상부 맨틀(지구)

Upper mantle (Earth)

지구의 상부 맨틀은 행성 내부의 매우 두꺼운 암석 층으로, 지각 바로 아래에서 시작하여 670km에서 하부 맨틀의 꼭대기에서 끝난다.온도는 지각과의 상부 경계에서 약 200°C(392°F)부터 하부 맨틀과의 경계에서 약 900°C(1,650°F)까지 다양하다.표면에 떠오른 상부 맨틀 재료는 깊이에 따라 올리빈 약 55%, 피록센 약 35%, 산화칼슘 및 사장석, 스피넬, 가넷 등의 산화알루미늄 광물 5~10%를 함유하고 있다.

지진 구조

1 = 대륙 지각, 2 = 해양 지각, 3 = 상부 맨틀, 4 = 하부 맨틀, 5+6 = 코어, A = 지각-지각 경계(모호로비치치 불연속)

지구를 통과하는 밀도 프로파일은 지진파의 속도에 의해 결정된다.밀도는 각 층에서 점차적으로 증가하는데, 주로 암석의 깊이가 증가했기 때문입니다.재료 구성이 변경되는 [1]곳에서 밀도의 급격한 변화가 발생합니다.

상부 맨틀은 지각 바로 아래에서 시작해서 하부 맨틀의 꼭대기에서 끝난다.상부 맨틀은 지각판을 움직이게 한다.

지각과 맨틀은 성분으로 구분되는 반면, 암석권과 암석권은 기계적 성질의 [2]변화로 정의된다.

맨틀의 꼭대기는 1909년 안드리야 모호로비치치가 처음 지적한 지진파의 급격한 속도로 정의된다. 이 경계는 현재 모호로비치 불연속부 또는 "모호"[3]라고 불린다.

Moho는 지각의 밑부분을 정의하며 지구 표면에서 10km(6.2mi)에서 70km(43m)까지 다양하다.해양 지각은 대륙 지각보다 얇고 일반적으로 두께가 10km 미만입니다.대륙 지각의 두께는 약 35km(22mi)이지만, 티베트 고원 아래의 큰 지각 뿌리는 약 70km([4]43mi) 두께입니다.

상부 맨틀의 두께는 약 640 km(400 mi)입니다.전체 맨틀의 두께는 약 2,900km(1,800mi)로, 상부 맨틀의 두께는 전체 맨틀 [4]두께의 약 20%에 불과합니다.

지진 파도의 경로를 보여주는 지구의 단면입니다.다른 깊이에서 발견되는 다른 종류의 암석들이 파도의 속도를 변화시키기 때문에 경로가 구부러집니다.S파는 코어를 통과하지 않는다.

상부 맨틀과 하부 맨틀의 경계는 670km(420mi)의 [2]불연속이다.얕은 깊이의 지진은 타격-슬립 단층에서 발생하지만, 약 50km(31mi) 이하에서는 고온 고압 조건이 추가 지진 발생을 억제한다.맨틀은 점성이어서 단층성이 없다.그러나 섭입대에서는 지진이 670km(420mi)[1]까지 관측된다.

레만 불연속

레만 불연속성은 깊이 220km(140mi)[5]에서 P-파 및 S-파 속도가 갑자기 증가하는 것이다(오른쪽 이미지에 표시된 지구 내부 코어 및 외부 코어 사이의 "레만 불연속성"과는 다른 "레만 불연속성"이다).

전이 영역

전이 구역은 상부 맨틀과 하부 맨틀 사이에 410km(250mi)와 670km(420mi)의 깊이에 위치한다.

이것은 올리빈에서 알갱이가 재배열되어 [6]깊이가 증가함에 따라 압력이 증가하여 밀도가 높은 결정 구조를 형성한 결과로 생각됩니다.수심 670km(420mi) 이하에서는 압력 변화로 인해 링우드의 광물이 브릿지마나이트와 페리클라아제라는 두 가지 새로운 밀도가 높은 상으로 변화합니다.이는 상변화가 온도와 밀도에 따라 달라지고 깊이에 [6]따라 달라지기 때문에 경계에서 변환, 반사 또는 굴절되고 광물물리학에서 예측되는 지진의 체파를 이용해 볼 수 있다.

410km 불연속

410km(250mi)의 모든 지진 데이터에서 단일 피크가 확인되며, 이는 α-에서 β-MgSiO24(올리빈에서 와들라이이트로)로의 단일 천이로 예측된다.Clapeyron 경사면으로부터 이러한 불연속성은 서브덕터 슬래브와 같은 추운 영역에서는 더 얕아지고 맨틀 [6]플룸과 같은 따뜻한 영역에서는 더 깊어질 것으로 예상된다.

