• No results found

1. Convergent plate boundaries

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "1. Convergent plate boundaries"

Copied!
44
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

Inside the Earth

(2)

There are three major Crustal divisions

§ Oceanic

§ Transition and

§ Continental 

Out of these only oceanic and continental divisions are  of major importance.

(3)
(4)

Ø Oceanic crust ranges from 5 to 15 km thick

Ø Islands,  island  arcs  and  continental  margins  are  examples of transitional crust that exhibit thicknesses  of 15-30 km

 

Ø Continental  crust  generally  ranges  from  30-50  km  thick,  with  thickness  up  to  80  km  reported  in  some  area (under large mountain ranges, such as the Alps  or the Sierra Nevada)

(5)

Ø Below the crust is the mantle,  a dense, hot layer of  semi‐solid rock approximately 2900 km thick. 

Ø The  mantle,  which  contains  more  iron, magnesium, and calcium than the crust ,  is  hotter  and  denser  because  temperature  and  pressure  inside  the  Earth  increase with depth.

Ø At  the  center  of  the  Earth  lies  the  core,  which  is  nearly  twice  as  dense  as  the  mantle  because  its  composition is metallic (iron‐nickel alloy) rather than  stony. 

(6)

Earth's core is actually made up of two distinct parts: 

Ø 2,200 km‐thick liquid outer core and Ø 1,250 km‐thick solid inner core. 

Ø As  the  Earth  rotates,  the  liquid  outer  core  spins,  creating the Earth's magnetic field.

(7)

Layer Relative position Density(in gm/cu

cm) Composition

Crust Outer most layer: thinnest  under the Ocean and thickest  under the continents.

Crust and top of the Mantle  called lithosphere  

Oceanic crust (3‐3.3)

Continental crust  (2.7‐3.0)

Solid rocks‐ mostly  silicon and oxygen Oceanic crust: basalt Continental crust: 

granite

Mantle Middle Layer: thickest layer; 

top portion called the  asthenosphere

Mantle

3.3‐5.7) Hot soften rock; 

contains iron and  magnesium

Core Inner layer, consists of two parts

‐ outer core and inner core Outer core (9.9‐12.2) Inner core  (12.6‐13.0)

Mostly iron and  nickle; 

Outer core slow  flowing liquid, Inner core solid

(8)

Magmatism: mechanism and causes

Firstly, understand, what is magma

(9)

What is Magma

Ø Magma is a slushy mix of molten rock, gases and mineral  crystals within the Earth.

Ø Magma is called lava when it reaches the surface.

Ø The  elements  found  in  magma  are  the  same  major  elements found in magma are the same major elements  found  in  Earth's  crust:  Oxygen  (O),  magnesium  (Mg),  Calcium (Ca), potassium (K), and sodium (Na). Of all the  compounds  found  in  magma,  silica  (Sio2)  is  the  most  abundant  and  has  the  greatest  effect  on  magma  characteristics.

(10)

Ø   Magma  are  classified  as  basaltic,  andesitic,  and  rhyolitic, based on the amount of Sio2 they contain.

Ø Silica content affects melting temperature and also  impacts how quickly magma flows. 

Group Sio2

Rhyolitic 70 %

Andesitic 60 %

Basaltic 50%

(11)

Viscosity: a measure of how easily a fluid flows.   Water  has a low viscosity, molasses has a much higher viscosity.

Viscosity, in turn, controls the amount of gas that can be  trapped in the magma.

The greater the viscosity the more gas in the magma. 

There are three basic types of magma:

Basaltic Magma Andesitic Magma Rhyolitic Magma

The names are based on the rock type that forms when  the magma crystallizes.

(12)

Magma Type

Chemical Composition

Temperature (degrees C)

Viscosity Gas

Content Basaltic 45-55% SiO2;

High in Fe, Mg, Ca; Low in K, Na.

