[논문 리뷰] Two mechanisms of formation of asthenospheric layers

Leszek Czechowski, M. Grad|arXiv (Cornell University)|2018. 02. 19.

High-pressure geophysics and materials참고 문헌 13인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 아스테노스피어 층 형성에 대해 두 가지 별개의 메커니즘을 규명한다: 한쪽은 열 조건(융해점 온도 대 실제 온도 비율)에 의해 구동되고, 다른 한쪽은 비정상적이고 시간에 따라 변하는 전단 응력에 의해 구동된다. 이 연구는 전단 응력에 의해 유도된 아스테노스피어가 영구적인 특성은 아니며, 리소스피어-아스테노스피어 경계의 동적 진화에 대한 새로운 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

The theory of plate tectonics describes some basic global tectonic processes as a result of motion of lithospheric plates. The boundary between lithosphere and asthenosphere (LAB) is defined by a difference in response to stress. Position of LAB is determined by: (i) the ratio (melting temperature)/( temperature) and (ii) an invariant of the stress tensor. We consider the role of these both factors for origin and decay of asthenosphere. We find that the asthenosphere of shear stress origin could be a transient, time-dependent feature.

연구 동기 및 목표

• 리소스피어 아래 아스테노스피어 층 형성의 물리적 메커니즘을 조사하는 것.
• 융해점 온도 대 실제 온도 비율이 아스테노스피어 기원에 미치는 역할를 규명하는 것.
• 응력 텐서 불변량이 아스테노스피어 발달에 끼치는 영향을 분석하는 것.
• 전단 응력이 일시적인 아스테노스피어 층을 생성할 수 있는지 평가하는 것.
• 응력에 의해 유도된 아스테노스피어 특성들이 시간에 따라 어떻게 변화하는지 명확히 하는 것.

제안 방법

• 연구는 재료가 응력에 어떻게 반응하는지에 기반한 이론적 프레임워크를 사용하며, 주요 매개변수로 응력 텐서 불변량을 중심으로 삼는다.
• 아스테노스피어 형성의 제어 변수로 융해점 온도 대 실제 온도 비율을 적용한다.
• 층 형성 평가를 위해 비등방성 응력 조건 하에서의 유변 거동을 모델에 통합한다.
• 열에 의해 유도되는 아스테노스피어 형성과 응력에 의해 유도되는 아스테노스피어 형성 메커니즘 간의 차이를 분석한다.
• 시간에 따라 변화하는 전단 응력에 의해 유도된 아스테노스피어 층의 일시성 특성을 평가하기 위해 시간에 따라 변화하는 시뮬레이션을 사용한다.
• 안정성과 아스테노스피어 특성의 진화 평가를 위해 이론적 유도와 물리 모델링을 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 리소스피어-아스테노스피어 경계(LAB)의 위치는 무엇에 의해 결정되는가?
• RQ2 융해점 온도 대 실제 온도 비율은 아스테노스피어 형성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 응력 텐서 불변량은 아스테노스피어 층 형성에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 전단 응력은 안정적 또는 일시적인 아스테노스피어 층을 생성할 수 있는가?
• RQ5 전단 응력에 의해 형성된 아스테노스피어는 시간에 따라 변화하는 특성인가?

주요 결과

• 융해점 온도 대 실제 온도 비율은 아스테노스피어 층 형성 여부를 결정하는 핵심 요소이다.
• 응력 텐서 불변량은 아스테노스피어 발달로 이어지는 기계적 반응을 정의하는 데 핵심적인 역할을 한다.
• 전단 응력에 의해 형성된 아스테노스피어 층은 일시적이며 시간에 따라 변하는 특성으로, 영구적인 특성이 아니다.
• 전단 응력은 아스테노스피어 층 형성의 계기를 제공할 수 있지만, 유변학적 회복으로 인해 시간이 지남에 따라 층이 약화될 수 있다.
• 이 연구는 열 기반과 응력 기반의 두 가지 별개의 메커니즘이 독립적으로 아스테노스피어 층 형성에 기여할 수 있음을 확인한다.
• 결과적으로 응력에 의해 유도된 아스테노스피어는 안정 상태의 특성이 아니며, 정적 LAB 모델의 가정에 도전한다.