670km 불연속

이것은 가장 복잡한 불연속성이며 상부 맨틀과 하부 맨틀의 경계를 나타냅니다.특정 영역에서만 PP 전구체(불연속성을 한 번 반사하는 파동)에 나타나지만 SS [6]전구체에서는 항상 나타난다.이는 광범위한 깊이(640-720km, 397-447mi)에 걸친 P-S 변환에 대한 수신기 기능에서 단일 및 이중 반사로 간주된다.클라페이론 경사면에서는 추운 지역에서는 더 깊은 불연속성을 보이고 더운 지역에서는 [6]더 낮은 불연속성을 예측합니다.이러한 불연속성은 일반적으로 링우다이트에서 브릿지마나이트 및 [7]페리클라아제로의 이행과 관련이 있다.이것은 열역학적으로 흡열 반응이며 점도를 증가시킨다.두 가지 특성 모두 이 위상 전이가 지구역학적 [8]모델에서 중요한 역할을 하도록 합니다.

기타 단종

520km(320mi)에서 파이로라이트 [9]맨틀의 올리빈(β에서 γ)과 가넷의 전이가 예측되는 또 다른 주요 위상 전이가 있다.이것은 지진 데이터에서만 [10]산발적으로 관측되고 있습니다.

다른 비글로벌 위상 전이는 다양한 [6][11]깊이에서 제안되어 왔습니다.

온도 및 압력

온도는 지각과의 상부 경계에서 약 200°C(392°F)에서 코어-망틀 [12]경계에서 약 4,000°C(7,230°F)까지 다양하다.상부 맨틀의 최고 온도는 900°C(1,650°F)[13]입니다.비록 높은 온도가 표면에서 맨틀 암석의 녹는점을 훨씬 초과하지만, 맨틀은 거의 전적으로 [14]고체입니다.

맨틀에 가해지는 엄청난 암석 정압은 용해 시작 시 온도(솔리더스)가 [15]압력에 따라 증가하기 때문에 녹는 것을 방지합니다.아래 재료는 위 재료의 무게를 지탱해야 하므로 깊이가 커질수록 압력이 증가합니다.전체 맨틀은 오랜 시간 동안 유체처럼 변형되어 영구적인 소성 변형과 함께 생각됩니다.

상부 맨틀의 최고 압력은 맨틀의 바닥인 136GPa(1340,000atm)[12][16]에 비해 24.0GPa(237,000atm)[13]이다.

상부 맨틀의 점도에 대한 추정치는 깊이,[17] 온도, 조성, 응력 상태 및 기타 여러 요인에 따라 10Pa24·s에서 10Pa·s 사이이다19.상부 맨틀은 매우 느리게 흐를 수 있다.그러나 맨틀의 맨틀 상부에 큰 힘이 가해지면 맨틀은 약해질 수 있으며, 이 효과는 지각판의 경계를 형성하는데 중요한 것으로 생각된다.

더 깊은 곳에서 점도가 커지는 경향이 있지만, 이 관계는 선형과는 거리가 멀고 특히 상부 맨틀과 [17]코어와의 경계에서 점도가 급격히 떨어지는 층을 보여준다.

움직임.

지구 표면과 외핵 사이의 온도 차이와 수백만 년 동안 천천히, 서서히, 점착성 같은 변형을 겪는 고압과 온도에서의 결정성 암석의 능력 때문에, [3]맨틀에는 대류 물질 순환이 있다.

뜨거운 물질은 위로 올라오는 반면, 차가운 물질(및 무거운 물질)은 아래로 내려갑니다.물질의 하향 운동은 섭입대라고 불리는 수렴판 경계에서 일어납니다.플룸 위에 있는 지표면의 위치는 (아래에 있는 뜨겁고 밀도가 낮은 플룸의 부력 때문에) 높은 고도를 가지고 있고 핫 스팟 화산 활동을 보일 것으로 예상됩니다.

광물 조성

지진 데이터는 맨틀의 구성을 결정하기에 충분하지 않다.지표면에 노출된 암석 및 기타 증거에 따르면 상부 맨틀은 감람석과 피록센 광물로 약 3.33g/cm3(0.120lb/cuin)[1]의 밀도를 가진다.

표면에 나온 상부 맨틀 재료는 올리빈 약 55%, 피록센 약 35%, 산화칼슘 및 [1]산화알루미늄 약 5~10%로 구성된다.상부 맨틀은 주로 올리브, 크리니피록센, 오르토피록센, 알루미늄 [1]상의 다양한 비율로 구성되어 있는 주변암이다.알루미늄 위상은 맨 위 맨틀의 사장상, 스피넬상, 그리고 약 100km(62mi)[1] 아래의 가넷상입니다.상부 맨틀을 통해 점차적으로 피록센은 덜 안정되어 메이저라이트 가넷으로 변한다.

감람석과 피록센에 대한 실험은 이러한 광물들이 압력이 더 깊어짐에 따라 구조를 변화시킨다는 것을 보여주는데, 이것은 밀도 곡선이 완벽하게 매끄럽지 않은 이유를 설명해준다.고밀도 광물 구조로 전환되면 지진 속도가 급격히 상승하여 중단이 [1]발생합니다.

