8.14: Земні надра
- Page ID
- 35837
ВСТУП
Якби ми могли подорожувати до центру землі, нам довелося б проїхати близько 6400 км (4000 миль). По дорозі до земного ядра ми б проходили шари гірських порід, які можна класифікувати двома різними способами, або за їх хімією, або за фізичною поведінкою.
За хімічним складом гірських порід земні надра можна диференціювати на три шари - кору, мантію та ядро.
При розгляді порід земних надр з точки зору їх фізичної поведінки можна диференціювати шість шарів від поверхні до ядра. Характеристики, які відрізняють ці шість різних шарів, засновані на відносній міцності даного шару у відповідь на напругу та чи є він твердим чи рідким.
ЕКСКУРСІЯ ПО ШАРАХ ЗЕМЛІ
Хімічні склади та фізична поведінка порід земних надр сходяться різними способами, але варто ознайомитися з кожним з різних наборів шарів окремо, перш ніж досліджувати, як вони перекриваються.
Хімічний склад і фізична поведінка гірських порід всередині землі пов'язані один з одним, оскільки хімічний склад гірської породи є одним із факторів, що визначає її фізичну поведінку. Однак фізична поведінка гірської породи також залежить від тиску та температури, якому вона піддається на своїй глибині всередині землі. У міру збільшення глибини всередині землі тиск і температура збільшуються. Деякі шари в землі твердіше або м'якше, ніж сусідні шари, хоча вони мають однаковий склад, тому що вони знаходяться при різному тиску і температурі.
Поверхня до ядра, хімічно
скоринка
Екскурсія починається з поверхні земної кори. Взагалі кажучи, кора переважає оксид кремнію та оксид алюмінію. Континентальна кора товща і менш щільна, ніж океанічна кора. Земна кора коливається по товщині від менш ніж 5 км (під середньо-океанічними розкидистими хребтами) до більш ніж 70 км (під найвищим гірським хребтом).
Мантія
Наступним шаром вниз хімічно є мантія. Мантія має ультрамафічний склад — вона містить більше заліза, магнію, менше алюмінію і трохи менше кремнію, ніж кірка. Мантія товщиною приблизно 2900 км. За обсягом мантія є найбільшим з трьох земних хімічних шарів.
Ядро
Кінцевою зупинкою на хімічному турі є ядро, яке в основному є залізо і нікель. Ядро товщиною близько 3500 км.
Наступна таблиця узагальнює хімічні шари землі.
| Хімічні шари Землі | ||
|---|---|---|
| скоринка | Мантія | Ядро |
| склад: високий Si, Al, & O | склад: помірний Si, високий Mg & Fe | склад: Fe & Ni |
| товщина: від 5 до 70 км | товщина: 2 900 км | товщина: 3 500 км |
Поверхня до ядра, фізично
Літосфера
Починаючи з поверхні, перший шар - літосфера. Ми, люди, і інші істоти, які живуть на землі, займають поверхню літосфери. Літосфера повністю тверда, за винятком випадків, коли під вулканами є зони магми або в місцях, які зазнають вторгнення магми. Обсяг розплавленої породи в літосфері становить крихітну частку, менше 0,1% від обсягу всієї літосфери.
Сама літосфера має дві частини. Верхня частина - скоринка. Нижня частина - літосферна мантія. Дві складові літосфери в поєднанні утворюють відносно міцний, жорсткий шар гірської породи, що покриває землю. Тектонічні плити Землі, всі з яких знаходяться в русі відносно один одного, складають літосферу.
астеносфера
Під літосферою знаходиться відносно слабкий і пластичний шар мантії під назвою астеносфера. Хоча астеносфера тверда, а не рідка, вона протікає з геологічними темпами, до декількох см (декількох дюймів) на рік. Іншими словами, астеносфера поводиться набагато пластичніше, ніж жорстка літосфера над нею.
Хімічний склад астеносфери приблизно такий же, як і хімічний склад вищерозташованої літосферної мантії. Чому ж тоді астеносфера м'яка, а літосфера жорстка? Це тому, що на глибині астеносфери температури дуже близькі до температури плавлення породи, послаблюючи породу. Насправді вважається імовірним, з непрямих доказів, що в крихітних просторах між мінералами астеносфери існує невеликий відсоток розплавленої породи, що сприяє м'якій природі породи. Однак тверді мінерали астеносфери широко контактують один з одним, утворюючи матеріал, який є твердим загалом, незважаючи на можливу наявність невеликої кількості часткового розплаву.
Астеносфера є первинним джерелом більшості магми. Оскільки астеносфера близька до температури плавлення і може містити скрізь невелику частку частково розплавленої гірської породи, не потрібно багато, щоб магма утворилася і відокремлювалася від астеносфери. Як пояснюється на сторінці Основи магматичних порід, плавлення астеносфери може бути викликано додаванням рідини, зокрема води, або зниженням тиску. У зонах субдукції плити потопаючої літосфери виділяють воду в астеносферу, змушуючи астеносферу плавитися і виробляти магму, яка піднімається всередину і через кору, виробляючи вулканічну дугу, яка знаходиться в кожній зоні субдукції. На розходяться кордоні плити астеносфера тече вгору, або піднімається вгору, що знижує літостатичний тиск, достатній для того, щоб порода астеносфери розплавилася. Саме тому розходяться межі плит є вулканічними зонами. Затверділі лави і вторгнення на розходяться кордоні плити створюють нову літосферу, яка заповнює і замінює пластинчастий матеріал, який поширюється по обидва боки.
Верхня мезосфера
Під астеносферою знаходиться інша частина мантії, мезосфера. Мезосфера становить більшу частину обсягу мантії. Мезосфера цілком тверда. Температура і тиск породи в мезосфері утримують її від руйнування; отже, жодні землетруси не походять з мезосфери.
Верхня мезосфера - це перехідна зона, в якій гірська порода швидко ущільнюється з глибиною у відповідь на зростаюче літостатичний тиск.
Нижня мезосфера
Нижня мезосфера починається на глибині 660 км від земної поверхні. На цій глибині спостерігається різке збільшення щільності. Це збільшення викликано змінами кристалічних структур найбільш поширених мінералів в породі. Ці мінерали змінюються від менш щільних кристалічних структур вище кордону до більш щільних кристалічних структур нижче кордону. Нижня мезосфера зазнає незначних змін щільності від її верхньої межі на 660 км до її основи на 2900 км, де вона зустрічається з зовнішнім ядром.
Зовнішнє ядро
Дно мезосфери - межа з земним ядром. Ядро приблизно в два рази щільніше скоринки, і приблизно в 1,5 рази щільніше мантії. Зовнішнє ядро рідке, як було виявлено, коли вперше було помічено, що S-хвилі не будуть проходити через нього.
Внутрішнє ядро
Внутрішнє ядро суцільне. Внутрішній і зовнішній сердечники виготовлені з того ж багатого залізом металевого складу. Температура внутрішнього ядра не дуже сильно перевищує температуру зовнішнього ядра. Однак літостатичний тиск продовжує зростати з глибиною, і внутрішнє ядро має велику вагу решти землі, що тисне на нього. Тиск на внутрішню серцевину досить високий, щоб утримувати його в твердому стані.
РЕФЛЕКСІЯ ПИТАННЯ
- Яку майстерність допомагає вам розвивати цей вміст?
- Які ключові теми висвітлюються в цьому контенті?
- Як зміст цього розділу може допомогти вам продемонструвати майстерність певної майстерності?
- Які питання у вас щодо цього вмісту?