Heading

De lagen van de Aarde (Credit: www.phys.org)

De lagen van de Aarde geven geologen en geofysici aanwijzingen over hoe de Aarde is gevormd, de lagen waaruit andere planetaire lichamen bestaan, de bron van de grondstoffen van de Aarde en nog veel meer. Moderne ontwikkelingen hebben wetenschappers in staat gesteld om gedetailleerder dan ooit te bestuderen wat er onder onze voeten ligt en toch zijn er nog steeds aanzienlijke hiaten in onze kennis.

Ik hoop dat deze gids u door de aardlagen zal leiden en een algemeen beeld zal geven van onze kennis en onze huidige hiaten. Houd in gedachten dat dit een gebied is waar nog steeds onderzoek wordt gedaan en dat de komende jaren en decennia waarschijnlijk nog verder zal worden verfijnd.

Tijdens mijn tweede jaar in Edinburgh woonde ik Jameson’s colleges over Geologie en Zoölogie bij, maar die waren ongelooflijk saai. Het enige effect dat ze op mij hadden, was dat ik vastbesloten was om nooit, zolang ik leef, een boek over geologie te lezen. – Charles Darwin

De lagen van de aarde

De aarde heeft lagen zoals een ui en kan worden ontleed om de fysische en chemische eigenschappen van elke laag en de invloed ervan op de rest van de aarde te begrijpen. In het algemeen heeft de Aarde 4 lagen:

• De buitenste korst waarop wij leven
• De plasticachtige mantel
• De vloeibare buitenkern
• De vaste binnenkern

USGS)

Bij het onderscheiden van de lagen delen geologen de onderverdelingen in twee categorieën in, namelijk rheologisch of chemisch. Reologische differentiatie heeft betrekking op de vloeibare toestand van gesteente onder enorme druk en temperatuur. Zo zal een gesteente onder normale atmosferische temperatuur en druk heel anders reageren op rek dan een gesteente van minder dan duizenden kilometers. Als we de aarde onderverdelen op basis van reologie, dan zien we de lithosfeer, de asthenosfeer, de mesosfeer, de buitenkern en de binnenkern. Maar als we de lagen onderscheiden op basis van chemische variaties, dan verdelen we de lagen in korst, mantel, buitenkern en binnenkern.

Om het verschil te begrijpen tussen de verschillende delen van de mantel of buitenkern en binnenkern moet je de fasediagrammen begrijpen, waarover ik het hieronder zal hebben.

De korst van de aarde

De korst is waar jij en ik op leven en is verreweg de dunste van de aardlagen. De dikte varieert afhankelijk van waar je je op aarde bevindt, waarbij de oceaankorst 5-10 km dik is en de continentale bergketens tot 30-45 km dik. De dunne oceaankorst is dichter dan de dikkere continentale korst en ‘drijft’ daarom lager in de mantel dan de continentale korst. De dunste oceanische korst vind je langs de oceaanruggen, waar actief nieuwe korst wordt gevormd. Ter vergelijking: wanneer twee continenten op elkaar botsen, zoals in het geval van de Indiaplaat en de Eurazaplaat, krijg je de dikste stukken korst omdat die in elkaar worden gedrukt.

De temperaturen in de aardkorst variëren van luchttemperaturen aan het oppervlak tot ongeveer 870 graden Celsius in diepere delen. Bij deze temperatuur begint het gesteente te smelten en vormt zich de onderliggende mantel. Geologen verdelen de aardkorst in verschillende platen die ten opzichte van elkaar bewegen.

Gezien het feit dat het aardoppervlak meestal constant is in oppervlakte, kun je geen korst maken zonder een vergelijkbare hoeveelheid korst te vernietigen. Door convectie van de onderliggende mantel zien we dat mantelmagma langs midden oceaanruggen wordt ingebracht, waardoor voortdurend nieuwe oceanische korst wordt gevormd. Om hiervoor ruimte te maken, moet de oceaankorst echter subductie vertonen (onder de continentale korst zinken). Geologen hebben de geschiedenis van deze plaatbewegingen uitvoerig bestudeerd, maar we zijn er nog lang niet over uit waarom en hoe deze platen bewegen zoals ze bewegen.

