w poprzedniej części dowiedzieliśmy się, że materiały na początku Ziemi były sortowane w procesie różnicowania, z gęstszymi materiałami, takimi jak żelazo i nikiel, opadającymi do centrum, a lżejsze materiały (tlen, krzem, magnez) pozostały w pobliżu powierzchni. W rezultacie Ziemia składa się z warstw o różnym składzie i rosnącej gęstości, gdy poruszasz się z powierzchni do środka (rysunek 3.2.1).
tradycyjny widok oparty na składzie chemicznym rozpoznaje cztery różne warstwy:
wewnętrzny rdzeń leży w centrum Ziemi i ma grubość około 1200 km. Składa się głównie ze stopów żelaza i niklu, z około 10% składa się z tlenu, siarki lub wodoru. Temperatura w jądrze wewnętrznym wynosi około 6000 oC (10 800 z), co jest mniej więcej temperaturą powierzchni Słońca (sekcja 3.1 wyjaśnia źródła tego intensywnego ciepła)., Pomimo wysokiej temperatury, która powinna stopić te metale, ekstremalne ciśnienie (dosłownie od ciężaru świata) utrzymuje wewnętrzny rdzeń w fazie stałej. Metale stałe również sprawiają, że wewnętrzny rdzeń jest bardzo gęsty, około 17 g / cm3, co daje rdzeń wewnętrzny około jednej trzeciej całkowitej masy Ziemi.
rdzeń zewnętrzny znajduje się poza rdzeniem wewnętrznym. Ma ten sam skład co wewnętrzny rdzeń, ale istnieje jako płyn, a nie ciało stałe. Temperatura wynosi 4000-6000 oC, a metale pozostają w stanie ciekłym, ponieważ ciśnienie nie jest tak duże, jak w rdzeniu wewnętrznym., Jest to ruch płynnego żelaza w zewnętrznym rdzeniu, który tworzy pole magnetyczne Ziemi (patrz punkt 4.2). Rdzeń zewnętrzny ma grubość 2300 km i gęstość 12 g / cm3.
płaszcz rozciąga się od zewnętrznego rdzenia do tuż pod powierzchnią ziemi. Ma grubość 2900 km i zawiera około 80% objętości Ziemi. Płaszcz składa się z krzemianów żelaza i magnezu oraz tlenków magnezu, więc jest bardziej podobny do skał powierzchni Ziemi niż do materiałów w rdzeniu. Płaszcz ma gęstość 4,5 g / cm3, a temperatury w zakresie 1000-1500 oC., Górna warstwa płaszcza jest bardziej sztywna, podczas gdy głębsze obszary są płynne i to ruch płynnych materiałów w płaszczu jest odpowiedzialny za tektonikę płyt (patrz punkt 4.3). Magma, która unosi się na powierzchnię przez wulkany, pochodzi z płaszcza.
najbardziej wysuniętą warstwą jest skorupa, która tworzy solidną, skalistą powierzchnię ziemi. Skorupa średnia 15-20 km grubości, ale w niektórych miejscach, takich jak pod górami, skorupa może osiągnąć grubość do 100 km. Istnieją dwa główne rodzaje skorupy; skorupa kontynentalna i skorupa oceaniczna, które różnią się na wiele sposobów., Skorupa kontynentalna jest grubsza niż skorupa oceaniczna, średnio 20-70 km grubości, w porównaniu do 5-10 km dla skorupy oceanicznej. Skorupa kontynentalna jest mniej gęsta niż skorupa oceaniczna (2,7 g/cm3 vs 3 g/cm3) i jest znacznie starsza. Najstarsze skały w skorupie kontynentalnej mają około 4,4 miliarda lat, podczas gdy najstarsza skorupa oceaniczna sięga tylko około 180 milionów lat wstecz. Wreszcie, dwa rodzaje skorupy różnią się składem. Skorupa kontynentalna zbudowana jest głównie z granitu., Dzieje się tak dlatego, że magmy podziemne lub powierzchniowe mogą schładzać się powoli, co pozwala na tworzenie struktur krystalicznych przed zestaleniem się skał, co prowadzi do granitu. Skorupa oceaniczna składa się głównie z bazaltów. Bazalty również powstają z magm chłodzących, ale schładzają się w obecności wody, co sprawia, że chłodzą się znacznie szybciej i nie pozwalają na tworzenie się kryształów.
na podstawie cech fizycznych możemy również podzielić zewnętrzne warstwy ziemi na litosferę i astenosferę. Litosfera składa się ze skorupy i chłodnej, sztywnej, zewnętrznej 80-100 km płaszcza., Skorupa i płaszcz zewnętrzny poruszają się razem jako jednostka, więc są połączone razem w litosferę. Astenosfera leży poniżej litosfery, od około 100-200 km do około 670 km głębokości. Obejmuje bardziej „plastyczny” miękki region płaszcza, w którym mogą wystąpić ruchy płynów. Stała litosfera unosi się więc na płynnej astenosferze.
