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.

  1. 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.
  2. 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.