Structura internă a Pământului

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Pământul .
Structura internă a Pământului și straturile atmosferei Pământului

Pământul nu are o structură omogenă: densitatea scoarței terestre este de aproximativ 2,7-2,8 g / cm 3 și media planetei este de 5,52 g / cm 3 : prin urmare, interiorul Pământului trebuie să aibă o densitate mult mai mare decât plicul extern.

Structura internă a Pământului , similară cu alte planete terestre , are un aranjament stratificat care poate fi definit atât prin proprietăți chimice, cât și reologice . Pământul are o crustă exterioară solidă de silicați , o manta extrem de vâscoasă, un miez exterior lichid mult mai puțin vâscos decât mantaua și un miez solid . Înțelegerea științifică a structurii interne a Pământului se bazează pe extrapolări de dovezi fizice din primii câțiva kilometri de suprafață a Pământului, din probe aduse la suprafață de la cele mai îndepărtate adâncimi prin activitatea vulcanică și din analiza undelor seismice care l-am traversat.

Preliminarii

Forța exercitată de gravitația Pământului poate fi utilizată pentru a calcula masa acesteia și pentru a estima volumul planetei, precum și pentru a putea calcula densitatea medie a acesteia. Astronomia poate calcula și masa Pământului pe baza orbitei sale și a efectelor pe care le produce asupra corpurilor planetare din apropiere. Observarea rocilor, a masei de apă și a atmosferei permite realizarea unei estimări a masei, volumului și densității rocilor la o anumită adâncime. Masa rămasă trebuie să fie în straturile mai adânci.

Raport adâncime-presiune-temperatură

Odată cu creșterea adâncimii crește temperatura, în medie, într-o litosferă continentală stabilă și pornind de la suprafață, temperatura crește cu 3 ° C la fiecare 100 de metri ; această creștere rămâne constantă mai mult sau mai puțin până la izoterma 1300 ° C, la adâncimi mai mari, în mantaua convectivă , temperatura rămâne aproape constantă, afectată doar de creșterea adiabatică (corelată cu creșterea presiunii). De la limita miez - manta (marcată de discontinuitatea lui Gutenberg ) în jos, temperatura începe să crească din nou până ajunge la aproximativ 6000 ° C în centrul planetei, dar elementele sunt într-o stare solidă datorită presiunii. Presiunea crește, de asemenea, cu adâncimea, chiar dacă tendința nu este încă bine cunoscută și este, în orice caz, variabilă de la un loc la altul: tocmai acest gradient de presiune tinde să se opună tranziției stării (de la solid la lichid, de la lichid la gazos) ) indusă de creșterea temperaturii.

Modalități de observare a zonelor interioare ale Pământului

Neputând observa direct structura nivelurilor interne ale planetei (cele mai mari adâncimi atinse cu mine , tuneluri, foraje sau miezuri nu depășesc 20 km - un rezultat atins doar în 2007 - adică mai puțin de 1/400 din pământ raza ), aceasta se bazează în principal pe măsurători indirecte.

Celelalte straturi ale Pământului

Structura Pământului

Pornind de la miezul central care are o rază de 1216 km, există miezul exterior până la 2270 km, o zonă convectivă în care mișcarea materiei are loc prin convecție sau prin mișcările fluidului și a materialului fierbinte, apoi există subducția zona, mantaua, astenosfera , litosfera , mantaua superioară, scoarța oceanică și în cele din urmă scoarța continentală.

Foarte des, mai ales după dezvoltarea teoriei tectonicii globale, în loc să facem distincția între crustă și mantaua pământului, preferăm să vorbim despre o „litosferă”, un strat de suprafață solid și rigid care cuprinde toată scoarța și o parte a subiacentei manta până la o adâncime de aproximativ 100 km, „astenosferă”, în starea plastică, vâscoasă pe care litosfera ar „pluti” în timp ce mantaua reală este împărțită în partea superioară și cea inferioară.

