Lớp vỏ cứng ngoài cùng của hành tinh

Thạch quyển là lớp vỏ cứng bao bọc các hành tinh đất đá. Trên Trái Đất, thạch quyển gồm lớp vỏ và phần trên cùng của lớp phủ, kết nối với lớp vỏ. Thạch quyển bị chia thành nhiều mảng như trong hình.

Đặc điểm nổi bật của thạch quyển không phải là thành phần mà là các thuộc tính về sự di chuyển của nó. Do tác động của ứng suất dài hạn và cường độ thấp gây ra các chuyển động kiến tạo, thạch quyển phản ứng như một lớp vỏ cứng, trong khi quyển astheno có tính chất như một lớp chất lỏng có độ nhớt nhẹ. Cả lớp vỏ và phần trên của lớp phủ đều trôi trên quyển astheno với độ dẻo cao hơn. Lớp vỏ được phân biệt với lớp phủ bởi sự thay đổi trong thành phần hóa học tại điểm gián đoạn Mohorovičić.

Độ dày của thạch quyển thay đổi từ khoảng 1,6 km ở các sống lưng giữa đại dương đến khoảng 130 km gần lớp vỏ đại dương cổ. Độ dày của mảng thạch quyển lục địa là khoảng 150 km.

Khi bề mặt Trái Đất nguội đi trong quá trình đối lưu, độ dày của thạch quyển tăng lên theo thời gian. Thạch quyển bị chia cắt thành các mảng lớn, gọi là các mảng kiến tạo, chúng di chuyển tương đối độc lập. Sự di chuyển này được gọi là kiến tạo địa tầng. Thạch quyển có hai dạng:

• Vỏ đại dương.
• Vỏ lục địa.

Thạch quyển của Trái Đất

Thạch quyển Trái Đất gồm lớp vỏ và phần trên cùng của lớp phủ, tạo thành lớp ngoài cứng của Trái Đất. Thạch quyển được chia thành các mảng kiến tạo. Phần trên của thạch quyển phản ứng với khí quyển, thủy quyển và sinh quyển thông qua quá trình hình thành đất. Thạch quyển được bảo vệ bởi quyển astheno, phần yếu hơn, nóng hơn và sâu hơn của lớp phủ. Ranh giới giữa thạch quyển và quyển astheno được xác định bởi sự khác biệt trong cách ứng phó với ứng suất: thạch quyển vẫn cứng trong thời gian dài, trong khi quyển astheno biến dạng nhớt và chịu được biến dạng dẻo.

Lịch sử khái niệm

Khái niệm về thạch quyển như lớp ngoài vững chắc của Trái Đất được AEH Love mô tả trong tác phẩm 'Một số vấn đề về Địa chất học' và được Joseph Barrell phát triển thêm. Ông viết nhiều bài báo về khái niệm này và giới thiệu thuật ngữ 'thạch quyển'. Ý tưởng này dựa trên sự hiện diện của dị thường trọng lực trên lớp vỏ lục địa, suy ra rằng có một lớp vững chắc phía trên lớp yếu hơn có thể chảy, gọi là asthenosphere. Năm 1940, Reginald Aldworth Daly đã mở rộng những ý tưởng này trong công trình 'Sức mạnh và cấu trúc của Trái Đất'. Những khái niệm này được các nhà địa chất và địa vật lý chấp nhận rộng rãi và là cơ sở cho lý thuyết về kiến tạo mảng.

Phân loại

Các loại thạch quyển khác nhau

Thạch quyển có hai loại:

• Thạch quyển đại dương, liên kết với lớp vỏ đại dương và tồn tại trong các lưu vực đại dương (mật độ trung bình khoảng 2,9 gram/cm³)
• Thạch quyển lục địa, liên kết với lớp vỏ lục địa (mật độ trung bình khoảng 2,7 gram/cm³)

