El límite litosfera-astenosfera (al que los geofísicos denominan LAB ) representa una diferencia mecánica entre las capas de la estructura interna de la Tierra . La estructura interna de la Tierra se puede describir tanto químicamente ( corteza , manto y núcleo ) como mecánicamente. El límite litosfera-astenosfera se encuentra entre la litosfera más fría y rígida de la Tierra y la astenosfera más cálida y dúctil . La profundidad real del límite sigue siendo un tema de debate y estudio, aunque se sabe que varía según el entorno. [1]
La LAB se determina a partir de las diferencias en la litosfera y la astenosfera, incluidas, entre otras, las diferencias en el tamaño del grano , la composición química, las propiedades térmicas y el grado de fusión parcial ; estos son factores que afectan las diferencias reológicas en la litosfera y la astenosfera. [2]
La LAB separa la litosfera mecánicamente fuerte de la astenosfera débil. La profundidad de la LAB se puede estimar a partir de la cantidad de flexión que ha sufrido la litosfera debido a una carga aplicada en la superficie (como la flexión de un volcán). [3] La flexión es una observación de la resistencia, pero los terremotos también se pueden utilizar para definir el límite entre rocas "fuertes" y "débiles". Los terremotos se limitan principalmente a ocurrir dentro de la litosfera vieja y fría a temperaturas de hasta ~650 °C. [3] Este criterio funciona particularmente bien en la litosfera oceánica , donde es razonablemente simple estimar la temperatura en profundidad en función de la edad de las rocas. [4] La LAB es más superficial cuando se utiliza esta definición. La MBL rara vez se equipara a la litosfera, ya que en algunas regiones tectónicamente activas (por ejemplo, la provincia de Basin and Range ) la MBL es más delgada que la corteza y el LAB estaría por encima de la discontinuidad de Mohorovičić .
La definición de la LAB como capa límite térmica (TBL) no proviene de la temperatura, sino del mecanismo dominante de transporte de calor . La litosfera no puede soportar células de convección porque es fuerte, pero el manto convectivo debajo es mucho más débil. En este marco, la LAB separa los dos regímenes de transporte de calor [ conducción vs. convección]. [5] Sin embargo, la transición de un dominio que transporta calor principalmente a través de convección en la astenosfera a la litosfera conductora no es necesariamente abrupta y, en cambio, abarca una amplia zona de transporte de calor mixto o temporalmente variable. La parte superior de la capa límite térmica es la profundidad máxima a la que el calor se transporta solo por conducción. La parte inferior de la TBL es la profundidad más baja a la que el calor se transporta solo por convección. A profundidades internas a la TBL, el calor se transporta mediante una combinación de conducción y convección.
La LAB es una capa límite reológica (RBL). Las temperaturas más frías en las profundidades más superficiales de la Tierra afectan la viscosidad y la resistencia de la litosfera. El material más frío en la litosfera resiste el flujo, mientras que el material "más cálido" en la astenosfera contribuye a su menor viscosidad . El aumento de temperatura con el aumento de la profundidad se conoce como gradiente geotérmico y es gradual dentro de la capa límite reológica. En la práctica, la RBL se define por la profundidad a la que la viscosidad de las rocas del manto cae por debajo de ~ . [5]
Sin embargo, el material del manto es un fluido no newtoniano , es decir, su viscosidad depende también de la tasa de deformación. [6] Esto significa que el LAB puede cambiar su posición como resultado de cambios en las tensiones.
Otra definición de LAB implica diferencias en la composición del manto en profundidad. El manto litosférico es ultramáfico y ha perdido la mayoría de sus componentes volátiles, como agua , calcio y aluminio . [5] El conocimiento de este agotamiento se basa en la composición de los xenolitos del manto . La profundidad hasta la base de la CBL se puede determinar a partir de la cantidad de forsterita dentro de las muestras de olivino extraídas del manto. Esto se debe a que la fusión parcial del manto primitivo o astenosférico deja atrás una composición enriquecida en magnesio , siendo la profundidad a la que la concentración de magnesio coincide con la del manto primitivo la base de la CBL. [5]
La LAB sísmica (es decir, medida mediante observaciones sismológicas) se define por la observación de que existe una litosfera sísmicamente rápida (o una tapa litosférica) por encima de una zona de baja velocidad (LVZ). [5] Los estudios tomográficos sísmicos sugieren que la LAB no es puramente térmica, sino que se ve afectada por el derretimiento parcial. [5] La causa de la LVZ podría explicarse por una variedad de mecanismos. [5] Una forma de determinar si la LVZ es generada por el derretimiento parcial es medir la conductividad eléctrica de la Tierra en función de la profundidad utilizando métodos magnetotelúricos (MT). El derretimiento parcial tiende a aumentar la conductividad, en cuyo caso la LAB puede definirse como un límite entre la litosfera resistiva y la astenosfera conductora. [5]
Debido a que el flujo del manto induce la alineación de minerales (como el olivino) para generar anisotropía observable en las ondas sísmicas, otra definición del LAB sísmico es el límite entre la astenosfera anisotrópica y la litosfera isotrópica (o un patrón diferente de anisotropía). [7]
La LVZ sísmica fue reconocida por primera vez por Beno Gutenberg , cuyo nombre a veces se usa para referirse a la base del LAB sísmico debajo de la litosfera oceánica. [5] La discontinuidad de Gutenberg coincide con la profundidad esperada del LAB en muchos estudios y también se ha encontrado que se vuelve más profunda bajo la corteza más antigua, lo que respalda la sugerencia de que la discontinuidad está estrechamente relacionada con el LAB. [8] La evidencia de las fases sísmicas convertidas indica una disminución aguda en la velocidad de las ondas de corte a 90-110 km por debajo de la corteza continental . [9] Estudios sismológicos recientes indican una reducción del 5 al 10 por ciento en la velocidad de las ondas de corte en el rango de profundidad de 50 a 140 km debajo de las cuencas oceánicas .
Debajo de la corteza oceánica , el LAB varía entre 50 y 140 km de profundidad, excepto cerca de las dorsales oceánicas donde el LAB no es más profundo que la profundidad de la nueva corteza que se está creando. [10] La evidencia sísmica muestra que las placas oceánicas se engrosan con la edad. Esto sugiere que el LAB debajo de la litosfera oceánica también se profundiza con la edad de la placa. Los datos de los sismómetros oceánicos indican un LAB dependiente de la edad debajo de las placas del Pacífico y Filipinas y se ha interpretado como evidencia de un control térmico del espesor de la litosfera oceánica. [11] [12]
La litosfera continental contiene partes antiguas y estables conocidas como cratones . El LAB es particularmente difícil de estudiar en estas regiones, con evidencia que sugiere que la litosfera dentro de esta parte antigua del continente es más gruesa e incluso parece exhibir grandes variaciones en el espesor debajo de los cratones, [13] apoyando así la teoría de que el espesor de la litosfera y la profundidad del LAB dependen de la edad. Se estima que el LAB debajo de estas regiones (compuesto por escudos y plataformas ) tiene entre 200 y 250 km de profundidad. [14] Debajo de la corteza continental fanerozoica , el LAB tiene aproximadamente 100 km de profundidad. [14]
