Các lớp của Trái Đất và đặc điểm của chúng
Trái đất không phải là một khối đá đồng nhất. Bên dưới bề mặt nơi chúng ta sinh sống, Trái đất được cấu tạo bởi các lớp có tính chất vật lý và hóa học riêng biệt. Những khác biệt này ảnh hưởng đến hầu hết mọi hiện tượng địa chất: động đất, phun trào núi lửa, sự hình thành núi, sự trôi dạt lục địa, và thậm chí cả từ trường bảo vệ sự sống khỏi bức xạ có hại. Hiểu được các lớp của Trái đất đồng nghĩa với việc hiểu được "động cơ" vận hành hành tinh này.
Nhìn chung, các lớp của Trái Đất có thể được mô tả theo hai cách: dựa trên thành phần hóa học (vỏ Trái Đất, lớp phủ, lõi) và dựa trên các tính chất vật lý hoặc cơ học (thạch quyển, quyển mềm, tầng trung lưu, lõi ngoài, lõi trong). Hai cách tiếp cận này bổ sung cho nhau.
1) Vỏ Trái Đất: Lớp ngoài cùng mỏng nhưng quan trọng
Lớp vỏ Trái Đất là lớp ngoài cùng, nơi các lục địa và đáy đại dương nằm. Mặc dù là "giai đoạn" chính cho sự sống, lớp vỏ Trái Đất thực tế rất mỏng so với kích thước của Trái Đất.
Đặc điểm chính:
– Độ dày: khoảng 5–10 km đối với vỏ đại dương và 30–70 km đối với vỏ lục địa (dày hơn ở những vùng núi lớn).
- Thành phần:
– Vỏ đại dương chủ yếu là đá bazan (giàu magiê và sắt).
– Vỏ lục địa chứa nhiều đá granit hơn (giàu silica hơn).
– Mật độ: vỏ đại dương có mật độ cao hơn vỏ lục địa, vì vậy nó dễ dàng bị hút chìm xuống dưới.
– Nhiệt độ: tương đối thấp so với các lớp bên dưới, nhưng tăng dần theo độ sâu.
Vỏ Trái Đất được chia thành các mảng kiến tạo và chúng liên tục di chuyển. Sự chuyển động của các mảng này gây ra động đất, hình thành các đại dương mới và tạo nên các dãy núi.
2) Lớp phủ: “Nhà bếp” năng động bên dưới lớp vỏ Trái Đất
Bên dưới lớp vỏ là lớp phủ, lớp dày nhất của Trái Đất, chiếm phần lớn thể tích của hành tinh. Lớp phủ thường được hình dung như một biển dung nham, nhưng thực tế nó chủ yếu là chất rắn. Tuy nhiên, nó có tính dẻo – nó có thể chảy rất chậm trong suốt thang thời gian địa chất.
Đặc điểm chính:
– Độ dày: khoảng 2.900 km, từ đáy lớp vỏ đến ranh giới lõi.
– Thành phần: chủ yếu là các khoáng chất silicat giàu magiê và sắt (ví dụ: peridotit).
– Nhiệt độ: dao động từ khoảng 500°C ở đỉnh đến hơn 4.000°C gần ranh giới lõi.
– Một quá trình quan trọng: dòng đối lưu trong lớp phủ, sự chuyển động của vật chất nóng hơn nổi lên và vật chất lạnh hơn chìm xuống. Đây là một trong những động lực chính của sự chuyển động các mảng kiến tạo.
Lớp phủ Trái Đất được chia thành lớp phủ trên và lớp phủ dưới. Ở một số vùng, hiện tượng nóng chảy một phần xảy ra, tạo ra magma. Magma này có thể trồi lên bề mặt và kích hoạt hoạt động núi lửa.
3) Lõi Trái Đất: Trung tâm của Trái Đất và nguồn gốc của từ trường.
Lớp trong cùng của Trái Đất là lõi, chủ yếu được cấu tạo từ sắt và niken. Lõi đóng vai trò quan trọng vì nó là nguồn gốc của từ trường Trái Đất, hoạt động như một "lá chắn" chống lại gió mặt trời và các hạt tích điện.
Đặc điểm chính:
– Vị trí: từ độ sâu khoảng 2.900 km đến tâm Trái Đất ở độ sâu khoảng 6.371 km.
– Thành phần: chủ yếu là sắt (Fe) và niken (Ni), có thể có thêm một lượng nhỏ các nguyên tố nhẹ khác.
– Phân chia: lõi ngoài (lỏng) và lõi trong (rắn).
– Vai trò: Sự chuyển động của chất lỏng dẫn điện trong lõi ngoài tạo ra hiệu ứng dynamo, từ đó tạo nên từ trường của Trái đất.
Nếu không có lõi hoạt động, Trái Đất có thể sẽ dễ bị tổn thương hơn nhiều bởi bức xạ và bầu khí quyển của nó có thể dễ bị xói mòn hơn bởi gió mặt trời, như người ta cho rằng đã xảy ra trên sao Hỏa.
-
Các lớp dựa trên tính chất vật lý (cơ học)
Ngoài sự phân chia vỏ-lớp phủ-lõi, các nhà địa vật lý thường sử dụng một sự phân chia dựa trên "cách các lớp hoạt động" liên quan đến áp suất và nhiệt độ.
4) Thạch quyển: Lớp vỏ cứng bị vỡ thành các mảng kiến tạo.
Thạch quyển bao gồm lớp vỏ Trái Đất và phần trên cùng cứng chắc của lớp phủ. Đây là lớp tạo nên các mảng kiến tạo.
