A Föld szerkezete: rétegek – kéreg, köpeny, külső és belső mag
Fedezd fel a Föld szerkezetét: kéreg, köpeny, külső és belső mag jellemzői, határai és működése érthetően, részletesen és szemléletesen.
A Föld belső szerkezete — áttekintés
A Föld szerkezete rétegekre tagolódik, amelyek fizikailag és kémiailag is különböznek egymástól. A legkülső szilárd réteg a kéreg, alatta található a viszkózus köpeny, majd a folyékony külső mag és a szilárd belső mag. A Föld alakja lapított szferoid, mivel a pólusoknál kissé lapított, az egyenlítőnél pedig kidudorodik.
Hogyan ismerjük fel a belső rétegeket?
A rétegek közötti határokat elsősorban szeizmográfokkal és a földrengések során keletkező hullámok viselkedésével fedezték fel. A szeizmikus hullámok (P-hullámok és S-hullámok) megtörnek, visszaverődnek vagy lelassulnak, amikor különböző anyagokhoz érnek. Például az S-hullámok nem terjednek folyadékban, ezért a hullámviselkedés alapján derült ki, hogy a mag külső része folyékony. A földkéreg és a földköpeny közötti első fontos határ a moho (Mohorovičić-diszkontinuitás).
A földkéreg
A földkéreg a Föld legkülső, szilárd rétege. Többnyire könnyebb elemekből épül fel: szilíciumból, oxigénből és alumíniumból áll. Emiatt gyakran nevezik sziális (Si + Al) vagy felső-kéreg jellegű anyagnak. A kéreg vastagsága erősen változik: az óceáni kéreg általában 5–10 km vastag, míg a kontinentális kéreg átlagosan 30–50 km, helyenként akár 70 km is lehet. A kéreg köpenyhez viszonyított viselkedése és a moho határa alapvető a lemeztektonika és az izosztázis megértéséhez.
A földköpeny
A földköpeny a a kéreg alatt helyezkedik el, nagyobb méretű és összetételében nehezebb elemeket tartalmaz, elsősorban oxigént, szilíciumot és magnáziumnak jellegzetes mennyiséget (magnéziumból). A köpenyt gyakran mafikus kőzetnek nevezik; fő ásványa a peridotit, amelyet jellemzően peridotit alkotja (benne olivin és piroxén ásványokkal).
- A köpeny rétegei nagyjából a felszíntől 35–2900 km közötti mélységig terjednek. A felső köpenyben található a szilárd, a kéreggel együtt a litoszférát alkotó réteg, amely a merev tektonikus lemezek alapja.
- A litoszféra (kéreg + legfelső köpeny) együtt alkotja a merev külső burok egy részét; ennek lemezei az alatta lévő, részben képlékeny eszténoszféra tetején mozognak. A litoszférát néha litoszférát említjük. A litoszféra átlagos vastagsága a helytől függően ~5–200 km lehet.
- Eszténoszféra: a köpeny egy olyan, részben olvadt, lassan áramló zónája, amely a lemezmozgások számára „lebegést” tesz lehetővé. A köpenyben felszíni mélységekben bekövetkező fázisátalakulások (pl. 410 km és 660 km mélyen) fontosak a köpeny dinamikájának megértéséhez.
A Föld magja
A Föld magja főként vasból és nikkelből áll, és rendkívül magas hőmérsékletű (nagyjából 4000–6000 °C között, a mélységtől függően). A magot a köpenytől körülbelül 2 900 km mélységnél elhelyezkedő szeizmikus határ választja el.
- Külső mag: a köpeny alatti folyékony réteg, amely körülbelül 2 900–5 150 km mélység között található. Mivel folyékony, az S-hullámok nem terjednek át rajta; a radiális áramlások és a forgó mozgások a geodinamika és a mágneses tér létrejöttében (geodinamó) játszanak szerepet.
- Belső mag: a Föld középponti, szilárd része, amely körülbelül 5 150–6 371 km közötti mélységben helyezkedik el. Itt a nyomás olyan nagy, hogy a vas szilárd formában marad még nagyon magas hőmérsékleten is.
Működés és jelentőség
- A köpeny lassú konvekciója hajtja a lemezmozgásokat, vulkanizmust és vele együtt a felszíni geodinamikai folyamatokat.
- A külső mag folyékony vas–nikkel áramlása hozza létre és tartja fenn a Föld mágneses terét (geodinamó mechanizmus).
- A rétegek közötti határok (Moho, köpeny átmeneti zónái, maghatár) befolyásolják a szeizmikus hullámok terjedését, és ezeket vizsgálva következtetünk mélységi szerkezetre.
Hogyan vizsgáljuk tovább a belső szerkezetet?
A szeizmikus mérések mellett laboratóriumi kísérletek magas hőmérsékleten és nyomáson, geofizikai modellezés, meteoritok összetételének vizsgálata és számítógépes szimulációk segítik a belső szerkezet jobb megértését. Ezek alapján egyes részletek — például a különböző ásványi fázisok és a kémiai összetétel finom változásai — még mindig kutatás tárgyát képezik.
