Earth’s Interior & Plate Tectonics

Earth’s Interior & Plate Tectonics Copyright © 1995-2009 by Rosanna L. Hamilton.All rights reserved. A theory is a tool – not a creed. -J. J. Thomson

Wnętrze Ziemi

Tak jak dziecko może potrząsnąć nieotwartym prezentem, próbując odkryć jego zawartość, tak człowiek musi wsłuchiwać się w dzwonienie i drgania naszej Ziemi, próbując odkryć jej zawartość. Dokonuje się tego poprzez sejsmologię, która stała się główną metodą stosowaną w badaniu wnętrza Ziemi. Seismos to greckie słowo oznaczające wstrząs; podobne do trzęsienia ziemi, wstrząsnąć lub gwałtownie poruszyć. Sejsmologia na Ziemi zajmuje się badaniem drgań, które są wytwarzane przez trzęsienia ziemi, uderzenia meteorytów lub sztuczne środki, takie jak eksplozja. On theseoccasions, a seismograph is used to measure and record theactual movements and vibrations within the Earth and of theground.

Scientists categorize seismic movements into four types ofdiagnostic waves that travel at speeds ranging from 3 to 15 kilometers(1.9 to 9.4 miles) per second. Dwie z tych fal przemieszczają się po powierzchni Ziemi w postaci falujących fali. Pozostałe dwie, fale pierwotne (P) lub ściskające i fale wtórne (S) lub ścinające, przenikają do wnętrza Ziemi. Fale pierwotne ściskają i rozszerzają materię, przez którą się przemieszczają (skałę lub ciecz), podobnie jak fale dźwiękowe. Mają one również zdolność poruszania się dwa razy szybciej niż fale S. Fale wtórne rozchodzą się przez skałę, ale nie są w stanie przeniknąć przez ciecz. Zarówno fale P jak i S załamują się lub odbijają w miejscach, w których spotykają się warstwy o różnych właściwościach fizycznych. Zmniejszają one również prędkość podczas przechodzenia przez gorętszy materiał. Te zmiany kierunku i prędkości są środkami lokalizacji nieciągłości.

Działy we wnętrzu Ziemi
(Adaptacja z, Beatty, 1990.)

Nieciągłości sejsmiczne pomagają w rozróżnieniu podziału Ziemi na jądro wewnętrzne, jądro zewnętrzne, D”, płaszcz dolny, region przejściowy, płaszcz górny i skorupę (oceaniczną i kontynentalną). Lateraldiscontinuities also have also been distinguished and mapped throughseismic tomography but shall not be discussed here.

• Jądro wewnętrzne: 1,7% masy Ziemi; głębokość 5 150-6 370 km (3 219 – 3 981 mil)
  Jądro wewnętrzne jest stałe i niepołączone z płaszczem, zawieszone w stopionym jądrze zewnętrznym. Uważa się, że zestaliło się w wyniku zamrożenia ciśnieniowego, które występuje w większości cieczy, gdy temperatura spada lub ciśnienie wzrasta.
• Zewnętrzne jądro: 30,8% masy Ziemi; głębokość 2,890-5,150 kilometrów (1,806-3,219 mil)
  Zewnętrzne jądro jest gorącą, elektrycznie przewodzącą cieczą, w której zachodzi ruch konwekcyjny. Ta przewodząca warstwa łączy się z rotacją Ziemi, tworząc efekt dynamiczny, który utrzymuje system prądów elektrycznych znany jako pole magnetyczne Ziemi. Jest ona również odpowiedzialna za subtelne szarpanie rotacji Ziemi. Warstwa ta nie jest tak gęsta jak czyste stopione żelazo, co wskazuje na obecność lżejszych pierwiastków. Naukowcy podejrzewają, że około 10% warstwy składa się z siarki i/lub tlenu, ponieważ pierwiastki te występują obficie w kosmosie i łatwo rozpuszczają się w stopionym żelazie.
• D”: 3% masy Ziemi; głębokość 2,700-2,890 kilometrów (1,688-1,806 mil)
  Ta warstwa ma grubość od 200 do 300 kilometrów (125-188 mil) i stanowi około 4% masy skorupy płaszcza. Chociaż jest ona często identyfikowana jako część dolnego płaszcza, nieciągłości sejsmiczne sugerują, że warstwa D” może różnić się chemicznie od leżącego nad nią dolnego płaszcza. Naukowcy teoretyzują, że materiał ten albo rozpuścił się w jądrze, albo był w stanie zatonąć w płaszczu, ale nie w jądrze z powodu swojej gęstości.
• Dolny płaszcz: 49,2% masy Ziemi; głębokość 650-2,890 kilometrów (406 -1,806 mil)
  Dolny płaszcz zawiera 72,9% masy skorupy płaszcza i prawdopodobnie składa się głównie z krzemu, magnezu i tlenu. Prawdopodobnie zawiera również trochę żelaza, wapnia i aluminium. Naukowcy dokonują tych dedukcji, zakładając, że Ziemia ma podobną obfitość i proporcje pierwiastków kosmicznych, jakie występują na Słońcu i w prymitywnych meteorytach.
• Region przejściowy: 7,5% masy Ziemi; głębokość 400-650 kilometrów (250-406 mil)
  Region przejściowy lub mezosfera (od middlemantle), czasami nazywany warstwą żyzną, zawiera 11,1% masy skorupy płaszcza i jest źródłem bazaltowych magm. Zawiera ona również wapń, aluminium i granat, który jest minerałem krzemianowym o złożonej budowie. Warstwa ta jest gęsta, gdy jest zimna z powodu granatu. To jest buoyantwhen gorąco, ponieważ te minerały stopić łatwo do formasalt, który może następnie wzrosnąć przez górne warstwy jako magmy.
• Górny płaszcz: 10,3% masy Ziemi; głębokość 10-400 kilometrów (6 – 250 mil)
  Górny płaszcz zawiera 15,3% masy skorupy płaszcza. Fragmenty zostały wydobyte do naszych obserwacji przez erodowane pasy górskie i wybuchy wulkanów. Podstawowymi minerałami znalezionymi w ten sposób są oliwin (Mg,Fe)2SiO4 i piroksen (Mg,Fe)SiO3. Te i inne minerały są ogniotrwałe i krystalizują się w wysokich temperaturach, dlatego większość z nich osiada z unoszącej się magmy, tworząc nowy materiał skalny lub nigdy nie opuszczając płaszcza. Część górnego płaszcza zwana astenosferą może być częściowo stopiona.
• Skorupa oceaniczna: 0,099% masy Ziemi; głębokość 0-10 kilometrów (0 – 6 mil)
  Skorupa oceaniczna zawiera 0,147% masy skorupy płaszcza. Większość skorupy ziemskiej powstała w wyniku działalności wulkanicznej. System grzbietów oceanicznych, 40.000-kilometrowa (25.000 mil) sieć wulkanów, wytwarza nową skorupę oceaniczną w tempie 17 km3 rocznie, pokrywając dno oceanu bazaltem. Hawaje i Islandia są dwoma przykładami akumulacji stosów bazaltu.
• Skorupa kontynentalna: 0,374% masy Ziemi; głębokość 0-50 kilometrów (0-31 mil).
  Skorupa kontynentalna zawiera 0,554% masy skorupy ziemskiej. Jest to zewnętrzna część Ziemi składająca się głównie ze skał krystalicznych. Są to minerały wypornościowe o małej gęstości, zdominowane głównie przez kwarc (SiO2) i skalenie (ubogie w metale krzemiany).Skorupa (zarówno oceaniczna, jak i kontynentalna) jest powierzchnią Ziemi; jako taka, jest najzimniejszą częścią naszej planety. Ponieważ zimne skały odkształcają się powoli, mówi się o tej sztywnej zewnętrznej powłoce jako o litosferze (mocnej lub twardej warstwie).

