Im vorherigen Abschnitt haben wir gelernt, dass Materialien in der frühen Erde durch den Differenzierungsprozess sortiert wurden, wobei dichtere Materialien wie Eisen und Nickel in die Mitte sinken und leichtere Materialien (Sauerstoff, Silizium, Magnesium) in der Nähe der Oberfläche verbleiben. Infolgedessen besteht die Erde aus Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung und zunehmender Dichte, wenn Sie sich von der Oberfläche zum Zentrum bewegen (Abbildung 3.2.1).
Die traditionelle Ansicht, die auf chemischer Zusammensetzung basiert, erkennt vier verschiedene Schichten:
Der innere Kern liegt im Zentrum der Erde und ist etwa 1200 km dick. Es besteht hauptsächlich aus Eisenlegierungen und Nickel, wobei etwa 10% aus Sauerstoff, Schwefel oder Wasserstoff bestehen. Die Temperatur im inneren Kern beträgt etwa 6000 oC (10.800 von), was ungefähr der Temperatur der Sonnenoberfläche entspricht (Abschnitt 3.1 erklärt die Quellen dieser intensiven Hitze)., Trotz der hohen Temperatur, die diese Metalle schmelzen sollte, hält der extreme Druck (buchstäblich das Gewicht der Welt) den inneren Kern in der festen Phase. Die festen Metalle machen auch den inneren Kern mit etwa 17 g/cm3 sehr dicht und geben dem inneren Kern etwa ein Drittel der Gesamtmasse der Erde.
Der äußere Kern sitzt außerhalb des inneren Kerns. Es hat die gleiche Zusammensetzung wie der innere Kern, existiert aber eher als Flüssigkeit als als Feststoff. Die Temperatur beträgt 4000-6000 oC und die Metalle bleiben im flüssigen Zustand, da der Druck nicht so groß ist wie im inneren Kern., Es ist die Bewegung des flüssigen Eisens im äußeren Kern, die das Erdmagnetfeld erzeugt (siehe Abschnitt 4.2). Der äußere Kern ist 2300 km dick und hat eine Dichte von 12 g/cm3.
Der Mantel erstreckt sich vom äußeren Kern bis knapp unter die Erdoberfläche. Es ist 2900 km dick und enthält etwa 80% des Erdvolumens. Der Mantel besteht aus Eisen – und Magnesiumsilikaten und Magnesiumoxiden und ähnelt daher eher den Gesteinen der Erdoberfläche als den Materialien im Kern. Der Mantel hat eine Dichte von 4,5 g/cm3 und Temperaturen im Bereich von 1000-1500 oC., Die oberste Schicht des Mantels ist steifer, während die tieferen Regionen flüssig sind, und es ist die Bewegung von flüssigen Materialien im Mantel, die für die Plattentektonik verantwortlich ist (siehe Abschnitt 4.3). Magma, das durch Vulkane an die Oberfläche steigt, stammt aus dem Mantel.
Die äußerste Schicht ist die Kruste, die die feste, felsige Oberfläche der Erde bildet. Die Kruste ist durchschnittlich 15-20 km dick, aber an einigen Stellen, z. B. unter Bergen, kann die Kruste Dicken von bis zu 100 km erreichen. Es gibt zwei Haupttypen von Kruste; kontinentale Kruste und ozeanische Kruste, die sich in vielerlei Hinsicht unterscheiden., Kontinentale Kruste ist dicker als ozeanische Kruste, durchschnittlich 20-70 km dick, im Vergleich zu 5-10 km für ozeanische Kruste. Kontinentale Kruste weniger dicht als ozeanisch Kruste (2,7 g/cm3 vs. 3 g/cm3), und es ist viel älter. Die ältesten Gesteine in der Kontinentalkruste sind etwa 4,4 Milliarden Jahre alt, während die älteste ozeanische Kruste nur etwa 180 Millionen Jahre zurückreicht. Schließlich unterscheiden sich die beiden Arten von Kruste in ihrer Zusammensetzung. Die kontinentale Kruste besteht größtenteils aus Granit., Dies liegt daran, dass unterirdische oder Oberflächenmagmen langsam abkühlen können, was Zeit für die Bildung von Kristallstrukturen lässt, bevor sich die Gesteine erstarren, was zu Granit führt. Ozeanische Kruste besteht hauptsächlich aus Basalten. Basalte bilden sich auch aus kühlenden Magmen, aber sie kühlen in Gegenwart von Wasser ab, wodurch sie viel schneller abkühlen und keine Zeit für die Bildung von Kristallen haben.
