Jarðlög og einkenni þeirra
Jörðin er ekki einsleitur bergkúla. Undir yfirborðinu þar sem við búum er jörðin samsett úr lögum með mismunandi eðlis- og efnafræðilega eiginleika. Þessir munir hafa áhrif á nánast öll jarðfræðileg fyrirbæri: jarðskjálfta, eldgos, myndun fjalla, meginlandsrek og jafnvel segulsviðið sem verndar líf fyrir skaðlegri geislun. Að skilja lög jarðar þýðir að skilja „vélina“ sem knýr plánetuna áfram.
Almennt má lýsa lögum jarðar á tvo vegu: út frá efnasamsetningu (skorpa, möttull, kjarni) og út frá eðlisfræðilegum eða vélrænum eiginleikum (jarðhvolf, þindhvolf, miðhvolf, ytri kjarni, innri kjarni). Þessar tvær aðferðir bæta hvor aðra upp.
1) Jarðskorpan: Þunna en mikilvæga ysta lagið
Jarðskorpan er ysta lagið þar sem meginlöndin og hafsbotninn eru. Þrátt fyrir að vera aðal „stig“ lífs er skorpan í raun mjög þunn miðað við stærð jarðar.
Helstu einkenni:
– Þykkt: um 5–10 km fyrir úthafsskorpu og 30–70 km fyrir meginlandsskorpu (þykkari undir stórum fjöllum).
- Samsetning:
– Hafskorpan er að megnleyti basaltberg (ríkt af magnesíum og járni).
– Meginlandsskorpan inniheldur meira af granítbergi (ríkara af kísil).
– Þéttleiki: Hafsbotnsskorpan er þéttari en meginlandsskorpan, þannig að hún hefur tilhneigingu til að síga auðveldlega undir hana.
– Hitastig: tiltölulega lágt miðað við lögin fyrir neðan, en eykst með dýpi.
Jarðskorpan skiptist í jarðfleka sem eru stöðugt á hreyfingu. Þessi hreyfing veldur jarðskjálftum , opnar ný höf og myndar fjallgarða.
2) Möttull: Hið kraftmikla „eldhús“ undir jarðskorpunni
Undir jarðskorpunni liggur möttullinn, þykkasta lag jarðar, sem telur meginhluta rúmmáls jarðar. Möttullinn er oft ímyndaður sem hafsjór af kviku, en hann er í raun að mestu leyti fastur. Hins vegar er hann plastískur — hann getur flætt mjög hægt yfir jarðfræðilegan tímaramma.
Helstu einkenni:
– Þykkt: um 2.900 km, frá botni jarðskorpunnar að kjarnamörkum.
– Samsetning: einkennist af kísilsteindum sem eru ríkar af magnesíum og járni (t.d. perídótít).
– Hitastig: er á bilinu ~500°C efst upp í yfir 4.000°C nálægt kjarnamörkum.
– Mikilvægt ferli: möttulsstraumar, sem eru hreyfing heitara efnis sem rís upp og kaldara efnis sem sekkur. Þetta er einn helsti drifkrafturinn á bak við hreyfinguna. jarðflekar.
Mötullinn skiptist í efri möttul og neðri möttul. Í sumum svæðum á sér stað hlutabráðnun sem myndar kvika. Þessi kvika getur stigið upp á yfirborðið og hrundið af stað eldvirkni.
3) Kjarni jarðar: Miðja jarðar og uppspretta segulsviðsins
Innsta lag jarðar er kjarninn, sem er aðallega úr járni og nikkel. Kjarninn gegnir lykilhlutverki því hann er uppspretta segulsviðs jarðar, sem virkar sem „skjöldur“ gegn sólvindinum og hlaðnum ögnum.
Helstu einkenni:
– Staðsetning: frá ~2.900 km dýpi að miðju jarðar í ~6.371 km fjarlægð.
– Samsetning: aðallega járn (Fe) og nikkel (Ni), með möguleika á öðrum léttum frumefnum í litlu magni.
– Skipting: ytri kjarni (fljótandi) og innri kjarni (fastur).
– Hlutverk: hreyfing leiðandi vökva í ytri kjarna myndar dýnamóáhrif sem framleiða segulsvið jarðar.
Án virks kjarna væri jörðin líklega mun viðkvæmari fyrir geislun og sólvindurinn gæti auðveldlega rofið lofthjúp hennar, eins og talið er að hafi gerst á Mars.
-
Lög byggð á eðlisfræðilegum (vélrænum) eiginleikum
Auk skiptingar jarðskorpu, möttuls og kjarna nota jarðeðlisfræðingar oft skiptingu byggða á „hvernig lögin haga sér“ með tilliti til þrýstings og hita.
4) Jarðhvolf: Stíft skel sem er brotin í plötur
Jarðskorpan inniheldur jarðskorpuna og stífan efsta hluta möttulsins. Þetta er lagið sem myndar jarðfleka.
