Chcę wiedzieć wszystko

Płaszcz (geologia)

Pin
Send
Share
Send


Dlaczego wewnętrzny rdzeń jest stały, zewnętrzny rdzeń ciekły, a płaszcz stały / plastikowy? Odpowiedź zależy zarówno od względnych temperatur topnienia różnych warstw (rdzeń niklowo-żelazowy, skorupa krzemianowa i płaszcz), a także od wzrostu temperatury i ciśnienia w miarę przemieszczania się w głąb Ziemi. Na powierzchni zarówno stopy niklowo-żelazowe, jak i krzemiany są wystarczająco chłodne, aby były twarde. W płaszczu górnym krzemiany są na ogół stałe (istnieją zlokalizowane obszary o niewielkich ilościach stopu); jednakże, ponieważ górny płaszcz jest zarówno gorący, jak i pod stosunkowo niewielkim ciśnieniem, skała w górnym płaszczu ma stosunkowo niską lepkość. Natomiast dolny płaszcz znajduje się pod ogromnym ciśnieniem, a zatem ma wyższą lepkość niż górny płaszcz. Metaliczny rdzeń niklowo-żelazowy jest ciekły pomimo ogromnego ciśnienia, ponieważ ma temperaturę topnienia niższą niż krzemiany płaszczowe. Wewnętrzny rdzeń jest stały z powodu przytłaczającego ciśnienia występującego w centrum planety13.

Temperatura

W płaszczu temperatury mieszczą się w zakresie od 500 ° C do 900 ° C (932 ° F-1 652 ° F) na górnej granicy skorupy do ponad 4000 ° C (7200 ° F) na granicy z rdzeniem.13 Chociaż wyższe temperatury znacznie przekraczają temperatury topnienia skał płaszczowych na powierzchni (około 1200 ° C dla reprezentatywnego perydotytu), płaszcz jest prawie wyłącznie stały.13 Ogromny nacisk litostatyczny wywierany na płaszcz zapobiega topieniu, ponieważ temperatura, w której zaczyna się topienie (solidus) wzrasta wraz z ciśnieniem.

Ruch

Ze względu na różnicę temperatur między powierzchnią Ziemi a rdzeniem zewnętrznym oraz zdolność skał krystalicznych pod wysokim ciśnieniem i temperaturą do powolnego, pełzającego, lepkiego odkształcania w ciągu milionów lat, w płaszczu występuje konwekcyjny obieg materiału3. Gorący materiał unosi się jak plutonowy diapir (nieco podobny do lampy lawowej), być może od granicy z zewnętrznym rdzeniem (patrz pióropusz płaszcza), podczas gdy chłodniejszy (i cięższy) materiał tonie w dół. Często występuje to w postaci wielkoskalowych odwiertów litosferycznych na granicach płyt zwanych strefami subdukcji 3. Podczas wynurzania materiał płaszcza ochładza się zarówno adiabatycznie, jak i poprzez przewodzenie do otaczającego chłodniejszego płaszcza. Temperatura materiału spada wraz z odciążeniem związanym ze wspinaniem się, a jego ciepło rozkłada się na większą objętość. Ponieważ temperatura inicjowania topnienia spada wraz z wysokością szybciej niż wzrost gorących pióropuszów, częściowe topnienie może wystąpić tuż pod litosferą, powodując wulkanizm i plutonizm.

Konwekcja płaszcza Ziemi jest procesem chaotycznym (w sensie dynamiki płynów), który uważa się za integralną część ruchu płyt. Ruchu płyt nie należy mylić ze starszym terminem dryf kontynentalny, który dotyczy wyłącznie ruchu skorupowych części kontynentów. Ruchy litosfery i znajdującego się pod nią płaszcza są sprzężone, ponieważ zstępująca litosfera jest istotnym elementem konwekcji w płaszczu. Obserwowany dryf kontynentalny jest skomplikowanym związkiem między siłami powodującymi opadanie litosfery oceanicznej a ruchami w płaszczu Ziemi.

Chociaż istnieje tendencja do większej lepkości na większej głębokości, ta zależność jest daleka od liniowej i pokazuje warstwy o dramatycznie zmniejszonej lepkości, w szczególności w górnym płaszczu i na granicy z rdzeniem.14 Płaszcz w odległości około 200 km powyżej granicy rdzeń-płaszcz wydaje się mieć wyraźnie inne właściwości sejsmiczne niż płaszcz na nieco płytszych głębokościach; nazywa się ten niezwykły region płaszcza tuż nad rdzeniem RE" („D podwójna liczba pierwsza” lub „D pierwsza liczba”), nomenklatura wprowadzona ponad 50 lat temu przez geofizyka Keitha Bullena15. RE" może składać się z materiału z subdukowanych płyt, które opadły i zatrzymały się na granicy płaszcza-jądra i / lub z nowego mineralnego polimorfu odkrytego w perowskicie zwanym post-perowskitem.