1000 - 1200 Low Low

Andesitic 55-65% SiO2; Intermediate Fe, Mg, Ca, Na, K

800-1000 Intermediate Intermediate

Rhyolitic 65-75% SiO2; Low in Fe, Mg, Ca; High in K, Na

650-800 High High

(13)

Magmatism occurs primarily at 

1. Convergent plate boundaries

2. Divergent plate boundaries, and  3. Hotspots

Magmatism

(14)

Magmatism: The  formation  of  igneous  rock  from  magma.

Ø Magmatism is the emplacement of magma within and  at  the  surface  of  the  outer  layers  of  a  terrestrial  planet, which solidifies as igneous rocks.

Ø Volcanism is the surface expression of magmatism.

Ø Magmatism is one of the main processes responsible  for mountain formation. 

Ø The  nature  of  magmatism  depends  on  the  tectonic settings. 

(15)

For example, 

1. Convergent plate marginAndesitic magmatism associated with the formation of island arc.

2. Divergent plate margin: Basaltic magmatism at Mid  Oceanic Ridges during sea floor spreading.

(16)

Spreading centers (mid‐ocean ridges) and subduction zones (trenches) and island arcs associated with the theory of seafloor spreading.

(17)

Ø Convergent margin magmatism may occur for thousands of  kilometers  parallel  to  the  trench,  and  up  to  500  km  perpendicular to the trench in the direction of subduction.

Ø Plutonic  rocks  at  convergent  margins  include  diorite, granodiorite, quartz diorite, granite, gabbro, tonalite and rocks referred to as trondhjemite. 

Ø  Convergent margin volcanoes may be quite explosive due  to a high magma viscosity and high volatile content.

Ø Convergent  plate  boundaries  are  characterized  by  the  development  of  composite volcanoes (also  called  stratovolcanoes). Andesite to rhyolite compositions are the  most  common  crystalline  volcanic  rocks  at  composite  volcanoes.

1. Convergent plate margin: 

(18)

Ø Magmatism  at  convergent  margins  is  largely  due  to  the  partial  melting  of  the  lithospheric  wedge  overlying  the  subduction zone.

(19)

Ø Divergent  plate  boundaries  are  dominated  by  basaltic lava flows. Divergent plate margins occur as a continuous  belt  of  mountain  ridges  along  the  ocean  floor.  Ocean  ridges are the site of plate extension, wherein rift valleys  develop.

Ø Magmatism  at  divergent  margins  is  due  to  the  partial  melting  of  the  upper  mantle  due  to  mantle  uplift  and  decompression. 

Ø Low viscosity basaltic lava tends to erupt in a quiescent  fashion such that violent explosions are rare.

2. Divergent plate margin

(20)

3. Hotspots

§ An area of abnormally intense active volcanism thought to be  underlain  by  a  mantle  plume.  Many  hot  spots,  for  example  Hawaii are located in the middle of a lithospheric plate. Where  as  others  such  as  Iceland  are  located  on  divergent  (constructive) plate margins.

§ Hotspots  (Wilson,  1963  )  are  long  ‐  lived  areas  in  the  mantle  where anomalously large volumes of magma are generated. 

§ They occur beneath both 

§ Oceanic lithosphere (e.g., Hawaii)

§ Continental  lithosphere  (e.g.,  Yellowstone  National  Park, Wyoming), and 

§ along divergent plate boundaries (e.g., Iceland).

(21)
(22)
(23)

Ø linear shape of the Hawaiian Island‐Emperor Seamounts chain  resulted from the Pacific Plate moving over a deep, stationary  hotspot in the mantle, located beneath the present‐day position  of the Island of Hawaii. 

Ø  Wilson suggested that continuing plate movement eventually  carries  the  island  beyond  the  hotspot,  cutting  it  off  from  the  magma source, and volcanism ceases. 

Ø As one island volcano becomes extinct, another develops over  the hotspot, and the cycle is repeated. This process of volcano  growth and death, over many millions of years, has left a long  trail of volcanic islands and seamounts across the Pacific Ocean  floor.

