Zemes slāņi un to raksturojums
Zeme nav vienmērīga klinšu bumba. Zem virsmas, kur mēs dzīvojam, Zeme sastāv no slāņiem ar atšķirīgām fizikālām un ķīmiskām īpašībām. Šīs atšķirības ietekmē gandrīz visas ģeoloģiskās parādības: zemestrīces, vulkānu izvirdumus, kalnu veidošanos, kontinentu dreifēšanu un pat magnētisko lauku, kas aizsargā dzīvību no kaitīgā starojuma. Izprast Zemes slāņus nozīmē izprast "dzinēju", kas darbina planētu.
Kopumā Zemes slāņus var aprakstīt divos veidos: pamatojoties uz ķīmisko sastāvu (garoza, mantija, kodols) un pamatojoties uz fizikālajām vai mehāniskajām īpašībām (litosfēra, astenosfēra, mezosfēra, ārējais kodols, iekšējais kodols). Šīs divas pieejas viena otru papildina.
1) Zemes garoza: plānais, bet svarīgais ārējais slānis
Garoza ir Zemes ārējais slānis, uz kura atrodas kontinenti un okeāna dibens. Lai gan tā ir galvenā dzīvības "stāvoklis", garoza patiesībā ir ļoti plāna, salīdzinot ar Zemes izmēru.
Galvenās īpašības:
– Biezums: aptuveni 5–10 km okeāna garozai un 30–70 km kontinentālajai garozai (biezāka zem lieliem kalniem).
- Sastāvs:
– Okeāna garoza galvenokārt sastāv no bazalta iežiem (bagātiem ar magniju un dzelzi).
– Kontinentālajā garozā ir vairāk granītisko iežu (bagātāki ar silīcija dioksīdu).
– Blīvums: okeāna garoza ir blīvāka (blīvāka) nekā kontinentālā garoza, tāpēc tai ir tendence viegli iegrimt zem tās.
– Temperatūra: relatīvi zema salīdzinājumā ar zemāk esošajiem slāņiem, bet paaugstinās līdz ar dziļumu.
Zemes garoza ir sadalīta tektoniskās plātnēs, kas pastāvīgi kustas. Šī plātņu kustība izraisa zemestrīces, atver jaunus okeānus un veido kalnu grēdas.
2) Apvalks: Dinamiskā “virtuve” zem garozas
Zem garozas atrodas mantija, Zemes biezākais slānis, kas veido lielāko daļu planētas tilpuma. Mantiju bieži iztēlojas kā magmas jūru, taču patiesībā tā ir pārsvarā cieta. Tomēr tā ir plastiska — tā var plūst ļoti lēni ģeoloģiskos laika periodos.
Galvenās īpašības:
– Biezums: aptuveni 2.900 km, no garozas pamatnes līdz kodola robežai.
– Sastāvs: dominē silikātu minerāli, kas bagāti ar magniju un dzelzi (piemēram, peridotīts).
– Temperatūra: svārstās no ~500°C augšpusē līdz vairāk nekā 4.000°C kodola robežās.
– Galvenais process: mantijas konvekcijas strāvas, karstāka materiāla kustība paceļas un vēsāka materiāla grimšana. Šis ir viens no galvenajiem tektonisko plātņu kustības virzītājspēkiem.
Mantija ir sadalīta augšējā un apakšējā apvalkā. Dažās zonās notiek daļēja kušana, radot magmu. Šī magma var pacelties virspusē un izraisīt vulkānisku aktivitāti.
3) Zemes kodols: Zemes centrs un magnētiskā lauka avots
Zemes iekšējais slānis ir kodols, kas galvenokārt sastāv no dzelzs un niķeļa. Kodolam ir izšķiroša loma, jo tas ir Zemes magnētiskā lauka avots, kas darbojas kā "vairogs" no saules vēja un lādētajām daļiņām.
Galvenās īpašības:
– Atrašanās vieta: no ~2.900 km dziļuma līdz Zemes centram ~6.371 km attālumā.
– Sastāvs: galvenokārt dzelzs (Fe) un niķelis (Ni), ar iespēju nelielā daudzumā saturēt arī citus vieglos elementus.
– Sadalījums: ārējais kodols (šķidrums) un iekšējais kodols (ciets).
– Loma: vadoša šķidruma kustība ārējā kodolā rada dinamo efektu, kas rada Zemes magnētisko lauku.
Bez aktīva kodola Zeme, visticamāk, būtu daudz neaizsargātāka pret radiāciju, un tās atmosfēru varētu vieglāk iznīcināt saules vējš, kā tiek uzskatīts, ka tas notika uz Marsa.
Sākot no
Slāņi, kuru pamatā ir fizikālās (mehāniskās) īpašības
Papildus garozas, mantijas un kodola dalījumam ģeofiziķi bieži izmanto dalījumu, kas balstīts uz to, "kā slāņi uzvedas" attiecībā uz spiedienu un karstumu.
4) Litosfēra: stingrs apvalks, kas sadalīts plāksnēs
Litosfēra ietver Zemes garozu un cieto mantijas augšējo daļu. Šis slānis veido tektoniskās plātnes.
