Pesquisas
Arthur Holmes (1931) - Convecção no manto
Holmes defendeu que as quantidades de calor existentes no interior da Terra seriam suficientes para criar no manto correntes de convecção térmica, ou seja, a transferência de energia calorífica através de um fluido, as quais poderiam ser as grandes responsáveis pela ruptura, separação e posteriores deslocamentos laterais dos continentes.
O fluxo térmico ao longo das dorsais oceânicas excede 8 a 10 vezes o valor médio da totalidade dos oceanos. Em média, nas fossas o fluxo térmico é muito inferior àqueles valores. As zonas de dorsais correspondem a locais de ascensão das correntes de convecção e as fossas a locais de descida daquelas correntes.
Movimentos de convecção em laboratório semelhantes aos propostos por Holmes.
O Manto e a Convecção Mantélica
No other planet but Earth has active plate tectonics due to movement in her mantle, liquid water, a special atmosphere, etc. so that life can exist on it.Nenhum outro planeta a não ser a Terra tem placas tectónicas activas. Placas essas que se deslocam devido ao movimento da água, ao manto líquido, a uma atmosfera especial, etc., Sendo assim possível que haja vida. As all these phenomena are interlinked, understanding of eg mantle convection and plate tectonics is essential to our perception and understanding of the Earth. Como todos estes fenómenos estão interligados, a compreensão, por exemplo, da convecção do manto e das placas tectónicas é essencial para a nossa percepção e compreensão da Terra.
O manto
Estrutura:
O manto da Terra é um escudo esférico que se estende desde o núcleo da Terra até à crusta. Compreendido entre os 50 e os 2.890 km de profundidade, o manto representa 80% do volume da Terra.
It is subdivided into the upper mantle (from the crust to 670km depth) and the lower mantle (from 670km to 2890km depth at the core-mantle-boundary (CMB)). Subdivide-se em manto superior (da crosta até aos 670 km de profundidade) e em manto inferior (dos 670 km aos 2.890 km de profundidade). According to geochemical analysis of rocks that were erupted by volcanoes, the mantle mainly consists of magnesium silicates and contains magnesium and iron I a proportion of 9:1.
Segundo a análise geoquímica de rochas que ascenderam através de vulcões, o manto é constituído principalmente por silicatos de magnésio e contém magnésio e ferro numa proporção de 9:1.
O material do manto tem um comportamento de um líquido muito viscoso (grosso) em longas escalas de tempo, atingindo velocidades de fluxo de 1 a 10 centímetros por ano, enquanto que, em escalas de tempo curtas, se comporta como um sólido.
Transporte de calor:
O calor que faz com que a temperatura seja alta o suficiente para o manto ser viscoso é de 80 a 90% gerado por decaimento radioactivo, e de 10 a 20% por aquecimento basal causado pela entalpia de cristalização do núcleo interno.
À medida que a densidade do fluxo de calor é maior, mais fundamental é a convecção do manto para permitir o transporte de calor necessário.
Descontinuidades:
São bem conhecidas duas descontinuidades do manto: uma a 410 km, e a outra a 670 km de profundidade, que está entre o manto superior e o manto inferior.
A estas profundidades, devido ao aumento de temperatura e pressão, dão-se certas reacções de minerais que levam a mudanças essenciais na densidade e na elasticidade do material, alterando também, a velocidade sísmica.
A transformação do Mg2SiO a 410 quilómetros de profundidade e a reacção dos riolítos para magnesítos e pirovenas a 660 km de profundidade são as reacções que levam a uma negativa temperatura-pressão-dependência para a reacção que tem lugar nos 410 km e uma inclinação positiva para a reacção que tem lugar nos 670 km.
A fase resultante das ondas sísmicas pode ser usada para uma melhor análise das temperaturas a maiores profundidades. Na sequência das análises topográficas do manto, a temperaturas a uma profundidade de cerca de 250 km debaixo das placas oceânicas, foram identificadas altas temperaturas (1200-1500 ° C) e baixas velocidades. Pelo contrário, à mesma profundidade, mas em placas continentais, foram identificadas velocidades altas que foram causadas por baixas temperaturas. A camada sob as placas oceânicas foi então confirmada como a astenosfera postulada, onde é suposto que as placas "nadem".
Convecção Mantélica
Convecção Mantélica e Placas Tectónicas
Convecção térmica é a transformação da energia térmica armazenada para o trabalho mecânico.
Dentro do manto são formadas células de convecção, que deslocam a matéria em movimentos circulares. A convecção do manto é a força motriz da deriva das placas litosféricas. A convecção e o movimento das placas podem ser considerados como um sistema.
O impulso do cume denota a intrusão de magma numa crista oceânica formando nova litosfera, enquanto a gravidade controla a descida desta, mais tarde arrefecida e mais densa, numa zona de subducção, onde devolve o material para o interior da Terra.
Modelo 1 – Circulação Convectiva a um nível
Circulação Convectiva a um nível significa que há uma mistura dentro do manto todo. Por isso, deve ser uma base homogénea. A base desta convecção (assim como a das outras) é a convecção de Rayleigh-Benard.
