ساختار داخلی زمین (Internal structure of Earth)

درک علمی مشتق‌شده از منابع مختلف تجربی و معماری داخلی زمین، شامل معماری تجربی و داخلی زمین است. مشاهدات عمق سنجی، رخنمون‌های زمین‌شناسی، نمونه‌های سنگی عمیق که توسط فرآیندهای آتشفشانی به سطح منتقل می‌شوند، تجزیه و تحلیل انتشار امواج لرزه‌ای در سیاره، اندازه‌گیری میدان‌های گرانشی و مغناطیسی زمین، و آزمایش‌های آزمایشگاهی روی جامدات کریستالی در شرایطی شبیه به اعماق داخلی.

ویژگی های جهانی

توجه: مدل کندریت (1) سیلیکون (Si) را به عنوان عنصر سبک موجود در هسته فرض می کند. مدل کندریت (2) ترکیب شیمیایی گوشته را توصیف می کند که با مدل هسته ارائه شده در مدل کندریت (1) مطابقت دارد.

جرم زمین را می توان با اندازه گیری نیروی گرانشی اعمال شده توسط آن یا اخترشناسان در تجزیه و تحلیل مکانیک مداری ماهواره ها دقیقاً تعیین کرد. چگالی متوسط ​​این سیاره از طریق آزمایش های گرانشی، که از لحاظ تاریخی از آونگ ها استفاده می کنند، قابل تشخیص است. جرم تقریبی زمین 6×10²⁴ کیلوگرم، با چگالی متوسط 5.515 g/cm§1112§ است.

Layer =

ساختار درونی زمین را می توان از طریق دو طرح طبقه بندی اولیه مشخص کرد: خواص مکانیکی، به ویژه رئولوژی، یا ترکیب شیمیایی. از نظر مکانیکی، این سیاره به لیتوسفر، استنوسفر، گوشته مزوسفری، هسته بیرونی و هسته داخلی تقسیم می شود. از نظر شیمیایی، زمین شامل پوسته، گوشته بالایی، گوشته پایینی، هسته بیرونی و هسته داخلی است. این لایه های زمین شناسی با افزایش عمق از سطح به ترتیب مرتب شده اند.

پوسته و لیتوسفر

خارجی ترین لایه زمین، پوسته، از 5 تا 70 کیلومتر (3.1 تا 43.5 مایل) عمق دارد. پوسته اقیانوسی نازک تر، حوضه های اقیانوسی زیرین (5 تا 10 کیلومتر)، با ترکیب مافیک آن، متشکل از مواد معدنی سیلیکات آهن-منیزیم متراکم یا سنگ های آذرین مشخص می شود. برعکس، پوسته قاره ای ضخیم تر، چگالی کمتری دارد و غنی از فلسیک است و از سنگ های آذرین فراوان در عناصر تشکیل دهنده فلدسپات و کوارتز تشکیل شده است. سنگ های پوسته به طور گسترده به سیال (سیلیکات آلومینیوم) و سیما (سیلیکات منیزیم) طبقه بندی می شوند. تخمین زده می شود سیما تقریباً 11 کیلومتر زیر ناپیوستگی کنراد شروع شود. با این حال، این ناپیوستگی همیشه به وضوح مشخص نیست و ممکن است در برخی مناطق قاره ای وجود نداشته باشد.

لیتوسفر زمین هم پوسته و هم بالاترین بخش گوشته را در بر می گیرد. مرز بین پوسته و گوشته توسط دو پدیده فیزیکی متمایز آشکار می شود. اولاً، ناپیوستگی Mohorovičić (Moho) نشان دهنده یک تغییر شدید در سرعت موج لرزه ای است که به تغییر در تراکم سنگ نسبت داده می شود. در بالای موهو، سرعت‌های موج لرزه‌ای اولیه (موج P) با سرعت‌های مشاهده‌شده در بازالت (6.7-7.2 کیلومتر بر ثانیه) همسو هستند، در حالی که در زیر آن، سرعت‌ها با سرعت‌های پریدوتیت یا دونیت (7.6-8.6 کیلومتر بر ثانیه) قابل مقایسه است. ثانیا، در پوسته اقیانوسی، یک ناپیوستگی شیمیایی بین تجمعات اولترامافیک و هارزبورگیت های تکتونیزه شده وجود دارد. این امر با مشاهدات بخش‌های پوسته اقیانوسی عمیقی که بر روی پوسته قاره‌ای رها شده و به‌عنوان توالی افیولیتی حفظ شده‌اند، اثبات شده است.

در حالی که بخش قابل‌توجهی از سنگ‌های پوسته زمین در 100 میلیون سال گذشته منشأ گرفته‌اند، کشف دانه‌های معدنی نشان می‌دهد که حداقل به مدت 4.4 میلیارد سال از پوسته جامد بر روی زمین وجود داشته است. مدت زمان.

