Jordens inre och plattektonik

Jordiska inre & Plattentektonik Copyright © 1995-2009 by Rosanna L. Hamilton.Alla rättigheter förbehålls. En teori är ett verktyg – inte en trosbekännelse. -J. J. Thomson

Jordets inre

Såväl som ett barn kan skaka på en oöppnad gåva i ett försök att upptäcka innehållet i gåvan, så måste människan lyssna på jordens ringar och vibrationer i ett försök att upptäcka dess innehåll. Detta görs genom seismologi, som har blivit den viktigaste metoden för att studera jordens inre.Seismos är ett grekiskt ord som betyder chock och är besläktat med jordbävning, skakning eller våldsam rörelse. Seismologi på jorden handlar om att studera vibrationer som uppstår vid jordbävningar, meteoritnedslag eller på konstgjord väg, t.ex. vid en explosion. Vid dessa tillfällen används en seismograf för att mäta och registrera de faktiska rörelserna och vibrationerna i jorden och på marken.

Vetenskapsmän kategoriserar seismiska rörelser i fyra typer av diagnostiska vågor som färdas med hastigheter mellan 3 och 15 kilometer (1,9 och 9,4 miles) per sekund. Två av vågorna rör sig runt jordytan i rullande vågor. De andra två, primära (P) eller kompressionsvågor och sekundära (S) eller skjuvvågor, tränger in i jordens inre. Primära vågor komprimerar och utvidgar den materia de färdas genom (antingen sten eller vätska) på samma sätt som ljudvågor.De har också förmågan att röra sig dubbelt så snabbt som S-vågor.Sekundära vågor sprider sig genom sten men kan inte färdas genom vätska. Både P- och S-vågor bryts eller reflekteras vid punkter där skikt med olika fysiska egenskaper möts. De minskar också hastigheten när de rör sig genom varmare material. Dessa förändringar i riktning och hastighet är ett sätt att lokalisera diskontinuiteter.

Indelningar i jordens inre
(Anpassat från Beatty, 1990.)

Seismiska diskontinuiteter hjälper till att särskilja jordens indelning i inre kärna, yttre kärna, D”, nedre manteln, övergångsregion, övre manteln och skorpa (oceanisk och kontinental). Senarealdiskontinuiteter har också kunnat urskiljas och kartläggas med hjälp av seismisk tomografi men ska inte diskuteras här.

• Inre kärna: 1,7 % av jordens massa; djup 5 150-6 370 kilometer.
  Den inre kärnan är fast och obunden till manteln och svävar i denoltena yttre kärnan. Den tros ha stelnat som ett resultat av tryckfrysning, vilket sker med de flesta vätskor när temperaturen sjunker eller trycket ökar.
• Yttre kärna: 30,8 % av jordens massa; djup 2 890-5 150 kilometer
  Den yttre kärnan är en varm, elektriskt ledande vätska i vilken konvektiv rörelse förekommer. Detta ledande lager kombineras med jordens rotation för att skapa en dynamoeffekt som upprätthåller ett system av elektriska strömmar som kallas jordens magnetfält. Det är också ansvarigt för de subtila ryckningarna i jordens rotation. Lagret är inte lika tätt som rent smält järn, vilket tyder på förekomsten av lättare grundämnen. Forskarna misstänker att cirka 10 % av lagret består av svavel och/eller syre, eftersom dessa ämnen förekommer rikligt i kosmos och lätt löses upp i smält järn.
• D”: 3 % av jordens massa; djup 2 700-2 890 kilometer
  Detta skikt är 200 till 300 kilometer tjockt och utgör ungefär 4 % av mantelns massa. Även om det ofta identifieras som en del av den nedre manteln, tyder seismiska diskontinuiteter på att D”-skiktet kan skilja sig kemiskt från den nedre manteln som ligger ovanför det. Forskarna antar att materialet antingen löstes upp i kärnan eller att det kunde sjunka genom manteln men inte in i kärnan på grund av sin densitet.
• Nedre manteln: 49,2 % av jordens massa; djup 650-2 890 kilometer
  Den nedre manteln innehåller 72,9 % av mantelskorpemassan och består troligen huvudsakligen av kisel, magnesium och syre. Den innehåller troligen också en del järn, kalcium och aluminium. Forskarna gör dessa avdrag genom att anta att jorden har en liknande mängd och proportion av kosmiska grundämnen som finns i solen och primitiva meteoriter.
• Övergångsregion: 7,5 % av jordens massa; djup 400-650 kilometer
  Övergångsregionen eller mesosfären (för mellersta manteln), som ibland kallas det bördiga skiktet, innehåller 11,1 % av mantelns massa och är källan till basaltiska magmaner. Det innehåller också kalcium, aluminium och granat, som är ett komplext aluminiumhaltigt silikatmineral. Skiktet är kompakt när det är kallt på grund av granaten. Det är flytande när det är varmt eftersom dessa mineraler smälter lätt och bildar basalt som sedan kan stiga upp genom de övre lagren som magma.
• Övre manteln: 10,3 % av jordens massa; djup 10-400 kilometer
  Den övre manteln innehåller 15,3 % av mantelskorpans massa. Fragment har grävts fram för vår observation genom eroderade bergsbälten och vulkanutbrott. Olivin (Mg,Fe)2SiO4 och pyroxen (Mg,Fe)SiO3 har varit de primära mineralerna som hittats på detta sätt. Dessa och andra mineraler är refraktära och kristallina vid höga temperaturer. Därför sjunker de flesta ut ur uppstigande magma och bildar antingen nytt skorpmaterial eller lämnar aldrig manteln. En del av den övre manteln som kallas asthenosfären kan vara delvis smält.
• Oceanisk skorpa: 0,099% av jordens massa; djup 0-10 kilometer
  Den oceaniska skorpan innehåller 0,147% av mantelskorpemassan. Majoriteten av jordskorpan skapades genom vulkanisk aktivitet. Det oceaniska ryggsystemet, ett 40 000 kilometer långt nätverk av vulkaner, genererar ny oceanisk skorpa med en hastighet av 17 km3per år och täcker havsbottnen med basalt.Hawaii och Island är två exempel på ackumulering av basalthögar.
• Kontinentalskorpan: 0,374% av jordens massa; djup 0-50 kilometer.
  Den kontinentala skorpan innehåller 0,554% av jordskorpans massa. Detta är den yttre delen av jorden som huvudsakligen består av kristallina bergarter. Dessa är flytmineraler med låg densitet och domineras främst av kvarts (SiO2) och fältspat (metallfattiga silikater).Skorpan (både den oceaniska och den kontinentala) är jordens yta; som sådan är den den kallaste delen av vår planet. Eftersom kalla stenar deformeras långsamt kallas detta styva yttre skal för litosfären (det hårda eller starka lagret).

