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Una bomba de calor de doble magmtica en el lmite ncleo-manto

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American Mineralogist, Volume 85, pages 15891594, 2000 Americana mineralogista, Volumen 85, pginas 1589-1594, 2000 0003-004X/00/11121589$05.00 0003-004X / 00/1112 a 1589 $ 05,00 1589 1589 A double magmatic heat pump at the core-mantle boundary Una bomba de calor en el lmite ncleo-manto SA M SA M ORSE ORSE Cmaras de magma de silicato gigantesca se han postulado para tener en cuenta las zonas de ultra-baja velocidad ssmica inferidos en la base de la capa, que acta para modular el transporte de calor hacia fuera del ncleo y en penachos. En el ncleo, el aumento de columnas de metal lquido y los elementos de luz de bombeo el calor latente hacia fuera desde el lmite entre el ncleo interior por conveccin de composicin. As pues, el ncleo externo bombas de calor a la frontera entre el ncleo y el manto (CMB), y la cmara de magma gigante bombas de calor en el manto a actuar como una fuente de penacho. Accin magmtica en el CMB depende crticamente del equilibrio entre composicin de fusin, compresin, y la temperatura. Un magma residente de forma estable por encima del CMB debe ser ms densa que los cristales del manto, perovskita mayora de silicato (pv) y magnesiowustita (mw). Derrite densos deben formar en el CMB, donde deben estar saturados con Fe y FeO desde el ncleo. Dada la normalidad particin Mg-Fe, mw ser ms denso que pv, y se derrite de pv + mw + hierro = liq tambin debe ser intrnsecamente densa en relacin con el conjunto de cristal grueso. Tales masas fundidas pueden ser recalentado para superar la densidad de la composicin, y subir hacia arriba en la cmara de magma, asistido por la mezcla turbulenta. Arroja masa fundida enfriada metal denso y cristales de xido de metal, y el crecimiento de estos cristales comunicados iluminan soluto que transporta rpidamente el calor hacia arriba, hacia el techo de la cmara, donde se funde el manto. Cerca del techo, crece densa masa fundida por el calor transportado hacia arriba por conveccin de composicin, y se hunde. El exceso de calor y de vez en cuando se escapa un poco de fusin para alimentar penachos del manto. Magmas CMB deben estar entre Fe-ricos la mayor cantidad en la Tierra.* * Department of Geosciences, Box 35820, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts 01003, USA Departamento de Geociencias, caja 35820, Universidad de Massachusetts, Amherst, Massachusetts 01003, EE.UU. A A BSTRACT ESUMEN Gigantic silicate magma chambers have been postulated to account for seismically inferred Cmaras de magma silicato Gigantic se han postulado para explicar ssmicamente inferido ultra-low-velocity zones at the base of the mantle, acting to modulate heat transport out of the core zonas de ultra-baja velocidad en la base del manto, que actan para modular el transporte de calor fuera del ncleo and into plumes. y en penachos. In the core, rising plumes of liquid metal and light elements pump the latent heat En el ncleo, el aumento columnas de elementos metlicos y ligeros lquidos bombean el calor latente outward from the inner core boundary by compositional convection. hacia afuera desde el lmite entre el ncleo interior por conveccin de composicin. The outer core thus pumps heat As pues, el ncleo externo bombas de calor to the core-mantle boundary (CMB), and the giant magma chamber pumps heat into the mantle to a la frontera entre el ncleo y el manto (CMB), y las bombas de cmara de magma gigante calentar en el manto a act as a plume source. actuar como una fuente de penacho. Magmatic action at the CMB depends critically on the balance between melt Accin magmtica en el CMB depende de manera crtica sobre el equilibrio entre la masa fundida composition, compressibility, and temperature. composicin, compresin, y la temperatura.A stably resident magma above the CMB must be Un magma residente de forma estable por encima de la CMB debe ser* E-mail: tm@geo.umass.edu * E-mail: tm@geo.umass.eduIINTRODUCTIONNTRODUCCIN

