Thermal expansivity and elastic properties of the lithospheric mantle: results from mineral physics of composites
Notice bibliographique
Résumé
The elastic properties and the coefficient of thermal expansion (CTE) of the lithospheric mantle are important parameters that affect the results of lithospheric modelling. However, there is still no consensus on which values are the most appropriate to model the lithosphere, and various average values are used for lithospheres of different age, thermal state, and composition. We present an integrated approach to calculate the elastic properties and the CTE of mantle rocks, based on the mineral physics of composites and considering the spatial heterogeneity of the lithospheric mantle. The method considers the dependence of parameters on pressure and temperature, following a procedure based on an extension of the shear-lag model and thermal expansivity systematics. Representative values are calculated for three lithospheric domains: (a) Archean lithosphere, (b) Phanerozoic continental lithosphere, and (c) oceanic lithosphere. For the case of Archean lithosphere, values of CTE between (3.04 and 3.11) × 10 −5 K −1 are found to be suitable for modelling, and a constant depth-derivative for P-waves ∂Vp/∂z ∼ 2.30 × 10 −3 s −1 is estimated. Results for Phanerozoic lithosphere show that no single average value of CTE can be used in modelling. Values range non-linearly between (3.25 and 3.47) × 10 −5 K −1 at pressures equivalent to depths of 25 and 100 km, respectively. The P-wave velocity variation with depth exhibits a decrease in the range of 25–40 km, followed by almost a constant value of ∼8.08 km s −1 between 40 and 60 km, and a systematic increase with a depth-derivative ∂Vp/∂z ∼ 1.12 × 10 −3 s −1 from 60 km downwards. The variation in the CTE is largest in oceanic lithosphere. In young plates (20 Ma), values of the CTE range non-linearly from (3.25 to 3.82) × 10 −5 K −1 at pressures equivalent to depths of 10 and 50 km, respectively. In old oceanic lithosphere ( ∼100 Ma), the CTE is slightly smaller, showing values in the range of (3.0–3.7) × 10 −5 K −1 at 10 and 80 km, respectively, giving a typical average value of ∼3.45 × 10 −5 K −1 . P-wave velocity in young oceanic lithosphere decreases from ∼8.14 to 8.0 km s −1 in the first 30 km, then follows a nearly constant path downwards. In old oceanic lithosphere, on the other hand, a systematic reduction from ∼8.2 to 8.1 km s −1 in P-wave velocities is predicted as depth increases from 10 to 80 km. The effects of heterogeneities in CTE and elastic parameters are particularly noticeable in Archean lithosphere, where difference in predicted elevations and geoid heights can reach values of ≥300 and ∼6 m, respectively, when compared to standard models.
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».