• 地球動力學

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    地球動力學

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    • 國際地球參考系統
    • 空間參考系統標識符 (SRID)
    • Universal Transverse Mercator (UTM)

    地球動力學是處理地球動力學地球物理學的一個子領域。 它應用物理、化學和數學來理解地幔對流如何導致板塊構造和地質現象,如海底擴張、造山、火山、地震、斷層。 它還試圖通過測量磁場、重力和地震波以及巖石礦物學及其同位素組成來探測內部活動。 地球動力學的方法也適用于探索其他行星。

    概覽

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    地球動力學通常關注在整個地球上移動物質的過程。 在地球內部,當巖石因應力場而熔化或變形并流動時,就會發生運動。 這種變形可能是脆性的、彈性的或塑性的,這取決于應力的大小和材料的物理特性,尤其是應力松弛時間尺度。 巖石在結構和成分上是不均勻的,并且承受著可變的應力,因此在空間和時間上很接近的地方經常會看到不同類型的變形。 在處理地質時間尺度和長度時,使用連續介質近似和平衡應力場來考慮對平均應力的平均響應是很方便的。

    地球動力學專家通常使用來自大地測量 GPS、InSAR 和地震學數據以及數值模型來研究地球巖石圈、地幔和地核的演化。

    地球動力學家進行的工作可能包括:

    • 模擬地質材料的脆性和韌性變形
    • 預測大陸和超大陸的大陸增生和分裂模式
    • 觀察冰蓋和冰川后回彈引起的地表變形和松弛,并對地幔黏度做出相關猜想
    • 尋找并理解板塊構造背后的驅動機制。

    巖石變形

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    根據材料的特性和應力場的大小,巖石和其他地質材料會根據三種不同的模式(彈性、塑性和脆性)經歷應變。 應力定義為施加在巖石各部分上的每單位面積的平均力。 壓力是改變固體體積的應力的一部分; 剪切應力會改變形狀。 如果沒有剪切,則流體處于流體靜力平衡。 由于在很長一段時間內,巖石在壓力下很容易變形,因此地球處于流體靜力學平衡狀態,非常接近。 巖石上的壓力只取決于上方巖石的重量,而這又取決于重力和巖石的密度。 在像月球這樣的天體中,密度幾乎是恒定的,因此很容易計算出壓力分布。 在地球上,巖石隨深度的壓縮是顯著的,需要狀態方程來計算巖石的密度變化,即使巖石的成分是均勻的。

    彈性

    彈性變形總是可逆的,這意味著如果消除與彈性變形相關的應力場,材料將恢復到之前的狀態。 只有當材料成分(例如原子或晶體)沿軸的相對排列保持不變時,材料才會表現出彈性。 這意味著應力的大小不能超過材料的屈服強度,應力的時間尺度不能接近材料的松弛時間。 如果應力超過材料的屈服強度,鍵會開始斷裂(并重新形成),這會導致延展性或脆性變形。

    地球動力學

    韌性

    當系統的溫度足夠高時,會發生延展或塑性變形,以至于大部分材料微觀狀態(圖 1)未結合,這意味著大部分化學鍵處于斷裂和重組過程中。 在延性變形過程中,這種原子重排過程將應力和應變重新分配到平衡狀態的速度比它們累積的速度快。 例子包括火山島或沉積盆地下方巖石圈的彎曲,以及海溝處的彎曲。 延性變形發生在依賴于化學鍵斷裂和重組的擴散和平流等傳輸過程重新分布應變時,其速度與應變累積的速度差不多。

    易碎

    當應變局部化的速度快于這些松弛過程可以重新分布它時,就會發生脆性變形。 脆性變形的機制涉及缺陷的積累或傳播之間的正反饋,特別是那些由高應變區域的應變產生的缺陷,以及沿應變的局部化。

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    詞條目錄
    1. 地球動力學
    2. 概覽
    3. 巖石變形
    4. 彈性
    5. 韌性
    6. 易碎

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