A Föld belseje és a lemeztektonika

A Föld belseje & Lemeztektonika Copyright © 1995-2009 by Rosanna L. Hamilton.All rights reserved. Az elmélet egy eszköz – nem hitvallás. -J. J. Thomson

A Föld belseje

Mint ahogy egy gyermek megrázza a bontatlan ajándékot, hogy felfedezze az ajándék tartalmát, úgy az embernek is hallgatnia kell Földünk csengését és rezgését, hogy felfedezze annak tartalmát. Ez a szeizmológiával érhető el, amely a Föld belsejének tanulmányozására használt fő módszerré vált.A szeizmosz görög szó, jelentése sokk; rokon a földrengéssel, rázkódással, vagy heves mozgással. A földi szeizmológia a földrengések, a meteoritok becsapódása vagy mesterséges eszközök, például robbanás által keltett rezgések tanulmányozásával foglalkozik. Ezeken az eseményeken szeizmográfot használnak a Földön és a talajon belüli tényleges mozgások és rezgések mérésére és rögzítésére.

A tudósok a szeizmikus mozgásokat négyféle diagnosztikus hullámtípusba sorolják, amelyek másodpercenként 3 és 15 kilométer (1,9 és 9,4 mérföld) közötti sebességgel terjednek. A hullámok közül kettő gördülő hullámok formájában halad a Föld felszínén. A másik kettő, az elsődleges (P) vagy kompressziós hullámok és a másodlagos (S) vagy nyíróhullámok a Föld belsejébe hatolnak. Az elsődleges hullámok a hanghullámokhoz hasonlóan összenyomják és kitágítják az anyagot, amelyen áthaladnak (kőzet vagy folyadék), és kétszer olyan gyorsan képesek haladni, mint az S-hullámok, a másodlagos hullámok pedig a kőzetben terjednek, de a folyadékon nem képesek áthaladni. Mind a P-, mind az S-hullámok megtörnek vagy visszaverődnek azokon a pontokon, ahol különböző fizikai tulajdonságú rétegek találkoznak. A forróbb anyagokon való áthaladáskor a sebességüket is csökkentik. Ezek az irány- és sebességváltozások a diszkontinuitások lokalizálásának eszközei.

A Föld belsejének felosztása
(Adaptálva: Beatty, 1990.)

A szeizmikus diszkontinuitások segítenek megkülönböztetni a Föld felosztását belső mag, külső mag, D”, alsó köpeny, átmeneti régió, felső köpeny és kéreg (óceáni és kontinentális). Későbbi diszkontinuitásokat is megkülönböztettek és feltérképeztek a szeizmikus tomográfia segítségével, de ezeket itt nem tárgyaljuk.

