Het binnenste van de aarde & platentectoniek

Het binnenste van de aarde & Platentectoniek Copyright © 1995-2009 door Rosanna L. Hamilton.Alle rechten voorbehouden. Een theorie is een werktuig – geen geloofsbelijdenis. -J. J. Thomson

Het inwendige van de Aarde

Net zoals een kind aan een ongeopend cadeau kan schudden in een poging de inhoud ervan te ontdekken, zo moet de mens luisteren naar het gerinkel en de trillingen van onze Aarde in een poging de inhoud ervan te ontdekken. Seismologie is de belangrijkste methode geworden om het inwendige van de aarde te bestuderen. Seismos is een Grieks woord dat schok betekent; verwant met aardbeving, schudden, of heftig bewogen. Seismologie op aarde houdt zich bezig met het bestuderen van trillingen die worden veroorzaakt door aardbevingen, de inslag van meteorieten, of kunstmatige middelen zoals een explosie. Bij deze gelegenheden wordt een seismograaf gebruikt om de feitelijke bewegingen en trillingen binnenin de aarde en van de grond te meten en vast te leggen.

Wetenschappers delen seismische bewegingen in vier soorten diagnostische golven in die zich verplaatsen met snelheden van 3 tot 15 kilometer per seconde. Twee van de golven bewegen zich rond het oppervlak van de Aarde in rollende deining. De andere twee, Primaire (P) of compressiegolven en Secundaire (S) of afschuifgolven, dringen het inwendige van de aarde binnen. Primaire golven comprimeren en verwijden de materie waar zij doorheen reizen (hetzij rots of vloeistof), vergelijkbaar met geluidsgolven. Zij kunnen zich ook tweemaal zo snel voortbewegen als S-golven. Secundaire golven planten zich voort door rots maar kunnen zich niet door vloeistof verplaatsen. Zowel P- als S-golven breken of reflecteren op punten waar lagen met verschillende fysische eigenschappen elkaar raken. Zij verminderen ook hun snelheid wanneer zij door warmer materiaal gaan. Deze veranderingen in richting en snelheid zijn de middelen om discontinuïteiten te lokaliseren.

Verdelingen in het binnenste van de Aarde
(Aangepast van, Beatty, 1990.)

Seismische discontinuïteiten helpen bij het onderscheiden van verdelingen van de Aarde in binnenkern, buitenkern, D”, onderste mantel, overgangsgebied, bovenste mantel, en korst (oceanisch en continentaal). Latere discontinuïteiten zijn ook onderscheiden en in kaart gebracht door seismische tomografie, maar zullen hier niet worden besproken.

• Binnenkern: 1,7% van de massa van de Aarde; diepte van 5.150-6.370 kilometer (3.219 – 3.981 mijl)
  De binnenkern is vast en niet verbonden met de mantel, hangend in de gesmolten buitenkern. Aangenomen wordt dat hij is gestold als gevolg van drukbevriezing, die bij de meeste vloeistoffen optreedt wanneer de temperatuur daalt of de druk toeneemt.
• Buitenkern: 30,8% van de massa van de Aarde; diepte van 2.890-5.150 kilometer
  De buitenkern is een hete, elektrisch geleidende vloeistof waarbinnen convectieve beweging optreedt. Deze geleidende laag creëert in combinatie met de rotatie van de aarde een dynamisch effect dat een systeem van elektrische stromen in stand houdt dat bekend staat als het magnetisch veld van de aarde. Het is ook verantwoordelijk voor de subtiele schokken in de rotatie van de aarde. Deze laag is niet zo dicht als zuiver gesmolten ijzer, wat wijst op de aanwezigheid van lichtere elementen. Wetenschappers vermoeden dat ongeveer 10% van de laag bestaat uit zwavel en/of zuurstof, omdat deze elementen overvloedig aanwezig zijn in de kosmos en gemakkelijk oplossen in gesmolten ijzer.
• D”: 3% van de massa van de aarde; diepte van 2.700-2.890 kilometer (1.688 – 1.806 mijl)
  Deze laag is 200 tot 300 kilometer (125 tot 188 mijl) dik en vertegenwoordigt ongeveer 4% van de massa van de aardmantel-korst. Hoewel zij dikwijls als een deel van de onderste mantel wordt beschouwd, wijzen seismische discontinuïteiten erop dat de D-laag chemisch zou kunnen verschillen van de onderste mantel die erboven ligt. Wetenschappers denken dat het materiaal ofwel in de kern oploste, ofwel door zijn dichtheid door de mantel kon zinken maar niet in de kern.
• Ondermantel: 49,2% van de massa van de aarde; diepte 650-2.890 kilometer
  De onderste mantel bevat 72,9% van de mantel-korstmassa en bestaat waarschijnlijk hoofdzakelijk uit silicium, magnesium en zuurstof. Waarschijnlijk bevat hij ook wat ijzer, calcium en aluminium. Wetenschappers maken deze gevolgtrekkingen door aan te nemen dat de aarde dezelfde overvloed en verhouding van kosmische elementen heeft als in de zon en in primitieve meteorieten.
• Overgangsgebied: 7,5% van de massa van de Aarde; diepte van 400-650 kilometer
  Het overgangsgebied of mesosfeer (voor middenmantel), soms de vruchtbare laag genoemd, bevat 11,1% van de massa van de mantelkorst en is de bron van basaltische magen. Zij bevat ook calcium, aluminium en granaat, een complex aluminiumhoudend silicaatmineraal. Deze laag is dik als hij koud is vanwege het granaat. Het is drijfnat als het warm is, omdat deze mineralen gemakkelijk smelten tot basalt dat dan door de bovenste lagen kan opstijgen als magma.
• Bovenste mantel: 10,3% van de massa van de aarde; diepte 10-400 kilometer
  De bovenste mantel bevat 15,3% van de mantel-korstmassa. Fragmenten zijn voor onze waarneming uitgegraven door geërodeerde berggordels en vulkanische uitbarstingen. Olivijn (Mg,Fe)2SiO4 en pyroxeen (Mg,Fe)SiO3 zijn de voornaamste mineralen die op deze wijze zijn gevonden. Deze en andere mineralen zijn vuurvast en kristallijn bij hoge temperaturen; daarom bezinken de meeste uit opstijgend magma en vormen nieuw kristalmateriaal of verlaten de mantel nooit. Een deel van de bovenmantel, de asthenosfeer, kan gedeeltelijk gesmolten zijn.
• Oceaankorst: 0,099% van de massa van de Aarde; diepte van 0-10 kilometer
  De oceaankorst bevat 0,147% van de mantel-korstmassa. Het grootste deel van de aardkorst is ontstaan door vulkanische activiteit. Het oceaanruggenstelsel, een netwerk van vulkanen van 40.000 kilometer (25.000 mijl), genereert nieuwe oceaankorst met een snelheid van 17 km3 per jaar, en bedekt de oceaanbodem met basalt. Hawaï en IJsland zijn twee voorbeelden van de accumulatie van basaltpalen.
• Continentale korst: 0,374% van de massa van de Aarde; diepte van 0-50 kilometer (0 – 31 mijl).
  De continentale korst bevat 0,554% van de massa van de aardkorst. Dit is het buitenste deel van de Aarde dat hoofdzakelijk bestaat uit kristallijne gesteenten. Dit zijn mineralen met een lage dichtheid en een overheersend kwarts (SiO2) en veldspaat (metaalarme silicaten). De korst (zowel oceaankorst als continentale korst) is het oppervlak van de aarde; als zodanig is het het koudste deel van onze planeet. Omdat koude gesteenten langzaam vervormen, noemen we deze stijve buitenlaag de lithosfeer (de stevige of sterke laag).