Litosfera &Tektonika płyt

Litosfera oceaniczna

Sztywna, najbardziej zewnętrzna warstwa Ziemi składająca się ze skorupy i górnego płaszcza nazywana jest litosferą. Nowa litosfera oceaniczna tworzy się w wyniku wulkanizmu w postaci szczelin na mostach śródoceanicznych, które są pęknięciami okalającymi kulę ziemską. Ciepło ucieka z wnętrza, gdy ta nowa litosfera wyłania się od dołu. Stopniowo ochładza się, kurczy i oddala od grzbietu, przemieszczając się po dnie morskim do stref subdukcji w procesie zwanym rozprzestrzenianiem się dna morskiego. Z czasem starsza litosfera grubieje i w końcu staje się bardziej gęsta niż płaszcz znajdujący się poniżej, co powoduje jej zejście (subdukcję) z powrotem do Ziemi pod stromym kątem, co powoduje ochłodzenie wnętrza. Subdukcja jest główną metodą chłodzenia płaszcza poniżej 100 km (62,5 mili). Jeśli litosfera jest młoda, a przez to gorętsza w strefie subdukcji, zostanie wepchnięta z powrotem do wnętrza pod mniejszym kątem.

Litosfera kontynentalna

Litosfera kontynentalna ma grubość około 150 kilometrów (93 mil), a jej skorupa o niskiej gęstości i górny płaszcz są stale wyporne.kontynenty dryfują poprzecznie wzdłuż systemu konwekcyjnego płaszcza, uciekając od gorących stref płaszcza w kierunku chłodniejszych, co jest procesem znanym jako dryf kontynentalny. Większość kontynentów znajduje się obecnie na chłodniejszych częściach płaszcza lub przesuwa się w ich kierunku, z wyjątkiem Afryki. Afryka była kiedyś jądrem Pangaea, superkontynentu, który ostatecznie rozpadł się na dzisiejsze kontynenty. Kilkaset milionów lat przed powstaniem Pangaea, południowe kontynenty – Afryka, Ameryka Południowa, Australia, Antarktyda i Indie – zostały zebrane razem w to, co nazywa się Gondwana.

Tektonika płyt

Granice płyt skalistych
(Dzięki uprzejmości NGDC)

Tektonika płyt obejmuje tworzenie, ruch boczny, interakcję i niszczenie płyt litosferycznych. Duża część wewnętrznego ciepła Ziemi jest uwalniana przez ten proces, a wiele dużych struktur i cech topograficznych Ziemi jest w konsekwencji formowanych. Kontynentalne doliny ryftowe i rozległe płaskowyże bazaltowe powstają przy rozbiciu płyt, gdy magma wydostaje się z płaszcza na dno oceanu, tworząc nową skorupę i oddzielając grzbiety śródoceaniczne. Płyty zderzają się i ulegają zniszczeniu podczas schodzenia w strefach subdukcji, tworząc głębokie rowy oceaniczne, ciągi wulkanów, rozległe uskoki transformacyjne, wzniesienia o szerokiej linii i pofałdowane pasy górskie. Litosfera Ziemi jest obecnie podzielona na osiem dużych płyt z około dwoma tuzinami mniejszych, które dryfują ponad płaszczem w tempie od 5 do 10 centymetrów (2 do 4 cali) rocznie. Osiem dużych płyt to płyty: afrykańska, antarktyczna, euroazjatycka, indyjsko-australijska, nazca, północnoamerykańska, pacyficzna i południowoamerykańska. Kilka mniejszych płyt to płyty anatolijska, arabska, karaibska, kokosowa, filipińska i somalijska.

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

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

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

.