Heading

Warstwy Ziemi (Credit: www.phys.org)

Warstwy Ziemi dostarczają geologom i geofizykom wskazówek na temat tego, jak uformowała się Ziemia, warstw tworzących inne ciała planetarne, źródła zasobów Ziemi i wiele innych. Nowoczesne postępy pozwoliły naukowcom badać to, co leży pod naszymi stopami bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek wcześniej, a mimo to nadal istnieją znaczące luki w naszym zrozumieniu.

Mam nadzieję, że ten przewodnik poprowadzi Cię przez warstwy Ziemi, zapewni ogólne poczucie naszego zrozumienia i naszych obecnych luk. Należy pamiętać, że jest to obszar ciągłych badań i prawdopodobnie stanie się bardziej wyrafinowany w nadchodzących latach i dekadach.

Podczas mojego drugiego roku w Edynburgu uczestniczyłem w wykładach Jamesona z geologii i zoologii, ale były one niewiarygodnie nudne. Jedynym efektem, jaki na mnie wywarły, było postanowienie, że nigdy, tak długo jak będę żył, nie przeczytam żadnej książki o geologii. – Karol Darwin

Warstwy Ziemi

Ziemia ma warstwy nie podobne do cebuli i można je rozebrać na części, by zrozumieć fizyczne i chemiczne właściwości każdej z nich oraz ich wpływ na resztę Ziemi. Ogólnie rzecz biorąc, Ziemia ma 4 warstwy:

• Skorupa zewnętrzna, na której żyjemy
• Plastikowaty płaszcz
• Płynne jądro zewnętrzne
• Stałe jądro wewnętrzne

USGS)

Przy rozróżnianiu warstw geolodzy dzielą je na dwie kategorie: reologiczną lub chemiczną. Różnicowanie reologiczne mówi o stanie ciekłym skał pod ogromnym ciśnieniem i temperaturą. Na przykład, skała będzie reagować bardzo różnie na odkształcenia w normalnych temperaturach atmosferycznych i ciśnieniu w porównaniu do mniej niż tysięcy kilometrów skały. Jeśli dokonamy podziału Ziemi na podstawie reologii, zobaczymy litosferę, astenosferę, mezosferę, jądro zewnętrzne i jądro wewnętrzne. Jeśli jednak rozróżnimy warstwy w oparciu o zmiany chemiczne, podzielimy je na skorupę, płaszcz, jądro zewnętrzne i wewnętrzne.

Aby zrozumieć różnicę między różnymi częściami płaszcza lub między jądrem zewnętrznym a wewnętrznym, musisz zrozumieć diagramy fazowe, o których opowiem poniżej.

Skorupa ziemska

Skorupa jest tym, na czym żyjemy i jest zdecydowanie najcieńszą z warstw Ziemi. Jej grubość różni się w zależności od miejsca na Ziemi, przy czym grubość skorupy oceanicznej wynosi 5-10 km, a grubość kontynentalnych łańcuchów górskich sięga 30-45 km. Cienka skorupa oceaniczna jest gęstsza od grubszej skorupy kontynentalnej i dlatego „pływa” niżej w płaszczu w porównaniu ze skorupą kontynentalną. Jedną z najcieńszych skorup oceanicznych można znaleźć wzdłuż grzbietów śródoceanicznych, gdzie aktywnie tworzy się nowa skorupa. Dla porównania, kiedy dwa kontynenty zderzają się ze sobą, jak w przypadku Płyty Indyjskiej i Płyty Eurazji, otrzymujemy jedne z najgrubszych fragmentów skorupy, która jest zgniatana razem.

Temperatury w skorupie ziemskiej wahają się od temperatury powietrza na powierzchni do około 870 stopni Celsjusza w głębszych sekcjach. W tej temperaturze zaczyna się topić skała i tworzyć leżący poniżej płaszcz. Geolodzy dzielą skorupę ziemską na różne płyty, które poruszają się względem siebie.

