Пласты Зямлі і іх характарыстыкі
Зямля — гэта не аднастайны каменны шар. Пад паверхняй, дзе мы жывем, Зямля складаецца з слаёў з рознымі фізічнымі і хімічнымі ўласцівасцямі. Гэтыя адрозненні ўплываюць амаль на кожную геалагічную з'яву: землятрусы, вывяржэнні вулканаў, гораўтварэнне, дрэйф кантынентаў і нават магнітнае поле, якое абараняе жыццё ад шкоднага выпраменьвання. Разуменне слаёў Зямлі азначае разуменне «рухавіка», які рухае планету.
Увогуле, пласты Зямлі можна апісаць двума спосабамі: на аснове хімічнага складу (кара, мантыя, ядро) і на аснове фізічных або механічных уласцівасцей (літасфера, астэнасфера, мезасфера, знешняе ядро, унутранае ядро). Гэтыя два падыходы дапаўняюць адзін аднаго.
1) Зямная кара: тонкі, але важны вонкавы пласт
Зямная кара — гэта самы вонкавы пласт Зямлі, дзе знаходзяцца кантыненты і дно акіяна. Нягледзячы на тое, што гэта асноўная «асяроддзе» для жыцця, кара насамрэч вельмі тонкая ў параўнанні з памерам Зямлі.
Асноўныя характарыстыкі:
– Таўшчыня: каля 5–10 км для акіянічнай кары і 30–70 км для кантынентальнай кары (больш тоўстая пад вялікімі гарамі).
- Склад:
– Акіянічная кара пераважна складаецца з базальтавай пароды (багатай магніем і жалезам).
– Кантынентальная кара ўтрымлівае больш гранітных парод (багацейшых на крэмній).
– Шчыльнасць: акіянічная кара шчыльнейшая за кантынентальную, таму яна мае тэндэнцыю лёгка апускацца пад яе.
– Тэмпература: адносна нізкая ў параўнанні з ніжэйшымі пластамі, але павялічваецца з глыбінёй.
Зямная кара падзелена на тэктанічныя пліты, якія пастаянна рухаюцца. Гэты рух пліт выклікае землятрусы, адкрывае новыя акіяны і ўтварае горныя хрыбты.
2) Мантыя: дынамічная «кухня» пад скарынкай
Пад зямной карой ляжыць мантыя, самы тоўсты пласт Зямлі, які складае большую частку аб'ёму планеты. Мантыю часта ўяўляюць як мора магмы, але на самой справе яна ў асноўным цвёрдая. Аднак яна пластычная — яна можа цячы вельмі павольна на працягу геалагічных часовых шкал.
Асноўныя характарыстыкі:
– Таўшчыня: каля 2.900 км, ад асновы зямной кары да мяжы ядра.
– Склад: пераважаюць сілікатныя мінералы, багатыя магніем і жалезам (напрыклад, перыдотыт).
– Тэмпература: ад ~500°C уверсе да больш за 4.000°C паблізу мяжы ядра.
– Ключавы працэс: канвекцыйныя плыні мантыі, рух больш гарачага матэрыялу ўверх і больш халоднага матэрыялу ўніз. Гэта адзін з асноўных фактараў руху тэктанічных пліт.
Мантыя падзяляецца на верхнюю і ніжнюю мантыю. У некаторых зонах адбываецца частковае плаўленне, утвараючы магму. Гэтая магма можа падняцца на паверхню і выклікаць вулканічную актыўнасць.
3) Ядро Зямлі: цэнтр Зямлі і крыніца магнітнага поля
Унутраны пласт Зямлі — гэта ядро, якое ў асноўным складаецца з жалеза і нікеля. Ядро адыгрывае вырашальную ролю, бо з'яўляецца крыніцай магнітнага поля Зямлі, якое дзейнічае як «шчыт» ад сонечнага ветру і зараджаных часціц.
Асноўныя характарыстыкі:
– Месцазнаходжанне: з глыбіні ~2.900 км да цэнтра Зямлі на ~6.371 км.
– Склад: пераважна жалеза (Fe) і нікель (Ni), з магчымасцю прысутнасці іншых лёгкіх элементаў у невялікіх колькасцях.
– Падзел: знешняе ядро (вадкае) і ўнутранае ядро (цвёрдае).
– Роля: рух праводнай вадкасці ў знешнім ядры стварае эфект дынама, які стварае магнітнае поле Зямлі.
Без актыўнага ядра Зямля, верагодна, была б значна больш уразлівая да радыяцыі, а яе атмасфера магла б лягчэй разбурацца сонечным ветрам, як гэта, як мяркуюць, адбылося на Марсе.
-
Слаі на аснове фізічных (механічных) уласцівасцей
Акрамя падзелу на кара-мантыю-ядро, геафізікі часта выкарыстоўваюць падзел, заснаваны на тым, «як паводзяць сябе пласты» адносна ціску і цяпла.
4) Літасфера: цвёрдая абалонка, разбітая на пліты
Літасфера ўключае ў сябе зямную кару і цвёрдую верхнюю частку мантыі. Гэта пласт, які ўтварае тэктанічныя пліты.
Асноўныя характарыстыкі:
– Уласцівасці: цвёрдыя, далікатныя, лёгка трэскаюцца — вось чаму ў літасферы часта адбываюцца землятрусы.
