الوشاح السفلي

يشغل الوشاح السفلي ، الذي كان يُعرف تاريخيًا أيضًا باسم الميزوسفير ، حوالي 56% من الحجم الكلي للأرض ، وهو المنطقة الممتدة من 660 إلى 2890 كيلومترًا (410 إلى 1800 ميل) تحت سطح الأرض ، بين منطقة الانتقال واللب الخارجي . ^{[ 1 ]} يقسم النموذج المرجعي الأولي للأرض (PREM) الوشاح السفلي إلى ثلاثة أقسام: العلوي ( 660-770 كيلومترًا (410-480 ميلًا) )، والوسط السفلي ( 770-2700 كيلومترًا (480-1680 ميلًا) )، وطبقة D ( 2700-2890 كيلومترًا (1680-1800 ميلًا) ). ^{[ 2 ]}        

يتراوح الضغط ودرجة الحرارة في الوشاح السفلي بين 24 و127 جيجا باسكال (3,500,000 إلى 18,400,000 رطل لكل بوصة مربعة) ^{[ 2 ]} و 1900 إلى 2600 كلفن (1630 إلى 2330 درجة مئوية؛ 2960 إلى 4220 درجة فهرنهايت) ^{[ 3 ]} . وقد اقتُرح أن تركيب الوشاح السفلي بيروليتي ^{[ 4 ]} ، ويحتوي على ثلاثة أطوار رئيسية هي: البريدجمانيت ، والفيروبيريكليز ، وبيروفسكايت سيليكات الكالسيوم. وقد ثبت أن الضغط العالي في الوشاح السفلي يحفز انتقالًا دورانيًا للبريدجمانيت والفيروبيريكليز الحاملين للحديد ^{[ 5 ]} ، مما قد يؤثر على ديناميكيات أعمدة الوشاح ^{[ 6 ] [ 7 ]} وتركيب الوشاح السفلي الكيميائي ^{[ 5 ]} . ويتحرك الوشاح بمعدل 1 سم (0.39 بوصة) تقريبًا سنويًا. ^{[ 8 ]}       

يُحدد الحد العلوي بالزيادة الحادة في سرعات الموجات الزلزالية وكثافتها عند عمق 660 كم (410 ميل ) . ^{[ 9 ]} عند هذا العمق ، يتحلل الرينغووديت γ - ( (Mg,Fe) _₂SiO₄ ) إلى بيروفسكايت _{المغنيسيوم} -سيليكون والمغنيسيوفوستيت . ^{[ 9} ] يُشير هذا التفاعل إلى الحد الفاصل بين الوشاح العلوي والوشاح السفلي. وقد تم تقدير هذا القياس من البيانات الزلزالية وتجارب المختبر ^تحت ضغط عالٍ. تشمل قاعدة الميزوسفير منطقة D″ التي تقع فوق حد الوشاح-اللب مباشرةً عند حوالي 2700-2890 كم (1678-1796 ميل) . ^{[ 9 ]}      

كان يُطلق على الوشاح السفلي في البداية اسم الطبقة D في نموذج بولين المتناظر كرويًا للأرض. ^{[ 10 ]} وقد فصل نموذج PREM الزلزالي لباطن الأرض الطبقة D إلى ثلاث طبقات مميزة تحددها الانقطاعات في سرعات الموجات الزلزالية : ^{[ 2 ]}

• 660-770  كم: يشير عدم الاستمرارية في سرعة موجة الضغط (6-11٪) متبوعًا بتدرج حاد إلى تحول معدن الرينغووديت إلى بريدجمانيت وفيروبيريكلاس والانتقال بين طبقة منطقة الانتقال والوشاح السفلي.
• 770–2700  كم: زيادة تدريجية في السرعة تشير إلى الضغط الأديباتي للأطوار المعدنية في الوشاح السفلي.
• 2700–2900  كم: تعتبر الطبقة D هي الانتقال من الوشاح السفلي إلى اللب الخارجي .