Zważywszy, że powierzchnia Ziemi ma w większości stały obszar, nie można wytworzyć skorupy bez zniszczenia porównywalnej ilości skorupy. Wraz z konwekcją płaszcza obserwujemy wkładanie magmy płaszczowej wzdłuż grzbietów śródoceanicznych, stale tworzących nową skorupę oceaniczną. Jednakże, aby zrobić na to miejsce, skorupa oceaniczna musi subdukować (zapadać się pod skorupę kontynentalną). Geolodzy obszernie zbadali historię tego ruchu płyt, ale bardzo brakuje nam określenia, dlaczego i jak te płyty poruszają się w taki sposób, w jaki to robią.

Płytowa mapa tektoniczna Ziemi (Credit: USGS)

Skorupa ziemska „pływa” na wierzchu miękkiego, plastycznego płaszcza znajdującego się poniżej. W niektórych przypadkach płaszcz wyraźnie napędza zmiany w skorupie, tak jak na Wyspach Hawajskich. Trwa jednak debata, czy subdukcja skorupy oceanicznej i rozprzestrzenianie się grzbietów śródoceanicznych jest napędzane przez mechanizm pchania czy ciągnięcia.

W bardzo ogólnym ujęciu, skorupa oceaniczna składa się z bazaltu, a skorupa kontynentalna ze skał podobnych do granitu. Poniżej skorupy znajduje się stała, stosunkowo chłodna część górnego płaszcza, która jest połączona ze skorupą, tworząc warstwę litosfery. Litosfera jest fizycznie odrębna od warstw leżących poniżej ze względu na jej chłodne temperatury i zazwyczaj rozciąga się na głębokości 70-100 km.

Poniżej litosfery znajduje się warstwa astenosfery, znacznie gorętsza i plastyczna część górnego płaszcza. Astenosfera zaczyna się na dnie litosfery i rozciąga się na około 700 km w głąb Ziemi. Astenosfera działa jako warstwa smarująca pod litosferą, która pozwala litosferze poruszać się po powierzchni Ziemi.

Płaszcz Ziemi

Płaszcz jest warstwą Ziemi, która leży pod skorupą ziemską i jest zdecydowanie największą warstwą stanowiącą 84% objętości Ziemi. Płaszcz zaczyna się na Nieciągłości Mohorovica, znanej również jako Moho. Moho jest definiowane jako kontrast gęstości od mniej gęstej skorupy do gęstszego płaszcza, gdzie wzrasta prędkość fal sejsmicznych. Płaszcz zachowuje się podobnie do plastiku i przy bardzo wysokich temperaturach i ciśnieniach skała jest odkształcalna w geologicznych skalach czasowych. Deformacja ta powoduje proces konwekcji w płaszczu, gdzie występują strefy wypływu i wypływu w skali largo.

Płaszcz rozciąga się do 2,890 km w głąb powierzchni Ziemi Temperatury wahają się od 500 do 900 stopni Celsjusza w górnej części do ponad 4,000 stopni Celsjusza w pobliżu granicy jądra. Uważa się, że płaszcz Ziemi składa się z mineralogii podobnej do perydotytu. Peridotyt jakości Gem nazywa się peridot, więc następnym razem, gdy jesteś w sklepie jubilerskim spojrzeć na peridot i będzie patrząc na coś podobnego do 84% Ziemi!

The wideo powyżej zapewnia spojrzenie na globalnej cyrkulacji magmy płaszcza wokół Ziemi. Oczywiście, jest to bardzo uproszczone, ale przedstawia schemat procesu tworzenia grzbietów śródoceanicznych, wulkanów i gór.

