En un artículo publicado recientemente en Cartas de ciencia terrestre y planetaria , investigadores del Centro de Investigación en Geodinámica, La Universidad de Ehime y la Universidad de Lille combinan el modelado numérico del deslizamiento de la dislocación y los resultados de los experimentos de difusión para revisar la reología de la wadsleyita, ringwoodita y granate majorita bajo tasas de tensión geológica a través de la zona de transición del manto de la Tierra basado en modelos teóricos de plasticidad.

A pesar de estar compuesto por rocas sólidas, el manto de la Tierra, que se extiende a una profundidad de ~ 2890 km por debajo de la corteza, sufre un flujo convectivo al eliminar el calor del interior de la Tierra. Este proceso implica la transferencia de masa por subducción de placas tectónicas frías y el ascenso de plumas calientes hacia la superficie de la Tierra. responsable de muchas características geológicas a gran escala, como terremotos y vulcanismo. Mediante una combinación de estudios previos de física mineral y sismológica, es bien sabido que el manto de la Tierra se divide (mineralógicamente) en dos regímenes principales:el manto superior y el inferior, separados por la 'zona de transición, 'una capa límite entre ~ 410 y ~ 660 km de profundidad. Esta zona de transición influye en la extensión de la convección del manto completo al controlar la transferencia de masa entre el manto superior e inferior. Los estudios de tomografía sísmica (imágenes de tomografía computarizada del interior de la Tierra utilizando ondas sísmicas) han revelado previamente que, si bien algunas losas penetran a través de la zona de transición, otros parecen estancarse dentro o justo debajo. La razón no está clara y la dinámica del manto de la Tierra a través de la zona de transición sigue siendo poco limitada debido a la falta de comprensión de sus propiedades mecánicas.

Estas propiedades mecánicas dependen de la capacidad de los minerales para sufrir una deformación plástica lenta en respuesta a una tensión mecánica baja. llamado 'creep, 'descrito típicamente por un parámetro conocido como "viscosidad". La dinámica del manto superior se basa en la deformación plástica de su componente principal, Mg ₂ SiO ₄ olivino. Los primeros ~ 300 km del manto superior se caracterizan por una fuerte dependencia direccional de la velocidad de las ondas sísmicas, conocido como "anisotropía sísmica". Por lo tanto, En general, se cree que el "deslizamiento por dislocación", un mecanismo de deformación que induce la rotación de la red y las orientaciones cristalográficas preferidas (CPO) en minerales elásticamente anisotrópicos como el olivino, contribuye a la deformación general del manto superior. La deformación por dislocación es un mecanismo de deformación intracristalino responsable del transporte de la cizalladura del cristal, mediada por defectos lineales llamados "dislocaciones". Es un mecanismo de deformación compuesto que puede involucrar tanto el deslizamiento de dislocaciones a lo largo de algunas direcciones y planos específicos del cristal como un ascenso mediado por difusión fuera de sus planos de deslizamiento. En efecto, simulaciones numéricas recientes de Boioli et al. (2015) han demostrado que la deformación de Mg ₂ SiO ₄ Los cristales de olivino son acomodados por el tipo de dislocación de Weertman en condiciones relevantes del manto superior, donde la escalada de dislocaciones permite la recuperación de uniones de dislocación, permitiendo que la deformación plástica se produzca de manera eficiente mediante el deslizamiento de dislocación.

Entrar en la zona de transición del manto más allá de ~ 410 km de profundidad con presión (P) y temperatura (T) crecientes, el olivino se transforma primero en su polimorfo wadsleyita de alto P y a ~ 520 km en ringwoodita. No está claro si los procesos de deformación de estas estructuras más compactas de los polimorfos de olivino con alto contenido de P son similares a los del olivino (Ritterbex et al. 2015; Ritterbex et al. 2016). Para abordar esta pregunta, Investigadores del grupo de plasticidad de la Universidad de Lille y del Centro de Investigación en Geodinámica de la Universidad de Ehime combinaron simulaciones numéricas de movilidades de deslizamiento por dislocación activadas térmicamente junto con resultados de datos experimentales de difusión. y demostrar que, en contraste con el olivino en las condiciones del manto superior, Las velocidades de ascenso por dislocación superan las del deslizamiento en los polimorfos de olivino de alta P, inducir una transición del mecanismo de deformación en el régimen de fluencia de dislocación de fluencia de Weertman a fluencia de ascenso puro en tensiones geológicas relevantes. Basado en modelos de plasticidad y restringido por datos de difusión de experimentos, la investigación actual cuantifica la deformación en estado estable de los minerales de la zona de transición principal wadsleyita, ringwoodita y granate majorita en función del tamaño de grano.

Estos modelos pueden explicar una serie de características clave asociadas con la zona de transición del manto. Se muestra que la plasticidad intracristalina de la wadsleyita, ringwoodita y granate majorita por pura trepada fluencia en tensiones geológicas conduce a una zona de transición equiviscosa de 10 ^{(21 ± 1)} Pa.s si el tamaño de grano es ~ 0,1 mm o mayor, coincidir bien con los datos geofísicos de superficie invertida disponibles que se utilizan típicamente para restringir las propiedades reológicas del manto de la Tierra. Dado que la fluencia de ascenso pura no induce la rotación de la celosía y no puede producir CPO, La deformación de la zona de transición por este mecanismo es compatible con su isotropía sísmica relativa en comparación con el manto superior. Los investigadores también encontraron que el CPO puede desarrollarse junto con las concentraciones de estrés mediante la activación de la fluencia de Weertman, por ejemplo, en los flujos de esquina alrededor de losas de subducción en frío, algo que podría inducir un aumento en la resistencia a la subducción, explicando por qué algunas losas se estancan en la base de la zona de transición. Por otra parte, Se predicen reducciones de viscosidad si los granos son más pequeños que ~ 0.1 mm cuando los silicatos de la zona de transición se deforman por difusión atómica pura, comúnmente conocido como "fluencia de difusión, "que podría influir potencialmente en la dinámica del flujo en el interior de losas subductoras en frío o en las transiciones de fase.

La incorporación futura de estos mecanismos de deformación en función del tamaño de grano en los modelos de convección geodinámica debería mejorar nuestra comprensión de la interacción entre el manto superior e inferior y se espera que sea útil para limitar la evolución geoquímica de la Tierra.