10. A Föld belső szerkezete
Bevezetés
Eddigi vizsgálódásaink a felszínhez, illetve a felszínről észlelhető jelenségekhez kötődtek. A Föld belsejéről viszont nem rendelkezünk közvetlen megfigyelésekkel. Így modellek konstruálása az egyetlen megközelítési mód, s a megfigyelt jelenségekhez legjobban illeszkedő modell az, amelyet a mindenkori tudomány valószínűnek elfogad.
Számos egymástól független megközelítés alapján a gömböves szerkezet az, amelyet ma a legelfogadhatóbbnak tekintünk. Az erre vonatkozó adatokat , s az ebből kiépíthető modellt találod ebben a fejezetben.
A Föld öves szerkezete
Földkéreg - Litoszféra
A szerkezet legkülső öve, a Földkéreg. Vastagsága 5-100 km között változó, az óceáni területeken vékony, a magashegységi területeken nagy vastagságú. Maximális vastagságot a Pamír területén mértek.
A földkéreg anyaga az óceáni területeken a vékony üledékes lepel alatt bázisos – ultrabázisos kémizmusú –SiMa – többségében szilicium-magnézium alkotta – bazaltos összetételű vulkáni és intruzív kőzetekből áll, vastagsága 5 km körüli. sűrűsége 3,3 g cm-3 körüli.
A szárazulati területeken a kéreg sokkal vastagabb, 30 km körüli, a magashegységek gyökérzónájában 70-100 km-t is eléri. Itt a kéreg savanyú kémizmusu–SiAl – többségében szilicium-aluminium alkotta gránitos összetételű kőzetekből áll. sűrűsége 2,8 g cm-3 körüli.
A köpeny felé egy szeizmikus diszkontinuitási felület, a Mohorovicic felület alkotja a határt.
Köpeny - Asztenoszféra
A kéreg alatti zóna vastagsága 2900 km. A köpeny anyaga feltételezhetően ultrabázitos kőzeteknek megfelelő összetételű, a kéregnél Si-Al-ban szegényebb, Mg-Fe-Ca elemekben gazdagabb. Felső része a kéreghez hasonlóan kőzetként viselkedik, bár éppen ez az az öv, amelyben a köpeny konvekciós áramlása működik. Alsó részén a megnövekedett nyomás és hőmérséklet miatt a köpeny anyaga feltételezhetően félig folyadékhoz hasonló állapotú, bár igen nagy viszkozitású, és továbbítja az S-nyiró-hullámokat is.
A köpeny alsó határán jelentős állapotváltozás miatt erős különbség jelentkezik a kőzetek szeizmikus viselkedésében. Ez a határ a Gutenberg-Wichert felület.
Földmag
A Földmag feltételezhetően túlnyomórészt Fe-Ni elemekből álló, un. vasmag. Halmazállapota szerint a föld magnyaga az igen nagy nyomás és viszonylag alacsony hőmérséklet miatt valószinűleg deformálódott. A Földmag külső része folyadékhoz hasonló jelleget mutat (az S-hullámok nem terjednek benne), mig a kb 1200 km sugarú belső mag szilárd állapotú anyagként viselkedik a szeizmikus hullámok hatására.
Az öves szerkezetre utaló információk
A meteoritok anyaga
Az egyik anyagi információt a Földre érkező és megőrződött anyagu meteoritok szolgáltatják. Az Univerzumra jellemző anyagi összetétellel szemben a beérkezett meteoritok többsége un. vas-meteorit, kisebb része kő-meteorit, kondrit. A vas meteoritokat a Földmag anyagával, a kő meteoritokat a köpeny anyaggal hozhatjuk párhuzamba. A vas-meteoritok és kő-meteoritok sűrűsége megfelel a gravitációs adatok alapján levonható sűrűség eloszlásnak, a kőmeteoritok anyaga hasonló a köpenyt alkotó ultrabázitok anyagával.
Gravitációs bizonyitékok
Az egyetemes tömegvonzás törvénye szerint az anyagok önmaguk gravitációs terében forogva gömb alakot vesznek fel. A gravitáció, és az anyag sűrűség a gömbalakú testben a gömböveknek megfelelő ekvipotenciális felületek mentén homogén, míg ezekre a felüeltekre merőlegesen – azaz sugárirányban – jelölhető ki a gradiens, azaz a legnagyobb változékonyság iránya. A különböző sűrűségű anyagok az öves szerkezet szerint rendeződve alkotják az össztömeget képviselő testet, a nagyobb sűrűségű anyag a mélyebb potenciálfelületek mentén helyezkedik el. Ezt tükrözi a Föld mérhető sűrűség eloszlása is – a Földkéreg átlagos 2,85 g cm-3 sűrűsége mellett a Föld tömegéből számítható átlagos sűrűsége 5,51 g cm-3 .
Szeizmikus információk
A szeizmikus hullámterjedési sebességek utalnak a különféle övek halmazállapotára és sűrűségére. A sűrűség eloszlás a kéreg kisebb, a köpeny nagyobb sűrűségét mutatja.
Hőáramlás
A földi hőáram intenzitása utal arra, hogy a hő legnagyobb részének belső forrása valahol a köpenyben van, és fő forrása a radioaktív bomlás. A kőzetek ismert radioaktív elemtartalmából, s a termelődő hő nagyságából a köpeny anyagaként hozávetőleg 1/4 bazalt – 3/4 peridotit összetétel feltételezhető.
A hőáram felső köpenyben jelentkező anomáliái a köpeny hőkonvekciós celláinak felszín felé mutató áramlási irányaival azonosithatók.
Kérdések:
1. Mekkora a Földmag a teljes földsugár arányában?
2. Hol vastagabb a földkéreg, és miért?
3. Mi a gránitok ásványos összetétele?
4. Mi a kémiai különbség a gránit és a pridotit között?
5. A Föld melyik övével azonositjuk a kondritokat?
6. Mi az a jelentős arányban résztvevő kémiai elem a vasmeteoritokban,
ami nem kap jelentős szerepet a Föld átlagos összetételében?
7. Mennyi a földkéreg átlagos vastagsága?
8. Miért ér el 100 km körűli vastagságot a földkéreg a Pamir alatt?
9. Milyen ásvány térfogatsúlyához hasonló a Föld átlagos sűrűsége?
10. Miért vezeti az S hullámokat a Földmag belső része??
Ajánlott weboldalak
http://pubs.usgs.gov/publications/text/dynamic.html
Irodalom, ha többet akarsz tudni:
Steiner F (1969): A Föld fizikája. Tankönyvkiadó, Budapest. 247 p.
Némedi Varga Z. (1990): Általános és szerkezeti földtan. Tankönyvkiadó, Budapest, 336 p.
Verhoogen, J., Turner, F.J., Weiss L.E., Wahrhaftig C., Fyfe W.S.(1970): The Earth. An Introduction to Physical Geology. Holt, Rinehart and Winston, Inc. New York. 748 p.