De lithosfeer &Platentectoniek

Oceanische lithosfeer

De stijve, buitenste laag van de Aarde die bestaat uit de korst en de bovenmantel wordt de lithosfeer genoemd. Nieuwe oceanische lithosfeer ontstaat door vulkanisme in de vorm van spleten bij middenoceaanpatronen, die scheuren zijn die de aardbol omgeven. De warmte ontsnapt uit het binnenste wanneer deze nieuwe lithosfeer van onderaf te voorschijn komt. De lithosfeer koelt geleidelijk af, krimpt en verwijdert zich van de bergkam en verplaatst zich over de zeebodem naar de subductiezones in een proces dat spreiding van de zeebodem wordt genoemd. Na verloop van tijd zal de oudere lithosfeer dikker worden en uiteindelijk een grotere dichtheid krijgen dan de mantel eronder, waardoor deze onder een steile hoek weer in de aarde zal afdalen (subductie) en het inwendige zal afkoelen. Subductie is de belangrijkste methode om de aardmantel onder 100 kilometer af te koelen. Als de lithosfeer jong is en dus heter bij een subductiezone, zal hij onder een kleinere hoek in het inwendige worden teruggedrongen.

Continentale lithosfeer

De continentale lithosfeer is ongeveer 150 kilometer dik met een korst met lage dichtheid en een bovenmantel die permanent opwaartse druk uitoefent. Continenten drijven zijdelings langs het convecterende systeem van de mantel weg van hete mantelzones naar koelere zones, een proces dat continentale drift wordt genoemd. De meeste continenten bevinden zich nu op of bewegen zich naar koelere delen van de mantel, met uitzondering van Afrika. Afrika was ooit de kern van Pangaea, een supercontinent dat uiteindelijk uiteenviel in de continenten van vandaag. Enkele honderden miljoenen jaren voor de vorming van Pangaea werden de zuidelijke continenten – Afrika, Zuid-Amerika, Australië, Antarctica en India – samengevoegd in wat Gondwana wordt genoemd.

Plaattektoniek

Kruisplaatgrenzen
(Courtesy NGDC)

Plaattektoniek omvat de vorming, zijwaartse beweging, interactie en vernietiging van de lithosferische platen. Veel van de interne hitte van de Aarde wordt door dit proces afgevoerd en veel van de grote structurele en topografische kenmerken van de Aarde worden daardoor gevormd. Continentale kloofvalleien en uitgestrekte basaltplateaus ontstaan bij het breken van de platen wanneer magma uit de mantel naar de oceaanbodem stroomt, nieuwe korst vormt en de midoceanische bergkammen scheidt. Platen botsen en worden vernietigd bij het afdalen in subductiezones, waardoor diepe oceaangeulen ontstaan, reeksen vulkanen, uitgebreide transformatiefracturen, breedlineaire stijgingen en geplooide bergketens. De lithosfeer van de aarde is momenteel verdeeld in acht grote platen en een twaalftal kleinere platen die met een snelheid van 5 tot 10 centimeter per jaar boven de aardas drijven. De acht grote platen zijn de Afrikaanse, de Antarctische, de Euraziatische, de Indiaas-Australische, de Nazca-, de Noord-Amerikaanse, de Stille en de Zuid-Amerikaanse plaat. Enkele van de kleinere platen zijn de Anatolische, de Arabische, de Caribische, de Cocos-, de Filippijnse en de Somalische plaat.

Beatty, J.K. and A. Chaikin, eds. The New Solar System.Massachusetts: Sky Publishing, 3e editie, 1990.

Press, Frank and Raymond Siever. De Aarde. New York: W. H. Freemanand Company, 1986.

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