Litosfären & Plattentektonik

Oceanisk litosfär

Det styva, yttersta lagret på jorden som består av jordskorpan och den övre manteln kallas litosfären. Ny oceanisk litosfär bildas genom vulkanism i form av sprickor vid mellanoceangränserna, som är sprickor som omsluter jordklotet. Värme flyr inifrån när den nya litosfären kommer upp underifrån. Den svalnar gradvis, drar ihop sig och rör sig bort från åsen och rör sig över havsbotten till subduktionszoner i en process som kallas spridning av havsbotten. Med tiden kommer den äldre litosfären att förtjockas och så småningom bli tätare än manteln under den, vilket gör att den sjunker ner (subduktion) tillbaka in i jorden i en brant vinkel och kyler ner det inre. Subduktion är den viktigaste metoden för att kyla ner manteln under 100 kilometer (62,5 miles). Om litosfären är ung och därmed varmare vid en subduktionszon kommer den att tvingas tillbaka in i det inre i en mindre vinkel.

Kontinentallitosfär

Kontinentallitosfären är cirka 150 kilometer tjock med en skorpa med låg densitet och en övre mantel som är permanent flytande.Kontinenterna driver i sidled längs mantelns konvektionssystem, bort från heta mantelzoner och mot svalare mantelzoner, en process som kallas kontinentaldrift. De flesta kontinenterna sitter nu på eller rör sig mot kallare delar av manteln, med undantag för Afrika. Afrika var en gång kärnan i Pangaea, en superkontinent som så småningom bröts sönder i dagens kontinenter.Flera hundra miljoner år innan Pangaea bildades samlades de södra kontinenterna – Afrika, Sydamerika, Australien, Antarktis och Indien – i det som kallas Gondwana.

Plattentektonik

Kristallina plattgränser
(Courtesy NGDC)

Plattentektonik innebär bildning, sidoförflyttning, interaktion och förstörelse av de litosfäriska plattorna. En stor del av jordens inre värme avlastas genom denna process och många av jordens stora strukturella och topografiska särdrag bildas följaktligen. Kontinentala sprickdalar och vidsträckta platåer av basalt skapas när plattorna bryts sönder när magma stiger från manteln till havsbottnen och bildar ny skorpa och separerar mellanoceana åsar.Plattorna kolliderar och förstörs när de sjunker ner i subduktionszoner för att skapa djupa havsgravar, strängar av vulkaner, omfattande transformationsförkastningar, breda linjära höjningar och veckade bergsbälten. Jordens litosfär är för närvarande uppdelad i åtta stora plattor med ungefär två dussin mindre plattor som driver över anteln med en hastighet av 5 till 10 centimeter per år. De åtta stora plattorna är den afrikanska, antarktiska, eurasiska, indisk-australiska, Nazca-, nordamerikanska, stillahavs- och sydamerikanska plattan. Några av de mindre plattorna är den anatoliska, arabiska, karibiska, Cocos-, filippinska och somaliska plattan.

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

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

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