Mecanic poate fi împărțit în litosferă , astenosferă , mezozonă , miez exterior și miez intern . Straturile componentelor geologice ale Pământului [1] se află sub suprafață la următoarele adâncimi:

Adâncime Strat
km
0–80 0–35 Litosfera (variază local între 5 și 200 km) Crusta (variază local între 5 și 70 km)
35 - Discontinuitatea Mohorovičić
35-410 Litosfera (variază local între 5 și 200 km) Mantie superioară
Litosfera (variază local între 5 și 200 km) Mantie superioară
80-200 Astenosfera Mantie superioară
200-410 Mesozona Mantie superioară
410-660 410-660 Mesozona Zonă de tranziție
660-2890 Mesozona Mantaua inferioară
2890 Discontinuitatea lui Gutenberg
2890–5150 Miezul extern
5150 Discontinuitatea Lehmann
5150–6360 Miez interior

Stratificarea Pământului a fost dedusă indirect prin măsurarea timpilor de propagare a undelor seismice refractate și reflectate create de cutremure . Partea fluidă a miezului nu permite trecerea undelor transversale prin el, în timp ce viteza de propagare ( viteza seismică ) este diferită în celelalte straturi; deoarece depinde de densitatea mediului, este posibil să se facă ipoteza unei compoziții mineralogice. Modificările vitezei seismice între diferite straturi determină refracție conform legii lui Snell . Reflecțiile sunt cauzate de o creștere mare a vitezei seismice, similar cu ceea ce se întâmplă cu lumina reflectată de la o oglindă.

Nucleu

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: nucleul Pământului .
Cartarea interiorului Pământului folosind unde seismice

Ideea existenței unui „nucleu” central foarte greu, cunoscut și sub numele de Barisferă , format din fier și nichel (numit NiFe ), s-a născut din E. Suess , înconjurat de o zonă de tranziție și o coajă solidă groasă de compoziție bazaltică medie, bogată în fier și magneziu , închisă de rocile mai superficiale și mai ușoare, bogate în siliciu și aluminiu ( SiAl ). Această structură părea să fie de acord cu teoria diferenței prin gravitație în timpul consolidării planetei și cu compoziția găsită pentru mulți meteoriți . Nucleul își găsește de asemenea formarea datorită acumulării de resturi ale maselor de roci în mișcare în timpul apariției fenomenelor seismice.

Densitatea medie a Pământului este de 5.515 kg / m 3 . Deoarece densitatea medie a materialului de suprafață este de numai aproximativ 3.000 kg / m 3 , trebuie să concluzionăm că materialele mai dense se găsesc în interiorul miezului Pământului. Alte dovezi ale unui nucleu cu densitate mare provin din studiul seismologiei .

Măsurătorile seismice arată că miezul este împărțit în două părți, un miez interior solid cu o rază de ~ 1220 km și un miez exterior lichid care se extinde dincolo de acesta pe o rază de ~ 3400 km. Nucleul interior a fost descoperit în 1936 de Inge Lehmann și se crede că este compus în principal din fier și într-o măsură mai mică nichel .

În primele etape ale formării Pământului, acum aproximativ 4,5 miliarde de ani, fuziunea materialelor ar fi provocat scufundarea substanțelor mai dense și mai grele în centrul Pământului, într-un proces numit diferențiere planetară (vezi și catastrofa fierului ), în timp ce materiale mai puțin dense ar fi migrat în sus formând crusta . Prin urmare, se crede că miezul este compus în mare parte din fier (80%) pe lângă nichel și câteva elemente ușoare, în timp ce alte elemente mai dense, precum plumbul și uraniul , sunt fie prea rare pentru a fi semnificative, fie tind să se lege de mai multe elemente. ușoare și astfel rămân în crustă (vezi materiale felsice ). De asemenea, s-a speculat că miezul interior poate fi sub forma unui singur cristal de fier. [2] [3]

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

Speculațiile recente sugerează că partea cea mai interioară a miezului este îmbogățită cu aur , platină și alte elemente legate de fier ( siderofile ). [4]

Materia din care este alcătuit Pământul este fundamental legată de condrita unor meteoriți și de materia porțiunii exterioare a Soarelui [5] [6] . Începând cu anii 1940, oamenii de știință, inclusiv Francis Birch, au dezvoltat geofizică pornind de la premisa că Pământul este similar cu condritele obișnuite, cel mai comun tip de meteorit observat în impactul cu Pământul, ignorând total o altă categorie, mai puțin abundentă, numită condită enstatită. . Principala diferență între cele două tipuri de meteoriți este că condrita enstatită s-a format în circumstanțe în care oxigenul disponibil a fost extrem de limitat, determinând ca anumite elemente normal oxigenofile să fie găsite parțial sau în întregime în aliajele metalice ale miezului Pământului.

