Jordens indre og pladetektonik

Jordens indre & Pladetektonik Copyright © 1995-2009 by Rosanna L. Hamilton.Alle rettigheder forbeholdes. En teori er et værktøj – ikke en trosbekendelse. -J. J. Thomson

Jordens indre

Som et barn kan ryste en uåbnet gave i et forsøg på at opdage indholdet af en gave, må mennesket lytte til jordens ringen og vibrationer i et forsøg på at opdage dens indhold. Dette gøres ved hjælp af seismologi, som er blevet den vigtigste metode til at studere Jordens indre.Seismos er et græsk ord, der betyder chok; beslægtet med jordskælv, rysten eller voldsom bevægelse. Seismologi på Jorden beskæftiger sig med studiet af de vibrationer, der frembringes af jordskælv, meteoritnedslag eller kunstige midler som f.eks. en eksplosion. I disse tilfælde bruges en seismograf til at måle og registrere de faktiske bevægelser og vibrationer i jorden og i jorden.

Videnskabsfolk kategoriserer seismiske bevægelser i fire typer af diagnostiske bølger, der bevæger sig med hastigheder fra 3 til 15 kilometer (1,9 til 9,4 miles) i sekundet. To af bølgerne bevæger sig rundt på Jordens overflade i rullende bølger. De to andre, de primære (P) eller kompressionsbølger og de sekundære (S) eller forskydningsbølger, trænger ind i jordens indre. Primære bølger komprimerer og udvider det stof, de bevæger sig igennem (enten sten eller væske), på samme måde som lydbølger.De har også evnen til at bevæge sig dobbelt så hurtigt som S-bølger.Sekundære bølger spreder sig gennem sten, men kan ikke bevæge sig gennem væske. Både P- og S-bølger brydes eller reflekteres på steder, hvor lag med forskellige fysiske egenskaber mødes. De reducerer også hastigheden, når de bevæger sig gennem varmere materiale. Disse ændringer i retning og hastighed er midlerne til at lokalisere diskontinuiteter.

Opdelinger i Jordens indre
(Tilpasset fra, Beatty, 1990.)

Seismiske diskontinuiteter er med til at skelne mellem opdelinger af Jorden i indre kerne, ydre kerne, D”, nedre kappe, overgangsregion, øvre kappe og skorpe (oceanisk og kontinental). Senerealdiskontinuiteter er også blevet skelnet og kortlagt ved hjælp af seismisk tomografi, men skal ikke diskuteres her.

• Indre kerne: 1,7% af Jordens masse; dybde på 5.150-6.370 kilometer (3.219 – 3.981 miles)
  Den indre kerne er fast og ikke knyttet til kappen og svæver i denolte ydre kerne. Man mener, at den er størknet som følge af trykfrysning, som sker med de fleste væsker, når temperaturen falder eller trykket stiger.
• Ydre kerne: 30,8% af Jordens masse; dybde på 2.890-5.150 kilometer (1.806-3.219 miles)
  Den ydre kerne er en varm, elektrisk ledende væske, hvori der opstår konvektiv bevægelse. Detteledende lag kombineres med Jordens rotation for at skabe en dynamoeffekt, der opretholder et system af elektriske strømme, der er kendt som Jordens magnetfelt. Det er også ansvarlig for de subtile ryk i Jordens rotation. Dette lag er ikke så tæt som rent smeltet jern, hvilket tyder på tilstedeværelsen af lettere grundstoffer. Forskerne formoder, at ca. 10 % af laget består af svovl og/eller ilt, fordi disse grundstoffer findes i rigelige mængder i kosmos og let opløses i smeltet jern.
• D”: 3% af Jordens masse; dybde 2.700-2.890 kilometer (1.688 – 1.806 miles)
  Dette lag er 200 til 300 kilometer (125 til 188 miles) tykt og udgør omkring 4% af mantelskorpens masse. Selv om det ofte identificeres som en del af den nedre kappe, tyder seismiske diskontinuiteter på, at D”-laget kan adskille sig kemisk fra den nedre kappe, der ligger over det. Forskerne har en teori om, at materialet enten er opløst i kernen eller har været i stand til at synke gennem kappen, men ikke ned i kernen på grund af dets massefylde.
• Nederste kappe: 49,2% af Jordens masse; dybde på 650-2.890 kilometer (406 -1.806 miles)
  Den nederste kappe indeholder 72,9% af kappe-krustemassen og består sandsynligvis hovedsageligt af silicium, magnesium og ilt. Den indeholder sandsynligvis også en del jern, calcium og aluminium. Forskerne foretager disse udledninger ved at antage, at Jorden har en lignende overflod og andel af kosmiske grundstoffer som dem, der findes i Solen og primitive meteoritter.
• Overgangsregion: 7,5% af Jordens masse; dybde på 400-650 kilometer (250-406 miles)
  Overgangsregionen eller mesosfæren (for mellemmantel), undertiden kaldet det frugtbare lag, indeholder 11,1% af mantelskorpemassen og er kilden til basaltiskmagmaer. Det indeholder også calcium, aluminium og granat, som er et komplekst aluminiumsbærende silikatmineral. Dette lag er tæt, når det er koldt, på grund af granat. Det er flydende, når det er varmt, fordi disse mineraler let smelter til basalt, som så kan stige op gennem de øverste lag som magma.
• Øvre kappe: 10,3 % af Jordens masse; dybde på 10-400 kilometer (6 – 250 miles)
  Den øvre kappe indeholder 15,3 % af kappe-krustemassen. Fragmenter er blevet udgravet til vores observation af eroderede bjergbælter og vulkanudbrud. Olivine (Mg,Fe)2SiO4 og pyroxen(Mg,Fe)SiO3 har været de primære mineraler, der er fundet på denne måde. Disse og andre mineraler er ildfaste og krystallinske ved høje temperaturer; de fleste af disse mineraler falder derfor ud af den opstigende magma og danner enten nyt skorpemateriale eller forlader aldrig kappen. En del af den øvre kappe, kaldet asthenosfæren, kan være delvist smeltet.
• Oceanisk skorpe: 0,099% af Jordens masse; dybde på 0-10 kilometer (0 – 6 miles)
  Den oceaniske skorpe indeholder 0,147% af mantelskorpemassen. Størstedelen af Jordens skorpe blev dannet gennem vulkansk aktivitet. Det oceaniske rygsystem, et 40.000 kilometer langt netværk af vulkaner, danner ny oceanisk skorpe med en hastighed på 17 km3 om året og dækker havbunden med basalt.Hawaii og Island er to eksempler på ophobning af basaltbunker.
• Kontinentalkorpen: 0,374% af Jordens masse; dybde 0-50 kilometer (0 – 31 miles).
  Kontinentalkorpen indeholder 0,554% af den kontinentale skorpemasse. Dette er den ydre del af Jorden, der hovedsagelig består af krystallinske bjergarter. Det er lavtflydende mineraler med lav massefylde, der hovedsagelig er domineret af kvarts (SiO2) og feldspat (metalfattige silikater).Skorpen (både oceanisk og kontinental) er Jordens overflade; som sådan er det den koldeste del af vores planet. Da kolde bjergarter deformeres langsomt, kalder man denne stive ydre skal for litosfæren (det stive eller stærke lag).

