Strwythur mewnol y blaned Ddaear
Mae'r Ddaear yn aml yn ymddangos yn "syml" o'r wyneb: cyfandiroedd, cefnforoedd, cadwyni mynyddoedd, ac awyrgylch gorchuddiol. Fodd bynnag, o dan ein traed mae strwythur mewnol hynod gymhleth, wedi'i haenu ac yn newid yn gyson gan brosesau daearegol dros biliynau o flynyddoedd. Mae deall strwythur mewnol y Ddaear yn hanfodol nid yn unig ar gyfer daearwyddoniaeth, ond hefyd ar gyfer egluro pam mae daeargrynfeydd yn digwydd, sut mae llosgfynyddoedd yn ffurfio, sut mae cyfandiroedd yn symud, a pham mae gan y Ddaear faes magnetig sy'n amddiffyn bywyd rhag ymbelydredd niweidiol.
Yn gyffredinol, mae strwythur mewnol y Ddaear wedi'i rannu'n dair prif haen: y gramen, y fantell, a'r craidd. Mae'r rhaniad hwn yn seiliedig ar gyfansoddiad cemegol a phriodweddau ffisegol y creigiau. Mae gwyddonwyr hefyd yn gwahaniaethu rhwng haenau yn seiliedig ar ymddygiad mecanyddol y deunyddiau, megis y lithosffer anhyblyg a'r asthenosffer mwy plastig. Ceir gwybodaeth am du mewn y Ddaear trwy amrywiol ddulliau, yn bennaf dadansoddi tonnau seismig o ddaeargrynfeydd, arbrofion labordy pwysedd uchel, ac arsylwadau o ddisgyrchiant a meysydd magnetig.
1. Cramen y Ddaear: yr haen allanol denau ond deinamig
Y gramen yw haen allanol y Ddaear, yr un yr ydym yn byw arni. O'i gymharu â maint cyffredinol y Ddaear, mae'r gramen yn denau iawn—fel croen afal. Mae trwch y gramen yn amrywio: mae cramen gefnforol ar gyfartaledd tua 5–10 km, tra bod cramen gyfandirol fel arfer yn 30–70 km a gall fod yn fwy trwchus o dan gadwyni mynyddoedd mawr fel yr Himalayas.
Mae cramen gefnforol yn cynnwys creigiau basaltig yn bennaf sy'n llawn haearn a magnesiwm ac mae'n fwy dwys. Mae cramen gyfandirol yn tueddu i fod yn "ysgafnach" oherwydd ei bod yn cynnwys mwy o greigiau granitig sy'n llawn silica ac alwminiwm. Mae'r gwahaniaeth hwn mewn cyfansoddiad a dwysedd yn bwysig mewn tectoneg platiau: mae cramen gefnforol fwy dwys yn cael ei hisgludo'n haws (llithro i lawr) na chramen gyfandirol.
Er ei fod yn denau, y gramen yw'r rhan y gallwn ei harsylwi hawsaf. Mae tywydd, erydiad, gwaddodi, a gweithgaredd tectonig yn ail-lunio'r gramen yn barhaus. Mae'r gramen hefyd yn cadw hanes daearegol y Ddaear ar ffurf ffosiliau, haenau gwaddodol, a strwythurau creigiau.
2. Lithosffer ac Asthenosffer: sail fecanyddol symudiad platiau
O dan y gramen, mae rhaniad yn seiliedig ar briodweddau mecanyddol yn dod yn ddefnyddiol iawn. Mae'r gramen, ynghyd â rhan uchaf y fantell, yn ffurfio'r lithosffer—haen anhyblyg sydd wedi'i "thorri" yn blatiau tectonig. Mae'r lithosffer hwn yn symud yn araf dros haen fwy plastig, yr asthenosffer.