Helstu einkenni:
– Eiginleikar: stíft, brothætt, sprungur auðveldlega — þess vegna verða jarðskjálftar oft í jarðhvolfinu.
– Þykkt: breytileg, um það bil 50–200 km, getur verið þykkari undir gömlum heimsálfum.
– Hlutverk: færist yfir plastískara lagið fyrir neðan það (asthenosphere), sem veldur flekavíxlverkunum eins og fráviki, samleitni og umbreytingu.
Við flekaskil milli sundurleitra jarðlaga getur jarðhvolfið teygst og myndað miðhafshryggi. Við samleitna flekaskil hefur þéttari jarðhvolfið tilhneigingu til að síast inn í möttulinn og mynda þar skurði og eldfjallaboga.
5) Asthenosphere: „Mjúka“ lagið sem gerir flekum kleift að hreyfast
Asthenosphere er staðsett undir lithvolfinu, þar á meðal heitari og fljótandi hluti efri möttulsins.
Helstu einkenni:
– Eiginleikar: plastískt, getur afmyndast og flæðir hægt.
– Ástand: bráðnar oft að hluta í litlum prósentum, sem gerir það vélrænt „veikara“.
– Hlutverk: að vera „háll yfirborð“ þar sem jarðskorpuflekar renna á, þannig að flekahreyfingar geti átt sér stað.
Asthenosphere er mikilvægt til að útskýra hvers vegna flekar geta hreyfst jafnvel þótt jarðvegurinn virðist harður og þykkur.
6) Miðhvolf (neðri möttull): Fast en flæðir mjög hægt
Miðhvolfið vísar oft til neðri hluta möttulsins (undir þindhvolfinu að kjarnamörkum). Þrátt fyrir hærra hitastig heldur gríðarlegur þrýstingur því föstu.
Helstu einkenni:
– Eiginleikar: stífari en asthenosphere, en getur samt flætt á tímakvarða milljóna ára.
– Hlutverk: stuðlar að stórfelldri hringrás möttuls sem flytur varma frá innra rými jarðar upp á við.
Varmaflutningur í neðri möttlinum ásamt efri möttlinum myndar varmaflutningskerfi sem hefur áhrif á jarðfræðilega virkni á yfirborðinu.
7) Ytri kjarni: Fljótandi málmur knýr segulsviðið
Ytri kjarninn liggur undir möttlinum og er fljótandi. Flæði þessa fljótandi málms er afar mikilvægt.
Helstu einkenni:
– Dýpi: ~2.900–5.150 km.
– Eiginleikar: vökvi vegna mikils hitastigs og ákveðinna eðlisfræðilegra aðstæðna.
– Meginhlutverk: að mynda segulsvið með varmahreyfingu leiðandi fljótandi málms og snúningi jarðar (geodynamo).
Breytingar á flæði í ytri kjarna tengjast einnig breytingum á styrk segulsviðsins, jafnvel segulpólsbreytingum yfir jarðfræðilegan tíma.
8) Innri kjarni: Sterkur kúla undir miklum þrýstingi
Í miðju jarðar er fastur innri kjarni. Þrátt fyrir afar hátt hitastig veldur gríðarlegur þrýstingur því að járn og nikkel storkna þar.
Helstu einkenni:
– Dýpi: ~5.150–6.371 km (að miðju jarðar).
– Eiginleikar: þéttur, mjög þéttur.
– Hitastig: áætlað að nái ~5.000–6.000°C.
– Hlutverk: hjálpar til við að viðhalda kjarnastarfsemi og hægfara frystingarferli innri kjarnans getur losað hita og ljósþætti sem styrkja varmaflutning í ytri kjarna.
-
Hvernig vita vísindamenn um lög jarðar?
Þar sem við getum ekki borað í kjarna jarðar kemur þekking okkar á uppbyggingu jarðar fyrst og fremst frá jarðskjálftafræði. Jarðskjálftabylgjur ferðast á mismunandi hátt í gegnum föst efni og vökva. P-bylgjur geta farið í gegnum bæði föst efni og vökva, en S-bylgjur ekki. Sveigjumynstur og „skuggasvæði“ jarðskjálftabylgna benda sterklega til þess að ytri kjarninn sé fljótandi en innri kjarninn fastur. Að auki eru gögn frá þyngdaraflinu, segulsviðum og tilraunum með háþrýstings steinefni gagnleg.
Lokun
Jarðlögin — jarðskorpan, möttullinn og kjarninn — eru ekki bara byggingarlegir þættir, heldur virk, samtengd kerfi. Stífa jarðhvolfið færist yfir hið plastískara þindarhvolf og myndar flekahreyfingar sem móta yfirborð reikistjörnunnar. Möttullinn virkar sem varmaflutningsvél sem flytur varma, en fljótandi ytri kjarninn myndar segulsvið sem verndar líf. Með því að skilja eiginleika hvers lags getum við betur skilið hvers vegna jörðin er kraftmikil, byggileg og stöðugt að breytast með tímanum.
