[论文解读] Two mechanisms of formation of asthenospheric layers

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

High-pressure geophysics and materials参考文献 13被引用 3

一句话总结

本文識別出地幔軟流圈層形成的兩種不同機制：一種由熱力條件驅動（熔點與溫度之比），另一種由剪切應力驅動，後者具有暫時性且時間依賴性。研究顯示，由剪切應力引起的軟流圈並非永久特徵，為岩石圈-軟流圈邊界動態演化的理解提供了新見解。

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.

研究动机与目标

• 探討岩石圈下方地幔軟流圈層形成的物理機制。
• 確定熔點與溫度之比在軟流圈起源中的作用。
• 分析應力張量不變量對軟流圈發展的影響。
• 評估剪切應力是否能產生暫時性軟流圈層。
• 明確應力誘導軟流圈特徵的時間依賴性。

提出的方法

• 本研究基於材料對應力響應的理論框架，聚焦應力張量不變量作為關鍵參數。
• 將熔點與實際溫度之比作為軟流圈形成的控制變數。
• 模型納入差異應力條件下的流變行為，以評估層狀結構的發展。
• 分析區分熱力驅動與應力驅動的軟流圈形成機制。
• 使用時間依賴模擬評估剪切應力誘導軟流圈層的暫時性。
• 結合理論推導與物理建模，評估軟流圈特徵的穩定性與演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 什麼決定了岩石圈-軟流圈邊界（LAB）的位置？
• RQ2 熔點與實際溫度之比如何影響軟流圈的形成？
• RQ3 應力張量不變量在多大程度上主導軟流圈層的發展？
• RQ4 剪切應力能否產生穩定或暫時性軟流圈層？
• RQ5 由剪切應力形成的軟流圈是否為時間依賴特徵？

主要发现

• 熔點與實際溫度之比是決定軟流圈層形成的關鍵因素。
• 應力張量不變量在定義導致軟流圈發展的機械響應中發揮關鍵作用。
• 由剪切應力形成的軟流圈層具有暫時性與時間依賴性，非永久特徵。
• 剪切應力可觸發軟流圈層狀結構的形成，但此類層狀結構可能因流變弛豫而隨時間衰減。
• 研究確認存在兩種獨立機制——熱力驅動與應力驅動——可分別導致軟流圈層的形成。
• 結果表明，應力誘導的軟流圈並非穩態特徵，挑戰了靜態LAB模型的假設。