(24)

World map showing the locations of selected prominent hotspots

(25)

Earthquakes at Plate  Margins

Needs prior understanding of plate tectonics and seafloor topography

(26)

Ø A  tectonic  plate  (also  called  lithospheric  plate)  is  a  massive, irregularly shaped slab of solid rock.

Ø Earth's lithosphere is divided into a series of major  and minor mobile plates.

Ø These plates are mobile , moving in constant,  slow  motion measured in rates of centimeters per year.

Ø The  movements  of  plates  over  millions  of  years  resulted  in  the  opening  and  closure  of  oceans  and  the formation and disassembly of continents.

Plate Tectonics

(27)

South American Plate Eurasian Plate

Indian Plate

Australian Plate

Major tectonic plates

Pacific plate

North American plate Cocos plate

Nazca plate Antarctic Plate

The Pacific and Antarctic Plates are among the largest

(28)

Ø   Plate size can vary greatly, from a few hundred to  thousands of kilometers.

Ø Plate  thickness  also  varies  greatly,  ranging  from  less than 15 km for young oceanic lithosphere to  about  200  km  or  more  for  ancient  continental  lithosphere. 

Ø The  destruction  of  oceanic  lithosphere  below  oceanic  trenches  explains  the  occurrence  of  earthquakes and volcanoes adjacent to trenches.

(29)

Major tectonic plates

Distribution of tectonic plates with type of plate boundary

(30)

Ø Plates are typically composed of both continental and  oceanic lithosphere. For example, the South American  plate contains the continent of South America and the  southwestern Atlantic Ocean. 

Ø Plate boundaries may occur along continental margins  ( active margins) that are characterized by volcanism and earthquakes. 

Ø Continental margins that do not mark a plate boundary  are known as passive margins and are free of volcanism  and earthquakes. The Atlantic coastlines of North and  South America are examples of passive margins.

(31)

Seafloor Topography

Ø The  ocean  floor  varies  considerably  in  depth  and  character.

 

Ø Starting  at  the  edge  of  the  continents  we  can  recognize  four principal depth zones.

1. The first depth level is the continental shelf, shallow ocean floor (0-150 meters) immediately  adjacent  to  continental land masses.

2. Beyond the shelf, the ocean floor steps down to the  second depth level, the deep ocean basins known as  the abyssal plains often over 4 km below sea level.

(32)

3.  The  ocean  floor  rises  to  a  third  level  approaching  the  oceanic ridge system, a submarine mountain chain that can be traced around  the  world.  The  ocean  floor  is  relatively shallow, less than 3 km deep along the ridge  system.

(33)

4. The fourth depth level in the oceans is apparent in  narrow, deep (> 7 km) oceanic trenches found along the margins of some continents. 

Geophysicists have long recognized that deep earthquakes are associated with trenches down to depths of 700 to 800 km, far below  the ocean floor. 

Shallow earthquakes are mainly located near  trenches and oceanic ridges.

(34)

Distribution of ocean ridges and trenches on the sea floor. Oceanic ridges (white)  form a network  of submarine mountains on the seafloor. Trenches (red) are concentrated around the margins of  the Pacific Ocean. Numbered trenches are: 1. Aleutian; 2. Kurile‐Japan; 3. Mariana; 4. Philippine; 5. 

Bougainville;  6.  Tonga‐Kermadec;  7.  Central  America;  8  Peru‐Chile;  9.  Puerto  Rico;  10. 

SouthSandwich; 11. Java.

(35)

Ø During  the  20th  century,  improvements  in  seismic  instrumentation  and  greater  use  of  earthquake‐

recording  instruments  (seismographs)  worldwide  enabled scientists to learn that earthquakes tend to  be concentrated in certain areas, most notably along  the oceanic trenches and spreading ridges.