Ze względu na stosunkowo niską lepkość w płaszczu górnym można było stwierdzić, że trzęsienia ziemi nie powinny występować poniżej głębokości około 300 km. Jednak w strefach subdukcji gradient geotermalny można obniżyć, gdy chłodny materiał z powierzchni tonie w dół, zwiększając wytrzymałość otaczającego płaszcza i umożliwiając trzęsienia ziemi do głębokości 400 km i 670 km.

Ciśnienie na dnie płaszcza wynosi ~ 136 GPa (1,4 miliona atm).5 Istnieje rosnąca presja, gdy człowiek przemieszcza się głębiej w płaszcz, ponieważ materiał pod nim musi wytrzymać ciężar całego materiału nad nim. Uważa się jednak, że cały płaszcz odkształca się jak płyn w długich skalach czasowych, a trwałe odkształcenie plastyczne jest kompensowane przez ruch wad punktowych, liniowych i / lub płaskich przez kryształy stałe tworzące płaszcz. Szacunki lepkości górnego płaszcza mieszczą się w zakresie od 1019 i 1024 Pa • s, w zależności od głębokości,14 temperatura, skład, stan stresu i wiele innych czynników. Zatem górny płaszcz może przepływać bardzo wolno. Jednak przyłożenie dużych sił do najwyższego płaszcza może się osłabić, a uważa się, że ten efekt jest ważny dla umożliwienia tworzenia granic płyt tektonicznych.

Badanie

Eksploracja płaszcza na ogół odbywa się na dnie morskim, a nie na lądzie, ze względu na względną cienkość skorupy oceanicznej w porównaniu do znacznie grubszej skorupy kontynentalnej.

Pierwsza próba eksploracji płaszcza, znana jako Projekt Mohole, została porzucona w 1966 r. Po powtarzających się niepowodzeniach i przekroczeniach kosztów. Najgłębsza penetracja wynosiła około 180 m (590 stóp). W 2005 r. Trzeci najgłębszy oceaniczny otwór wiertniczy osiągnął 1416 metrów (4644 stóp) poniżej dna morskiego od oceanicznego statku wiertniczego JOIDES Resolution.

5 marca 2007 r. Zespół naukowców na pokładzie RRS James Cook udał się w rejs do obszaru dna morskiego Atlantyku, gdzie płaszcz leży odsłonięty bez pokrycia skorupą, w połowie drogi między Wyspami Zielonego Przylądka a Morzem Karaibskim. Odsłonięte miejsce leży około trzech kilometrów pod powierzchnią oceanu i obejmuje tysiące kilometrów kwadratowych.1617

Stosunkowo trudna próba pobrania próbek z płaszcza Ziemi została zaplanowana na później w 2007 roku.18 W ramach misji Chikyu Hakken było użycie japońskiego statku „Chikyu” do wywiercenia do 7000 m (23 000 stóp) poniżej dna morskiego. Jest to prawie trzy razy głębsze niż wcześniejsze odwierty oceaniczne.

Niedawno przeanalizowano nowatorską metodę eksploracji najwyższych setek kilometrów Ziemi, składającą się z małej, gęstej, generującej ciepło sondy, która topi się w dół przez skorupę i płaszcz, podczas gdy jej położenie i postęp są śledzone przez sygnały akustyczne generowane w skały19 Sonda składa się z zewnętrznej kuli o średnicy ~ 1 m wolframu, wewnątrz której znajduje się radioaktywne źródło ciepła 60Co. Obliczono, że taka sonda dotrze do oceanicznego Moho za niecałe 6 miesięcy i osiągnie minimalne głębokości ponad 100 km w ciągu kilku dekad pod litosferą oceaniczną i kontynentalną.20

