Browsing by Subject "rock rheology"

Vulkaanisten kaarten magmaattinen aktiivisuus nostaa maankuoren lämpötilaa ja laskee sen kestävyyttä, mutta näiden muutosten suuruutta tai muutosten erinäisiä tekijöitä, kuten latenttilämpöä, sulamisesta aiheutunutta viskositeetin laskua sekä intruusioiden koostumusta, lämpötilaa ja sulan määrää ei ole laajemmilta osin tutkittu. Pro gradu tutkielman tarkoitus on kvantifioida näitä kuoressa tapahtuvia muutoksia sekä tutkia erinäisten tekijöiden vaikutusta kallioperän kestävyyteen, kuten sitä kuinka kestävyys muuttuu lämpötilan nousun seurauksena kiinteässä tilassa verrattuna siihen miten se muuttuu kiven sulaessa. Näitä näkökulmia tutkitaan mallilla, joka perustuu kaksiulotteiseen lämpöyhtälöön, joka ratkaistaan differenssimenetelmällä. Kuoren kestävyyden muutoksia lasketaan sarjalla yksiulotteisia kuoren kestävyyskriteerimalleja. Kivien sulamislämpötilat saadaan termodynaamisella ohjelmalla, joka laskee sulafraktiot eri paine ja lämpötilaolosuhteissa ja näitä sulia käytetään hyväksi mallissa, joka laskee efektiivisen viskositeetin osittain sulaneelle kivelle. Kuoren kestävyyttä ja lämpötilan muutoksia tarkastellaan tekemällä useampia simulaatioita, jotka jäljittelevät magmaattisen kaaren vulkanismia. Maankuoren integroitu kestävyys laskee magmakammioiden läheisyydessä jo muutaman miljoonan vuoden kuluttua ~80 % eikä tämä arvo muutu huomattavasti jatkuvan magmaattisen aktiivisuuden seurauksena. Magmakammioita ympäröivä maankuori kuitenkin jatkaa heikentymistä koko magmaattisen aktiivisuuden ajan (10 Ma) eikä tämä ei ole ainoastaan seurausta hitaasta lämmönjohtumisesta. Magmaattisen aktiivisuuden päätyttyä maankuori jäähtyy ja kiteytyy, jolloin intruusioiden mekaaniset ominaisuudet saattavat joko heikentää tai kestävöittää kallioperää suhteessa maankuoren alkuperäiseen kestävyyteen riippuen intruusioiden ja niitä ympäröivän kiven mekaanisista ominaisuuksista. Mafiset intruusion kykenevät kestävöittämään kallioperää helpommin syvemmällä, missä kuori alun perin deformoitui plastisesti, kun taas felsiset intruusiot kykenevät mekaanisesti heikentämään maankuorta matalammilla syvyyksillä. Pitkällä aikavälillä intrudoituvan magman lämpötila on vähemmän tärkeä tekijä kuoren kestävyydelle, kuin intruusioiden mekaaniset ominaisuudet. Kiven sulamisella ei näytä olevan huomattavaa vaikutusta kuoren kestävyyden muutoksiin. Suurin osa simulaatioista osoittaa, että kuoren integroitu kestävyys on pudonnut jo yli 99.9 % lämpötilan nousun seurauksena ennen kuin kuori alkaa sulamaan. Jopa äärimmäisimmissä skenaarioissa kuoren sulamisesta aiheutuva integroidun kestävyyden lasku pysyy pääsääntöisesti 0.5 % alapuolella. Mitä enemmän magmassa on sulaa, sitä suurempi vaikutus latenttilämmöllä on kuoren lämpötiloihin. Magmaattisen aktiivisuude aikana intrudoituvalla magmalla minkä sulamäärä on 10–100 %, latenttilämmön osuus lämpötilan noususta on 12–34 %. Latenttilämpö vaikuttaa enemmän kuoren kestävyyteen magmakammioiden läheisyydessä ja laskee kuoren kestävyyttä enemmän magmaattisen aktiivisuuden päätyttyä. Maximissaan latenttilämmöstä aiheutunut kuoren integroidun kestävyyden lasku on 10–30 % magmakammioiden läheisyydessä ja keskiarvo on 5–17.5 % 50 km säteellä magmakammioista, riippuen magman alkuperäisestä sulan määrästä. Tektoniikan kannalta on tärkeää ymmärtää miten magmaattinen aktiivisuus vaikuttaa maankuoren kestävyyteen. Maankuori on heikoimmillaan suoraan magmakammioiden läheisyydessä magmaattisen aktiivisuuden aikana, joka saattaa aiheuttaa paikallisia muutoksia kuoren deformaatiossa ja hiertovyöhykkeiden muodostumisessa, mutta pitkällä aikavälillä intruusioiden koostumus ja niiden mekaaniset ominaisuudet saattavat vaikuttaa huomattavasti kuoren kestävyyteen. Koska kuoren sulamisesta aiheutunut viskositeetin lasku ei ole huomattava tekijä kuoren kestävyydelle, niin muut magmaattiseen aktiivisuuteen ja vulkanismiin liittyvät tekijät ovat todennäköisesti tärkeämmässä osassa, kuten kiven sulamiseen liittyvä tiheyden lasku ja tilavuuden kasvu, joka taas johtaa uusiin maankuoreen syntyviin jännityskenttiin, kallioperän murrosten syntymiseen sekä magman liikkumiseen.