Tidal drag and westward drift of the lithosphere
Tidal drag and westward drift of the lithosphere
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潮汐阻力与岩石圈西移
DOI：
10.1016/j.gsf.2023.101623
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发表时间：
2023
影响因子：
8.9
通讯作者：
Doglioni, Carlo
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Nesi, Vincenzo;Bruno, Oscar;Zaccagnino, Davide;Mascia, Corrado;Doglioni, Carlo
尽管在俯冲带和裂谷带也观察到全球范围的地球动力学不对称性，但在关于驱动板块构造的机制的讨论中，潮汐力通常被忽略。潮汐拖曳力可以从理论上解释岩石圈相对于下伏地幔的西移。尽管如此，软流层的粘度显然太高，不允许潮汐力产生的机械解耦。在这里，我们提出了一个全球尺度的地球动力学模型，伴随着地球与月球和太阳的潮汐相互作用的数值模拟。我们提供了第一次的理论证明，潮汐阻力可以产生一个向西运动的岩石圈，也与地球的自转放缓兼容。结果表明，在基础有效剪切粘度η = 1016 Pa· s的情况下，岩石圈向西旋转的下限为ω =（0.1-0.2）°/Myr，但在软流圈顶部低速带（LVZ）内，当粘度η = 3× 1014 Pa· s时，岩石圈向西旋转的下限可达ω> 1°/Myr。这种更快的速度将更符合板块运动的主流和板块边界的全球不对称性。基于这些计算，我们认为，超绝热软流层，被大力对流，可能会进一步减少LVZ内的粘性耦合。因此，固体固体潮、超低粘度低纬带和软流圈极化小尺度对流的组合可能在力学上满足岩石圈相对于下伏地幔的大尺度解耦。相对板块运动的解释，因为横向粘度的不均匀性在岩石圈的底部，这决定了可变的岩石圈-软流圈解耦和板块的相互作用，因此板块构造。
Tidal forces are generally neglected in the discussion about the mechanisms driving plate tectonics despite a worldwide geodynamic asymmetry also observed at subduction and rift zones. The tidal drag could theoretically explain the westerly shift of the lithosphere relative to the underlying mantle. Notwithstanding, viscosity in the asthenosphere is apparently too high to allow mechanical decoupling produced by tidal forces. Here, we propose a model for global scale geodynamics accompanied by numerical simulations of the tidal interaction of the Earth with the Moon and the Sun. We provide for the first time a theoretical proof that the tidal drag can produce a westerly motion of the lithosphere, also compatible with the slowing of the Earth’s rotational spin. Our results suggest a westerly rotation of the lithosphere with a lower bound of ω≈(0.1-0.2)°/Myr in the presence of a basal effective shear viscosity η≈ 10 16 Pa· s, but it may rise to ω> 1°/Myr with a viscosity of η≲ 3× 10 14 Pa· s within the Low-Velocity Zone (LVZ) atop the asthenosphere. This faster velocity would be more compatible with the mainstream of plate motion and the global asymmetry at plate boundaries. Based on these computations, we suggest that the super-adiabatic asthenosphere, being vigorously convecting, may further reduce the viscous coupling within the LVZ. Therefore, the combination of solid Earth tides, ultra-low viscosity LVZ and asthenospheric polarized small-scale convection may mechanically satisfy the large-scale decoupling of the lithosphere relative to the underlying mantle. Relative plate motions are explained because of lateral viscosity heterogeneities at the base of the lithosphere, which determine variable lithosphere-asthenosphere decoupling and plate interactions, hence plate tectonics.
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