Độ dày của thạch quyển được xác định bởi độ sâu của đường đẳng nhiệt, phản ánh sự chuyển đổi giữa tính chất giòn và nhớt. Nhiệt độ tại đó olivine bắt đầu biến dạng nhớt (~1000°C) thường được dùng để thiết lập đường đẳng nhiệt này do olivine là khoáng chất yếu nhất trong lớp phủ trên. Thạch quyển đại dương thường dày khoảng 50 đến 140 km, trong khi thạch quyển lục địa có độ dày từ 40 km đến 280 km; phần trên cùng, từ 30 đến 50 km, là lớp vỏ. Lớp phủ của thạch quyển chủ yếu gồm peridotit. Sự phân biệt giữa lớp vỏ và lớp phủ trên được thể hiện qua sự thay đổi thành phần hóa học tại điểm gián đoạn Moho.

Thạch quyển đại dương chủ yếu gồm lớp vỏ mafic và lớp phủ siêu mafic (peridotit), nặng hơn thạch quyển lục địa với lớp vỏ làm từ đá felsic. Thạch quyển đại dương dày lên khi già đi và di chuyển ra khỏi sườn núi giữa đại dương, quá trình này diễn ra do sự làm mát dẫn nhiệt. Điều này biến tầng khí quyển nóng thành lớp phủ thạch quyển, khiến thạch quyển đại dương dày và nặng dần theo thời gian. Thực tế, thạch quyển đại dương là lớp ranh giới nhiệt cho sự đối lưu trong lớp phủ, với độ dày của phần lớp phủ tăng lên như căn bậc hai của thời gian.

Thạch quyển đại dương ít đậm đặc hơn asthenosphere trong vài chục triệu năm, sau đó trở nên dày đặc hơn asthenosphere. Lớp vỏ đại dương nhẹ hơn về mặt hóa học so với astheno, nhưng sự co lại nhiệt của lớp phủ thạch quyển khiến nó trở nên dày đặc hơn. Sự mất ổn định hấp dẫn của thạch quyển đại dương trưởng thành thể hiện ở các khu vực hút chìm, nơi thạch quyển đại dương luôn chìm xuống dưới thạch quyển đè lên, dù là đại dương hay lục địa. Thạch quyển đại dương mới được tạo ra liên tục tại các rặng giữa đại dương và tái chế lại vào lớp phủ ở các khu vực hút chìm, khiến thạch quyển đại dương trẻ hơn thạch quyển lục địa: thạch quyển đại dương lâu đời nhất khoảng 170 triệu năm, trong khi thạch quyển lục địa có thể hàng tỷ năm tuổi. Các phần cổ nhất của thạch quyển lục địa nằm dưới các craton, với lớp phủ thạch quyển ở đó dày hơn và ít đậm đặc hơn, giúp ổn định khu vực này.

Các nghiên cứu địa vật lý đầu thế kỷ 21 chỉ ra rằng các mảng lớn của thạch quyển đã bị hút sâu vào lớp phủ đến 2900 km, gần ranh giới giữa lớp phủ và lõi. Trong khi một số phần khác 'trôi nổi' trong lớp phủ trên, có những phần kéo dài đến 400 km nhưng vẫn 'liên kết' với mảng lục địa phía trên, tương tự như mô hình 'kiến tạo' do Jordan đề xuất năm 1988.

Đá xenolith

Các nhà địa chất có thể nghiên cứu trực tiếp lớp phủ lục địa bằng cách xem xét các mẫu xenolith được mang lên từ kimberlite, lamproite và các ống núi lửa khác. Lịch sử của các xenolith này đã được phân tích bằng nhiều phương pháp, bao gồm phân tích đồng vị của osmium và rhenium. Các nghiên cứu này xác nhận rằng lớp phủ thạch quyển dưới một số craton đã tồn tại hơn 3 tỷ năm, dù có sự luân chuyển của lớp phủ cùng với kiến tạo mảng.

• Lớp vỏ, thạch quyển và quyển astheno của Trái Đất Lưu trữ 2006-11-02 tại Wayback Machine
• Lớp vỏ và thạch quyển

• Quyển astheno
• Khí quyển Trái Đất
• Sinh quyển
• Băng quyển
• Thủy quyển
• Địa quyển
• Kiến tạo địa tầng