Isostasy
aby wyjaśnić, w jaki sposób litosfera unosi się na astenosferze, musimy zbadać pojęcie izostasy. Izostaza odnosi się do sposobu, w jaki ciało stałe unosi się na płynie., Związek między skorupą a płaszczem przedstawiono na rysunku 3.2.2. Po prawej stronie znajduje się przykład nieizostatycznego związku między tratwą a betonem litym. Można załadować tratwę z dużą ilością ludzi, a i tak nie zatonie w betonie. Po lewej stronie relacja jest izostatyczna pomiędzy dwoma różnymi Tratwami i basenem pełnym masła orzechowego. Z tylko jedną osobą na pokładzie, tratwa unosi się wysoko w maśle orzechowym, ale z trzema osobami, tonie niebezpiecznie nisko., Używamy tutaj masła orzechowego, a nie wody, ponieważ jego lepkość bardziej odzwierciedla związek między skorupą a płaszczem. Chociaż ma mniej więcej taką samą gęstość jak woda, masło orzechowe jest znacznie bardziej lepkie( sztywne), a więc chociaż trzyosobowa tratwa zatonie w maśle orzechowym, zrobi to dość powoli.
relacja skorupy ziemskiej do płaszcza jest podobna do relacji tratw do masła orzechowego. Tratwa z jedną osobą na niej unosi się wygodnie wysoko. Nawet z trzema osobami na pokładzie tratwa jest mniej gęsta niż masło orzechowe, więc unosi się, ale unosi się nieprzyjemnie nisko dla tych trzech osób. Skorupa, o średniej gęstości około 2,6 gramów na centymetr sześcienny (g/cm3), jest mniej gęsta niż płaszcz (średnia gęstość około 3.,4 g / cm3 przy powierzchni, ale więcej niż na głębokości), a więc unosi się na „plastikowym” płaszczu. Kiedy więcej masy dodaje się do skorupy, w procesie budowania gór, powoli tonie głębiej w płaszczu, a Materiał płaszcza, który tam był, jest odsuwany na bok(rysunek 3.2.3, po lewej). Kiedy ten ciężar jest usuwany przez erozję w ciągu kilkudziesięciu milionów lat, skorupa odbija się, a skała płaszcza wypływa z powrotem(rysunek 3.2.3, po prawej).
skorupa i płaszcz reagują podobnie do zlodowacenia. Grube nagromadzenia lodu lodowcowego dodają ciężaru skorupie, a gdy płaszcz pod nią jest ściśnięty na boki, skorupa ustępuje. Kiedy lód w końcu stopi się, skorupa i płaszcz powoli odbiją się, ale pełne odbicie prawdopodobnie zajmie więcej niż 10,000 lat., Duże części Kanady nadal odbijają się w wyniku utraty lodu lodowcowego w ciągu ostatnich 12 000 lat, a jak pokazano na rysunku 3.2.4, Inne części świata również doświadczają odbicia izostatycznego. Najwyższe wzniesienie znajduje się na dużym obszarze na zachód od Zatoki Hudsona, gdzie pokrywa lodowa Laurentide była najgrubsza (ponad 3000 m). Lód w końcu opuścił ten region około 8000 lat temu, a skorupa obecnie odbija się w tempie prawie 2 cm / rok.
ponieważ skorupa kontynentalna jest grubsza niż skorupa oceaniczna, będzie unosić się wyżej i rozciągać głębiej w płaszczu niż skorupa oceaniczna. Skorupa jest najgrubsza tam, gdzie są góry, więc Moho będzie głębiej pod górami niż pod skorupą oceaniczną. Ponieważ skorupa oceaniczna jest również gęstsza niż skorupa kontynentalna, pływa niżej na płaszczu., Ponieważ skorupa oceaniczna leży niżej niż skorupa kontynentalna, a woda płynie w dół, aby osiągnąć najniższy punkt, wyjaśnia to, dlaczego woda zgromadziła się nad skorupą oceaniczną, tworząc oceany.
*”Geologia fizyczna” autorstwa Stevena Earle ' a używana na licencji CC-BY 4.0 international., Pobierz tę książkę za darmo na http://open.bccampus.ca