Convecção de Rayleigh-Benard
A convecção de Rayleigh-Benard ocorre quando um tanque de fluido viscoso é tão aquecido e arrefecido de baixo para cima que são evocadas diferenças de temperatura. O fluido no fundo do tanque aquece, tornando-se menos denso até que a densidade é pequena o suficiente para o movimento ascendente ser espontâneo.
Isso resulta num padrão de convecção chamado Convecção de Células.
As células de convecção são cilindros que giram em torno de um eixo horizontal, com material quente subindo de um lado e material frio descendo do outro.
O aumento térmico leva a uma maior convecção do fluido e, eventualmente, constringe o material que sobe para o centro e a matéria que desce para as bordas da célula de convecção.
Modelo 2 – Circulação Convectiva a Dois Níveis
No modelo circulação convectiva a dois níveis, o fluxo na parte superior e inferior do manto quase nunca interagem.
A descontinuidade da velocidade sísmica, nos 670 km de profundidade, é aqui pensada ser também, a fronteira entre os dois fluidos. A convecção é igualmente dividida em duas camadas separadas. Esta hipótese é suportada por modelos geoquímicos. Se a troca de calor não pode acontecer através de convecção, devido ao facto de as duas matérias não se poderem misturar, pode acontecer formarem-se plumas nas regiões fronteiriças.
Se as condições (aquecimento, viscosidade, condutividade térmica) estão em estado crítico, forma-se uma camada na fronteira, desprendendo uma pluma, uma vez que esta se torna instável.
Simulação:
a) Uma zona de subducção no canto inferior esquerdo. Na superfície, uma área está a mover-se sem deformação interna da área de afloramento (vermelha) para a zona de subducção (azul).
b) A placa que subductou (azul) move-se ainda mais para o interior do manto e começa a rasgar. A velocidade a que a placa se desloca é reduzida.
Modelo 3 – Modelo de Convecção Penetrativo
Convecção Híbrida
Como as placas tectónicas descem desde o menor limite superior do manto até aos 1700 km (no manto inferior), o manto superior e inferior devem conter elementos semelhantes e devem interagir.
No entanto, um único manto homogéneo não pode dar respostas para diferentes concentrações de elementos observados em regiões diferentes. Investigadores do Instituto de tecnologia de Massachusetts e outros chegaram à conclusão de que a transição na estrutura e composição do manto ocorre no meio da parte inferior do manto.
Somente sob essa transição, podem ser encontrados reservatórios de alta produção de calor radioactivo e composição química distinta.
Convecção Parcialmente Penetrativa
Em vez de se referir à descontinuidade do manto nos 670 quilómetros de profundidade como "limite" rígido, é considerado como uma transição de fase. Então aparece a convecção parcialmente penetrativa. Isto significa que, ocasionalmente, piscinas de material mais frio acumulado libertam o seu material no manto inferior. Este modelo ajuda a conciliar medidas aparentemente contraditórias.
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Simulação: 3D (mudança de fase não está implícita ainda)
a) Nível interior aquecido: Dá-se uma concentração cilíndrica e linear interiormente. Fracamente distribuída na parte superior.
b) Fortes ascensões cilíndricas (plumas). Divididas por uma fraca linearidade na parte superior.
Referências
1) “Die Physik des Erdmantels.” Rainer Kind, Ulrich Hansen, Frank R. Schilling. Physik º 10/2002. Physik Journal 10/2002. Deutsche Physikalische Gesellschaft, Wiley-VCH Verlag, Weinheim Deutsche Physikalische Gesellschaft, Wiley-VCH-Verlag, Weinheim
2) “The Solid Earth – An Introduction to Global Geophysics.“ CMR Fowler. Cambridge University Press, 1990. Cambridge University Press, 1990. (Capítulo 7) (Chapter 7)
3) ”3-D Simulations of Mantle Convection and the Earth's True Polar Wander.” Paul Tackley, David Stevenson, Gary Glatzmaier. Center for Advanced Computing Research, Instituto de Tecnologia da Califórnia. Center for Advanced Computing Research, California Institute for Technology.
4) ”Researchers propose new model for Earth mantle convection.” Deborah Halber. Escritório da notícia no Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, 1999. News Office at the Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, 1999.
5) “Earth Interior.” Scott D. King. Earth & Atmospheric Sciences Department, Purdue University, West Lafayette, IN. Earth & Atmospheric Sciences Department, Purdue University, West Lafayette, IN.
6) “Mantle Convection Research.” Walter Kiefer. Lunar and Planetary Institute, Houston, Texas. Lunar and Planetary Institute, Houston, Texas.
7) “Mantle Convection in Three Dimensions.” Paul Tackley, University of California, Los Angeles. National Partnership for Advanced Computational Infrastructure, San Diego, MC, 1999 National Partnership for Advanced Computational Infrastructure, San Diego, MC, 1999.
8) “What drives the plates?” US Geological Survey, 1999.
9) “Mantle.” Scott D. King. Earth & Atmospheric Sciences Department, Purdue University, West Lafayette, IN. Earth & Atmospheric Sciences Department, Purdue University, West Lafayette, IN. https://www.eas.purdue.edu/ Scott ~ / manto / mantle.html
https://web.mit.edu/newsoffice/tt/1999/mar31/convection.html
5) "Terra Interior." Scott D. King.