Convección do manto

A finais do século XX, houbo un debate importante dentro da comunidade xeofísica sobre si era probable que a convección fose «en capas» ou «completa».^[9][10] Aínda que os elementos deste debate aínda continúan, os resultados da tomografía sísmica, as simulacións numéricas da convección do manto e o exame do campo gravitatorio da Terra están a suxerir a existencia da convección "completa" do manto, polo menos na actualidade. Neste modelo, frío, a subducente litosfera oceánica descende toda desde a superficie até o límite entre o núcleo e o manto (core–mantle boundary, CMB) e as quentes plumas elévanse desde o CMB até a superficie.^[11] Esta imaxe baséase en grande medida nos resultados do modelos de tomografía sísmica globais, que adoitan mostrar anomalías de laxas e plumas que cruzan a zona de transición do manto.^[12]

Aínda que agora está ben aceptado que as laxas de subducción cruzan a zona de transición do manto e descenden até o manto inferior, o debate sobre a existencia e continuidade das plumas persiste, con importantes implicacións para o estilo de convección do manto. Este debate está vinculado á controversia acerca de si o vulcanismo intraplaca é causado por procesos superficiais do manto superior ou por plumas do manto inferior.^[6] Moitos estudos de xeoquímica argumentaron que as lavas que irromperon nas áreas intraplaca son diferentes en composición das derivadas superficiais de basaltos de dorsais oceánicas (mid-ocean ridge basalts, MORB). Especificamente, tipicamente teñen elevadas proporcións de ³He /⁴He. Ao ser un nucleido primordial, o ³He non se produce naturalmente na terra. Tamén se escapa rapidamente da atmosfera terrestre cando entra en erupción. A elevada relación ³He /⁴He de basaltos de illas oceánicas (Ocean Island Basalts, OIB) suxire que deben de proceder dunha parte da terra que non sexa previamente fundida e reprocesada da mesma maneira que o foi a fonte MORB. Isto interpretouse como dunha orixe nunha rexión diferente, menos ben mesturada, que se suxire como o manto inferior. Outros, con todo, sinalaron que as diferenzas xeoquímicas poderían indicar a inclusión dun pequeno compoñente de material próximo á superficie da litosfera.

Na Terra, o número de Rayleigh para convección dentro do manto da Terra estímase da orde 10⁷, o que indica unha convección vigorosa. Este valor corresponde á convección do manto completo (é dicir, a convección que se estende desde a superficie da Terra até o bordo co núcleo). Nunha escala global, a expresión superficial desta convección son os movementos das placas tectónicas e, polo tanto, ten velocidades duns poucos cm/ano.^[13][14][15] As velocidades poden ser máis rápidas para a convección a pequena escala que se produce en rexións de baixa viscosidade debaixo da litosfera, e máis lentas no manto inferior onde as viscosidades son máis grandes. Un ciclo de convección superficial simple toma da orde de 50 millóns de anos, aínda que a convección máis profunda pode estar máis preto de 200 millóns de anos.^[16]

Na actualidade, crese que a convección de manto completo inclúe o declive a grande escala debaixo das Américas e do Pacífico occidental, ambas as rexións cunha longa historia de subducción, e o fluxo de emerxencia debaixo do Pacífico central e África, que presentan unha topografía dinámica compatible co elevamiento.^[17] Este patrón de fluxo a grande escala tamén é consistente cos movementos das placas tectónicas, que son a expresión superficial da convección no manto da Terra e actualmente indican unha converxencia de grao-2 cara ao Pacífico occidental e as Américas, e a diverxencia afástase do Pacífico central e de África.^[18] A persistencia da diverxencia tectónica neta fóra de África e do Pacífico durante os últimos 250 millóns de anos indica a estabilidade a longo prazo deste patrón xeral de fluxo do manto,^[18] e é consistente con outros estudos^[19][20][21] que suxiren unha estabilidade a longo prazo das rexións LLSVP do manto inferior que forman a base destes xurdimentos.

Dado que o manto está composto principalmente de olivino ${\displaystyle {\ce {((Mg,Fe)2SiO4)}}}$ , as características reolóxicas do manto son en gran parte as deste mineral. Ademais, debido ás temperaturas e presións variables entre o manto inferior e superior, pódense producir unha variedade de procesos de fluencia, dominando a dislocación no manto inferior e a fluencia difusional dominando ocasionalmente no manto superior. Emporiso, hai unha grande rexión de transición nos procesos de fluencia entre o manto superior e inferior e incluso dentro de cada sección, as propiedades da fluencia poden cambiar fortemente coa localización e, polo tanto, coa temperatura e a presión. Nas rexións de fluencia da lei de potencia, a ecuación de fluencia axustada aos datos con n = 3–4 é estándar.^[22]

Un proceso similar de convección lenta probablemente ocorra (ou ocorreu) no interior doutros planetas (por exemplo, Venus, Marte) e algúns satélites (por exemplo, Europa, Encélado).

Outros artigos

• Banance da calor interna da Terra
• Expansión do fondo oceánico