تتراوح درجة حرارة الوشاح السفلي من 1960 كلفن (1690 درجة مئوية؛ 3070 درجة فهرنهايت) في الطبقة العلوية إلى 2630 كلفن (2360 درجة مئوية؛ 4270 درجة فهرنهايت) على عمق 2700 كيلومتر (1700 ميل) . ^{[ 3 ]} تفترض نماذج درجة حرارة الوشاح السفلي أن الحمل الحراري هو المصدر الرئيسي لنقل الحرارة، بينما يُعتبر التوصيل الحراري والإشعاع الحراري مهملين. ونتيجة لذلك، يكون تدرج درجة حرارة الوشاح السفلي مع العمق ثابتًا تقريبًا. ^{[ 1 ]} أظهر حساب التدرج الحراري الأرضي انخفاضًا من 0.47 كلفن لكل كيلومتر (0.47 درجة مئوية/كم؛ 1.4 درجة فهرنهايت/ميل) في الجزء العلوي من الوشاح السفلي إلى 0.24 كلفن لكل كيلومتر (0.24 درجة مئوية/كم؛ 0.70 درجة فهرنهايت/ميل) عند 2600 كيلومتر (1600 ميل) . ^{[ 3 ]}            

يتكون الوشاح السفلي بشكل رئيسي من ثلاثة مكونات: البريدجمانيت، والفيروبيريكليز، وبيروفسكايت سيليكات الكالسيوم (CaSiO3 ₎ . وقد كانت نسبة كل مكون موضوع نقاش تاريخي، حيث يُقترح أن يكون التركيب الكلي كما يلي:

• بيروليتي: مستمد من اتجاهات التركيب الصخري لبيريدوتيت الوشاح العلوي، مما يشير إلى تجانس بين الوشاح العلوي والسفلي بنسبة Mg/Si تبلغ 1.27. ويفترض هذا النموذج أن الوشاح السفلي يتكون من 75% بريدجمانيت، و17% فيروبيريكليز، و8% بيروفسكايت CaSiO3 _بالحجم . ^{[ 4 ]}
• الكوندريتية: تشير إلى أن الوشاح السفلي للأرض قد تراكم من تركيب النيازك الكوندريتية مما يشير إلى نسبة Mg/Si تبلغ حوالي 1. وهذا يدل على أن البريدجمانيت و CaSiO ₃ - بيروفسكايت هي مكونات رئيسية.

أُجريت تجارب ضغط متعددة السنادين في المختبر على البيروليت لمحاكاة ظروف التدرج الحراري الأديباتي، وقُيست الكثافة باستخدام حيود الأشعة السينية في الموقع . وقد تبين أن توزيع الكثافة على طول التدرج الحراري يتوافق مع نموذج PREM . ^{[ 11 ]} وأظهرت الحسابات الأولية لتوزيع الكثافة والسرعة عبر التدرج الحراري للوشاح السفلي، مع اختلاف نسب البريدجمانيت والفيروبيريكليز، تطابقًا مع نموذج PREM بنسبة 8:2. وتتوافق هذه النسبة مع التركيب الكلي للبيروليت في الوشاح السفلي. ^{[ 12 ]} علاوة على ذلك، أسفرت حسابات سرعة موجة القص لتراكيب الوشاح السفلي للبيروليت، مع الأخذ في الاعتبار العناصر الثانوية، عن تطابق مع توزيع سرعة القص في نموذج PREM في حدود 1%. ^{[ 13 ]} من جهة أخرى، كشفت دراسات مطيافية بريلوين عند الضغوط ودرجات الحرارة المناسبة أن الوشاح السفلي المكون من أكثر من 93% من طور البريدجمانيت له سرعات موجات قص تتوافق مع السرعات الزلزالية المقاسة. ويتوافق التركيب المقترح مع الوشاح السفلي الكوندريتي. ^{[ 14 ]} لذا، فإن التركيب الكلي للوشاح السفلي لا يزال موضع نقاش.

