Structura Pământului - Structure of Earth

Structura Pământului

Structura internă a Pământului , structura Pământului solid sau pur și simplu structura Pământului se referă la straturi sferice concentrice care împart pământul solid , adică excluzând atmosfera și hidrosfera Pământului . Se compune dintr-o crustă solidă de silicat exterior , o astenosferă foarte vâscoasă și o manta solidă , un miez exterior lichid al cărui flux generează câmpul magnetic al Pământului și un miez interior solid .

Înțelegerea științifică a structurii interne a Pământului se bazează pe observații de topografie și batimetrie , observații de roci în afloriment , probe aduse la suprafață de la adâncimi mai mari de vulcani sau activitate vulcanică, analiza undelor seismice care trec prin Pământ, măsurători ale câmpuri gravitaționale și magnetice ale Pământului și experimente cu solide cristaline la presiuni și temperaturi caracteristice interiorului adânc al Pământului.

Definiții

Distribuția densității radiale a Pământului conform modelului de referință preliminar al Pământului (PREM).
Gravitația Pământului conform modelului de referință preliminar al Pământului (PREM). Comparație cu aproximări folosind densitatea constantă și liniară pentru interiorul Pământului.
Cartografierea interiorului Pământului cu valuri de cutremur .
Vedere schematică a interiorului Pământului. 1. crustă continentală - 2. crustă oceanică - 3. mantaua superioară - 4. mantaua inferioară - 5. miezul exterior - 6. miezul interior - A: discontinuitatea Mohorovičić - B: discontinuitatea Gutenberg - C: discontinuitatea Lehmann – Bullen .

Structura Pământului poate fi definită în două moduri: prin proprietăți mecanice precum reologia sau chimic. Din punct de vedere mecanic, poate fi împărțit în litosferă , astenosferă , mantaua mezosferică , nucleul exterior și nucleul interior . Din punct de vedere chimic, Pământul poate fi împărțit în crustă, mantaua superioară, mantaua inferioară, miezul exterior și miezul interior. Straturile componente geologice ale Pământului se află la următoarele adâncimi sub suprafață:

Adâncime (km) Stratul chimic Adâncime (km) Strat mecanic Adâncime (km) PREM Adâncime (km) Stratul general
0–35 Crustă 0–80 * Litosferă 0-10 0–80 * ... Crusta superioară Litosferă 0–35 Crustă
10–20 ... Crusta inferioară
20–80 ... capac
35–670 Mantaua superioara ... capac 35 -80 * Manta litosferică
80–220 Astenosfera - 80–220 ? Astenosfera 80–220 Astenosfera
35–670 220–2,890 Mantie mezosferică - 220–410 ? ? 220-400 ?
400–600 ... Zonă de tranziție 400–670 Zonă de tranziție
35–670 ... Zonă de tranziție
35–670 600–670 ... Zonă de tranziție
670-2,890 Mantaua inferioară 220–2,890 Mantie mezosferică 670–770 Mantaua inferioară … Cel mai de sus 670-2,890 Manta inferioară
770-2.740 ... Mid-jos
2.740-2.890 ... stratul D ″
2.890-5.150 Învelișul exterior 2.890-5.150 Învelișul exterior 2.890-5.150 Învelișul exterior 2.890-5.150 Învelișul exterior
5.150-6.370 Miez interior 5.150-6.370 Miez interior 5.150-6.370 Miez interior 5.150-6.370 Miez interior
*  Adâncimea variază local între 5 și 200 km.

  Adâncimea variază local între 5 și 70 km.

Stratificarea Pământului a fost dedusă indirect folosind timpul de deplasare al undelor seismice refractate și reflectate create de cutremure. Miezul nu permite trecerea undelor de forfecare prin el, în timp ce viteza de deplasare ( viteza seismică ) este diferită în alte straturi. Schimbările în viteza seismică între diferite straturi determină refracția datorită legii lui Snell , cum ar fi îndoirea luminii când trece printr-o prismă. La fel, reflexiile sunt cauzate de o creștere mare a vitezei seismice și sunt similare cu lumina care se reflectă de la o oglindă.