Ezeknek a hatásoknak a teljes magyarázata még nem világos. Úgy tűnik, hogy a magas hőmérséklet és nyomás változásokat okoz az ásványok kristályosodásában, így az összetétel a folyadék és a kristályok egyfajta változó keveréke lehet. A részletek tisztázásához továbbra is több adat és fejlettebb modellek szükségesek.
Földi metszeti ábra. Az arányok nem pontosak
A moho
A moho, amelyet helyesen Mohorovičić-diszkontinuitásnak neveznek, a földkéreg és a földköpeny közötti határvonal. Andrija Mohorovičić horvát szeizmológus fedezte fel 1909-ben. Ő fedezte fel, hogy a földrengések szeizmogramjain kétféle szeizmikus hullám látható. Van egy sekély, lassabb hullám, amely először érkezik, és egy mély, gyorsabb hullám, amely másodikként érkezik. Arra a következtetésre jutott, hogy a mélyebb hullám sebessége megváltozik, ahogyan a köpeny alá ér. Azért ment gyorsabban, mert a köpeny anyaga különbözik a kéreg anyagától.
A kontinensek felszíne alatt 30-40 km mélyen, az óceánok feneke alatt ennél kisebb mélységben található.
Lyukak fúrása
A geológusok már évek óta próbálnak a Mohóhoz eljutni. Az 1950-es évek végén és az 1960-as évek elején a Mohole projekt nem kapott elég támogatást, és 1967-ben az Egyesült Államok Kongresszusa törölte. A Szovjetunió is tett erőfeszítéseket. Ők 15 év alatt 12 260 méteres mélységig jutottak el, ami a világ legmélyebb lyukának számított, mielőtt 1989-ben feladták a kísérletet.
A diszkontinuitás elérése még mindig fontos tudományos cél. Egy újabb javaslat egy önleereszkedő volfrámkapszulát tervez. Az elképzelés szerint a kapszulát radioaktív anyaggal töltenék meg. Ez elegendő hőt adna le ahhoz, hogy megolvasztja a környező kőzetet, a kapszulát pedig a gravitáció húzná lefelé.
A japán Chikyū Hakken ("Föld felfedezése") projekt azt tervezi, hogy egy fúróműhely segítségével fúrja át a vékonyabb óceáni kérget. 2012. szeptember 6-án a Chikyu tudományos mélytengeri fúróhajó új világrekordot állított fel azzal, hogy a Csendes-óceán északnyugati részén, a japán Shimokita-félszigetnél a tengerfenék alatt több mint 2111 méter mélyről fúrt le és vett kőzetmintákat.
Macquarie-sziget
A Tasmániánál fekvő Macquarie-sziget két hatalmas óceáni lemez, a Csendes-óceáni és az Indo-Ausztráliai lemez találkozási pontján fekszik. A szigetet a földköpeny mélyéről felfelé nyomott anyag alkotja. Úgy gondolják, hogy a zöld ophiolit kőzet a mohónál keletkezett, és egy óceánközépi gerinc hozta fel. Most azért kerül a felszínre, mert a két lemez összecsúszik. Ez az egyetlen hely a Földön, ahol jelenleg ez történik. Vannak más helyek is, ahol ophiolit található, de ezeket sok millió évvel ezelőtt hozták fel. Az ophiolitok a világ minden nagyobb hegységövében megtalálhatók.
Kérdések és válaszok
K: Melyek a Föld rétegei?
V: A Föld szerkezete négy rétegre oszlik. Ezek közé tartozik egy külső szilárd réteg, amelyet kéregnek neveznek, egy nagy viszkozitású réteg, amelyet köpenynek neveznek, egy folyékony réteg, amely a mag külső részét képezi, amelyet külső magnak neveznek, és egy szilárd középpont, amelyet belső magnak neveznek.
K: Hogyan írható le a Föld alakja?
V: A Föld alakját lapított szferoidként írják le, ami azt jelenti, hogy a pólusoknál kissé lapított, az egyenlítőnél pedig domború.
K: Mit fedeztek fel a földkéreg és a földköpeny között?
V: A földkéreg és a földköpeny között egy Moho nevű határvonalat fedeztek fel. Ez a felfedezés a mélyebbre jutva jelentős szerkezetváltozásokat mutatott.
K: Milyen elemek alkotják a földkéreg nagy részét?
V: A földkéreg nagy részét főként könnyebb elemek, például szilícium, oxigén és alumínium alkotja. Emiatt sziális (szilícium = Si; alumínium = Al) vagy felsikus kéregnek nevezik.
K: Mi alkotja a földköpeny nagy részét?
V: A Föld köpenyének nagy része főleg oxigénből, szilíciumból és nehezebb magnéziumból áll, ezért sima (Si a szilícium + ma a magnézium) vagy mafikusnak nevezik.
K: Milyen típusú kőzet alkotja a földköpeny legfelső részét ?
V: A köpeny legfelső része képezi a kéreg alapját, és nehéz kőzetből, peridotitból áll. A kontinentális és óceáni lemezekkel együtt a litoszférát alkotja.
K:Mik a Föld magjának jellemzői és összetétele? V: A Föld magja főként vasból és nikkelből áll, hőmérséklete 5000-6000 °C körül van, hasonlóan a Nap fotoszférájához. Összetétele a magas nyomás és hőmérséklet miatt változó keverékű folyadék és kristályok keveréke lehet.
Keres