Basierend auf physikalischen Eigenschaften können wir auch die äußersten Erdschichten in Lithosphäre und Asthenosphäre unterteilen. Die Lithosphäre besteht aus der Kruste und den kühlen, starren, äußeren 80-100 km des Mantels., Die Kruste und der äußere Mantel bewegen sich als Einheit zusammen, so dass sie zusammen in die Lithosphäre kombiniert werden. Die Asthenosphäre liegt unterhalb der Lithosphäre, von etwa 100-200 km bis etwa 670 km tief. Es umfasst den „plastischeren“ weicheren Bereich des Mantels, in dem flüssige Bewegungen auftreten können. Die feste Lithosphäre schwebt somit auf der flüssigen Asthenosphäre.
Isostasie
Um zu erklären, wie die Lithosphäre auf der Asthenosphäre schwebt, müssen wir das Konzept der Isostasie untersuchen. Isostasy bezieht sich auf die Art und Weise, wie ein Feststoff auf einer Flüssigkeit schwimmt., Die Beziehung zwischen der Kruste und dem Mantel ist in Abbildung 3.2.2 dargestellt. Auf der rechten Seite ist ein Beispiel für eine nicht-isostatische Beziehung zwischen einem Floß und massivem Beton. Es ist möglich, das Floß mit vielen Leuten zu laden, und es wird immer noch nicht in den Beton sinken. Auf der linken Seite ist die Beziehung eine isostatische zwischen zwei verschiedenen Flößen und einem Schwimmbad voller Erdnussbutter. Mit nur einer Person an Bord schwimmt das Floß hoch in der Erdnussbutter, aber mit drei Personen sinkt es gefährlich tief., Wir verwenden hier eher Erdnussbutter als Wasser, da ihre Viskosität die Beziehung zwischen der Kruste und dem Mantel enger darstellt. Obwohl es ungefähr die gleiche Dichte wie Wasser hat, ist Erdnussbutter viel zähflüssiger (steifer), und obwohl das Drei-Personen-Floß in die Erdnussbutter sinkt, wird es dies ziemlich langsam tun.
Die Beziehung der Erdkruste zum Mantel ähnelt der Beziehung der Flöße zur Erdnussbutter. Das Floß mit einer Person darauf schwimmt bequem hoch. Selbst mit drei Personen ist das Floß weniger dicht als die Erdnussbutter, also schwimmt es, aber es schwimmt unangenehm niedrig für diese drei Personen. Die Kruste ist mit einer durchschnittlichen Dichte von etwa 2,6 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm3) weniger dicht als der Mantel (durchschnittliche Dichte von etwa 3.,4 g / cm3 in der Nähe der Oberfläche, aber mehr als das in der Tiefe), und so schwimmt es auf dem „Plastik“ – Mantel. Wenn der Kruste durch den Prozess des Bergbaus mehr Gewicht zugesetzt wird, sinkt sie langsam tiefer in den Mantel und das Mantelmaterial, das dort war, wird beiseite geschoben (Abbildung 3.2.3, links). Wenn dieses Gewicht durch Erosion über zig Millionen von Jahren entfernt wird, erholt sich die Kruste und das Mantelgestein fließt zurück (Abbildung 3.2.3, rechts).
Die Kruste und der Mantel reagieren ähnlich wie die Vereisung. Dicke Ansammlungen von Eis fügen der Kruste Gewicht hinzu, und wenn der darunter liegende Mantel zu den Seiten gedrückt wird, lässt die Kruste nach. Wenn das Eis schließlich schmilzt, werden sich Kruste und Mantel langsam erholen, aber der vollständige Rückprall wird wahrscheinlich mehr als 10.000 Jahre dauern., Große Teile Kanadas erholen sich immer noch als Folge des Eisverlusts in den letzten 12.000 Jahren, und wie in Abbildung 3.2.4 gezeigt, erleben auch andere Teile der Welt einen isostatischen Rückprall. Die höchste Aufstiegsrate liegt in einem großen Gebiet westlich der Hudson Bay, wo die Laurentide-Eisdecke am dicksten war (über 3.000 m). Eis hat diese Region schließlich vor etwa 8.000 Jahren verlassen, und die Kruste erholt sich derzeit mit einer Rate von fast 2 cm/Jahr.
Da die kontinentale Kruste dicker als die ozeanische Kruste ist, schwimmt sie höher und erstreckt sich tiefer in den Mantel als die ozeanische Kruste. Kruste ist am dicksten, wo es Berge gibt, also wird der Moho tiefer unter Bergen sein als unter der ozeanischen Kruste. Da die ozeanische Kruste auch dichter als die kontinentale Kruste ist, schwimmt sie tiefer auf dem Mantel., Da die ozeanische Kruste niedriger liegt als die kontinentale Kruste und da Wasser bergab fließt, um den tiefsten Punkt zu erreichen, erklärt dies, warum sich Wasser über der ozeanischen Kruste angesammelt hat, um die Ozeane zu bilden.
*“Physikalische Geologie“ von Steven Earle verwendet, die unter einer CC-BY 4.0 international Lizenz., Laden Sie dieses Buch kostenlos im http://open.bccampus.ca