تتغير البيئة الإلكترونية لمعدنين حاملين للحديد في الوشاح السفلي (البريدجمانيت، والفيروبيريكليز) من حالة الدوران العالي (HS) إلى حالة الدوران المنخفض (LS). ^{[ 5 ]} يخضع أيون الحديد الثنائي (Fe²⁺ ⁾ في الفيروبيريكليز لهذا التحول بين 50 و90 جيجا باسكال. يحتوي البريدجمانيت على كل من الحديد ^{الثلاثي} (Fe³⁺) والحديد الثنائي (Fe²⁺ ^{) في} بنيته، حيث يشغل الحديد الثنائي الموقع A ويتحول إلى حالة الدوران المنخفض عند 120 جيجا باسكال. بينما يشغل الحديد ^{الثلاثي الموقعين A وB، يخضع الحديد الثلاثي} في ​​الموقع B لتحول من حالة الدوران العالي إلى حالة الدوران المنخفض عند 30-70 جيجا باسكال، في حين يتبادل الحديد ^{الثلاثي} في ​​الموقع A مع كاتيون الألومنيوم ^{الثلاثي} (Al³⁺) في الموقع B ويصبح في حالة الدوران المنخفض. ^{[ 15 ]} يؤدي هذا التحول الدوراني لأيون الحديد إلى زيادة معامل التوزيع بين الفيروبيريكليز والبريدجمانيت إلى 10-14، مما يُقلل تركيز أيون الحديد الثنائي (Fe²⁺) في البريدجمانيت ويُثري الفيروبيريكليز به ^. [ ^{5 ] تشير} التقارير إلى أن التحول من الحالة عالية الدوران (HS) إلى الحالة منخفضة الدوران (LS) يؤثر على الخصائص الفيزيائية للمعادن الحاملة للحديد. فعلى سبيل المثال، لوحظ ازدياد الكثافة وعدم الانضغاطية في الفيروبيريكليز عند الانتقال من الحالة عالية الدوران إلى الحالة منخفضة الدوران. ^{[ 16 ]} يجري حاليًا دراسة تأثيرات التحول الدوراني على خصائص النقل والريولوجيا في الوشاح السفلي ومناقشتها باستخدام المحاكاة العددية.

الميزوسفير (لا يُخلط بينه وبين الميزوسفير ، وهي طبقة من الغلاف الجوي ) مشتق من "القشرة الميزوسفيرية"، وهو مصطلح صاغه ريجينالد ألدوورث دالي ، أستاذ الجيولوجيا بجامعة هارفارد . في حقبة ما قبل نظرية الصفائح التكتونية ، استنتج دالي (1940) أن الغلاف الخارجي للأرض يتكون من ثلاث طبقات كروية : الغلاف الصخري (بما في ذلك القشرة الأرضية )، والغلاف المائع، والقشرة الميزوسفيرية. ^{[ 17 ]} تراوحت أعماق حدود الغلاف الصخري والغلاف المائع، وفقًا لتقديرات دالي، بين 80 و100 كيلومتر (50 إلى 62 ميلًا) ، بينما تراوحت قمة القشرة الميزوسفيرية (قاعدة الغلاف المائع) بين 200 و480 كيلومترًا (124 إلى 298 ميلًا) . وبناءً على ذلك، استنتج دالي أن سمك الغلاف المائع يتراوح بين 120 و400 كيلومتر (75 إلى 249 ميلًا) . ووفقًا لدالي، يمكن أن تمتد قاعدة الغلاف الجوي المتوسط ​​للأرض الصلبة إلى قاعدة الوشاح (وبالتالي إلى قمة اللب ) .      

تم تقديم مصطلح مشتق، وهو الصفائح المتوسطة ، كطريقة استدلالية ، بناءً على مزيج من "الغلاف المتوسط" و"الصفيحة"، للأطر المرجعية المفترضة التي توجد فيها النقاط الساخنة في الوشاح . ^{[ 18 ]}

• مناطق كبيرة ذات سرعة قص منخفضة