Em um artigo publicado recentemente em Cartas da Terra e da Ciência Planetária , pesquisadores do Centro de Pesquisa Geodinâmica, A Ehime University e a University of Lille combinam modelagem numérica de deslocamento de deslocamento e resultados de experimentos de difusão para revisitar a reologia de wadsleyita, ringwoodita e granada majorita sob taxas de deformação geológica ao longo da zona de transição do manto da Terra com base na modelagem de plasticidade teórica.

Apesar de ser composto de rochas sólidas, o manto da Terra, que se estende a uma profundidade de ~ 2890 km abaixo da crosta, sofre um fluxo convectivo removendo o calor do interior da Terra. Este processo envolve a transferência de massa por subdução de placas tectônicas frias e a ascensão de plumas quentes em direção à superfície da Terra, responsável por muitos recursos geológicos em grande escala, como terremotos e vulcanismo. Por meio de uma combinação de estudos anteriores de física sismológica e mineral, é bem sabido que o manto terrestre é dividido (mineralogicamente) em dois regimes principais:o manto superior e o inferior, separados pela 'zona de transição, 'uma camada limite entre ~ 410 e ~ 660 km de profundidade. Esta zona de transição influencia a extensão da convecção do manto inteiro, controlando a transferência de massa entre o manto superior e inferior. Estudos de tomografia sísmica (imagens de tomografia computadorizada do interior da Terra usando ondas sísmicas) revelaram anteriormente que, embora algumas placas penetrem através da zona de transição, outros parecem estagnar dentro ou logo abaixo. O motivo não é claro e a dinâmica do manto da Terra ao longo da zona de transição permanece pouco restrita devido à falta de compreensão de suas propriedades mecânicas.

Essas propriedades mecânicas dependem da capacidade dos minerais de sofrerem deformação plástica lenta em resposta a um baixo estresse mecânico, chamado 'creep, 'tipicamente descrito por um parâmetro conhecido como "viscosidade". A dinâmica do manto superior depende da deformação plástica de seu principal constituinte, Mg ₂ SiO ₄ olivina. Os primeiros ~ 300 km do manto superior são caracterizados por uma forte dependência direcional da velocidade das ondas sísmicas, conhecido como "anisotropia sísmica". Portanto, geralmente acredita-se que "deslocamento de deslocamento" - um mecanismo de deformação que induz a rotação da rede e orientações cristalográficas preferidas (CPO) em minerais elasticamente anisotrópicos como a olivina - contribui para a deformação geral do manto superior. A fluência de deslocamento é um mecanismo de deformação intracristalina responsável pelo transporte do cisalhamento do cristal, mediada por defeitos lineares chamados "deslocamentos". É um mecanismo de deformação composto que pode envolver tanto o deslizamento de deslocamentos ao longo de algumas direções e planos de cristal específicos quanto a escalada mediada por difusão para fora de seus planos de deslizamento. De fato, simulações numéricas recentes de Boioli et al. (2015) mostraram que a deformação do Mg ₂ SiO ₄ os cristais de olivina são acomodados pelo tipo de deslocamento de deslocamento de Weertman sob condições relevantes do manto superior, onde a escalada de deslocamentos permite a recuperação de junções de deslocamento, permitindo que a tensão plástica seja produzida de forma eficiente por deslizamento de deslocamento.

Entrando na zona de transição do manto além de ~ 410 km de profundidade com o aumento da pressão (P) e da temperatura (T), a olivina se transforma primeiro em wadsleyita polimorfo de alto P e a ~ 520 km em ringwoodita. Ainda não está claro se os processos de deformação dessas estruturas mais compactas dos polimorfos de alto P da olivina são semelhantes aos da olivina (Ritterbex et al. 2015; Ritterbex et al. 2016). Para resolver esta questão, pesquisadores do grupo de plasticidade da Universidade de Lille e do Centro de Pesquisa Geodinâmica da Universidade de Ehime combinaram simulações numéricas de mobilidades de deslocamento de deslocamento termicamente ativadas com resultados de dados de difusão experimental, e demonstrar isso, em contraste com a olivina nas condições do manto superior, as velocidades de subida de deslocamento estão excedendo as de planeio nos polimorfos de alto P da olivina, induzindo uma transição do mecanismo de deformação no regime de fluência de deslocamento de fluência de Weertman para fluência de escalada pura em tensões geológicas relevantes. Com base na modelagem de plasticidade e restringida por dados de difusão de experimentos, a investigação atual quantifica a deformação em estado estacionário dos principais minerais da zona de transição wadsleyita, ringwoodita e granada majorita em função do tamanho do grão.

Essas modelagens são capazes de explicar uma série de características-chave associadas à zona de transição do manto. É mostrado que a plasticidade intracristalina da wadsleyita, ringwoodita e granada majorita por fluência de escalada pura em tensões geológicas leva a uma zona de transição equivocada de 10 ^{(21 ± 1)} Pa.s se o tamanho do grão for ~ 0,1 mm ou maior, combinando bem os dados geofísicos de superfície invertida disponíveis, que são normalmente usados ​​para restringir as propriedades reológicas do manto da Terra. Uma vez que a fluência de subida pura não induz a rotação da rede e não pode produzir CPO, a deformação da zona de transição por este mecanismo é compatível com sua isotropia sísmica relativa em comparação com o manto superior. Os pesquisadores também descobriram que o CPO é capaz de se desenvolver junto com as concentrações de estresse pela ativação da fluência de Weertman, por exemplo, em fluxos de canto em torno de lajes de subducção a frio, algo que poderia induzir um aumento na resistência à subducção, explicando porque algumas lajes param na base da zona de transição. Por outro lado, as reduções de viscosidade são previstas se os grãos forem menores do que ~ 0,1 mm quando os silicatos da zona de transição estão se deformando por difusão atômica pura, comumente referido como "fluência de difusão, "que pode potencialmente influenciar a dinâmica do fluxo no interior de lajes subdutivas a frio ou nas transições de fase.

A incorporação futura desses mecanismos de deformação em função do tamanho do grão em modelos de convecção geodinâmica deve aumentar nossa compreensão da interação entre o manto superior e inferior e deve ser útil na restrição da evolução geoquímica da Terra.