Galvenās īpašības:
– Īpašības: stingrs, trausls, viegli plaisā — tāpēc litosfērā bieži notiek zemestrīces.
– Biezums: mainās, aptuveni 50–200 km, zem veciem kontinentiem var būt biezāks.
– Loma: pārvietojas pa zem tā esošo plastiskāko slāni (astenosfēru), izraisot plātņu mijiedarbību, piemēram, diverģenci, konverģenci un transformāciju.
Pie diverģentām plātņu robežām litosfēra var izstiepties un veidot vidusokeāna grēdas. Pie konverģentām robežām blīvākā okeāniskā litosfēra mēdz ieslīgt mantijā, veidojot okeāna tranšejas un vulkāniskās arkas.
5) Astenosfēra: “Mīkstais” slānis, kas ļauj plātnēm pārvietoties
Astenosfēra atrodas zem litosfēras, ieskaitot karstāko un šķidrāko augšējās apvalka daļu.
Galvenās īpašības:
– Īpašības: plastisks, var deformēties un lēni plūst.
– Stāvoklis: bieži vien nelielā daudzumā daļēji kust, padarot to mehāniski “vājāku”.
– Loma: būt par “slidenu virsmu”, pa kuru slīd litosfēras plātnes, lai varētu notikt plātņu tektonika.
Astenosfēra ir svarīga, lai izskaidrotu, kāpēc plātnes var kustēties, pat ja litosfēra šķiet cieta un bieza.
6) Mezosfēra (apakšējā mantija): cieta, bet plūst ļoti lēni
Mezosfēra bieži attiecas uz apakšējo mantiju (zem astenosfēras līdz kodola robežai). Neskatoties uz augstāko temperatūru, milzīgais spiediens to notur cietā stāvoklī.
Galvenās īpašības:
– Īpašības: stingrāka nekā astenosfēra, bet joprojām var plūst miljonu gadu laika skalā.
– Loma: veicina liela mēroga mantijas konvekcijas cirkulāciju, kas pārvieto siltumu no Zemes iekšienes uz augšu.
Konvekcija apakšējā apvalkā kopā ar augšējo apvalku veido siltuma pārneses sistēmu, kas ietekmē ģeoloģisko aktivitāti uz virsmas.
7) Ārējais kodols: šķidrs metāls vada magnētisko lauku
Ārējais kodols atrodas zem apvalka un ir šķidrs. Šī šķidrā metāla plūsmai ir izšķiroša nozīme.
Galvenās īpašības:
– Dziļums: ~2.900–5.150 km.
– Īpašības: šķidrs augstas temperatūras un noteiktu fizikālu apstākļu kombinācijas dēļ.
– Galvenā loma: magnētiskā lauka ģenerēšana, izmantojot vadoša šķidra metāla konvekcijas kustību un Zemes rotāciju (ģeodinamo).
Plūsmas izmaiņas ārējā kodolā ir saistītas arī ar magnētiskā lauka stipruma izmaiņām, pat magnētiskā pola maiņu ģeoloģiskā laika gaitā.
8) Iekšējais kodols: cieta, ārkārtīgi spēcīga spiediena bumba
Zemes centrā atrodas ciets iekšējais kodols. Neskatoties uz ārkārtīgi augstajām temperatūrām, milzīgais spiediens izraisa dzelzs un niķeļa sacietēšanu.
Galvenās īpašības:
– Dziļums: ~5.150–6.371 km (līdz Zemes centram).
– Īpašības: blīvs, ļoti blīvs.
– Temperatūra: tiek lēsts, ka sasniegs ~5.000–6.000 °C.
– Loma: palīdz uzturēt kodola dinamiku, un pakāpeniskais iekšējā kodola sasalšanas process var atbrīvot siltuma un gaismas elementus, kas stiprina konvekciju ārējā kodolā.
Sākot no
Kā zinātnieki zina Zemes slāņus?
Tā kā mēs nevaram urbt kodolu, mūsu zināšanas par Zemes struktūru galvenokārt izriet no seismoloģijas. Zemestrīces viļņi cietās un šķidrās vielās pārvietojas atšķirīgi. P viļņi var šķērsot gan cietās, gan šķidrās vielas, savukārt S viļņi to nevar. Zemestrīces viļņu novirzes modeļi un "ēnu zonas" stingri norāda, ka ārējais kodols ir šķidrs, bet iekšējais kodols ir ciets. Turklāt noderīgi ir dati no gravitācijas, magnētiskajiem laukiem un augstspiediena minerālu eksperimentiem.
Pennutup
Zemes slāņi — garoza, mantija un kodols — nav vienkārši strukturālas vienības, bet gan aktīvas, savstarpēji savienotas sistēmas. Stingrā litosfēra pārvietojas pa plastiskāko astenosfēru, radot plātņu tektoniku, kas veido planētas virsmu. Mantija darbojas kā konvekcijas dzinējs, kas pārnes siltumu, savukārt šķidrais ārējais kodols ģenerē magnētisko lauku, kas aizsargā dzīvību. Izprotot katra slāņa īpašības, mēs varam labāk saprast, kāpēc Zeme ir dinamiska, apdzīvojama un pastāvīgi mainās laika gaitā.