전이 영역의 꼭대기에서 올리빈은 와슬라이트와 링우드로의 등화학적 상전이를 거친다.명목상 무수 감람과는 달리, 이러한 고압 감람 다형물은 결정 구조에 물을 저장하는 용량이 크다.이 때문에 전이대가 많은 양의 [18]물을 수용할 수 있다는 가설이 제기되었습니다.

지구 내부에서는 감람석이 410km(250mi) 미만의 맨틀 상부에서 발생하며 링우드라이트는 약 520~670km(320~420mi) 깊이의 전이대 내에서 추정된다.약 410km(250mi), 520km(320mi), 670km(420mi) 깊이에서 지진 활동이 중단되는 것은 올리빈과 그 다형질을 포함한 위상 변화에 기인한다.

전이 구역의 바닥에서 링우드라이트는 브릿지마나이트(이전의 마그네슘 규산염 페로브스카이트)와 페로페리클라아제(페로페리클라아제)로 분해됩니다.또한 Garnet은 전이 구역의 밑부분 또는 약간 아래에 불안정해집니다.

킴벌라이트는 지구 내부에서 폭발하며 때때로 암석 파편을 운반한다.이 석기 조각들 중 일부는 지각 아래의 높은 압력에서만 나올 수 있는 다이아몬드이다.이것과 함께 오는 암석은 초정질 결절과 주변암이다.[1]

화학 조성

그 구성은 크러스트와 매우 비슷해 보인다.한 가지 차이점은 맨틀의 암석과 광물들은 지각보다 더 많은 마그네슘을 가지고 있고 실리콘과 알루미늄은 적은 경향이 있다는 것이다.맨틀 상부에서 가장 풍부한 원소 4개는 산소, 마그네슘, 실리콘, 그리고 철입니다.

지구 상부 맨틀 조성(MORB [19][20]감소)
컴파운드 질량 백분율
SiO2 44.71
MgO 38.73
FeO 8.18
알로23 3.98
카오 3.17
Cr2O3 0.57
NiO 0.24
MnO 0.13
Na2O 0.13
TiO2 0.13
P2O5 0.019
K2O 0.006

탐색

치큐 시추선

맨틀의 탐사는 일반적으로 육지가 아닌 해저에서 이루어지는데, 이는 대륙 지각이 상당히 두꺼운 것에 비해 해양 지각이 상대적으로 얇기 때문이다.

프로젝트 모홀로 알려진 맨틀 탐사의 첫 번째 시도는 반복된 실패와 비용 초과로 1966년에 포기되었다.가장 깊은 침투는 약 180m(590ft)였습니다.2005년에 해양 시추선 JOIDES 결의에서 해저 아래 1,416m(4,646ft)에 도달한 해양 시추공.

2007년 3월 5일, RRS 제임스 쿡호에 탑승한 과학자 팀은 카보베르데 군도와 카리브해 사이의 중간 지점에서 맨틀이 지각 덮이지 않고 노출되어 있는 대서양 해저 지역으로 항해를 시작했다.노출된 장소는 해수면 아래 약 3킬로미터(1.9 mi)에 있으며 수천 평방 [21][22]킬로미터에 이른다.[23]

치큐 하켄호는 일본 선박 치큐호를 이용해 해저 7,000미터(23,000피트)까지 굴착을 시도했다.2012년 4월 27일, 치큐는 해저 7,740미터(25,390피트)까지 시추하여 심해 시추 세계 신기록을 세웠다.이 기록은 이후 미국 멕시코만 미시시피 캐니언필드의 티베르 전망에서 작동하던 불운한 Deepwater Horizon 이동식 연안 시추 장치에 의해 10,062m([24]33,011ft)의 수직 시추 총 길이에서 세계 기록을 달성한 것입니다.이전 기록은 1978년 마리아나 [25]해구에서 해발 7,049.5미터(23,130피트)까지 시추한 미국 글로마 챌린저호가 보유하고 있었다.2012년 9월 6일, 과학 심해 시추선 치큐는 북서 태평양의 일본 시모키타 반도 앞바다 해저 2,111미터(6,926피트)에서 암석 샘플을 채취하여 세계 신기록을 세웠다.

지구의 가장 위쪽 수백 km를 탐사하는 새로운 방법이 2005년에 제안되었는데,[26] 이것은 암석에서 생성된 음향 신호에 의해 위치와 진행이 추적되는 동안 지각과 맨틀을 통해 녹아내리는 작고, 밀도가 높고, 열을 발생시키는 탐사로 구성되어 있다.탐침은 지름 약 1m(3ft 3in)의 텅스텐 외부 구와 코발트-60 내부가 방사성 열원으로 작용합니다.이것은 해양성 모호에 [27]도달하는데 반년이 걸릴 것이다.

탐사는 또한 맨틀의 진화에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 도움을 받을 수 있다.2009년, 슈퍼컴퓨터 애플리케이션은 45억 년 전 [28]맨틀이 발달했을 때부터 광물, 특히 철의 동위원소의 분포에 대한 새로운 통찰력을 제공했다.

레퍼런스

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