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 mi) por debajo de la superficie, y se extiende hasta 700 km (430 mi) de profundidad. Sin embargo, el límite inferior de la astenosfera no está bien definido.
La astenosfera es casi sólida, pero una pequeña cantidad de fusión (menos del 0,1% de la roca) contribuye a su debilidad mecánica. La fusión por descompresión más extensa de la astenosfera tiene lugar donde brota hacia arriba, y esta es la fuente más importante de magma en la Tierra. Es la fuente del basalto de las dorsales oceánicas (MORB) y de algunos magmas que erupcionan por encima de las zonas de subducción o en regiones de rifting continental .
La astenosfera es una parte del manto superior justo debajo de la litosfera que está involucrada en el movimiento tectónico de placas y los ajustes isostáticos . Está compuesta 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) . Más cerca de la superficie a temperaturas más bajas, el manto se comporta de manera rígida; más profundamente debajo de la superficie a temperaturas más altas, el manto se mueve de manera dúctil . [3] La astenosfera es donde la roca del manto se acerca más a su punto de fusión, y es probable que haya 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 lo tanto, se la ha llamado 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 mi), [8] mientras que la base de la astenosfera se encuentra a una profundidad de aproximadamente 700 kilómetros (430 mi). [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 con la disminución de la rigidez . Esta disminución en la velocidad de las ondas sísmicas desde la litosfera a la astenosfera podría ser causada por la presencia de un porcentaje muy pequeño de material fundido en la astenosfera, aunque como la astenosfera transmite ondas S , no puede fundirse completamente. [4]
En el manto oceánico , la transición de la litosfera a la astenosfera (LAB) es menos profunda que en el manto continental (alrededor de 60 km en algunas regiones oceánicas antiguas) con una caída de velocidad pronunciada y grande (5-10%). [11] En las dorsales oceánicas , la LAB se eleva hasta 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 , moviéndose a tasas de deformación medidas en cm/año sobre distancias lineales que eventualmente miden miles de kilómetros. De esta manera, fluye como una corriente de convección , irradiando calor hacia afuera desde el interior de la Tierra. Por encima de la astenosfera, a la misma tasa de deformación, la roca se comporta elásticamente y, al ser frágil, puede romperse, causando fallas . Se cree que la litosfera rígida "flota" o se mueve sobre la astenosfera que fluye lentamente, lo que permite el equilibrio isostático [12] y permite el movimiento de las placas tectónicas . [13] [14]
La astenosfera se extiende desde un límite superior a aproximadamente 80 a 200 kilómetros (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 la fusión parcial o un cambio en la composición o anisotropía . [16] Varias definiciones del límite reflejan varios aspectos de la región límite. 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 se agota en volátiles y se enriquece en magnesio en relación con la roca de abajo. [17]
El límite inferior de la astenosfera, la parte superior de la mesosfera o capa mesosférica tentativamente definida, [18] está menos definido, pero se ha colocado en la base del manto superior. [19] Este límite no es sísmicamente nítido ni bien comprendido [9] pero es aproximadamente coincidente con la compleja discontinuidad de 670 km. [20] Esta discontinuidad está generalmente vinculada a la transición de la roca del manto que contiene ringwoodita a la roca del manto que contiene bridgmanita y periclasa . [21]
Las propiedades mecánicas de la astenosfera se atribuyen ampliamente a la fusión parcial de la roca. [4] Es probable que una pequeña cantidad de fusión esté presente en gran parte de la astenosfera, donde se estabiliza por los rastros 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. Esto no es suficiente fusión para humedecer completamente los límites de grano en la roca, y no se espera que los efectos de la fusión en las propiedades mecánicas de la roca sean significativos si los límites de grano no están completamente humedecidos. El límite agudo litosfera-astenosfera también es difícil de explicar solo por la fusión parcial. [10] Es posible que la fusión se acumule en la parte superior de la astenosfera, donde queda atrapada 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. [22] Otro posible mecanismo para producir debilidad mecánica es el deslizamiento de los límites de grano, donde los granos se deslizan ligeramente unos sobre otros 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 por tasa de deformación es un mecanismo contribuyente significativo. [23]
La fusión por descompresión de las rocas astenósfericas que se desplazan hacia la superficie es la fuente más importante de magma en la Tierra. La mayor parte de este magma entra en erupción en las dorsales oceánicas para formar el basalto de las dorsales oceánicas (MORB) característico de la corteza oceánica. [24] [25] [26] Los magmas también se generan por fusión por descompresión de la astenosfera por encima de las zonas de subducción [27] y en áreas de rifting continental . [28] [29]
La fusión por descompresión en la astenosfera ascendente probablemente comienza a una profundidad de entre 100 y 150 kilómetros (60 a 90 millas), donde las pequeñas cantidades de sustancias volátiles en la roca del manto (alrededor de 100 ppm de agua y 60 ppm de dióxido de carbono ) ayudan a fundir no más del 0,1 % de la roca. A una profundidad de unos 70 kilómetros (40 millas), se alcanzan las 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]
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