Zewnętrzne jądro Ziemi

Zewnętrzne jądro jest płynną, w dużej mierze żelazną warstwą Ziemi, która leży poniżej płaszcza. Geolodzy potwierdzili, że zewnętrzne jądro jest płynne dzięki badaniom sejsmicznym wnętrza Ziemi. Zewnętrzne jądro ma grubość 2,300 km i schodzi do około 3,400 km w głąb ziemi. Nikt nigdy nie widział zewnętrznego jądra, ale na podstawie wielu wskaźników geolodzy uważają, że zewnętrzne jądro składa się w 80% z żelaza, trochę niklu i wielu różnych lżejszych pierwiastków. Kiedy Ziemia zaczynała się ochładzać miliardy lat temu, cięższe pierwiastki zapadały się do środka Ziemi, podczas gdy mniej gęste elementy wydostawały się na powierzchnię. Dlatego widzimy ogólny wzrost gęstości, gdy zbliżamy się do centrum Ziemi.

Zewnętrzne jądro jest wystarczająco gorące, aby się stopić, ale nie pod wystarczającym ciśnieniem, aby żelazo stało się ponownie stałe, jak to widać w wewnętrznym jądrze. Temperatura zewnętrznego jądra waha się od około 4,030 do 5,730 stopni Celsjusza. Co zadziwiające, zewnętrzne jądro jest na tyle płynne i na tyle mało lepkie, że może obracać się szybciej niż cała Ziemia. Ta zróżnicowana prędkość wirowania, wraz z konwekcją i turbulentnym przepływem żelaznego jądra zewnętrznego, tworzy ziemskie pole magnetyczne.

NASA)

Rdzeń wewnętrzny Ziemi

Rdzeń wewnętrzny jest najbardziej centralną warstwą Ziemi i jest pod wieloma względami podobny do jądra zewnętrznego. Również składa się głównie z żelaza i niklu, a jego promień wynosi około 1220 km. Zróżnicowanie pomiędzy jądrem zewnętrznym a wewnętrznym wynika z gęstości. Ciśnienie staje się na tyle wysokie, że pomimo bardzo wysokich temperatur, jądro wewnętrzne jest stałe. Jest ono również wzbogacone w niezwykłe ciężkie pierwiastki, w tym złoto, srebro, platynę, pallad i wolfram.

Temperatury osiągają do 5400 stopni Celsjusza, a ciśnienie do 360 gigapaskali. Wewnętrzne jądro ma około 70% promienia Księżyca i ma temperaturę zbliżoną do temperatury powierzchni Słońca! Teraz odpowiedzmy na kilka często zadawanych pytań na wypadek, gdybyś szukał szybkich odpowiedzi.

Często zadawane pytania dotyczące warstw Ziemi

• Jaka jest zewnętrzna warstwa Ziemi?
  • Zewnętrzną warstwą Ziemi jest skorupa ziemska, twarda cienka warstwa, która składa się ze skorupy kontynentalnej i oceanicznej.
• Jakie są różne części Ziemi?
  • Różne części Ziemi to skorupa, płaszcz, jądro zewnętrzne i jądro wewnętrzne.
• Ile warstw ma Ziemia?
  • Na Ziemi są 4 warstwy, ogólnie rzecz biorąc. Jednak zależy to od tego, jak zmierzyć każdą warstwę, na podstawie właściwości fizycznych lub chemicznych.
• Jaka jest głębokość wewnętrznego jądra Ziemi?
  • Wewnętrzne jądro Ziemi zaczyna się 5 150 km od powierzchni Ziemi i rozciąga się aż do środka Ziemi.
• Jakie materiały tworzą wewnętrzne jądro?
  • Jądro wewnętrzne składa się głównie z żelaza w 80% i niklu, wraz ze śladowymi ilościami metali ciężkich.
• Jak głęboka jest skorupa ziemska?
  • Głębokość skorupy ziemskiej waha się od 5 do 60 kilometrów w zależności od tego, czy jest to skorupa oceaniczna czy kontynentalna

• Jakie są dwa rodzaje skorupy ziemskiej?
  • Dwa rodzaje skorupy ziemskiej to gęsta i cienka skorupa oceaniczna oraz mniej gęsta i grubsza skorupa kontynentalna.

Mam nadzieję, że podobał Ci się ten przewodnik po warstwach Ziemi i wzbudził nowe zainteresowanie tym, co leży pod naszymi stopami!

Śledź mnie na Twitterze.