Crustă

Pământului crusta variază de la 5-70 km (3.1-43.5 mi) în profunzime și este stratul exterior. Părțile subțiri sunt scoarța oceanică , care stau la baza bazinelor oceanice (5-10 km) și sunt compuse din roci magmatice silicate de magneziu de fier dens ( mafic ) , cum ar fi bazaltul . Crusta mai groasă este crusta continentală , care este mai puțin densă și compusă din roci ( felsice ) de sodiu potasiu aluminiu silicat, ca granitul . Rocile crustei se împart în două mari categorii - sial și sima (Suess, 1831–1914). Se estimează că sima începe cu aproximativ 11 km sub discontinuitatea Conrad (o discontinuitate de ordinul doi). Mantaua superioară împreună cu crusta constituie litosfera . Limita crustă-manta apare ca două evenimente fizic diferite. În primul rând, există o discontinuitate a vitezei seismice , care este cel mai frecvent cunoscută sub numele de discontinuitatea Mohorovičić sau Moho. Se crede că cauza Moho este o schimbare a compoziției rocilor de la roci care conțin feldspat plagioclază (deasupra) la roci care nu conțin feldspati (deasupra). În al doilea rând, în scoarța oceanică, există o discontinuitate chimică între cumulatele ultramafice și harzburgite tectonizate , care a fost observată din părțile adânci ale scoarței oceanice care au fost obținute pe scoarța continentală și păstrate ca secvențe de ofiolit .

Multe roci care alcătuiesc acum scoarța Pământului s-au format în urmă cu mai puțin de 100 de milioane (1 × 10 8 ) de ani în urmă; cu toate acestea, cele mai vechi boabe minerale cunoscute au o vechime de aproximativ 4,4 miliarde (4,4 × 10 9 ) ani, indicând faptul că Pământul a avut o crustă solidă de cel puțin 4,4 miliarde de ani.

Manta

Harta lumii care arată poziția Moho .

Mantaua Pământului se extinde la o adâncime de 2.890 km, făcându-l cel mai gros strat al planetei. Mantaua este împărțită în mantaua superioară și inferioară separate printr-o zonă de tranziție . Cea mai joasă parte a mantalei de lângă limita miez-manta este cunoscută sub numele de stratul D ″ (D-dublu-prim). Presiunea în partea inferioară a mantalei este ≈140 G Pa (1,4 M atm ). Mantaua este compusă din roci de silicat mai bogate în fier și magneziu decât scoarța de deasupra. Deși solid, materialul de silicat extrem de fierbinte al mantiei poate curge pe perioade foarte lungi de timp. Convecția mantalei propulsează mișcarea plăcilor tectonice din scoarță. Sursa de căldură care conduce această mișcare este căldura primordială rămasă din formarea planetei reînnoită prin dezintegrarea radioactivă a uraniului, toriului și potasiu în scoarța și mantaua Pământului.

Datorită creșterii presiunii mai adânci în manta, partea inferioară curge mai ușor, deși schimbările chimice din manta pot fi, de asemenea, importante. Vâscozitatea mantalei variază între 10 21 și 10 24 Pa · s , crescând cu adâncimea. În comparație, vâscozitatea apei este de aproximativ 10 −3 Pa · s, iar cea a pasului este de 10 7 Pa · s.

Miezul

Miezul exterior al Pământului este un strat fluid de aproximativ 2.400 km (1.500 mi) grosime și compus în principal din fier și nichel care se află deasupra miezului interior solid al Pământului și sub mantaua sa . Limita sa exterioară se află la 2.890 km (1.800 mi) sub suprafața Pământului. Tranziția dintre nucleul interior și cel extern se află la aproximativ 5.150 km (3.200 mi) sub suprafața Pământului. Nucleul interior al Pământului este stratul geologic cel mai interior al planetei Pământ . Este în primul rând o minge solidă cu o rază de aproximativ 1.220 km (760 mi), care reprezintă aproximativ 20% din raza Pământului sau 70% din raza Lunii .

Densitatea medie a Pământului este 5,515  g / cm 3 . Deoarece densitatea medie a materialului de suprafață este numai în jur3,0 g / cm 3 , trebuie să concluzionăm că există materiale mai dense în miezul Pământului. Acest rezultat a fost cunoscut încă de la experimentul Schiehallion , realizat în anii 1770. Charles Hutton, în raportul său din 1778, a concluzionat că densitatea medie a Pământului trebuie să fie de aproximativ cea a rocii de suprafață, concluzionând că interiorul Pământului trebuie să fie metalic. Hutton a estimat că această porțiune metalică ocupă aproximativ 65% din diametrul Pământului. Estimarea lui Hutton privind densitatea medie a Pământului era încă cu aproximativ 20% prea mică, la4,5 g / cm 3 . Henry Cavendish în experimentul său de echilibru de torsiune din 1798 a găsit o valoare de5,45 g / cm 3 , în limita a 1% din valoarea modernă. Măsurătorile seismice arată că miezul este împărțit în două părți, un miez interior „solid” cu o rază de ,21,220 km și un miez exterior lichid care se extinde dincolo de acesta pe o rază de ,43,400 km. Densitățile sunt cuprinse între 9.900 și 12.200 kg / m 3 în miezul exterior și 12.600-13.000 kg / m 3 în miezul interior.

