Szubdukció geofizikai jellemzői. Németh Alexandra 2014 szeptember

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Szubdukció geofizikai jellemzői. Németh Alexandra 2014 szeptember"

Alfréd Alajos Gáspár
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Szubdukció geofizikai jellemzői Németh Alexandra 2014 szeptember

2 S7 Vázlat: 1. Bevezetés: A szubdukció elemei, alapfogalmak tisztázása, a különböző kőzetek szeizmikus tulajdonságai és az erre épülő módszerek 2. Mi befolyásolhatja a szubdukciót? a, A szubdukálódó lemez litológiája (metaszomatózis, metamorfózis) b, Kora b1, szubdukció sebessége b2, szöge, b3, szubdukálódó lemez hőmérséklete, 3. A sheer heating szerepe 4. A köpenyék konvekció szerepe 5. A dupla szeizmikus zónák 6. Az óceáni lemezek sorsa D réteg

3 Slide 2 S7 Peacock Szandra, 10/14/2014

4 S13 A szubdukció elemei

5 Slide 3 S13 Peacock Szandra, 10/14/2014

6 S10 A litoszféra kétféle fogalma: mechanikus tulajdonság vagy a hőátadás módja szerint A felszíntől az elasztikusan már nem deformálódó zónáig A felszíntől a konduktív és konvektív hőátadás közötti váltásig

7 Slide 4 S10 Peacock Szandra, 10/14/2014

8 S11 A szubdukálódó litoszféra tagolása a változó alábukási szög alapján sekély fészkű földrengések updip edge downdip edge közepes fészkű földrengések

9 Slide 5 S11 Peacock Szandra, 10/14/2014

A szubdukálódó lemez geometriájának és kőzettani összetételének megismerése S és P hullámok terjedése alapján 1. A közegtől függően más más sebességgel terjedhetnek az S és P hullámok 2.

A P hullámok érkezése után a szeizmogramon a generált S hullámokat lehet megfigyelni, a S előtt a diszkontinuitás által generált P t.

10 A szubdukálódó lemez geometriájának és kőzettani összetételének megismerése S és P hullámok terjedése alapján 1. A közegtől függően más más sebességgel terjedhetnek az S és P hullámok 2. Kőzettani diszkontinuitások generálhatnak S hullámból P t (b ábra) és fordítva (a ábra). 3. A P hullámok érkezése után a szeizmogramon a generált S hullámokat lehet megfigyelni, a S előtt a diszkontinuitás által generált P t. A konverzió mélységéből a szubdukálódó lemez tetejének a mélységére lehet következtetni 4. Ha egy hullám a hullámhosszával osztható vastagságú réteges testhez ér akkor felerősödik. Ha a hullámok rezgési síkja párhuzamos a rétegekkel a rövidebb hullámhosszú hullámok a keskenyebb rétegekben fognak haladni és a hullámforma megváltozhat a különböző sebességű rétegek miatt

az S és P hullámok sebességváltozása a szubdukálódó lemezben és a köpenyékben nem monoton, tehát nem csak a hőmérséklet/nyomás miatt, hanem a kőzettani inhomogenitás miatt is változik a visszaverődő

11 az S és P hullámok sebességváltozása a szubdukálódó lemezben és a köpenyékben nem monoton, tehát nem csak a hőmérséklet/nyomás miatt, hanem a kőzettani inhomogenitás miatt is változik a visszaverődő hullámok az óceáni lemez rétegzettségére utalnak a lemez felszínén kialakult amfibolit fáciesű kőzetek megemelik a hullámok terjedési sebességét 14 % al a metabazaltban kezdetben 6 8, később csak 3 % os sebességnövekedés van

12 S1 2. Mi befolyásolhatja a szubdukciót? a, A szubdukálódó lemez litológiája (metaszomatózis, metamorfózis) b, Kora b1, szubdukció szöge b2, szubdukció sebessége, b3, szubdukálódó lemez hőmérséklete,

13 Slide 8 S1 Peacock Szandra, 10/14/2014

14 a, a szubdukálódó lemez litológiája Stein & Stein 1996

kal dúsult H2O, CO2 és K val kiemelkedően piroxén klorit összetett

15 a, a szubdukálódó lemez litológiája +a bazaltokat érő kis hőmérsékletű metaszomatózis az óceánok aljzatán metabazalt: 12 m/m% kal dúsult H2O, CO2 és K val kiemelkedően piroxén klorit összetett litológia nagy porozitású vulkaniklasztok+lisztrikus vetők oldatok által átjárható

