Земљин омотач
Мантл или омотач језгра је дебела љуска, састављена од густих стена, која окружује спољње течно језгро, а налази се директно испод релативно танке Земљине коре. Протеже се до 2.900 km дубине,[1] што чини око 84% Земљине запремине. Он има масу од 4,01 × 1024 kg и тако чини 67% масе Земље.[1] Претежно је чврст, али у геолошком времену понаша се као вискозна течност, која се понекад описује као конзистенција карамеле.[2][3] Делимично топљење плашта на средњоокеанским гребенима ствара океанску кору, а делимично топљење плашта у зонама субдукције даје континенталну кору.[4]
Структура
уредиНа основу резултата сеизмолошких истраживања мантл је подељен на више слојева. Ти слојеви су следећи: горњи омотач (33–410 km) (20-254 миља), прелазна зона (410–660 km), доњи омотач (660–2891 km), и на дну последњег налази се тзв. D" слој променљиве дебљине (просечне дебљине ~200 km).[5][6][7]
Подручје испод литосфере које се протеже до дубине од око 250 km назива се астеносфера. У том подручју сеизмички таласи путују спорије, па се још назива зона споријих брзина (ЛВЗ – енг. low velocity zone). По неким претпоставкама до успоравања долази јер су стене у астеносфери ближе тачки топљења него оне изнад или испод, а неки геолози сматрају да су стене у астеносфери делимично растопљене. Ако је то тачно, онда је та зона важна из два разлога: то је зона где се ствара магма, и стене у то зони имају релативно малу густину и зато могу лакше плутати, што значи да астеносфера делује као лубрикант за литосферне плоче.
Минералошка структура
уреди
Граница између коре и мантла назива се Мохоровичићев дисконтинуитет, скраћено мохо.[8][9] Мохо је граница на којој се брзина сеизмичких таласа нагло мења. Дубина на којој се налази мохо варира од 5 km испод океана до 80 km у неким планинским регијама попут Тибета. Део мантла који се налази тачно испод коре састављен је од релативно хладних стена мантла. Овај снажни слој изграђен од коре и горњег мантла назива се литосфера и чија дебљина такође варира, али у просеку се протеже до 100 km дубине.
Горњи плашт је доминантно перидотит, састављен првенствено од променљивих пропорција минерала оливина, клинопироксена, ортопироксена и алуминијске фазе. Алуминијумска фаза је плагиоклас у најгорњем омотачу, затим спинел, а затим гранат испод ~100 km.[10] Постепено кроз горњи омотач, пироксени постају мање стабилни и трансформишу се у мајоритски гранат.[11]
На врху прелазне зоне, оливин пролази кроз изохемијске фазне прелазе у вадслијит и рингвудит. За разлику од номинално анхидрованог оливина, ови полиморфи оливина под високим притиском имају велики капацитет да складиште воду у својој кристалној структури. Ово је довело до хипотезе да прелазна зона може угостити велику количину воде.[12] У подножју прелазне зоне, рингвудит се разлаже на бриџманит (раније назван магнезијум силикат перовскит) и феропериклаз. Гранат такође постаје нестабилан на или мало испод базе прелазне зоне.[13]
Доњи плашт је првенствено састављен од бриџманита и феропериклаза, са мањим количинама калцијум перовскита, калцијум-ферит структурираног оксида и стишовита. У најнижим ~200 km плашта, бриџманит се изохемијски трансформише у постперовскит.[14]
Карактеристике
уредиПлашт се разликује од коре по својим механичким својствима и хемијским саставом. Заправо, кора је првенствено продукт топљења плашта. Парцијално таљење материјала плашта узрокује појаву да се инкомпатибилни елементи издвоје из стена плашта и заједно с ређим материјалом отплутају до површине, где се хладе и учвршћавају. Типичне стене плашта имају повишену концентрацију жељеза и магнезијума, а мању концентрацију силицијума и алуминијума у односу на кору.
Стене плашта плиће од 400 km већином се састоје од оливина, пироксена, спинела и гарнета; типичне стене су перидотити, дунити, и еклогити. Између 400 и 670 km дубине оливин није стабилан па настају минерали исте композиције, али стабилније структуре при условима високог притиска и температуре. Испод 670 km сви минерали из горњег плашта постају нестабилни. Превладавају минерали структуре перовскита. Те промене у минералошкој структури плашта врло лако се могу уочити променом у брзини сеизмичких таласа. Оне могу утицати на конвекцију плашта, јер резултирају променама у густини и стога се може апсорбовати или отпустити латентна топлота као и смањити или повећати дубина полиморфних фазних прелаза за подручја различитих температура.