Plaattektoniekkaart van de aarde (Credit: USGS)

De aardkorst “drijft” bovenop de zachte, plasticachtige aardmantel eronder. In sommige gevallen is de aardmantel duidelijk de drijvende kracht achter de veranderingen in de korst, zoals bij de Hawaiiaanse eilanden. Er is echter nog steeds discussie over de vraag of subductie van oceaankorst en spreiding van oceaanruggen door een duw- of trekmechanisme wordt aangedreven.

In zeer algemene termen: oceaankorst bestaat uit basalt en continentale korst bestaat uit gesteenten die lijken op graniet. Onder de korst bevindt zich een massief, relatief koeler gedeelte van de bovenmantel, dat samen met de korst de lithosfeerlaag vormt. De lithosfeer is door zijn koele temperaturen fysiek gescheiden van de onderliggende lagen en strekt zich meestal uit over een diepte van 70-100 km.

Onder de lithosfeer bevindt zich de asthenosfeer, een veel heter en kneedbaarder deel van de bovenmantel. De asthenosfeer begint op de bodem van de lithosfeer en strekt zich uit tot ongeveer 700 km in de Aarde. De asthenosfeer fungeert als de smeerlaag onder de lithosfeer die ervoor zorgt dat de lithosfeer over het aardoppervlak kan bewegen.

De aardmantel

De aardmantel is de laag van de aarde die onder de korst ligt en veruit de grootste laag is en 84% van het aardvolume uitmaakt. De aardmantel begint bij de Mohorovicische discontinuïteit, ook wel bekend als de Moho. De Moho wordt gedefinieerd als het dichtheidscontrast tussen de minder dichte korst en de dichtere mantel en is het punt waar de seismische golfsnelheden toenemen. De mantel werkt als plastic en bij zeer hoge temperaturen en drukken is het gesteente vervormbaar op geologische tijdschalen. Deze vervorming veroorzaakt een convectie-achtig proces in de aardmantel met op- en neerwaartse stromingszones op grote schaal.

De aardmantel strekt zich uit tot 2.890 km in het aardoppervlak Temperaturen die variëren van 500 tot 900 graden Celsius in het bovenste gedeelte tot meer dan 4.000 graden Celsius nabij de kerngrens. Aangenomen wordt dat de aardmantel bestaat uit bulkmineralen die vergelijkbaar zijn met peridotiet. Peridotiet van edelsteenkwaliteit wordt peridot genoemd, dus als u de volgende keer in een juwelierszaak bent, kijk dan eens naar de peridot en u zult iets zien dat lijkt op 84% van de aarde!

De video hierboven geeft een inkijkje in de wereldwijde circulatie van mantelmagma rond de aarde. Dit is natuurlijk een sterk vereenvoudigd beeld, maar het geeft een schematische voorstelling van het proces dat midden op de oceaanruggen, vulkanen en bergen doet ontstaan.

De buitenkern van de aarde

De buitenkern is de vloeibare, grotendeels ijzeren laag van de aarde die onder de aardmantel ligt. Geologen hebben door seismisch onderzoek van het binnenste van de aarde bevestigd dat de buitenste kern vloeibaar is. De buitenste kern is 2.300 km dik en gaat tot ongeveer 3.400 km de aarde in. Niemand heeft de buitenste kern ooit gezien, maar op basis van een aantal indicatoren denken geologen dat de buitenste kern voor 80% uit ijzer, wat nikkel en een aantal verschillende lichtere elementen bestaat. Toen de aarde miljarden jaren geleden begon af te koelen, zonken de zwaardere elementen naar het centrum van de aarde, terwijl de minder dichte elementen naar de oppervlakte stegen. Daarom zien we een algemene toename in dichtheid, naarmate je dichter bij het centrum van de Aarde komt.

De buitenkern is heet genoeg om te smelten, maar niet onder voldoende druk om het ijzer weer vast te maken, zoals te zien is in de binnenkern. De temperatuur van de buitenkern varieert van ongeveer 4.030 tot 5.730 graden Celsius. Verbazingwekkend genoeg is de buitenkern vloeibaar genoeg en laag genoeg in viscositeit dat hij sneller kan ronddraaien dan de hele aarde. Dit verschil in draaisnelheid, samen met convectie en turbulente stroming van de ijzeren buitenkern, creëert het magnetisch veld van de aarde.

Een schematische weergave van het magnetisch veld van de aarde (Credit: NASA)