16 S5 b, A lemezek kora Aleut szigetek Kurill szigetek Japán Marianna árok Indonézia Dél Amerika

17 Slide 11 S5 Peacock Szandra, 10/14/2014

18 S6 b, A lemezek kora eltérő sűrűség b1, más szubdukciós szög Aleut szigetek Kurill szigetek Japán Marianna árok Indonézia Dél Amerika

19 Slide 12 S6 Peacock Szandra, 10/14/2014

20 S2 b, A lemezek kora b2, más sebesség Stein, 1996

21 Slide 13 S2 Peacock Szandra, 10/14/2014

22 Szubdukció sebessége meghatározhatja, hogy hol történik a dehidratáció Pl. Tonga, Fülöp szigetek, Indonézia Pl. Dél Amerika, Mediterráneum, Kirby, 1996

23 b3, lemez kora hőmérséklete Stein & Stein 1996

24 Stein & Stein 1996

25 b, a szubdukálódó lemez korából adódó tulajdonságok összevonva 1.

26 b, a szubdukálódó lemez korából adódó tulajdonságok összevonva 2. Peacock, 1996

27 3. a Shear heating hatása Az óceáni lemez és a kontinentális litoszféra érintkezésénél erős deformáció lép fel vetősíkok mentén. Az itt, csúszásisúrlódásból termelődő hő nagyban befolyásolhatja a szubdukálódó lemez termális fejlődését. =nyírási stressz (nyomás) Pa =szubdukció sebessége (mm/év) Van Keken et al., 2002

28 A szubdukálódó lemez hőmérsékletét leíró egyenlet (50 km mélységig): Q 0 = általános hőfluxus (W/m 2 ) Q sh = nyírásból eredő hőfluxus Z f = vető mélysége K = termális konduktivitás (W/(m K) S = advekciós osztó B = konstans, kb. 1 V = konvergencia sebessége = szubdukciós szög == termális diffúzió (m 2 /s) Gyorsabb konvergencia + meredekebb szubdukció Nagyobb hőmérsékletű szubdukálódó lemez Kisebb hőmérsékletű nyírási zóna Nagyobb hőmérsékletű nyírási zóna

29 Indonézia Fülöp szigetek Gyorsabb konvergencia + meredekebb szubdukció Kisebb hőmérsékletű lemezfelület Dél Amerika Nagyobb hőmérsékletű szubdukálódó lemez Nagyobb hőmérsékletű lemezfelület

30 Hogyan hat együttesen a shear stress és a szubdukció különböző sebessége? Peacock, 1996

31 Állandó shear stress Nyomással lineárisan növekedő shear stress Peacock, 1996 Ahogy egyre mélyebbre jut a lemezdarab a seismic plate mentén, a shear stress nő

32 Peacock, 1996

33 nincs súrlódási hő +gyors szubdukció: kisebb hőmérséklet a lemez felületén van súrlódási hő +gyors szubdukció: nagyobb hőmérséklet fiatal lemez: nincs súrlódási hő +lassabb szubdukció: kisebb hőmérséklet a nyírási zónában Peacock, 1996 van súrlódási hő+lassabb szubdukció + indukált köpeny konvekció: 50 km fölött (C), alatta számít

34 4.Szubdukció által indukált köpeny konvekció hatása A szubdukálódó lemez hőmérsékletét leíró egyenlet (50 km mélység alatt = is befolyásolja): A köpenyék áramlás+ rideg plasztikus átmenet miatt időben változó hőtranszfer: Az, hogy mennyi hőt kaphat a szubdukálódó lemez a köpenyék konvekciótól függ a közöttük működő termális diffúziótól, a szubdukció sebességétől és a köpenyék anyagának tulajdonságaitól A=egységnyi térfogatban termelődő hő (W/m 3 ) k=termális konduktivitás (W/(m*K) V=konvergencia sebessége C= hőkapacitás (J/kg*K) =termális diffúzió (m 2 /s)

35 4.Szubdukció által indukált köpeny konvekció hatása A köpenyék konvekciót a szubdukálódó lemez vonszolása indukálja. A konvekció során melegebb köpenyanyag áramlik a szubdukálódó lemez és a köpenyék felületéhez, mely több száz C kal megemelheti a lemez hőmérsékletét a felületén. Ez alapján a köpenyék termális struktúrája befolyással van a hőtranszferre. Az, hogy milyen a termális struktúrája több tényezőtől függ: a szubdukálódó lemez viszkozitása termális felhajtóerő kőzettani felhajtóerő Számos tanulmány modellje alapján az áramlási mező miden esetben hasonló, de a termális struktúra nagyon különbözhet a határfelületeken zajló hőátadás és a viszkozitásból adódó különbség miatt