Zobacz też

Notatki

  1. ↑ Andrew Alden, 2007. Sześć rzeczy, które należy wiedzieć o Pancerzu Ziemi. About.com. Pobrano 15 listopada 2008 r.
  2. 2.0 2.1 Struktura Ziemi. Szkoła Moorland. Pobrano 15 listopada 2008 r.
  3. 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Andrew Alden, 2007. Today's Mantle: wycieczka z przewodnikiem. About.com. Pobrano 15 listopada 2008 r.
  4. ↑ Przekrój ziemi (zdjęcie). Pomyśl Quest. Pobrano 15 listopada 2008 r.
  5. 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 Roger George Burns, 1993. Mineralogiczne zastosowania teorii pola krystalicznego. (Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 0521430771), 354. Pobrano 15 listopada 2008 r.
  6. ↑ Istria w Internecie - Wybitni Istryjczycy - Andrija Mohorovicic. Istrianet.org. Pobrano 15 listopada 2008 r.
  7. ↑ Michael Carlowicz, 2005. Biografia Inge Lehmann. Amerykańska Unia Geofizyczna, Waszyngton, DC. Pobrano 15 listopada 2008 r.
  8. ↑ Struktura wewnętrzna Ziemi - rdzeń płaszcza skorupy. Geology.com. Pobrano 15 listopada 2008 r.
  9. ↑ Geologia: ziemia: struktura… Muzeum Australii. Pobrano 15 listopada 2008 r.
  10. ↑ I. Kantor, L. Dubrovinsky i C. McCammon. 2007. Indukowana ciśnieniem zwrotnica spinowa w ferroperiklazie: koncepcja alternatywna. Streszczenie badań geofizycznych 9: 06070. Pobrano 15 listopada 2008 r.
  11. ↑ Andrew Alden, The Big Squeeze: Into the Mantle. About.com. Pobrano 15 listopada 2008 r.
  12. ↑ Płaszcz. Everything2.com. Pobrano 15 listopada 2008 r.
  13. 13.0 13.1 13.2 J. Louie, 1996. Earth's Interior. University of Nevada, Reno. Pobrano 15 listopada 2008 r.
  14. 14.0 14.1 Lepkość płaszcza i grubość konwekcyjnych upadków. igw.uni-jena.de. Pobrano 15 listopada 2008 r.
  15. ↑ Andrew Alden, Koniec D-Double-Prime Time? About.com. Pobrano 15 listopada 2008 r.
  16. ↑ Ker Than, 2007. Naukowcy badają rany na dnie morza atlantyckiego. Msnbc.com. Pobrano 15 listopada 2008 r. „Zespół naukowców wyrusza w przyszły tydzień w podróż w celu zbadania„ otwartej rany ”na dnie morza atlantyckiego, gdzie głębokie wnętrze Ziemi jest odsłonięte bez pokrycia skorupy”.
  17. ↑ Brak skorupy ziemskiej w środkowym Atlantyku. Science Daily. Pobrano 15 listopada 2008. „Naukowcy z Cardiff University wkrótce wypłyną (5 marca), aby zbadać zaskakujące odkrycie w głębinach Atlantyku”.
  18. ↑ Japonia ma nadzieję przewidzieć „Wielkiego” podczas podróży do centrum Ziemi. PhysOrg.com. Odzyskano 15 listopada 2008 r. „Ambitny, prowadzony przez Japonię projekt kopania głębiej niż kiedykolwiek przedtem, będzie przełomem w wykrywaniu trzęsień ziemi, w tym budzącego grozę„ Wielkiego ”z Tokio - powiedział w czwartek urzędnik.
  19. ↑ M.I. Ojovan, F.G.F. Gibb, P.P. Poluektov i E.P. Emets 2005. Sondowanie wewnętrznych warstw Ziemi za pomocą samozapadających się kapsułek. Energia atomowa 99:556-562.
  20. ↑ M.I. Ojovan i F.G.F. Gibb. „Eksploracja skorupy ziemskiej i płaszcza za pomocą samo opadającego, ogrzewanego promieniowaniem, sond i monitorowania emisji akustycznej”. Rozdział 7, w Arnold P. Lattefer, 2008. Badania odpadów nuklearnych: lokalizacja, technologia i przetwarzanie. (Nowy Jork, NY: Nova Science Publishers. ISBN 9781604561845.)

Referencje

  • Burns, Roger George. 1993. Mineralogiczne zastosowania teorii pola krystalicznego. Cambridge, Wielka Brytania: Cambridge University Press. ISBN 0521430771.
  • Coltorti, M. i M. Gregoire. 2008. Metasomatizm w oceanicznej i kontynentalnej płaszczu litosferycznym. Londyn, Wielka Brytania: Geological Society Pub House. ISBN 1862392420
  • Condie, Kent C. 2001. Opończe i ich zapis w historii ziemi. Cambridge, Wielka Brytania: Cambridge University Press. ISBN 0521014727
  • Condie, Kent C. 2005. Ziemia jako ewoluujący układ planetarny. Amsterdam: Elsevier Academic Press. ISBN 978-0120883929
  • Ojovan, M.I. i F.G.F. Gibb. „Eksploracja skorupy ziemskiej i płaszcza za pomocą samo opadającego, ogrzewanego promieniowaniem, sond i monitorowania emisji akustycznej”. Rozdział 7, w Arnold P. Lattefer, 2008. Badania odpadów nuklearnych: lokalizacja, technologia i przetwarzanie. Nowy Jork, NY: Nova Science Publishers. ISBN 9781604561845.
  • Van der Pluijm, Ben A. i Stephen Marshak. 2004. Struktura Ziemi: Wprowadzenie do geologii strukturalnej i tektoniki, 2nd ed. Nowy Jork: W.W. Norton. ISBN 039392467X
  • Vogt, Gregory. 2007. Earth's Core and Mantle: Heavy Metal, Moving Rock. Minneapolis, MN: Twenty-First Century Books. ISBN 978-0761328377

Pin
Send
Share
Send