• Belső mag: a Föld tömegének 1,7%-a; mélysége 5.150-6.370 kilométer (3.219-3.981 mérföld)
  A belső mag szilárd és nem kapcsolódik a köpenyhez, az olvadt külső magban lebeg. Úgy gondolják, hogy megszilárdult a nyomás-fagyasztás eredményeként, amely a legtöbb folyadékkal bekövetkezik, amikor a hőmérséklet csökken vagy a nyomás növekszik.
• Külső mag: a Föld tömegének 30,8%-a; mélysége 2.890-5.150 kilométer (1.806-3.219 mérföld)
  A külső mag forró, elektromosan vezető folyadék, amelyben konvektív mozgás történik. Ez a vezető réteg a Föld forgásával együtt olyan dinamikai hatást hoz létre, amely fenntartja a Föld mágneses mezejeként ismert elektromos áramrendszerét. Ez felelős a Föld forgásának finom rángásaiért is. Ez a réteg nem olyan sűrű, mint a tiszta olvadt vas,ami könnyebb elemek jelenlétére utal. A tudósok gyanítják, hogy a réteg mintegy 10%-a kénből és/vagy oxigénből áll, mivel ezek az elemek bőségesen előfordulnak a kozmoszban, és könnyen oldódnak az olvadt vasban.
• D”: A Föld tömegének 3%-a; mélysége 2,700-2,890 kilométer (1,688 – 1,806 mérföld)
  Ez a réteg 200-300 kilométer (125-188 mérföld) vastag ésa köpenykéreg tömegének mintegy 4%-át képviseli. Bár gyakran az alsó köpeny részeként azonosítják, a szeizmikus diszkontinuitások arra utalnak, hogy a D” réteg kémiailag különbözhet a felette fekvő alsó köpenytől. A tudósok elmélete szerint az anyag vagy feloldódott a magban,vagy sűrűsége miatt képes volt átsüllyedni a köpenyen, de a magba nem.
• Alsó köpeny:
  Az alsó köpeny a földtömeg 49,2%-át tartalmazza a köpenykéreg tömegének 72,9%-át, és valószínűleg főként szilíciumból,magnéziumból és oxigénből áll. Valószínűleg tartalmaz némi vasat, kalciumot és alumíniumot is. A tudósok ezeket a következtetéseket úgy teszik, hogy feltételezik, hogy a Földön a kozmikus elemek mennyisége és aránya hasonló a Napban és a primitív meteoritokban találhatóakhoz.
• Átmeneti régió: a Föld tömegének 7,5%-a; mélysége 400-650 km (250-406 mérföld)
  Az átmeneti régió vagy mezoszféra (a középső köpeny esetében), amelyet néha termékeny rétegnek neveznek,a köpenykéreg tömegének 11,1%-át tartalmazza, és a bazaltmagmák forrása. Kalciumot, alumíniumot és gránátot is tartalmaz, amely egy komplex alumíniumtartalmú szilikát ásvány. Ez a réteg a gránát miatt hidegben sűrű. Melegben felhajtó, mert ezek az ásványok könnyen megolvadnak, és bazaltot képeznek, amely aztán magmaként fel tud emelkedni a felső rétegeken keresztül.
• Felső köpeny:
  A felső köpeny a föld tömegének 10,3%-át tartalmazza; mélysége 10-400 kilométer (6-250 mérföld)
  A felső köpeny a köpeny-kéreg tömegének 15,3%-át tartalmazza. A töredékeket az erodált hegységi övek és vulkánkitörések emelték ki a megfigyelésünkre. Az így talált elsődleges ásványok az olivin (Mg,Fe)2SiO4 és a piroxén(Mg,Fe)SiO3. Ezek és más ásványok magas hőmérsékleten tűzállóak és kristályosodnak; ezért a legtöbbjük kioldódik a felszálló magmából, és vagy új kéreganyagot képez, vagy soha nem hagyja el a köpenyt. A felső köpeny egy része, az asztenoszféra részben olvadt lehet.
• Óceáni kéreg: a Föld tömegének 0,099%-a; mélysége 0-10 km (0 – 6 mérföld)
  Az óceáni kéreg a földköpeny-kéreg tömegének 0,147%-át tartalmazza. A földkéreg nagy része vulkanikus tevékenység révén jött létre. Az óceáni gerincrendszer, a vulkánok 40.000 kilométeres (25.000 mérföldes) hálózata,évente 17 km3 új óceáni kérget termel, bazalttal borítva az óceánfeneket.Hawaii és Izland két példa a bazaltkupacok felhalmozódására.
• Kontinentális kéreg: a Föld tömegének 0,374%-a; mélysége 0-50 kilométer.
  A kontinentális kéreg a földkéreg tömegének 0,554%-át tartalmazza. Ez a Föld külső része, amely alapvetően kristályos kőzetekből áll. Ezek alacsony sűrűségű felhajtó ásványok, melyeket főként kvarc (SiO2) és földpátok (fémben szegény szilikátok) uralnak.A kéreg (mind az óceáni, mind a kontinentális) a Föld felszíne; mint ilyen, ez bolygónk leghidegebb része. Mivel a hideg kőzetek lassan deformálódnak, ezt a merev külső burkot nevezzük litoszférának (a kemény vagy erős réteg).