Унутрашње језгро је крута, спољашња текућа, а плашт крут/пластичан, зато што агрегатно стање зависи од релативне тачке талишта различитих слојева (језгро се састоји већином од жељеза и никла, а плашт и кора од силиката ), али и од повишења температуре и притиска с повећањем дубине. На површини су легуре жељеза и никла те силикати довољно хладни да би се налазили у крутом стању. У горњем плашту силикати су већином крути, иако постоје мања подручја растопљене материје (тзв. магматске коморе), а како је горњи плашт врућ и под релативном малим притиском, стене тог подручја имају релативно малу вискозност. Насупрот томе, доњи плашт је под високим притисцима и стога има већу вискозност него горњи. Метално спољашње језгро је у течном стању успркос већем притиску него у плашту, јер су за никал и жељезо тачке топљења испод оних за силикате. Унутрашње језгро је у чврстом стању због огромних притисака у средишту Земље.
Температура
уредиУ плашту се температуре крећу од 500 °C до 900 °C на граници с кором до више од 4000 °C на граници с језгром. Упркос томе што су тако велике температуре далеко веће од температура талишта на површини, плашт је готово у потпуности крут. Огромни литостатски притисак у плашту спречава топљење, зато што температура талишта расте с порастом притиска.
Кретање
уреди
Због температурне разлике између Земљине површине и способности спољашњег језгра кристализованих стена да на високим температурама и притиску подлежу спорим, вискозним деформацијама, у плашту постоји циркулирајући механизам конвекције. Врући материјал се издиже, вероватно с границе спољашњег језгра, док хладнији и тежи материјал тоне. За време уздизања материјал се хлади и адијабатски и кондукцијом у хладније делове плашта који га окружују. Температура пада са смањењем притиска (које је повезано с мањом дубином), те се топлота материјала расподељује на већу запремину. Пошто температуре топљења опадају са смањењем притиска, могуће је да се парцијално топљење догађа тачно испод литосфере, што узрокује вулканизам и плутонизам.
Конвекција плашта је хаотичан процес (у смислу динамике флуида) и саставни је део тектонике плоча. Тектоника плоча се никако не би смела мешати са старијим термином померање континената. Кретање литосфере и плашта на којем лежи су повезани, јер је литосфера која тоне доминантна сила за покретање конвекције у плашту. Тектоника плоча је компликована веза између сила које узрокују да океанска кора тоне и кретања унутар плашта.
Због релативно ниске вискозности у горњем плашту, могло би се претпоставити да нема потреса испод дубине од 300 km. Međutim, у зонама субдукције, геотермални градијент може се смањити где хладни површински материјал тоне, што повећава снагу стена плашта и узрокује појављивање потреса на дубинама од 400 km до 600 km.
Притисак на бази плашта износи приближно 136 GPa. Притисак се повећава с повећањем дубине, јер доњи материјал мора да држи тежину материјала изнад себе. Цели плашт се деформише као течност на дугим временским скалама. Претпоставља се да вискозност плашта износи између 1019 и 1024 Pa, зависно од температуре, састава, стања притиска и многим другим факторима. Упркос томе, горњи плашт тече врло споро. Под утицајем снажних сила може постати слабији, што је можда јако важно у формирању граница између литосферних плоча.
Референце
уреди- ^ а б Lodders, Katharina (1998). The planetary scientist's companion. Fegley, Bruce. New York: Oxford University Press. ISBN 1-4237-5983-4. OCLC 65171709.
- ^ „PDS/PPI Home Page”. pds-ppi.igpp.ucla.edu. Приступљено 2021-01-29.
- ^ „In Depth | Earth”. NASA Solar System Exploration. Архивирано из оригинала 12. 02. 2021. г. Приступљено 2021-01-29.
- ^ „What is the Earth's Mantle Made Of? - Universe Today”. Universe Today (на језику: енглески). 2016-03-26. Приступљено 2018-11-24.
- ^ „The structure of the Earth”. Moorland School. 2005. Архивирано из оригинала 13. 10. 2007. г. Приступљено 26. 12. 2007.
- ^ Earth cutaway (image) Архивирано на сајту Wayback Machine (27. јул 2009). Retrieved 2007-12-25.
- ^ Burns, Roger George (1993). Mineralogical Applications of Crystal Field Theory. Cambridge University Press. стр. 354. ISBN 978-0-521-43077-7. Приступљено 26. 12. 2007.[мртва веза]
- ^ Alden, Andrew (2007). „Today's Mantle: a guided tour”. About.com. Архивирано из оригинала 02. 09. 2016. г. Приступљено 2007-12-25.
- ^ „Istria on the Internet – Prominent Istrians – Andrija Mohorovicic”. 2007. Приступљено 2007-12-25.
- ^ McDonough, William F.; Rudnick, Roberta L. (1998-12-31). Hemley, Russell J, ур. „Chapter 4. Mineralogy and composition of the upper mantle”. Ultrahigh Pressure Mineralogy: 139—164. ISBN 9781501509179. doi:10.1515/9781501509179-006.
- ^ van Mierlo, W. L.; Langenhorst, F.; Frost, D. J.; Rubie, D. C. (мај 2013). „Stagnation of subducting slabs in the transition zone due to slow diffusion in majoritic garnet”. Nature Geoscience. 6 (5): 400—403. Bibcode:2013NatGe...6..400V. doi:10.1038/ngeo1772.
