Кристаллизация астеносферы

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

  В объяснении образовании литосферы «пропущено» одно явление, которое возникает при переходе подвижного материала (жидкообразного) астеносферы в твердую литосферу. Это  – кристаллизация. Это явление достаточно изучено и описано «технологией металлов»! На этом распространенном явлении основаны изменения физических свойств сталей с помощью различных видов термообработки: литье в формы, отжиг, закалка, нормализация.

  В процессе химических реакций и механических перемещений веществ в недрах Земли выделяется огромное количество тепла, которое уходит к поверхности Земли. В этом теплообмене участвует горячая магма малой вязкости, которая поднимаясь, выносит вещество и  тепло. Так как магма стремится к поверхности, то этому сопутствуют  следующие явления:

  Через каналы в мантии (плюмы), легкая жидкая магма с высокой температурой поднимается на поверхность мантии и изливается, образуя астеносферу, которая после  остывания кристаллизуется и превращается в литосферу. Так как эта магма попадает в зону пониженного давления и температуры, то она постепенно охлаждается на нижнем слое уже образовавшейся твердой коры, и намораживаясь на ней и становится ее частью - сама  превращается в твердую кору. Т.е. твердая, каменная часть коры наращивается сверху осадками, а снизу за счет кристаллизации подвижной магмы.

Как это происходит? Это наглядно показано на схемах.
Остывая, магма  кристаллизуется, превращаясь в твердый  литослой – так происходит переход астеносферы в литосферу. Именно слой кристаллизации является границей раздела между астеносферой и литосферой
.

СВОЙСТВА ЛИТОСФЕРЫ

Наукой принимается за литосферу твердый материал коры, который отличается от жидкой астеносферы скоростью распространения сейсмоволн. Нужно заметить, что такая характеристика литосферы мгновенная и не объясняет динамики поведения литосферы в течение продолжительного времени без учета ее ползучести..
Чтобы представить эту динамику, проведем дешевый эксперимент. Возьмем остуженный на морозе или в морозилке металлический прут. Окунем его в ведро с водой. На нем образуется корка льда. Величина этой корки зависит от  температуры  охлаждения прута, температуры воды и времени окунания. В разрезе, лед имеет различную температуру, а значит, различные физические свойства (чем ниже температура льда, тем он прочнее). Сама поверхность льда находится в стадии таяния и обладает минимальной прочностью.

  Аналогичное явление наблюдается и в литосфере. Нижняя часть твердой коры соприкасающаяся с астеносферой, представляет собой «намороженную» магму, которая при остывании потеряла мгновенную подвижность из-за высокой вязкости. Она тверда для прохождения сейсмоволн. В то же время она обладает свойствами ползучести (это тоже подвижность) в зависимости от нахождения участка от астеносферы. Разделим литосферу (континентальную кору) на три яруса с различными свойствами. Схема з-1.

  1.Верхний ярус - литослой. Твердый закристаллизовавшийся слой «пирога» коры, покрытый осадочным чехлом или без него. Не обладает свойствами ползучести. К этому ярусу снизу «приморожен»  ярус усадки.
 
  2.Ярус усадки - сейсмослой. Этот ярус, в котором завершена кристаллизация намороженного слоя и происходит дальнейшее охлаждение. В этом слое нет явлений ползучести. Дальнейшее остывание этого яруса приводит к возникновению в нем усадочных напряжений. Именно усадочные напряжения являются причиной возникновения напряжений, которые приводят к разрыву слоя, который сопровождается землетрясением. Ярус усадки – это и есть слой,  в котором образуются землетрясения - сейсмослой.

  3.Слой кристаллизации– слой переходного состава, в котором идет процесс кристаллизации. При рассмотрении его поведения в многолетии, средний ярус обладает слабой ползучестью, но близок к ее потере, так как  он находится в стадии кристаллизации (перехода из жидкого или ползучего материала в  твердое состояние).

  4.Самый нижний ярус – самая горячая часть литосферы. Здесь находится охлажденная  магма. Она  испытывает максимальное давление от коры. При рассмотрении его поведения в многолетии, ярус обладает достаточно высокой ползучестью. Его нельзя отнести к жидкости. По свойствам распространения волн, ярус относится к литосфере, хотя он не так тверд.

  Что такое ползучесть? Ползучестью называют свойство материалов медленно пластически деформироваться под действием постоянной нагрузки при постоянной температуре. Предел ползучести – это напряжение, которое за определенное время при данной температуре вызывает суммарное удлинение или заданную скорость деформации. Обычно принимают удлинение ; = 1% за 1000ч, за 10000ч, за 100000ч. В случае с поведением литосферы, где процессы протекают миллионолетиями,  это пример принципиального взгляда на процессы.

  Каждый материал обладает своим пределом текучести. И на это стоит обратить внимание по той причине, что материал магмы неоднороден и его поведение может быть непредсказуемо. Одно вещество уже превратилось в твердь, а другое еще ползет.

  В практике машиностроения, обычные конструкционные стали принимаются для конструкций  до 300° С, хотя температура плавления их выше 1000° С. Если стальные детали работают выше  температуры 300° С,  , то они будут «тянуться» или «сплющиваться», что очень опасно для большинства конструкций. Это эффект ползучести.  Для эксплуатации деталей при высоких температурах используют специальные  жаростойкие сплавы.
Для некоторых цветных металлов с низкой температурой плавления (олова, свинца, меди, алюминия)  ползучесть происходит при обычной температуре.