Litosfæren & Pladetektonik

Oceanisk litosfære

Det stive, yderste lag af Jorden, der består af jordskorpen og den øverste kappe, kaldes litosfæren. Ny oceanisk lithosfære dannes gennem vulkanisme i form af sprækker ved de mellemoceaniske rider, som er sprækker, der omkranser kloden. Varmen slipper ud af det indre, når denne nye litosfære kommer op fra undergrunden. Den afkøles gradvist, trækker sig sammen og bevæger sig væk fra højderyggen og bevæger sig hen over havbunden til subduktionszoner i en proces, der kaldes spredning af havbunden. Med tiden vil den ældre litosfære blive tykkere og til sidst blive mere tæt end kappen nedenunder, hvilket får den til at gå ned (subduktion) tilbage i jorden i en stejl vinkel og afkøle det indre af jorden. Subduktion er den vigtigste metode til afkøling af kappen under 100 km (62,5 miles). Hvis litosfæren er ung og dermed varmere i en subduktionszone, vil den blive tvunget tilbage ind i det indre i en mindre vinkel.

Kontinentallitosfære

Kontinentallitosfæren er ca. 150 kilometer tyk med en skorpe med lav densitet og en øvre kappe, der er permanent opdrift.Kontinenterne driver sidelæns langs kappens konvektionssystem væk fra varme kappezoner og hen mod køligere zoner, en proces, der kaldes kontinentaldrift. De fleste af kontinenterne sidder nu på eller bevæger sig mod køligere dele af kappen, med undtagelse af Afrika. Afrika var engang kernen i Pangæa, et superkontinent, der til sidst brød ud i de nuværende kontinenter.Flere hundrede millioner år før dannelsen af Pangæa blev de sydlige kontinenter – Afrika, Sydamerika, Australien, Antarktis og Indien – samlet i det, der kaldes Gondwana.

Plattetektonik

Krustalpladegrænser
(Courtesy NGDC)

Plattetektonik omfatter dannelse, lateral bevægelse,samspil og ødelæggelse af lithosfæriske plader. En stor del af Jordens indre varme afgives gennem denne proces, og mange af Jordens store strukturelle og topografiske træk dannes som følge heraf. Kontinentale riftdale og store basaltplateauer opstår ved pladebrud, når magma stiger fra kappen til havbunden og danner ny skorpe og adskiller de mellemoceaniske rygge.Pladerne støder sammen og ødelægges, når de falder ned i subduktionszoner, og danner dybe havgrave, vulkanrækker, omfattende transformforkastninger, bredlinjede stigninger og foldede bjergbælter. Jordens lithosfære er i øjeblikket opdelt i otte store plader med omkring to dusin mindre plader, der flytter over dem med en hastighed på 5 til 10 centimeter (2 til 4 tommer) om året. De otte store plader er den afrikanske, antarktiske, eurasiske, indisk-australsk, nazca-, nordamerikanske, stillehavs- og sydamerikanske plade. Et par af de mindre plader er den anatolske, arabiske, caribiske, kokosplade, filippinske og somaliske plade.

Beatty, J. K. og A. Chaikin, eds. The New Solar System.Massachusetts: Sky Publishing, 3. udgave, 1990.

Press, Frank og Raymond Siever. Earth. New York: W. H. Freemanand Company, 1986.

Seeds, Michael A. Horizons. Belmont, Californien: Wadsworth, 1995.