– Таўшчыня: вар'іруецца, прыкладна 50–200 км, можа быць таўсцейшай пад старымі кантынентамі.
– Роля: рух па больш пластычным пласце пад ім (астэнасферы), выклікаючы ўзаемадзеянне пліт, такое як дывергенцыя, канвергенцыя і трансфармацыя.
На дывергентных межах пліт літасфера можа расцягвацца і ўтвараць сярэдзінна-акіянічныя хрыбты. На канвергентных межах больш шчыльная акіянічная літасфера мае тэндэнцыю апускацца ў мантыю, утвараючы акіянічныя жолабы і вулканічныя дугі.
5) Астэнасфера: «мяккі» пласт, які дазваляе плітам рухацца
Астэнасфера размешчана пад літасферай, уключаючы больш гарачую і больш вадкую частку верхняй мантыі.
Асноўныя характарыстыкі:
– Уласцівасці: пластычны, можа дэфармавацца і павольна цячэ.
– Стан: часта часткова плаўляюцца невялікія адсоткі, што робіць іх механічна «слабейшымі».
– Роля: быць «слізкай паверхняй», па якой слізгаюць літасферныя пліты, каб магла адбывацца тэктоніка пліт.
Астэнасфера важная для тлумачэння таго, чаму пліты могуць рухацца, нават калі літасфера здаецца цвёрдай і тоўстай.
6) Мезасфера (ніжняя мантыя): цвёрдая, але цячэ вельмі павольна
Мезасферай часта называюць ніжнюю мантыю (пад астэнасферай да мяжы ядра). Нягледзячы на больш высокія тэмпературы, велізарны ціск утрымлівае яе ў цвёрдым стане.
Асноўныя характарыстыкі:
– Уласцівасці: больш жорсткая, чым астэнасфера, але ўсё яшчэ можа цячы ў маштабе часу мільёнаў гадоў.
– Роля: спрыяе маштабнай канвекцыйнай цыркуляцыі мантыі, якая перамяшчае цяпло з нетраў Зямлі ўверх.
Канвекцыя ў ніжняй мантыі разам з верхняй мантыяй утварае сістэму цеплапераносу, якая ўплывае на геалагічную актыўнасць на паверхні.
7) Знешняе ядро: вадкі метал узбуджае магнітнае поле
Знешняе ядро знаходзіцца пад мантыяй і з'яўляецца вадкім. Паток гэтага вадкага металу мае вырашальнае значэнне.
Асноўныя характарыстыкі:
– Глыбіня: ~2 900–5 150 км.
– Уласцівасці: вадкасць з-за спалучэння высокай тэмпературы і пэўных фізічных умоў.
– Асноўная роля: стварэнне магнітнага поля праз канвекцыйны рух праводнага вадкага металу і кручэнне Зямлі (геадынама).
Змены патоку ў знешнім ядры таксама звязаны са зменамі напружанасці магнітнага поля, нават са зменай магнітных полюсаў з цягам геалагічнага часу.
8) Унутранае ядро: цвёрды шар надзвычайнага ціску
У цэнтры Зямлі знаходзіцца цвёрдае ўнутранае ядро. Нягледзячы на надзвычай высокую тэмпературу, велізарны ціск прымушае жалеза і нікель там зацвярдзець.
Асноўныя характарыстыкі:
– Глыбіня: ~5 150–6 371 км (да цэнтра Зямлі).
– Уласцівасці: шчыльны, вельмі герметычны.
– Тэмпература: паводле ацэнак, дасягне ~5 000–6 000 °C.
– Роля: дапамагае падтрымліваць дынаміку ядра, а паступовы працэс замярзання ўнутранага ядра можа вызваляць элементы цяпла і святла, якія ўзмацняюць канвекцыю ў знешнім ядры.
-
Як навукоўцы ведаюць пласты Зямлі?
Паколькі мы не можам свідраваць у ядро, нашы веды пра структуру Зямлі ў асноўным заснаваныя на сейсмалогіі. Землятрусныя хвалі па-рознаму распаўсюджваюцца праз цвёрдыя целы і вадкасці. P-хвалі могуць праходзіць як праз цвёрдыя, так і праз вадкасці, у той час як S-хвалі не могуць. Карціны адхіленняў і «зоны ценяў» землетрусных хваль пераканаўча сведчаць аб тым, што знешняе ядро вадкае, а ўнутранае — цвёрдае. Акрамя таго, карыснымі з'яўляюцца дадзеныя гравітацыі, магнітных палёў і эксперыментаў з мінераламі пад высокім ціскам.
Закрыццё
Зямныя пласты — кара, мантыя і ядро — гэта не проста структурныя падраздзяленні, а актыўныя, узаемазвязаныя сістэмы. Цвёрдая літасфера рухаецца над больш пластычнай астэнасферай, ствараючы тэктоніку пліт, якая фармуе паверхню планеты. Мантыя дзейнічае як канвекцыйны рухавік, які перадае цяпло, у той час як вадкае вонкавае ядро стварае магнітнае поле, якое абараняе жыццё. Разумеючы характарыстыкі кожнага пласта, мы можам лепш зразумець, чаму Зямля дынамічная, прыдатная для жыцця і пастаянна змяняецца з цягам часу.