- ^ Bercovici, David; Karato, Shun-ichiro (септембар 2003). „Whole-mantle convection and the transition-zone water filter”. Nature (на језику: енглески). 425 (6953): 39—44. Bibcode:2003Natur.425...39B. ISSN 0028-0836. PMID 12955133. S2CID 4428456. doi:10.1038/nature01918.
- ^ Anderson, Don L.; Bass, Jay D. (март 1986). „Transition region of the Earth's upper mantle”. Nature. 320 (6060): 321—328. Bibcode:1986Natur.320..321A. S2CID 4236570. doi:10.1038/320321a0.
- ^ Tsuchiya, Taku; Tsuchiya, Jun; Umemoto, Koichiro; Wentzcovitch, Renata M. (август 2004). „Phase transition in MgSiO3 perovskite in the earth's lower mantle”. Earth and Planetary Science Letters. 224 (3–4): 241—248. Bibcode:2004E&PSL.224..241T. doi:10.1016/j.epsl.2004.05.017.
Литература
уреди- Burns, Roger George (1993). Mineralogical Applications of Crystal Field Theory. Cambridge University Press. стр. 354. ISBN 978-0-521-43077-7. Приступљено 26. 12. 2007.[мртва веза]
- Petsko, Gregory A. (28. 4. 2011). „The blue marble”. Genome Biology. 12 (4): 112. PMC 3218853
. PMID 21554751. doi:10.1186/gb-2011-12-4-112. - „Apollo Imagery – AS17-148-22727”. NASA. 1. 11. 2012. Архивирано из оригинала 20. 4. 2019. г. Приступљено 22. 10. 2020.
- The Astronomical Almanac Online, USNO–UKHO, Архивирано (PDF) из оригинала 2016-12-24. г., Приступљено 2016-02-18
- „Planetary Fact Sheet”. Lunar and Planetary Science. NASA. Архивирано из оригинала 24. 3. 2016. г. Приступљено 2. 1. 2009.
- Montagner, Jean-Paul (2011). „Earth's structure, global”. Ур.: Gupta, Harsh. Encyclopedia of solid earth geophysics. Springer Science & Business Media. ISBN 9789048187010.
- Andrei, Mihai (21. 8. 2018). „What are the layers of the Earth?”. ZME Science. Архивирано из оригинала 12. 5. 2020. г. Приступљено 28. 6. 2019.
- Chinn, Lisa (25. 4. 2017). „Earth's Structure From the Crust to the Inner Core”. Sciencing. Leaf Group Media. Архивирано из оригинала 30. 7. 2020. г. Приступљено 28. 6. 2019.
- Rogers, N., ур. (2008). An Introduction to Our Dynamic Planet. Cambridge University Press and The Open University. стр. 19. ISBN 978-0-521-49424-3. Архивирано из оригинала 2016-05-02. г. Приступљено 2022-08-08.
- Jackson, Julia A., ур. (1997). „mafic”. Glossary of geology. (Fourth изд.). Alexandria, Virginia: American Geological Institute. ISBN 0922152349.
- Schmidt, Victor A.; Harbert, William (1998). „The Living Machine: Plate Tectonics”. Planet Earth and the New Geosciences (3rd изд.). стр. 442. ISBN 978-0-7872-4296-1. Архивирано из оригинала 2010-01-24. г. Приступљено 2008-01-28. „Unit 3: The Living Machine: Plate Tectonics”. Архивирано из оригинала 2010-03-28. г.
- Kearey, P.; Klepeis K.A.; Vine F.J. (2009). Global Tectonics (3 изд.). John Wiley & Sons. стр. 19—21. ISBN 9781405107778. Приступљено 30. 6. 2012.
- Lowrie, W. (1997). Fundamentals of Geophysics. Cambridge University Press. стр. 149. ISBN 9780521467285. Приступљено 30. 6. 2012.
- Himiyama, Yukio; Satake, Kenji; Oki, Taikan, ур. (2020). Human Geoscience. Singapore: Springer Science+Business Media. стр. 27. ISBN 978-981-329-224-6. OCLC 1121043185.
- Rudnick, R. L.; Gao, S. (2003-01-01), Holland, Heinrich D.; Turekian, Karl K., ур., „3.01 – Composition of the Continental Crust”, Treatise on Geochemistry, Pergamon, 3: 659, Bibcode:2003TrGeo...3....1R, ISBN 978-0-08-043751-4, doi:10.1016/b0-08-043751-6/03016-4, Приступљено 2019-11-21
- RB Cathcart; Ćirković, MM (2006). Viorel Badescu; Richard Brook Cathcart; Roelof D Schuiling, ур. Macro-engineering: a challenge for the future. Springer. стр. 169. ISBN 978-1-4020-3739-9.
Спољашње везе
уреди
- The Biggest Dig: Japan builds a ship to drill to the earth's mantle – Scientific American (September 2005)
- Information on the Mohole Project