La astenosfera (del griego antiguo ἀσθενός ( asthenós ) 'sin fuerza') es la región mecánicamente débil [1] y dúctil del manto superior de la Tierra. Se encuentra debajo de la litosfera , a una profundidad de entre ~80 y 200 km (50 y 120 millas) debajo de la superficie, y se extiende hasta 700 km (430 millas). Sin embargo, el límite inferior de la astenosfera no está bien definido.
La astenosfera es casi sólida, pero una ligera cantidad de fusión (menos del 0,1% de la roca) contribuye a su debilidad mecánica. La fusión por descompresión más extensa de la astenosfera se produce cuando ésta asciende hacia arriba, y ésta es la fuente más importante de magma en la Tierra. Es la fuente de basalto de las dorsales oceánicas (MORB) y de algunos magmas que estallaron sobre zonas de subducción o en regiones de rifting continental .
La astenosfera es una parte del manto superior justo debajo de la litosfera que participa en el movimiento de las placas tectónicas y los ajustes isostáticos . Está compuesto de peridotita , una roca que contiene principalmente los minerales olivino y piroxeno . [2] El límite litosfera-astenosfera se toma convencionalmente en la isoterma de 1300 °C (2370 °F) . Por debajo de esta temperatura (más cerca de la superficie), el manto se comporta rígidamente; por encima de esta temperatura (más profundamente por debajo de la superficie) actúa de forma dúctil . [3] La astenosfera es donde la roca del manto se acerca más a su punto de fusión, y es probable que se presente una pequeña cantidad de fusión en esta capa. [4]
Las ondas sísmicas pasan relativamente lentamente a través de la astenosfera [5] en comparación con el manto litosférico suprayacente. Por ello, se la ha denominado zona de baja velocidad (LVZ), aunque las dos no son estrictamente lo mismo; [6] [7] el límite inferior de la LVZ se encuentra a una profundidad de 180 a 220 kilómetros (110 a 140 millas), [8] mientras que la base de la astenosfera se encuentra a una profundidad de aproximadamente 700 kilómetros (430 millas). [9] La LVZ también tiene una alta atenuación sísmica (las ondas sísmicas que se mueven a través de la astenosfera pierden energía) y una anisotropía significativa (las ondas de corte polarizadas verticalmente tienen una velocidad menor que las ondas de corte polarizadas horizontalmente). [10] El descubrimiento de la LVZ alertó a los sismólogos sobre la existencia de la astenosfera y proporcionó cierta información sobre sus propiedades físicas, ya que la velocidad de las ondas sísmicas disminuye al disminuir la rigidez . Esta disminución en la velocidad de las ondas sísmicas desde la litosfera a la astenosfera podría deberse a la presencia de un porcentaje muy pequeño de masa fundida en la astenosfera, aunque como la astenosfera transmite ondas S , no puede fundirse por completo. [4]
En el manto oceánico , la transición de la litosfera a la astenosfera (LAB) es menos profunda que en el manto continental (unos 60 km en algunas regiones oceánicas antiguas) con una fuerte y grande caída de velocidad (5-10%). [11] En las dorsales oceánicas , el LAB se eleva a unos pocos kilómetros del fondo del océano.