Mae'r asthenosffer yn gorwedd ar ddyfnder o tua 100–350 km (yn amrywio yn dibynnu ar leoliad). Er ei fod yn parhau i fod yn solet, gall y creigiau yn yr asthenosffer lifo'n araf iawn dros raddfeydd amser daearegol oherwydd y tymereddau uchel ac amodau pwysau penodol. Mae'r llif araf hwn yn caniatáu i blatiau tectonig symud, gwrthdaro, symud ar wahân, neu lithro heibio i'w gilydd. Mae'r canlyniadau'n weladwy ar yr wyneb wrth i fynyddoedd, ffosydd cefnforol, cribau canol cefnfor, a daeargrynfeydd gael eu ffurfio.
3. Mantell y Ddaear: yr haen fwyaf, prif beiriant geodynameg
Y fantell yw'r haen fwyaf trwchus, yn ymestyn o waelod y gramen i ddyfnder o tua 2.900 km. Mae'r fantell yn ffurfio'r rhan fwyaf o gyfaint y Ddaear ac yn gweithredu fel yr "injan" sy'n rheoleiddio llawer o brosesau daearegol trwy gyfnewid gwres. Mae'r fantell yn cynnwys mwynau silicad sy'n llawn magnesiwm a haearn, fel peridotit, yn bennaf. Er ei fod yn aml yn cael ei ddychmygu fel hylif, mae'r rhan fwyaf o'r fantell yn solid. Fodd bynnag, gall y solidau hyn gael eu hanffurfio'n blastig a llifo'n araf.
Mae'r fantell wedi'i rhannu'n fantell uchaf a fantell isaf. Mae'r fantell uchaf yn cynnwys yr asthenosffer a'r parth trawsnewid; tra bod y fantell isaf yn ddyfnach ac mae ganddi bwysau a gludedd uwch.
a. Parth trawsnewid: ffin mwynau bwysig
Ar ddyfnderoedd sy'n amrywio o 410 km i 660 km, mae parth pontio, lle mae mwynau'n newid eu strwythur crisial oherwydd pwysedd uchel. Mae'r newid hwn yng nghyfnod y mwynau'n effeithio ar gyflymder tonnau seismig, gan wneud y parth yn adnabyddadwy trwy ddata seismolegol. Yn aml, ystyrir y parth pontio fel "ffin" sy'n dylanwadu ar sut mae deunydd y mantell yn symud i fyny neu i lawr.
b. Cyflifiad mantell a thectoneg platiau
Daw gwres mewnol y Ddaear o wres gweddilliol ffurfio'r blaned a dadfeiliad elfennau ymbelydrol. Mae'r gwres hwn yn gyrru ceryntau darfudiad yn y fantell: mae deunydd poethach yn tueddu i godi, tra bod deunydd oerach yn suddo. Y darfudiad hwn yw prif ysgogydd symudiad platiau tectonig hirdymor. Mewn rhai lleoedd, mae deunydd poeth yn codi i ffurfio plu mantell a all sbarduno gweithgaredd folcanig mawr, fel llosgfynyddoedd mannau poeth fel Hawaii.
4. Craidd y Ddaear: ffynhonnell y maes magnetig a chyfrinachau ei ddeinameg fewnol
O dan y fantell mae craidd y Ddaear, sydd wedi'i rannu'n graidd allanol a chraidd mewnol. Mae cyfanswm trwch y craidd tua 3.480 km o ffin y mantell-craidd i ganol y Ddaear. Y craidd mewn gwirionedd yw "calon" y blaned, ac mae'n wahanol iawn i'r haenau uwchben, o ran cyfansoddiad ac ymddygiad ffisegol.
a. Craidd allanol: generadur geodynamo haearn-nicel hylifol
Mae'r craidd allanol yn gorwedd ar ddyfnder o tua 2.900–5.150 km ac mae'n hylif. Mae ei gyfansoddiad yn cael ei ddominyddu gan haearn a nicel, gyda symiau bach o elfennau ysgafnach (fel sylffwr, ocsigen, neu silicon) sy'n effeithio ar ei ddwysedd a'i bwynt toddi. Gan ei fod yn hylif ac yn ddargludol, mae'r craidd allanol yn destun ceryntau darfudiad cryf.
