지구역학

Geodynamics
측지
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기초
개념
테크놀로지
표준(이력)
NGVD 29해수면 데이텀 1929
OSGB361936년 영국 무기조사국
SK-42시스템아 쿠르디나트 1942 고다
ED50유럽 데이텀 1950
SAD69남미 데이텀 1969
GRS 801980년 측지 참조 시스템
ISO 6709지리적 점 좌표. 1983년
NAD 83북미 데이텀 1983
WGS 84세계 측지 시스템 1984
NAVD 88N. American Vertical Datum 1988
ETRS89유럽 지상파 참고 자료1989년 시스템
GCJ-02중국어 난독화 데이터 2002
지리 URI포인트 2010에 대한 인터넷 링크

지구역학은 지구의 역학을 다루는 지구물리학의 하위 분야이다.그것은 맨틀 대류가 어떻게 판 구조학과 해저 확산, 산간 건물, 화산, 지진, 단층과 같은 지질 현상으로 이어지는지에 대한 이해에 물리, 화학, 수학을 적용한다.또한 자기장, 중력, 지진파, 암석의 광물학 및 동위원소 조성 등을 측정하여 내부 활동을 조사하려고 시도합니다.지구역학의 방법들은 다른 [1]행성들의 탐험에도 적용된다.

개요

지구역학은 일반적으로 지구 전체에 걸쳐 물질을 움직이는 과정과 관련이 있다.지구의 내부에서는 암석이 녹거나 변형되어 응력장에 [2]반응하여 흐를 때 움직임이 일어난다.이러한 변형은 응력의 크기와 재료의 물리적 특성, 특히 응력 완화 시간 척도에 따라 부서지기 쉬우거나 탄성 또는 플라스틱일 수 있습니다.암석은 구조적으로나 구성적으로 이질적이며 가변 응력을 받기 때문에 가까운 공간적,[3] 시간적 근접에서 다양한 유형의 변형을 흔히 볼 수 있다.지질학적 타임스케일과 길이를 다룰 때, 평균 [4]응력에 대한 평균 반응을 고려하기 위해 연속 매체 근사치와 평형 응력 필드를 사용하는 것이 편리하다.

지구역학 전문가들은 일반적으로 지구 암석권, 맨틀, 핵의 진화를 연구하기 위해 수치 모형과 함께 측지 GPS, InSAR, 그리고 지진학의 데이터를 사용한다.

지질역학자가 수행하는 작업에는 다음이 포함될 수 있습니다.

암석의 변형

이 기사는 지질학의 변형에 관한 것이다.보다 엄격한 시술은 변형(메트릭)을 참조하십시오.

암석 및 기타 지질 재료는 재료의 특성과 응력장의 크기에 따라 탄성, 플라스틱, 부서지기 쉬운 세 가지 모드에 따라 응력을 경험합니다.응력은 암석의 각 부분에 가해지는 단위 면적당 평균 힘으로 정의된다.압력은 고체의 부피를 바꾸는 응력의 일부입니다. 전단 응력은 모양을 바꿉니다.시어가 없다면 유체는 유체정역학적 평형 상태에 있는 것이다.오랜 기간 동안, 암석은 압력에 의해 쉽게 변형되기 때문에, 지구는 적절한 근사치로 유체 정역학적 평형 상태에 있습니다.바위에 가해지는 압력은 위에 있는 바위의 무게에 의해서만 결정되며, 이것은 중력과 바위의 밀도에 의해서 결정된다.달과 같은 물체에서는 밀도가 거의 일정하기 때문에 압력 프로파일이 쉽게 계산됩니다.지구에서는 암석의 깊이가 큰 압축이 중요하기 때문에 [5]균일한 구성이라도 암석의 밀도 변화를 계산하기 위해서는 상태 방정식이 필요하다.

탄성

탄성 변형은 항상 가역적입니다. 즉, 탄성 변형과 관련된 응력장이 제거되면 재료가 이전 상태로 돌아갑니다.재료는 재료 구성요소(예: 원자 또는 결정)의 축을 따라 상대적인 배열이 변하지 않을 때만 탄성적으로 작용한다.즉, 응력의 크기가 재료의 항복 강도를 초과할 수 없으며 응력의 시간 척도가 재료의 완화 시간에 근접할 수 없습니다.응력이 재료의 항복 강도를 초과하면 결합이 끊어지기 시작하고(그리고 변형됨) 연성 또는 메짐성 [6]변형이 발생할 수 있습니다.