Se cree que la parte superior de la astenosfera es la zona sobre la que se mueven las grandes placas litosféricas rígidas y frágiles de la corteza terrestre . Debido a las condiciones de temperatura y presión en la astenosfera, la roca se vuelve dúctil y se mueve a velocidades de deformación medidas en cm/año a lo largo de distancias lineales que eventualmente llegan a medir miles de kilómetros. De esta manera, fluye como una corriente de convección , irradiando calor desde el interior de la Tierra. Por encima de la astenosfera, al mismo ritmo de deformación, la roca se comporta elásticamente y, al ser frágil, puede romperse provocando fallas . Se cree que la litosfera rígida "flota" o se mueve sobre la astenosfera que fluye lentamente, permitiendo el equilibrio isostático [12] y permitiendo el movimiento de las placas tectónicas . [13] [14]
La astenosfera se extiende desde un límite superior a aproximadamente 80 a 200 km (50 a 120 millas) debajo de la superficie [15] [7] hasta un límite inferior a una profundidad de aproximadamente 700 kilómetros (430 millas). [9]
El límite litosfera-astenosfera (LAB [15] [7] ) es relativamente nítido y probablemente coincide con el inicio de una fusión parcial o un cambio en la composición o anisotropía . [16] Varias definiciones de la frontera reflejan diversos aspectos de la región fronteriza. Además del límite mecánico definido por los datos sísmicos, que refleja la transición de la litosfera rígida a la astenosfera dúctil, estos incluyen una capa límite térmica, por encima de la cual el calor se transporta por conducción térmica y por debajo de la cual la transferencia de calor es principalmente convectiva ; un límite reológico, donde la viscosidad cae por debajo de aproximadamente 10 21 Pa-s; y una capa límite química, por encima de la cual la roca del manto está empobrecida en volátiles y enriquecida en magnesio en relación con la roca que se encuentra debajo. [17]
El límite inferior de la astenosfera está menos definido, pero se ha situado en la base del manto superior. [18] Este límite no es sísmicamente definido ni bien comprendido [9] pero coincide aproximadamente con la compleja discontinuidad de 670 km. [19] Esta discontinuidad está generalmente relacionada con la transición de una roca del manto que contiene ringwoodita a una roca del manto que contiene bridgmanita y periclasa . [20]
Las propiedades mecánicas de la astenosfera se atribuyen ampliamente a la fusión parcial de la roca. [4] Es probable que una pequeña cantidad de material fundido esté presente en gran parte de la astenosfera, donde está estabilizada por las trazas de volátiles (agua y dióxido de carbono) presentes en la roca del manto. [2] Sin embargo, la cantidad probable de fusión, no más de aproximadamente el 0,1% de la roca, parece inadecuada para explicar completamente la existencia de la astenosfera. Esta fusión no es suficiente para mojar completamente los límites de los granos en la roca, y no se espera que los efectos de la fusión sobre las propiedades mecánicas de la roca sean significativos si los límites de los granos no están completamente mojados. El marcado límite entre la litosfera y la astenosfera también es difícil de explicar únicamente mediante el derretimiento parcial. [10] Es posible que el derretimiento se acumule en la parte superior de la astenosfera, donde queda atrapado por la roca impermeable de la litosfera. [2] Otra posibilidad es que la astenosfera sea una zona de mínima solubilidad en agua en los minerales del manto, de modo que haya más agua disponible para formar mayores cantidades de material fundido. [21] Otro posible mecanismo para producir debilidad mecánica es el deslizamiento de los límites de los granos, donde los granos se deslizan ligeramente entre sí bajo tensión, lubricados por los rastros de volátiles presentes. [10]
Los modelos numéricos de convección del manto en los que la viscosidad depende tanto de la temperatura como de la tasa de deformación producen de manera confiable una astenosfera oceánica, lo que sugiere que el debilitamiento de la tasa de deformación es un mecanismo contribuyente importante. [22]
La fusión por descompresión de la roca astenosférica que se arrastra hacia la superficie es la fuente más importante de magma en la Tierra. La mayor parte de esto entra en erupción en las dorsales oceánicas para formar el distintivo basalto de las dorsales oceánicas (MORB) de la corteza oceánica. [23] [24] [25] Los magmas también se generan por fusión descompresiva de la astenosfera sobre las zonas de subducción [26] y en áreas de rifting continental . [27] [28]
El derretimiento por descompresión en la astenosfera ascendente probablemente comienza a una profundidad de hasta 100 a 150 kilómetros (60 a 90 millas), donde las pequeñas cantidades de volátiles en la roca del manto (alrededor de 100 ppm de agua y 60 ppm de dióxido de carbono ) ayudan al derretimiento. no más de aproximadamente el 0,1% de la roca. A una profundidad de unos 70 kilómetros (40 millas), se alcanzan condiciones de fusión seca y la fusión aumenta sustancialmente. Esto deshidrata la roca sólida restante y es probablemente el origen de la litosfera químicamente agotada. [2] [10]
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: falta el editor de la ubicación ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento CS1: falta el editor de la ubicación ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento CS1: falta el editor de la ubicación ( enlace )