantel durch die Veränderung der chemischen Zusammensetzung, die bei der Moho-Diskontinuität stattfindet. Die ältesten Teile der kontinentalen Lithosphäre liegen den Kratons zugrunde, und die Mantellithosphäre dort ist dicker und weniger dicht als gewöhnlich; Die relativ geringe Dichte solcher Mantelwurzeln hilft, diese Regionen zu stabilisieren.,
Aufgrund seiner relativ geringen Dichte kann die kontinentale Lithosphäre, die in einer Subduktionszone ankommt, nicht viel weiter als etwa 100 km (62 mi) subduzieren, bevor sie wieder auftaucht. Infolgedessen wird die kontinentale Lithosphäre in Subduktionszonen nicht so recycelt, wie die ozeanische Lithosphäre recycelt wird. Stattdessen ist die kontinentale Lithosphäre ein fast permanentes Merkmal der Erde.