연성

연성 또는 소성 변형은 시스템의 온도가 충분히 높아 재료 미세 상태의 상당 부분(그림 1)이 결합되지 않을 때 발생합니다. 즉, 화학적 결합의 상당 부분이 깨지고 재형성되는 과정에 있음을 의미합니다.연성 변형 동안, 원자 재배열의 이 과정은 [6]축적할 수 있는 것보다 더 빨리 응력과 응력을 평형을 향해 재분배합니다.예를 들어 화산섬이나 퇴적분지의 암석권 굽힘과 해구 [5]굽힘 등이 있다.연성 변형은 화학 결합에 의존하는 확산 및 이류 등의 수송 과정이 파괴되고 변형된 변형률이 축적되는 만큼 빠르게 재분배될 때 발생합니다.

부서지기 쉽다

변형률이 이러한 완화 프로세스가 변형률을 재배포할 수 있는 속도보다 빠르게 국부화되면 메짐성 변형이 발생합니다.메짐성 변형을 위한 메커니즘은 특히 변형률이 높은 영역에서 변형률에 의해 생성된 결함의 축적 또는 전파와 이러한 변형률 및 파단을 따른 변형률의 국소화 사이에 양의 피드백을 포함한다.즉, 골절은 아무리 작더라도 가장자리에 응력이 집중되어 [6]골절이 연장되는 경향이 있습니다.

일반적으로 변형 모드는 응력량뿐만 아니라 변형 및 변형 관련 특징의 분포에 의해 제어된다.어떤 변형 모드가 최종적으로 발생하든 파괴 전파와 같이 변형률을 국소화하는 경향이 있는 프로세스와 변형률을 국소화하는 경향이 있는 어닐링과 같은 완화 프로세스 간의 경쟁의 결과입니다.

변형 구조

구조 지질학자들은 암석의 관찰, 특히 시간에 따라 암석에 영향을 준 응력장을 재구성하기 위한 변형 모드와 기하학을 사용하여 변형 결과를 연구합니다.구조 지질학은 지구의 움직임에 대한 가장 직접적인 데이터 소스를 제공하기 때문에 지구 역학의 중요한 보완물이다.변형 모드가 다르면 암석의 부서지기 쉬운 균열이나 연성 접힘과 같은 지질 구조가 구별된다.

열역학

항복 강도나 점도와 같은 변형률 및 형태를 제어하는 암석의 물리적 특성은 암석의 열역학 상태와 조성에 따라 달라집니다.이 경우 가장 중요한 열역학 변수는 온도와 압력입니다.이 두 가지 모두 깊이에 따라 증가하기 때문에 제1의 근사치까지 변형모드를 깊이의 관점에서 이해할 수 있다.상부 암석권 내에서는 저압 하에서는 상대적으로 메짐 강도가 낮은 반면 낮은 온도는 연성 흐름의 가능성을 낮추기 때문에 메짐성 변형이 일반적입니다.메짐성-연성 전이대 이후에는 연성 변형이 [2]우세해진다.탄성 변형은 응력의 시간 척도가 재료의 완화 시간보다 짧을 때 발생합니다.지진파는 이러한 유형의 변형에 대한 일반적인 예입니다.암석을 녹일 정도로 높은 온도에서는 연성 전단 강도가 0에 가까워지기 때문에 전단 모드 탄성 변형(S-Wave)이 [7]용융을 통해 전파되지 않습니다.

폭력

지구에서 스트레스를 받는 주된 원동력은 방사성 동위원소 붕괴, 마찰, 그리고 잔류열로부터 [8][9]온 열에너지에 의해 제공됩니다.지표면에서의 냉각과 지구 내에서의 열 생성은 열핵에서 비교적 차가운 [10]암석권으로 준안정적인 열구배를 생성한다.이 열에너지는 열팽창에 의해 기계적 에너지로 변환됩니다.깊고 뜨거운 암석은 종종 위에 있는 암석에 비해 더 높은 열팽창과 더 낮은 밀도를 가집니다.반대로 표면에서 냉각된 바위는 그 아래의 바위에 비해 부력이 약해질 수 있다.결국 이는 Rayleigh-Taylor 불안정성([2][11]그림 2) 또는 부력 대비의 다른 측면에 있는 암석의 상호 침투로 이어질 수 있습니다.

그림 2는 Shan-Chen 모델을 사용한 2D의 Rayleigh-Taylor 불안정성을 보여줍니다.빨간색 유체는 처음에는 파란색 유체 위에 있는 층에 위치하며 파란색 유체보다 부력이 약합니다.잠시 후 레일리-테일러 불안정성이 발생하고 빨간색 유체가 파란색 유체를 투과합니다.