Teoria dinamo sugerează că convecția în nucleul exterior, combinată cu efectul Coriolis , produce câmpul magnetic al Pământului . Miezul solid interior este prea fierbinte (vezi temperatura Curie ) pentru a menține un câmp magnetic permanent, dar acționează probabil pentru a stabiliza câmpul magnetic generat de miezul exterior lichid.

Măsurătorile recente au sugerat că nucleul interior al Pământului se poate roti puțin mai repede decât restul planetei. [7] În august 2005, un grup de geofizicieni a anunțat în Știință că, conform estimărilor lor, nucleul interior al Pământului se rotește cu aproximativ 0,3 până la 0,5 grade în fiecare an în raport cu rotația suprafeței. [8] [9]

Explicația științifică actuală pentru gradientul de temperatură al Pământului este o combinație a căldurii reziduale de la formarea inițială a planetei, descompunerea elementelor radioactive și răcirea nucleului interior.

Palton

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Manta (geologie) .
Vedere schematică a interiorului Pământului. 1. crustă continentală - 2. crustă oceanică - 3. manta superioară - 4. manta inferioară - 5. miez exterior - 6. miez interior - A: discontinuitate Mohorovičić - B: discontinuitate Gutenberg - C: discontinuitate Lehmann

Mantaua Pământului se extinde la o adâncime de 2890 km, făcându-l cel mai gros strat de pe Pământ. Presiunea la baza mantalei este de ~ 140 G Pa (1,4 M atm ).

Mantaua este compusă din roci silicatate care sunt mai bogate în fier și magneziu decât scoarța de deasupra. Deși solide, temperaturile ridicate ale mantalei fac ca silicații să fie suficient de ductili , astfel încât să poată curge pe perioade foarte lungi de timp. Convecția mantalei se manifestă la suprafață prin mișcările plăcilor tectonice .

Punctul de topire și vâscozitatea unei substanțe depind de presiunea la care este supusă. Deoarece presiunea în manta crește odată cu creșterea adâncimii, partea inferioară a mantei curge mai ușor decât partea superioară (modificările chimice din manta pot fi, de asemenea, importante). Vâscozitatea mantalei se extinde între 10 21 și 10 24 Pa · s , în funcție de adâncime. [10] Pentru comparație, vâscozitatea apei este de aproximativ 10 −3 Pa · s, iar cea a pasului este de 10 7 Pa · s.

Crustă

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: scoarța Pământului .

Crusta se extinde de la 5 la 70 km adâncime și este stratul cel mai exterior. Cele mai subțiri Piesele sunt formate de crusta oceanica compus din dens mafice roca pe baza de aluminiu silicati . Crusta continentală este mai groasă, mai puțin densă și este compusă din roci felsice care conțin silicați de sodiu , potasiu și aluminiu , cum ar fi granitul .

Două evenimente fizice diferite apar la limita crustă-manta. În primul rând, există o discontinuitate a vitezei de propagare a undelor seismice , cunoscută sub numele de discontinuitatea Mohorovičić sau Moho. Se crede că cauza Moho se datorează schimbării compoziției în rocă, cu roci care conțin feldspat plagioclasic (deasupra) cu roci care nu conțin feldspat (deasupra). În al doilea rând, există o discontinuitate chimică între ultramafice acumulate și harzburgite tectonizate , care au fost observate în părțile adânci ale scoarței oceanice și care au fost introduse în scoarța continentală și conservate ca secvențe de ofiolit .