گوشته

گوشته زمین که تا عمق 2890 کیلومتری (1800 مایل) امتداد دارد، اساسی‌ترین لایه سیاره را تشکیل می‌دهد که تقریباً 45 درصد از شعاع کل زمین (6371 کیلومتر یا 3959 مایل) را تشکیل می‌دهد و 83.7 درصد از حجم پوسته آن را تشکیل می‌دهد که به طور قابل‌توجهی بیشتر از 6 درصد حجم آن است. از نظر ساختاری، گوشته به بخش بالایی و پایینی مشخص شده است که توسط یک منطقه انتقال مشخص مشخص شده است. لایه D″ (D-double-prime) عمیق‌ترین ناحیه گوشته را مشخص می‌کند که بلافاصله در مجاورت مرز هسته و گوشته قرار دارد. در پایه خود، گوشته فشاری تقریباً 140 GPa (1.4 Matm) را تجربه می کند. ترکیب آن عمدتاً از سنگ‌های سیلیکات تشکیل شده است که غلظت آهن و منیزیم بالاتری نسبت به پوسته پوشاننده دارند. علیرغم حالت جامد، ماده سیلیکات به شدت داغ گوشته دارای خواص رئولوژیکی است که به آن اجازه می دهد در مقیاس های زمانی زمین شناسی جریان یابد. همرفت گوشته مکانیسم اساسی است که حرکت صفحات تکتونیکی را در پوسته زمین هدایت می کند. این فرآیند همرفتی توسط گرمای تولید شده از فروپاشی ایزوتوپ‌های رادیواکتیو موجود در پوسته و گوشته، تکمیل شده با گرمای اولیه باقی‌مانده از برافزایش سیاره، که از انرژی پتانسیل آزاد شده در طی فروپاشی گرانشی و انرژی جنبشی ماده برافزایش‌کننده منشأ می‌گیرد، تکمیل می‌شود. مناطق، اگرچه تغییرات شیمیایی ذاتی نیز ممکن است نقش مهمی ایفا کند. ویسکوزیته گوشته محدوده قابل توجهی را شامل می شود، از 10²¹ تا 10²⁴ پاسکال-ثانیه، که افزایش متناسب با عمق را نشان می دهد. برای زمینه، آب در دمای 300 K (27 درجه سانتیگراد؛ 80 درجه فارنهایت) دارای ویسکوزیته 0.89 میلی پاسکال ثانیه است، در حالی که گام تقریباً (0.5 ± 2.3) × 10⁸ پاسکال ثانیه است.

هسته

هسته بیرونی زمین یک لایه سیال به ضخامت تقریبی 2260 کیلومتر (1400 مایل) است که حدود 36٪ شعاع زمین و 15.6٪ از حجم کل آن را تشکیل می دهد. این لایه که عمدتاً از آهن و نیکل تشکیل شده است، بین هسته داخلی جامد و گوشته پوشاننده قرار دارد. مرز بالایی آن در 2890 کیلومتری (1800 مایل) زیر سطح زمین قرار دارد. رابط بین هسته داخلی و خارجی در عمق تقریبی 5150 کیلومتر (3200 مایل) زیر سطح رخ می دهد. هسته داخلی زمین نمایانگر داخلی ترین لایه زمین شناسی سیاره است. این لایه عمدتاً یک کره جامد با شعاع تقریباً 1220 کیلومتری (760 مایل) است که برابر با حدود 19٪ شعاع زمین و 0.7٪ حجم آن یا 70٪ شعاع ماه است.

در سال 1936 توسط Inge Lehmann, inge Lehmannly, inge Lehmann, indominorantlycom کشف شد. نسبت نیکل ظرفیت آن برای انتقال امواج برشی (امواج لرزه ای عرضی) شواهد قانع کننده ای برای حالت جامد آن فراهم می کند. با این حال، یافته‌های تجربی گاهی اوقات از مدل‌های کریستالی رایج هسته فاصله می‌گیرد. بررسی‌های تجربی بیشتر اختلافات را در شرایط فشار شدید نشان می‌دهد: مطالعات سندان الماس استاتیک، که در فشار هسته انجام شده‌اند، دمای ذوب را تقریباً 2000 کلوین پایین‌تر از دمای حاصل از مطالعات لیزر شوک دینامیکی نشان می‌دهند. آزمایش‌های مبتنی بر لیزر پلاسما را تولید می‌کنند، که نشان می‌دهد که تعریف دقیق شرایط هسته داخلی مستلزم تعیین اینکه آیا به عنوان یک جامد وجود دارد یا به عنوان پلاسمای دارای چگالی جامد مانند وجود دارد. این یک زمینه فعال تحقیقات علمی است.