해양 플레이트의 음의 열 부력은 침강과 판 [12]구조론의 주요 원인이고, 양의 열 부력은 맨틀 플룸으로 이어질 수 있으며, 이는 화산 내 [13]활동을 설명할 수 있습니다.지구 전체의 부력 대류에 대한 열 생성 대 열 손실의 상대적 중요성은 여전히 불확실하며, 부력 대류의 세부 사항을 이해하는 것이 지구 [2]역학의 핵심이다.

방법들

지구역학은 많은 다른 유형의 지질학 연구의 관찰을 지구의 역학에 대한 넓은 그림으로 결합하는 넓은 분야이다.지구 표면에 가까운 데이터에는 현장 관측, 측지학, 방사선 측정 연대 측정, 암석학, 광물학, 시추 시추 시추 시추 및 원격 감지 기술이 포함됩니다.그러나 수 킬로미터 깊이를 넘어서면 이러한 종류의 관측은 대부분 실용적이지 않게 된다.맨틀과 코어의 지질역학을 연구하는 지질학자들은 원격 감지, 특히 지진학에 전적으로 의존해야 하며, 고압 고온 실험에서 지구에서 발견된 조건을 실험적으로 재현해야 한다.

수치 모델링

지질 시스템의 복잡성 때문에, 컴퓨터 모델링은 이러한 출처의 데이터를 사용하여 지구역학에 대한 이론적 예측을 테스트하는 데 사용됩니다.

지구역학적 수치 [14]모델링에는 크게 두 가지 방법이 있습니다.

  1. 특정 관찰 결과를 재현하기 위한 모델링:이 접근방식은 특정 시스템의 특정 상태를 일으키는 원인에 대한 해답을 찾는 것을 목적으로 합니다.
  2. 기본적인 유체 역학을 생성하기 위한 모델링:이 접근방식은 특정 시스템이 일반적으로 어떻게 작동하는지 답하는 것을 목적으로 합니다.

기본 유체 역학 모델링은 주어진 부력 분포로 인해 시스템의 순간 흐름을 재현하는 것을 목표로 하는 순간 연구와 시간에 따라 주어진 초기 조건의 가능한 진화 또는 주어진 sy의 통계적 (준) 정상 상태를 재현하는 것을 목표로 하는 시간 의존 연구로 세분될 수 있다.줄기.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Ismail-Zadeh & Tackley 2010
  2. ^ a b c d 투르코트, D.L., G.슈베르트(2014)."지질역학"
  3. ^ 윈터스, J. D. (2001)"변성 암석학 입문"
  4. ^ 뉴먼, W.I. (2012년)"지구과학의 연속 기계학"
  5. ^ a b Turcotte & Schubert 2002
  6. ^ a b c 카라토 순이치로(2008년)."토류 재료의 변형:'고체 지구의 유동학 입문"
  7. ^ 풀, U.H., J. D. F. 제럴드와 나.잭슨(2004년)."전단파 감쇠 및 용융성 올리빈 분산
  8. ^ 헤이거, B. H.와 R. W. 클레이튼(1989)"지진 관측, 흐름 모델 및 지오이드를 이용한 맨틀 대류 구조에 대한 제약"천체물리학과 지구물리학의 유체역학 4.
  9. ^ 스타인, C. (1995년)"지구의 열 흐름"
  10. ^ 지원스키, A.M., D.L. 앤더슨(1981년)."예비 기준 지구 모델"지구와 행성의 물리 내부 25(4): 297-356.
  11. ^ 리브, N.M. (1998년)"혼합성 점성 유체의 레일리-테일러 불안정성에서의 분출 및 평면형 선택"Fluid Mechanics 저널 377: 27-45.
  12. ^ 콘래드, C.P., C.Lithgow-Bertelloni (2004년)."플레이트 구동력의 시간적 진화:신생대 동안 "슬랩 흡입"과 "슬랩 당김"의 중요성." 지구물리학 연구 저널 109(B10) : 2156-2202.
  13. ^ Bourdon, B., N. M. Ribe, A.Stracke, A. E. Saal 및 S. P. Turner(2006)."우라늄 계열 지구화학에서 맨틀 플룸의 역학을 관찰합니다."네이처 444(7): 713-716.
  14. ^ Tackley, Paul J.; Xie, Shunxing; Nakagawa, Takashi; Hernlund, John W. (2005), "Numerical and laboratory studies of mantle convection: Philosophy, accomplishments, and thermochemical structure and evolution", Earth's Deep Mantle: Structure, Composition, and Evolution, American Geophysical Union, vol. 160, pp. 83–99, Bibcode:2005GMS...160...83T, doi:10.1029/160gm07, ISBN 9780875904252
참고 문헌

외부 링크