Žemės sluoksniai: pluta, mantija ir branduolys — struktūra ir savybės

Sužinokite apie Žemės sluoksnius: plutos, mantijos ir branduolio struktūrą, chemines savybes, temperatūras ir seisminius įrodymus — aiškiai, suprantamai ir įdomiai.

Žemės struktūra skirstoma į sluoksnius, kurie fiziškai ir chemiškai skiriasi. Pagrindiniai sluoksniai yra išorinė kieta pluta, mantija, ir branduolys — išorinė skysta ir vidinė kieta branduolio dalys. Dėl sukimosi aplink ašį Žemė yra oblate sferoidinė (ties ašigaliais šiek tiek suplokštėjusi, o ties ekvatoriumi — išsipūtusi), o sluoksnių ribos ir savybės daugiausia nustatytos seismologiniais tyrimais, t. y. seismografais.

Kaip žinome sluoksnių ribas

Seismografai fiksuoja smūgines bangas, kurias sukelia žemės drebėjimai. Skirtingi bangų tipai elgiasi skirtingai: kompresinės (P) bangos sklinda per skystį ir kietą medžiagą, o šlyties (S) bangos — tik per kietą. S bangų praradimas rodo, kad tam tikras sluoksnis yra skystas. Be to, bangų greitį ir krypčių pasikeitimus aptinka ir dislokacijos, vadinamos seisminėmis diskontinuitetėmis (pvz., moho, 410 km ir 660 km ribos), kurios atspindi mineralų struktūros ir tankio pokyčius gilumoje.

Žemės pluta

Pluta, arba išorinė kieta Žemės dalis, yra sudaryta iš uolienų, daugiausia turinčių lengvesnius elementus: silicį, deguonį ir aliuminį. Dėl tokios sudėties pluta dažnai vadinama sialine arba felsine. Yra du pagrindiniai plutų tipai:

• Kontinentinė pluta — storesnė (dažniausiai ~30–70 km, vietomis net storesnė), daugiausia iš granito tipo uolienų, turinti mažesnį tankį.
• Vandenyninė pluta — plonesnė (~5–10 km), daugiausia iš bazalto ir kitų maficinių uolienų, tankesnė nei kontinentinė.

Tarp plutos ir mantijos yra aiški riba, vadinama moho (Mohorovičić discontinuitet), kuri pirmą kartą parodė, kad gilėjant Žemės struktūra smarkiai pasikeičia.

Mantija

Mantija yra sluoksnis po pluta ir sudaro didžiąją Žemės tūrio dalį. Ji daugiausia sudaryta iš deguonies, silicio ir sunkesnio elemento — magnio, todėl ją kartais vadina sima (Si + Ma) arba mafine. Pagrindinė mantijos uoliena — sunkioji peridotito grupė (pvz., olivinas, piroksenas).

1. Viršutinė mantija ir litosfera

   Viršutinė mantija kartu su pluta sudaro litosferą — tvirtą, lūžinėjantį sluoksnį, kuriuo juda tektoninės plokštės. Šis sluoksnis yra kietas ir tęsiasi iki maždaug 100 km, priklausomai nuo vietos (žemyninė litosfera storesnė nei vandenyninė).

2. Estenosfera

   Po litosferos yra pusiau skysta, plastinė zona — estenosfera, kurioje medžiaga yra labai klampi ir gali lėtai tekėti. Būtent ant jos litosferos plokštės „plūduriuoja“.

3. Perėjimo zonos ir apatinei mantijai būdingi sluoksniai

   Mantija taip pat turi perėjimo zonas (pvz., apie 410 km ir 660 km gylio), kur dėl didėjančio slėgio mineralai reorganizuojasi į tankesnes formas. Žemutinė mantija driekiasi iki maždaug 2 900 km gylio ir yra daug tankesnė bei standesnė nei viršutinė.

Žemės branduolys

Žemės branduolys yra sudarytas daugiausia iš geležies ir nikelio. Bendras branduolio vaidmuo labai svarbus — jis lemia planetos magnetinį lauką ir dalyvauja šilumos mainuose su mantija. Temperatūra branduolyje yra labai aukšta — maždaug 4 000–6 000 °C, o slėgis siekia šimtus gigapaskalių.

1. Išorinis branduolys — skystas sluoksnis, esantis po mantija iki maždaug 5 150 km gylio. Jo skystis sukelia konvekcinius srautus geležies ir nikelio lydalo, kurie kartu su sukimosi eiga kuria geodinaminius procesus ir generuoja Žemės magnetinį lauką (geodinamą).
2. Vidinis branduolys — kietas centras, esantis apie 5 150–6 371 km gylio (vidinis branduolys turi ~1 220 km spindulį). Nors temperatūra labai aukšta, slėgis tiek didelis, kad medžiaga laikosi kieta.

Temperatūra, slėgis ir medžiagų savybės

Temperatūra ir slėgis didėja gilėjant. Prie paviršiaus temperatūros gradientas yra didžiausias, vėliau — didėjant slėgiui ir keičiantis mineralams — tankis ir mechaninės savybės sparčiai keičiasi. Viduryje branduolio slėgis siekia kelis šimtus gigapaskalių (GPa), o temperatūra — tūkstančius laipsnių. Tokios sąlygos lemia specifinius elgsenos pokyčius: kai kurios medžiagos išlieka kietos (pvz., vidiniame branduolyje), kitos — skystos (pvz., išoriniame branduolyje), o mantijoje yra zonų, kurios yra plastinės ir gali lėtai tekėti.

Seizmoįrodymai ir mineralų persitvarkymas

Seismologiniai duomenys rodo aiškias diskontinuitetes: pirmoji reikšminga riba — moho, vėliau — 410 km ir 660 km perėjimai mantijoje. Šiuose gyliuose mineralai (pvz., olivinas) pereina į tankesnes polimorfas formas, todėl pasikeičia bangų greitis. Dėl to mantija elgiasi kaip tam tikras mišinys — kartu gali būti kintantis skystis ir kristalų masė, priklausomai nuo temperatūros, slėgio ir cheminės sudėties.

Trumpa santrauka

• Pluta — ploniausias ir kietiausias išorinis sluoksnis (kontinentinė ~30–70 km, vandenyninė ~5–10 km).
• Mantija — didžiausias tūrio sluoksnis, sudarytas daugiausia iš silicio, deguonies ir magnio; apima litosferą, estenosferą bei apatines zonas.
• Branduolys — geležies-nikelio sudėtis; išorinis skystas branduolys sukuria magnetinį lauką, vidinis — kietas centras.

Šio skydo žinios nuolat tobulėja — nauji seismologiniai, mineraloginiai ir laboratoriniai tyrimai leidžia geriau suprasti vidinius Žemės procesus, jų poveikį paviršiaus reiškiniams (pvz., tektonikai, vulkanizmui, magnetiniam laukui) ir bendrą planetos evoliuciją.

Klausimai ir atsakymai

K: Kokie yra Žemės sluoksniai?

K: Kaip apibūdinama Žemės forma?

K: Kas buvo atrasta tarp Žemės plutos ir mantijos?

K: Kokie elementai sudaro didžiąją Žemės plutos dalį?

K: Kas sudaro didžiąją Žemės mantijos dalį?

K:Kokio tipo uolienos sudaro viršutinę mantijos dalį?

Paieška pagal raidę