Die LAB wird durch die Unterschiede in der Lithosphäre und Asthenosphäre bestimmt, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Unterschiede in der Korngröße, der chemischen Zusammensetzung, den thermischen Eigenschaften und dem Ausmaß der partiellen Schmelze; dies sind Faktoren, die die rheologischen Unterschiede in der Lithosphäre und Asthenosphäre beeinflussen.
Mechanische Grenzschicht (MBL)Bearbeiten
Die LAB trennt die mechanisch starke Lithosphäre von der schwachen Asthenosphäre. Die Tiefe der LAB kann anhand der Biegung, die die Lithosphäre durch eine an der Oberfläche angreifende Last (z. B. die Biegung durch einen Vulkan) erfahren hat, abgeschätzt werden. Biegung ist eine Beobachtung der Festigkeit, aber Erdbeben können auch verwendet werden, um die Grenze zwischen „starkem“ und „schwachem“ Gestein zu definieren. Erdbeben sind in erster Linie darauf beschränkt, innerhalb der alten, kalten Lithosphäre bei Temperaturen von bis zu ~650°C aufzutreten. Dieses Kriterium funktioniert besonders gut in ozeanischer Lithosphäre, wo es relativ einfach ist, die Temperatur in der Tiefe basierend auf dem Alter der Gesteine abzuschätzen. Das LAB ist bei Anwendung dieser Definition am flachsten. Die MBL wird selten mit der Lithosphäre gleichgesetzt, da in einigen tektonisch aktiven Regionen (z. B. der Basin and Range Province) die MBL dünner ist als die Kruste und die LAB oberhalb der Mohorovičić-Diskontinuität liegen würde.
Thermische Grenzschicht (TBL)
Die Definition der LAB als thermische Grenzschicht (TBL) ergibt sich nicht aus der Temperatur, sondern aus dem dominanten Mechanismus des Wärmetransports. Die Lithosphäre ist nicht in der Lage, Konvektionszellen zu unterstützen, weil sie stark ist, aber der konvektive Mantel darunter ist viel schwächer. In diesem Rahmen trennt das LAB die beiden Wärmetransportregime . Der Übergang von einem Bereich, der Wärme hauptsächlich durch Konvektion in der Asthenosphäre zur leitenden Lithosphäre transportiert, ist jedoch nicht unbedingt abrupt und umfasst stattdessen eine breite Zone mit gemischtem oder zeitlich variablem Wärmetransport. Die Oberseite der thermischen Grenzschicht ist die maximale Tiefe, in der Wärme nur durch Konduktion transportiert wird. Der Boden der TBL ist die geringste Tiefe, in der Wärme nur durch Konvektion transportiert wird. In Tiefen innerhalb der TBL wird Wärme durch eine Kombination aus Leitung und Konvektion transportiert.
Rheologische Grenzschicht (RBL)
Die LAB ist eine rheologische Grenzschicht (RBL). Kältere Temperaturen in geringeren Tiefen der Erde beeinflussen die Viskosität und Festigkeit der Lithosphäre. Kälteres Material in der Lithosphäre widersetzt sich dem Fließen, während das „wärmere“ Material in der Asthenosphäre zu deren geringerer Viskosität beiträgt. Der Temperaturanstieg mit zunehmender Tiefe wird als geothermischer Gradient bezeichnet und verläuft allmählich innerhalb der rheologischen Grenzschicht. In der Praxis wird die RBL durch die Tiefe definiert, in der die Viskosität der Mantelgesteine unter ~ 10 21 P a ⋅ s fällt.
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Das Mantelmaterial ist jedoch ein nicht-Newtonsches Fluid, d.h. seine Viskosität hängt auch von der Deformationsrate ab. Das bedeutet, dass die LAB ihre Lage infolge von Änderungen der Spannungen verändern kann.
Zusammensetzungsgrenzschicht (CBL)
Eine weitere Definition der LAB beinhaltet Unterschiede in der Zusammensetzung des Mantels in der Tiefe. Lithosphärenmantel ist ultramafisch und hat die meisten seiner flüchtigen Bestandteile, wie Wasser, Kalzium und Aluminium, verloren. Das Wissen über diese Verarmung basiert auf der Zusammensetzung von Mantel-Xenolithen. Die Tiefe der Basis der CBL kann anhand der Menge an Forsterit in Proben von Olivin aus dem Erdmantel bestimmt werden. Dies liegt daran, dass das teilweise Schmelzen des primitiven oder asthenosphärischen Mantels eine Zusammensetzung hinterlässt, die mit Magnesium angereichert ist, wobei die Tiefe, in der die Magnesiumkonzentration mit der des primitiven Mantels übereinstimmt, die Basis der CBL ist.