36 5. DSZ: kettős szeizmikus zónák A földrengések kipattanási helye egy adott minta szerint oszlik el számos szubdukciós zónában: 100 km mélységig a downdip ponttól gyakran a szubdukálódó lemez felső felülete mentén pattannak ki Nagyobb mélységig egy ezzel közel párhuzamos zónában is megfigyelték ezeket, ennek a zónának az eredete vitatott Ruff 1996 Seno and Yamanaka, 1996 dehidratáció Abers, 1996 Óceáni lemezben a keletkezés óta lappangó olvadék zsebek

37 5. DSZ: kettős szeizmikus zónák Ruff 1996

38 5. DSZ: Seno and Yamanaka, 1996 Hidratáció dehidratáció: a legtöbb óceáni lemez története összetett: egy plum hatására hidratáció mehet végbe a lemez adott részeiben magyarázat arra, hogy miért nincs minden szubdukálódó lemezben egy mélyebb szeizmikus zóna

39 5. DSZ: Abers, 1996 Lemez keletkezésekor maradt olvadék bazalt/eklogit átalakulásakor Abers, 1996

40 6. Az óceáni lemezek sorsa D réteg? Wysession, 1996

41 Wysession, 1996

42 Wysession, 1996

43 Irodalom Abers, G.A., Plate structure and the origin of double seismic zones, in Subduction Top to Bottom, Geophysical Monograph 96, edited by G.E. Bebout, D. Scholl, and S. Kirby, AGU, Washington, D.C., p , Helffrich, G., Subducted lithospheric slab velocity structure: Observations and mineralogical inferences, in Subduction: Top to Bottom, edited by Bebout, G. E., et al., , AGU Geophysical Monograph 96, Washington, D.C., Kirby, S. H., E. R. Engdahl, and R. Denlinger, Intraslab earthquakes and arc volcanism: dual physical expressions of crustal and uppermost mantle metamorphism in subducting slabs, in Subduction:Top to Bottom, edited by Bebout, G. E., et al., , AGU Geophysical Monograph 96, Washington, D.C., 1996 Larry J. Ruff and Bart W. Tichelaar, What Controls the Seismogenic Plate Interface in Subduction Zones? in: Subduction: Top to Bottom, AGU Geophysical Monograph Volume 96, edited by Gray E. Bebout, David W. Scholl, Stephen H. Kirby, and John P. Platt, pp , Peacock, S. M., Thermal and petrologic structure of subduction zones, in Subduction: Top to Bottom, edited by Bebout, G. E., et al., , AGU Geophysical Monograph 96, Washington, D.C., 1996 Seno, T., and Y. Yamanaka Double seismic zones, compressional deep trench outer rise events and superplumes in Subduction Top to Bottom, edited by G. E. Bebout, D. W. Scholl, S. H. Kirby, and J. P. Platt Geophys. Monogr Staudigel, H., Plank, T., White, B. and Schmincke, H. U. (1996). Geochemical fluxes during seafloor alteration of the upper oceanic crust: DSDP sites In: Subduction top to bottom. Geophysical Monograph. Bebout, G.E., Scholl, D.W., Kirby, S.H. and Platt, J.P. (Editors), American Geophysical Union, Washington, D.C.. 96: Stein, S., and C. Stein, Thermo mechanical evolution of oceanic lithosphere: implications for the subduction process and deep earthquakes, in: Subduction: Top to Bottom, Geophysical Monograph 96 edited by G. Bebout, D. School, and S. Kirby, Am. Geophys. Un., Washington, D.C., 1 17, Wysession, M. E., Imaging Cold Rock at the Base of the Mantle: The Sometimes Fate of Slabs?, in Subduction: Top to Bottom (Geophys. Monogr. Ser., Vol. 96), ed. by G. E. Bebout, D. W. Scholl, S. H. Kirby, and J. P. Platt, AGU: Washington, D. C., , 1996.

Hasonló dokumentumok

A Föld belső szerkezete

A Föld belső szerkezete A Naprendszer A Naprendszer felépítése. A fizikai paraméterek különbsége jelzi a bolygók méreteinek eltérését. A Naprendszer bólygóinak adatai 2877 A Föld mint zárt rendszer Anyagáramlás