Mae symudiad hylifau dargludol yn y craidd allanol, dan ddylanwad cylchdro'r Ddaear, yn cynhyrchu maes magnetig y Ddaear trwy fecanwaith o'r enw'r geodynamo. Mae'r maes magnetig hwn yn ffurfio'r magnetosffer, sy'n helpu i wyro gronynnau gwefredig o'r Haul, gan amddiffyn yr atmosffer a phethau byw. Mae amrywiadau yn llif y craidd allanol hefyd yn gysylltiedig â newidiadau yn y maes magnetig, gan gynnwys ffenomen gwrthdroadau pegynau magnetig dros amserlenni daearegol.
b. Craidd mewnol: canol dwys, hynod boeth y Ddaear
Mae'r craidd mewnol yn gorwedd ar ddyfnder o tua 5.150 km i ganol y Ddaear (6.371 km) ac mae'n solet. Er bod ei dymheredd yn cael ei amcangyfrif i fod yn eithriadol o uchel (miloedd o raddau Celsius), mae'r pwysau eithafol yn cadw'r deunydd haearn-nicel yn solet. Credir bod y craidd mewnol yn parhau i dyfu'n araf wrth i'r Ddaear oeri, wrth i ddeunydd haearn galedu o'r craidd allanol.
Mae twf y craidd mewnol yn rhyddhau gwres cudd a gall hefyd newid cyfansoddiad y craidd allanol (oherwydd bod rhai elfennau'n well ganddynt aros yn y cyfnod hylif). Mae'r broses hon yn helpu i gynnal darfudiad yn y craidd allanol, gan gyfrannu felly at sefydlogrwydd hirdymor y maes magnetig.
5. Sut mae gwyddonwyr yn “gweld” tu mewn i’r Ddaear?
Gan na allwn ddrilio i ganol y Ddaear (dim ond ychydig ddwsinau o gilometrau yw'r twll turio dynol dyfnaf), mae gwyddoniaeth yn dibynnu ar ddulliau anuniongyrchol:
1. Seismoleg: Mae tonnau P (cynradd) a thonnau S (eilaidd) o ddaeargrynfeydd yn teithio trwy'r Ddaear ar wahanol gyflymderau yn dibynnu ar ddwysedd a chyflwr y deunydd. Ni all tonnau S deithio trwy hylifau, felly mae absenoldeb tonnau S mewn rhai parthau yn helpu i brofi bod y craidd allanol yn hylif.
2. Arbrofion pwysedd uchel: Mae mwynau'n cael eu cynhesu a'u gwasgu mewn dyfeisiau arbennig i efelychu amodau'r mantell a'r craidd, fel bod gwyddonwyr yn deall ymddygiad deunyddiau ar ddyfnderoedd eithafol.
3. Disgyrchiant a geodesi: Mae amrywiadau yn y maes disgyrchiant yn rhoi cliwiau i ddosbarthiad màs yng nghefndir y Ddaear.
4. Geomagnetiaeth: Mae arsylwadau o'r maes magnetig yn helpu i fodelu deinameg y craidd allanol.
6. Casgliad: system haenog gydgysylltiedig
Mae strwythur mewnol y Ddaear yn fwy na dim ond pentwr statig o haenau. Mae'r gramen yn gartref i fywyd ac yn cofnodi hanes daearegol, mae'r lithosffer yn symud fel platiau tectonig, mae'r asthenosffer yn darparu "sylfaen" plastig ar gyfer y symudiad hwnnw, mae'r fantell yn rheoleiddio'r llif gwres sy'n gyrru deinameg yr wyneb, ac mae'r craidd - yn enwedig y craidd allanol - yn cynhyrchu maes magnetig amddiffynnol. Mae'r holl haenau hyn yn dylanwadu ar ei gilydd, gan ffurfio system blanedol weithredol ac esblygol.
Mae deall strwythur mewnol y Ddaear yn ein helpu i ddarllen arwyddion naturiol, rhagweld peryglon daearegol, lleoli adnoddau, a hyd yn oed asesu'r amodau sy'n gwneud y Ddaear yn addas i fyw ynddi. O dan ei harwyneb ymddangosiadol dawel, mae'r Ddaear yn blaned fyw yn ddaearegol—a'i strwythur mewnol yw prif ysgogydd y bywyd deinamig hwnnw.