Miezul interior a fost descoperit în 1936 de Inge Lehmann și se crede că este compus în principal din fier și din nichel . Deoarece acest strat este capabil să transmită unde de forfecare (unde seismice transversale), acesta trebuie să fie solid. Dovezile experimentale au fost uneori incompatibile cu modelele cristaline actuale ale miezului. Alte studii experimentale arată o discrepanță sub presiune ridicată: studiile de nicovală diamantică (statice) la presiuni de bază produc temperaturi de topire care sunt cu aproximativ 2000 K sub cele din studiile cu laser cu șoc (dinamic). Studiile cu laser creează plasmă, iar rezultatele sugerează că condițiile de constrângere ale miezului interior vor depinde de faptul dacă miezul interior este un solid sau este o plasmă cu densitatea unui solid. Acesta este un domeniu de cercetare activă.

În stadiile incipiente ale formării Pământului în urmă cu aproximativ 4,6 miliarde de ani, topirea ar fi făcut ca substanțele mai dense să se scufunde spre centru într-un proces numit diferențiere planetară (vezi și catastrofa fierului ), în timp ce materialele mai puțin dense ar fi migrat spre crustă . Se consideră că nucleul este compus în mare parte din fier (80%), împreună cu nichel și unul sau mai multe elemente ușoare, în timp ce alte elemente dense, precum plumbul și uraniul , fie sunt prea rare pentru a fi semnificative, fie tind să se lege la brichetă elemente și astfel rămân în crustă (vezi materialele felsice ). Unii au susținut că miezul interior poate fi sub forma unui singur cristal de fier .

În condiții de laborator, o probă de aliaj de fier-nichel a fost supusă la presiunile corelului prin prinderea acestuia într-o menghină între 2 vârfuri de diamant ( celulă de nicovală de diamant ), și apoi încălzirea la aproximativ 4000 K. Eșantionul a fost observat cu raze X și a susținut puternic teoria conform căreia nucleul interior al Pământului era format din cristale gigantice care mergeau de la nord la sud.

Miezul exterior lichid înconjoară miezul interior și se crede că este compus din fier amestecat cu nichel și urme de elemente mai ușoare.

Unii au speculat că partea cea mai interioară a miezului este îmbogățită în aur , platină și alte elemente siderofile .

Compoziția Pământului prezintă asemănări puternice cu cea a anumitor meteoriți condritici și chiar cu unele elemente din porțiunea exterioară a Soarelui. Începând cu 1940, oamenii de știință, inclusiv Francis Birch , au construit geofizică pe premisa că Pământul este ca niște condrite obișnuite, cel mai comun tip de meteorit observat care afectează Pământul. Acest lucru ignoră conditele enstatite mai puțin abundente , care s-au format sub oxigen disponibil extrem de limitat, ducând la anumite elemente normal oxifile care există fie parțial, fie total în porțiunea de aliaj care corespunde nucleului Pământului.

Teoria dinamo sugerează că convecția în nucleul exterior, combinată cu efectul Coriolis , dă naștere câmpului magnetic al Pământului . Miezul interior solid este prea fierbinte pentru a menține un câmp magnetic permanent (vezi temperatura Curie ), dar acționează probabil pentru a stabiliza câmpul magnetic generat de miezul exterior lichid. Se estimează că câmpul magnetic mediu din miezul exterior al Pământului măsoară 25 Gauss (2,5 mT), de 50 de ori mai puternic decât câmpul magnetic de la suprafață.

Dovezi recente au sugerat că nucleul interior al Pământului se poate roti puțin mai repede decât restul planetei; în 2005, o echipă de geofizicieni a estimat că nucleul interior al Pământului se rotește cu aproximativ 0,3 până la 0,5 grade pe an mai repede. Cu toate acestea, studii mai recente din 2011 nu au susținut această ipoteză. Alte posibile mișcări ale nucleului sunt oscilatorii sau haotice.

Explicația științifică actuală pentru gradientul de temperatură al Pământului este o combinație de căldură rămasă de la formarea inițială a planetei, degradarea elementelor radioactive și înghețarea miezului interior .

Masa

Forța exercitată de gravitația Pământului poate fi utilizată pentru a calcula masa acesteia . De asemenea, astronomii pot calcula masa Pământului observând mișcarea sateliților care orbitează . Densitatea medie a Pământului poate fi determinată prin experimente gravimetrice, care au implicat istoric pendule . Masa Pământului este de aproximativ6 × 10 24  kg .

Vezi si

Referințe

Lecturi suplimentare

linkuri externe

Structura Pământului la Wikibooks Media legată de Structura Pământului la Wikimedia Commons