Earthquakes at Plate Margins

(36)

Ø   seismologists  were  beginning  to  identify  several  prominent  earthquake  zones  parallel  to  the  trenches  that  typically  were  inclined  40‐60°  from  the  horizontal  and  extended  several  hundred  kilometers into the Earth. 

Ø These zones later became known as Wadati-Benioff zones ,  or  simply  Benioff  zones,  in  honor  of  the  seismologists  who  first  recognized  them,  Kiyoo  Wadati  of  Japan  and  Hugo  Benioff  of  the  United  States

(37)

Map showing the concentration of earthquakes along the  zones indicated by dots and cross‐hatched areas. 

Inclined  zone  of  earthquake  foci  adjacent  to oceanic trench slopes downward  under  the  overriding  plate.  The  distribution of foci define  the Wadati-Benioff zone.

The map below locates earthquakes around the globe

(38)
(39)
(40)
(41)

Convergent plate boundaries produce earthquakes all around the Pacific Ocean basin.

i. Ocean-Ocean: Japan

Earthquakes  in  Japan  are  caused  by  ocean-ocean convergence The  Philippine Plate and  the  Pacific Plate subduct  beneath  oceanic crust on the North American or Eurasian plates. 

In March 2011 an enormous 9.0 earthquake struck off of Sendai in  northeastern Japan.

(42)

ii. Ocean-Continent: Cascades

The  Pacific  Northwest  of  the  United  States  is  at  risk  from  a  potentially  massive  earthquake  that  could  strike  any  time.  The  subduction  of  three  small  plates  beneath  North America produces active volcanoes ,  the  Cascades.  Surprisingly,  large  earthquakes only hit every 300 to 600 years. The last was in 1700,  with  an  estimated  magnitude  of  around  9.  A  quake  of  that  magnitude  today  could  produce  an  incredible  amount  of  destruction and untold fatalities.

iii. Continent-Continent: Asia

Massive earthquakes are the hallmark of the thrust faulting and  folding when two continental plates converge. The 2001 Gujarat  earthquake in India was responsible for about 20,000 deaths, and  many more people became injured or homeless

(43)

Divergent Plate Boundary

Earthquakes are located along the normal faults that  form the sides of the rift or beneath the floor of the  rift. Divergent faults  and  rift  valleys  within  a  continental mass also host shallow‐focus earthquakes. 

Shallow‐focus earthquakes occur  along  transform boundaries where  two plates move  past  each other.

(44)

But!!!!  what  was  the  significance  of  the  connection  between  earthquakes and oceanic trenches and ridges? 

The  recognition  of  such  a  connection  helped  confirm  the  seafloor‐spreading hypothesis by pin‐pointing the zones where  Hess had predicted oceanic crust is being generated (along the  ridges) and the zones where oceanic lithosphere sinks back into  the mantle (beneath the trenches). 

References

Related documents

To examine the safety and effects of CRT program using mixed resistance training and arm ergometry on measures of muscle strength and cardiorespiratory endurance in persons with

SOCIO-ECONOMIC DEVELOPMENT SERVICES For the Multifarious Development of Society at large, Old, Youth, School Dropouts, Housewives and Children of Financially Downtrodden

No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted, in any form or by any means without the prior permission in writing of the publisher, nor

o Decompression melting occurs where hot, solid mantle rock ascends in zones of convective upwelling, thereby moving into regions of lower pressure.. This process is

Corporations such as Coca Cola (through its Replenish Africa Initiative, RAIN, Reckitt Benckiser Group and Procter and Gamble have signalled their willingness to commit

The pearl is formed by the same process as the shell of the pearl oyster due to secretion of the mantle tissue. The outer epithelial layer of mantle is responsible for the

INDEPENDENT MONITORING BOARD | RECOMMENDED ACTION.. Rationale: Repeatedly, in field surveys, from front-line polio workers, and in meeting after meeting, it has become clear that

(b) a mechanism whereby leakage current passes through the conducting path finally leading to the formation of a spark. Insulation deterioration occurs as a