Multe dintre roci alimentează acum scoarța terestră formată acum mai puțin de 100 de milioane de ani; cele mai vechi boabe minerale cunoscute datează de 4,4 miliarde de ani, indicând faptul că Pământul a avut o crustă solidă de cel puțin această perioadă mare de timp. [11]

Dezvoltări istorice ale ideilor alternative

În 1692 Edmund Halley (într-un raport apărut în Philosophical Transactions of the Royal Society of London ) a propus ideea unui Pământ format dintr-o coajă goală de aproximativ 800 km grosime, cu două cochilii interioare concentrice în jurul unui miez interior, corespunzătoare la diametrele planetelor Venus, Marte și respectiv Mercur. [12] Conceptul lui Halley era un mod de a explica valorile (inexacte) ale densității relative a Pământului și Lunii calculate de Isaac Newton în Principia (1687). „Sir Isaac Newton a arătat că Luna este mai solidă decât Pământul, într-un raport de 9 la 5 - remarcă Halley - așa că de ce nu putem presupune că patru al nouălea din globul nostru sunt goale?” [12] Deși citată împreună cu multe teorii similare, această teorie goală a Pământului este acum dovedită greșită.

De asemenea, s-a sugerat că miezul Pământului este format din hidrogen metalic. [13]

Notă

  1. ^(EN) TH Jordan, " Geology Structural of the Earth's Interior ", Proceedings of the National Academy of Science, 1979 sept., 76 (9): 4192-4200.
  2. ^ Ronald Cohen, Stixrude, Lars, Crystal at the Center of the Earth , su psc.edu . Adus la 5 februarie 2007 (arhivat din original la 5 februarie 2007) .
  3. ^(EN) Lars Stixrude și RE Cohen, „Elasticitatea fierului de înaltă presiune și anizotropia nucleului interior al Pământului” Știință 31 martie 1995: Vol. 267. nr. 5206, pp. 1972 - 1975 DOI: 10.1126 / science.267.5206.1972
  4. ^(EN) Wootton, Anne (septembrie 2006) "Fortul interior Knox al Pământului" Descoperă 27 (9): p.18;
  5. ^(EN) Herndon, JM, Compoziția chimică a interiorului cochiliilor Pământului. Proc. R. Soc. Lond, 1980, A372, 149-154.
  6. ^(EN) Herndon, JM, Baza științifică a cunoștințelor despre compoziția Pământului. Curr. Sci., 2005, 88 (7), 1034-1037.
  7. ^(EN) Nucleul Pământului se învârte mai repede decât restul planetei - New York Times
  8. ^(EN) Kerr, Richard A. (26 august 2005) „Nucleul interior al Pământului rulează mai repede decât restul planetei” Science 309 (5739): p.1313;
  9. ^(EN) Chang, Kenneth (26 august 2005) „Oamenii de știință spun că centrul pământului se rotește mai repede decât suprafața” The New York Times Sec. A, Col. 1, p.13;
  10. ^ (EN) Copie arhivată pe www2.uni-jena.de. Adus la 17 august 2009 (arhivat din original la 18 februarie 2006) .
  11. ^(EN) Spaceflight Now | Știri de ultimă oră | Cele mai vechi spectacole de rock Pământul era o tânără planetă primitoare
  12. ^ a b N. Kollerstrom, 1992. „Lumea goală a lui Edmond Halley” din Journal for History of Astronomy 23 , 185-192
  13. ^ Neil B. Christianson, Pământul are o inimă rece , în ne-do Press , 1989, ISBN 0-9627240-0-9 .

Bibliografie

  • ( EN ) Herndon, J. Marvin (1994) Fisiunea nucleară planetară și protostelară: implicații pentru schimbarea planetară, aprinderea stelară și procedurile de materie întunecată : științe matematice și fizice, vol. 445, nr. 1924 (9 mai 1994), pp. 453-461
  • ( EN ) Herndon, J. Marvin (1996) Substructura nucleului interior al Pământului Vol. 93, Ediția 2, 646-648, 23 ianuarie 1996, PNAS
  • (EN) Hollenbach, DF, dagger and HerndonDagger JM (2001) Reactorul Deep-Earth: fisiune nucleară, heliu și câmpul geomagnetic Publicat online înainte de tipar 18 septembrie 2001 10.1073 / pnas.201393998, 25 septembrie 2001, vol. 98, nr. 20, PNAS
  • ( EN ) Lehmann, I. (1936) Inner Earth , Bur. Cent. Seismol. Int. 14, 3-31
  • ( EN ) Schneider, David (oct 1996) A Spinning Crystal Ball , Scientific American
  • ( EN ) Wegener, Alfred (1915) „Originea continentelor și oceanelor”

Elemente conexe

Alte proiecte

Controlul autorității LCCN ( EN ) sh85040436