A litoszféra & Lemeztektonika

Óceáni litoszféra

A Földnek a kérget és a felső köpenyt tartalmazó merev, legkülső rétegét litoszférának nevezzük. Az új óceáni litoszféra vulkanizmus révén alakul ki az óceánközéphidak hasadékai formájában, amelyek a Földet körülölelő repedések. A hő elszökik a belsejéből, ahogy ez az új litoszféra alulról felszínre tör. Fokozatosan lehűl, összehúzódik és eltávolodik a gerinctől, a tengerfenéken keresztül a tengerfenék terjedésének nevezett folyamat során a tengerfenék szubdukciós zónák felé halad. Idővel a régebbi litoszféra megvastagszik és végül sűrűbbé válik, mint az alatta lévő köpeny, aminek következtében meredek szögben visszasüllyed (szubdukálódik) a Földbe, lehűtve a belsejét. A szubdukció a fő módszer a 100 km (62,5 mérföld) alatti földköpeny lehűtésére. Ha a litoszféra fiatal és így forróbb egy szubdukciós zónában, akkor kisebb szögben kényszerül vissza a belsejébe.

Kontinentális litoszféra

A kontinentális litoszféra körülbelül 150 kilométer vastag, alacsony sűrűségű kéreggel és felső köpennyel, amely állandóan felhajtóerővel rendelkezik.A kontinensek oldalirányban sodródnak a köpeny konvektív rendszere mentén a forró köpenyzónákból a hűvösebbek felé, ezt a folyamatot kontinentális sodródásnak nevezik. A legtöbb kontinens most a köpeny hűvösebb részein ül, vagy azok felé mozog, kivéve Afrikát. Afrika egykor a Pangea magja volt, egy olyan szuperkontinensé, amely végül a mai kontinensekre szakadt.Több százmillió évvel a Pangea kialakulása előtt a déli kontinensek – Afrika, Dél-Amerika, Ausztrália, Antarktisz és India – az úgynevezettGondwanában gyűltek össze.

Platektonika

Kéreglemezek határai
(NGDC jóvoltából)

A lemeztektonika a litoszféralemezek kialakulását, oldalirányú mozgását,kölcsönhatását és pusztulását foglalja magában. A Föld belső hőjének nagy része e folyamat révén szabadul fel, és ennek következtében alakul ki a Föld számos nagy szerkezeti és topográfiai jellemzője. Kontinentális hasadékvölgyek és hatalmas bazaltplatók jönnek létre a lemezek szétválásakor, amikor a magma a köpenyből az óceánfenékre száll, új kérget képezve és közép-óceáni gerinceket elválasztva.A lemezek összeütköznek és megsemmisülnek a szubdukciós zónákban, így mély óceáni árkok, vulkánok sorai, kiterjedt transzformációs törések, széles vonalú emelkedések és hajtogatott hegyvidéki övek jönnek létre. A Föld litoszférája jelenleg nyolc nagy lemezre oszlik, és mintegy két tucat kisebb lemezre, amelyek évente 5-10 centiméteres sebességgel sodródnak a földkéreg fölött. A nyolc nagy lemez az afrikai, az antarktiszi, az eurázsiai, az indiai-ausztráliai, a Nazca-, az észak-amerikai, a csendes-óceáni és a dél-amerikai lemez. A kisebb lemezek közül néhány az anatóliai, az arab, a karibi, a kókusz-szigeteki, a Fülöp-szigeteki és a szomáliai lemez.

Beatty, J. K. és A. Chaikin, szerk. The New Solar System.Massachusetts: Sky Publishing, 3rd Edition, 1990.

Press, Frank és Raymond Siever. Föld. New York: W. H. Freemanand Company, 1986.

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