Seismic evidence suggests the presence of several very largeEvidencia ssmica sugiere la presencia de varias zonas muy grande zones of ultra-low velocity (ULVZs) above the core-mantlede velocidad ultra-baja (ULVZs) por encima del lmite del ncleo y el manto boundary (CMB) at several localities (Garnero and Helmberger(CMB) en varias localidades (Garnero y Helmberger 1996).1996). Expanding on the notion of D'' as a partially melted Ampliando la nocin de D '' como una capa parcialmente fundido, layer, it was an obvious next step to view the ULVZs as gigan-que fue un paso lgico para ver el ULVZs como gigantes tic magma chambers (here GMCs; Williams and Garnero 1996;cmaras de magma (aqu GMC; Williams y Garnero 1996; Williams 1998).Williams 1998). For a magmatist whose thoughts have often Para un magmatismo cuyas consideraciones tienen a estar a menudo been inside magma chambers, these ideas naturally found fer-dentro de cmaras de magma, estas ideas naturalmente encontraron suelos frtiles en especulaciones acerca de la transferencia de calor y Materia durante la fusin y el crecimiento de cristales. Here I offer the Aqu les ofrezco el fruto preliminar de estas especulaciones. The discussion begins with boundary conditions and as- La discusin comienza con condiciones de contorno y sumptions.supuestos. Seismic evidence and the recent literature are then Evidencia ssmica y la literatura reciente son entonces reviewed.opiniones. There follows a brief review of heat pumping by A continuacin se presenta una breve revisin de bombeo de calor por compositional convection.conveccin composicional. At last, the conditions of heat trans- Por fin, las condiciones de transmisin de calor fer near the CMB are explored, with the conclusion that thecerca del CMB se exploran, con la conclusin de que la GMCs and outer core constitute paired heat pumps, which GMC y ncleo externo constituyen bombas de calor emparejadas, que modulate both heat transport out of the core and the location "Modular tanto el transporte de calor hacia fuera del ncleo y la ubicacin of mantle plumes (Williams 1998).de plumas del manto "(Williams, 1998). S ESTIPULATIONSTIPULACIONES If there is a GMC at the CMB, several related conditions Si hay un GMC en el CMB, varias condiciones relacionadas may be stipulated.POPpodran ser establecidas. Most of these are obvious and most have La mayora de ellos son obvios y la mayora ha sido been considered before, eg, by Williams and Garnero (1996).considerada antes, por ejemplo, por Williams y Garnero (1996). (1) The top of the magma chamber is saturated (stably or (1) La parte superior de la cmara de magma es saturado (estable o metastably) with the crystalline mantle phases.metastable) con las fases del manto cristalino. (2) The bottom of the magma chamber is saturated with the (2) La parte inferior de la cmara de magma se satura con la liquid metal phase of the outer core.fase de metal lquido del ncleo externo. (3) The core is the stove that melts the mantle. (3) El ncleo es la estufa que se derrite el manto. (4) The silicate melt is denser than the crystalline mantle (4) La masa fundida de silicato es ms denso que el conjunto del manto cristalino assemblage (otherwise it would immediately escape upward (de lo contrario este podra escapar de inmediato hacia arriba from the CMB).de la CMB). (5) The roof is refractory. (5) El techo es refractario. (6) The GMC is a heat sink for heat from the outer core, (6) El GMC es un disipador de calor para el calor desde el ncleo externo,which is principally the latent heat of crystallization of the in- que es principalmente el calor latente de cristalizacin de el ncleo interno.I INFERENCESNFERENCIAS (1) The liquid outer core is well stirred and therefore nearly (1) El ncleo externo lquido se agita bien y por lo tanto casi isothermal along the CMB.isotrmico a lo largo del CMB. Therefore, if the mantle is laterally Por lo tanto, si el manto es lateralmente homogeneous and melts at one place, it must melt all along the homogneo y se funde en un solo lugar, este se debe fundir a lo largo de la CMB, hence the D'' layer is partially melted on a secular timeCMB, de ah el D '' capa est parcialmente derretido en una escala de tiempo secular scale (Williams and Garnero 1996).(Williams y Garnero 1996). (2) Given inference 1, any GMC must tend to drain the D'' (2) Teniendo en cuenta la inferencia 1, cualquier GMC debe tender a drenar la capa D '' layer. (3) Existence of a GMC implies a local heat flow anomaly (3) Existencia de un GMC implica una anomala flujo de calor localin the underlying outer core. en el ncleo externo subyacente. (4) Given inference 3, then the GMC is also the carrier of (4) Dada la inferencia 3, entonces el GMC es tambin el portador deexcess heat flow into the overlying mantle. el exceso de flujo de calor en el manto suprayacente. It is therefore a Por lo tanto, es un heat sink for the core and a heat source for the mantle; disipador de calor para el ncleo y una fuente de calor para el manto; it is a se trata de un heat conduit (Williams 1998). conducto de calor (Williams 1998). (5) Given inference 4, a GMC is and must be a plume source (5) Dada la inferencia 4, un GMC es y debe ser una fuente de plumafor the mantle (Williams 1998; Williams et al. 1998). para el manto (Williams 1998; Williams et al 1998.). (6) Because the escape of heat is the driving principle for (6) Debido a la fuga de calor es el principio conductor deall Earth dynamics, and given inference 5, there must be a re- toda la dinmica de la Tierra, y dada la inferencia 5, tiene que haber unagion of major extension of the lithosphere, and anomalously regin de mayor extensin de la litosfera, y anmalamente high heat flow, for every GMC-plume structure.flujo alto de calor, por cada estructura GMC-plume.

VIDENCE FOR PRUEBAS PARAGMC GMCSS

The seismic evidence for GMCs arises from the detection La evidencia ssmica para las GMC surge de la deteccinof ultra-low-velocity