در طول مراحل اولیه شکل‌گیری زمین، تقریباً 4.6 میلیارد سال پیش، ذوب گسترده فرآیندی به نام تمایز سیاره‌ای را تسهیل کرد که در آن مواد چگال‌تر به سمت مرکز سیاره جذب شدند، در حالی که مواد کم‌چگال برای تشکیل پوسته بالا رفتند. در نتیجه، هسته عمدتاً از آهن (تقریباً 80٪) تشکیل شده است که با نیکل و عناصر سبک مختلف همراه است. عناصر متراکم دیگر، مانند سرب و اورانیوم، یا آنقدر کمیاب هستند که نمی‌توانند اجزای اساسی باشند یا ترجیحاً با عناصر سبک‌تر پیوند می‌خورند و در نتیجه در پوسته باقی می‌مانند. یک فرضیه بیان می کند که هسته داخلی ممکن است به صورت یک کریستال آهنی منفرد وجود داشته باشد.

در یک آزمایش آزمایشگاهی، نمونه‌ای از آلیاژ آهن نیکل با فشرده شدن در سلول سندان الماس تحت فشارهایی مشابه فشارهای موجود در هسته زمین قرار گرفت و سپس با حرارت دادن به حدود 4000 K. محور شمال-جنوب.

ترکیب زمین شباهت زیادی به شهاب‌سنگ‌های کندریتی خاص و حتی اجزای عنصری خاصی که در لایه‌های بیرونی خورشید یافت می‌شود، دارد. از دهه 1940 به بعد، ژئوفیزیکدانان، به ویژه فرانسیس برچ، مدل های ژئوفیزیکی را بر اساس این فرض که ترکیب زمین منعکس کننده ترکیب کندریت های معمولی است، که اغلب مشاهده شده ترین شهاب سنگ هایی هستند که به زمین برخورد می کنند، توسعه دادند. با این حال، این دیدگاه غالب، کندریت های انستاتیت کمتر رایج را نادیده می گیرد. این شهاب‌سنگ‌ها در محیط‌هایی با دسترسی اکسیژن بسیار محدود به وجود آمده‌اند و در نتیجه برخی از عناصر معمولاً اکسی‌فیل، به طور جزئی یا کامل، در اجزای آلیاژی مشابه هسته زمین وجود دارند.

تئوری دینامو بیان می‌کند که میدان مغناطیسی زمین از همرفت در هسته بیرونی، همراه با اثر کوریولیس منشأ می‌گیرد. در حالی که دمای هسته داخلی جامد، بیش از دمای کوری آن، از حفظ یک میدان مغناطیسی دائمی جلوگیری می کند، فرض بر این است که به تثبیت میدان مغناطیسی تولید شده توسط هسته خارجی مایع کمک می کند. میدان مغناطیسی درون هسته بیرونی زمین به طور متوسط ​​2.5 میلی‌لیسا (25 گاوس) تخمین زده می‌شود که قدرتی پنجاه برابر بیشتر از آنچه در سطح سیاره مشاهده می‌شود.

میدان مغناطیسی که توسط جریان درون هسته ایجاد می‌شود، برای محافظت از حیات در برابر تشعشعات بین سیاره‌ای و برای جلوگیری از دور شدن اتمسفر با باد بسیار مهم است. اگرچه سرعت دقیق سرد شدن از طریق هدایت و همرفت نامشخص است، یک پیش بینی نشان می دهد که پیش بینی نمی شود که هسته برای تقریباً 91 میلیارد سال جامد شود. این بازه زمانی به طور قابل توجهی فراتر از طول عمر مورد انتظار خورشید است، که پیش بینی می شود منبسط شود، سطح سیاره را عقیم کند و در نهایت وجود نداشته باشد.

لرزه شناسی

لایه‌بندی داخلی زمین به‌طور غیرمستقیم از طریق تجزیه و تحلیل زمان‌های سفر امواج لرزه‌ای شکسته و منعکس شده ناشی از زلزله استنتاج شده است. قابل توجه است که هسته مانع از انتقال امواج برشی می شود و سرعت لرزه ای به طور مشخص در لایه های مختلف متفاوت است. تغییرات در سرعت لرزه ای بین این لایه ها باعث ایجاد شکست، مطابق با قانون اسنل، مشابه خم شدن نور هنگام عبور از یک منشور می شود. به طور مشابه، انعکاس‌ها به دلیل افزایش قابل توجه سرعت لرزه‌ای رخ می‌دهند، شبیه به نوری که از یک آینه بازتاب می‌شود.

زمین توخالی

• زمین توخالی
• تاریخ زمین شناسی زمین
• استانهای بزرگ با سرعت کم برشی
• ناپیوستگی Lehmann
• مدل بارانی
• توموگرافی لرزه ای: روشی برای تصویربرداری از زیرسطح زمین از طریق تجزیه و تحلیل امواج لرزه ای.
• به مرکز زمین سفر کنید
• زمین جامد

مراجع

• رسانه‌های مربوط به ساختار زمین در ویکی‌مدیا کامانز