Đặc điểm chính:
– Đặc tính: cứng, giòn, dễ nứt vỡ — đó là lý do tại sao động đất thường xảy ra ở thạch quyển.
– Độ dày: thay đổi, khoảng 50–200 km, có thể dày hơn dưới các lục địa cổ.
– Vai trò: di chuyển trên lớp mềm hơn bên dưới (tầng quyển mềm), gây ra các tương tác giữa các mảng kiến tạo như phân kỳ, hội tụ và biến đổi.
Tại các ranh giới mảng kiến tạo phân kỳ, thạch quyển có thể giãn ra và hình thành các dãy núi ngầm giữa đại dương. Tại các ranh giới hội tụ, thạch quyển đại dương có mật độ cao hơn có xu hướng lún xuống lớp phủ, tạo thành các rãnh đại dương và vòng cung núi lửa.
5) Tầng quyển mềm: Lớp “mềm” cho phép các mảng kiến tạo di chuyển
Tầng quyển mềm nằm bên dưới tầng quyển cứng, bao gồm phần nóng hơn và lỏng hơn của lớp phủ trên.
Đặc điểm chính:
– Tính chất: dẻo, có thể biến dạng và chảy chậm.
– Tình trạng: thường bị nóng chảy một phần ở mức độ nhỏ, khiến nó trở nên “yếu” hơn về mặt cơ học.
– Vai trò: là một “bề mặt trơn trượt” để các mảng thạch quyển trượt lên, cho phép quá trình kiến tạo mảng diễn ra.
Tầng quyển mềm rất quan trọng để giải thích tại sao các mảng kiến tạo có thể di chuyển ngay cả khi tầng quyển cứng và dày.
6) Tầng trung quyển (Vỏ Trái Đất): Rắn nhưng chảy rất chậm
Tầng trung quyển thường dùng để chỉ phần vỏ Trái Đất phía dưới (từ tầng quyển mềm đến ranh giới lõi). Mặc dù nhiệt độ cao hơn, áp suất khổng lồ giữ cho nó ở trạng thái rắn.
Đặc điểm chính:
– Đặc tính: cứng hơn quyển mềm, nhưng vẫn có thể chảy trong khoảng thời gian hàng triệu năm.
– Vai trò: góp phần vào sự tuần hoàn đối lưu quy mô lớn trong lớp phủ Trái Đất, giúp vận chuyển nhiệt từ bên trong lòng Trái Đất lên trên.
Sự đối lưu ở lớp phủ dưới cùng với lớp phủ trên tạo thành một hệ thống truyền nhiệt ảnh hưởng đến hoạt động địa chất trên bề mặt.
7) Lõi ngoài: Kim loại lỏng tạo ra từ trường
Lõi ngoài nằm bên dưới lớp phủ và ở dạng lỏng. Sự chuyển động của kim loại lỏng này rất quan trọng.
Đặc điểm chính:
– Độ sâu: ~2.900–5.150 km.
– Tính chất: ở dạng lỏng do sự kết hợp của nhiệt độ cao và một số điều kiện vật lý nhất định.
– Vai trò chính: tạo ra từ trường thông qua chuyển động đối lưu của kim loại lỏng dẫn điện và sự quay của Trái đất (địa động lực học).
Những thay đổi trong dòng chảy ở lõi ngoài cũng liên quan đến sự biến đổi cường độ từ trường, thậm chí cả sự đảo cực từ theo thời gian địa chất.
8) Lõi bên trong: Một khối cầu đặc chịu áp suất cực lớn
Ở trung tâm Trái Đất là một lõi bên trong rắn chắc. Mặc dù nhiệt độ cực cao, áp suất khổng lồ khiến sắt và niken ở đó đông đặc lại.
Đặc điểm chính:
– Độ sâu: ~5.150–6.371 km (đến tâm Trái Đất).
– Đặc tính: đặc, rất chặt.
– Nhiệt độ: ước tính đạt khoảng 5.000–6.000°C.
– Vai trò: giúp duy trì động lực cốt lõi, và quá trình đóng băng dần dần của lõi trong có thể giải phóng nhiệt và các nguyên tố ánh sáng, làm tăng cường sự đối lưu ở lõi ngoài.
-
Làm thế nào các nhà khoa học biết được các lớp của Trái Đất?
Vì chúng ta không thể khoan vào lõi Trái Đất, kiến thức của chúng ta về cấu trúc Trái Đất chủ yếu đến từ địa chấn học. Sóng động đất truyền đi khác nhau qua chất rắn và chất lỏng. Sóng P có thể truyền qua cả chất rắn và chất lỏng, trong khi sóng S thì không. Các mô hình lệch hướng và "vùng bóng" của sóng động đất cho thấy rõ ràng rằng lõi ngoài là chất lỏng và lõi trong là chất rắn. Ngoài ra, dữ liệu từ trọng lực, từ trường và các thí nghiệm khoáng chất áp suất cao cũng rất hữu ích.
Đóng cửa
Các lớp của Trái Đất—vỏ Trái Đất, lớp phủ và lõi—không chỉ đơn thuần là các phân chia cấu trúc, mà là các hệ thống năng động, liên kết với nhau. Lớp thạch quyển cứng di chuyển trên lớp quyển mềm hơn, tạo ra kiến tạo mảng định hình bề mặt hành tinh. Lớp phủ hoạt động như một động cơ đối lưu truyền nhiệt, trong khi lõi ngoài lỏng tạo ra từ trường bảo vệ sự sống. Bằng cách hiểu đặc điểm của từng lớp, chúng ta có thể hiểu rõ hơn tại sao Trái Đất năng động, có thể sinh sống và liên tục thay đổi theo thời gian.
