Dünyanın iç yapısı, gezegenin katı ve sıvı bileşenleri içindeki kimyasal ve fiziksel özelliklerin mekansal dağılımını ifade eder. Bu yapı öncelikle bir dizi farklı katmanla karakterize edilir: bir dış silikat kabuk, mekanik olarak esnek bir astenosfer, katı bir manto, akışı yoluyla Dünya'nın manyetik alanını oluşturmaktan sorumlu sıvı bir dış çekirdek ve katı bir iç çekirdek.
Dünya'nın iç mimarisinin bilimsel olarak anlaşılması, topografik ve batimetrik gözlemler, jeolojik yüzeylenmeler, volkanik süreçlerle yüzeye taşınan derin kaya örnekleri, gezegen boyunca sismik dalga yayılımı, Dünya'nın yerçekimi ve manyetik alanlarının ölçümleri ve derin iç kısmı taklit eden koşullar altında kristal katılar üzerinde laboratuvar deneyleri.
Genel Özellikler
Not: Kondrit modeli (1), silikonun (Si) çekirdekte bulunan hafif element olduğunu varsayar. Kondrit modeli (2), kondrit modelinde (1) sunulan çekirdek modelle tutarlı olan mantonun kimyasal bileşimini tanımlar.
Dünya'nın kütlesi, uyguladığı yerçekimi kuvveti ölçülerek veya uyduların yörünge mekaniğini analiz eden gökbilimciler tarafından kesin olarak belirlenebilir. Gezegenin ortalama yoğunluğu, tarihsel olarak sarkaçların kullanıldığı gravimetrik deneylerle belirlenebilir. Dünyanın yaklaşık kütlesi 6×1024 kg olup ortalama yoğunluğu 5,515 g/cm§1112§'dir.
Tabakalaşma
Dünyanın iç yapısı iki temel sınıflandırma şemasıyla tanımlanabilir: mekanik özellikler, özellikle reoloji veya kimyasal bileşim. Mekanik olarak gezegen litosfer, astenosfer, mezosferik manto, dış çekirdek ve iç çekirdeğe bölünmüştür. Kimyasal olarak Dünya; kabuk, üst manto, alt manto, dış çekirdek ve iç çekirdekten oluşur. Bu jeolojik katmanlar yüzeyden itibaren artan derinlikle sıralı olarak düzenlenmiştir.
Kabuk ve Litosfer
Dünyanın en dış katmanı olan kabuğun derinliği 5 ila 70 kilometre (3,1–43,5 mil) arasında değişir. Okyanus havzalarının (5-10 km) altındaki daha ince okyanus kabuğu, yoğun demir-magnezyum silikat mineralleri veya magmatik kayalardan oluşan mafik bileşimi ile karakterize edilir. Tersine, daha kalın olan kıtasal kabuk daha az yoğun ve felsik açıdan zengin olup, feldispat ve kuvars oluşturan elementler açısından bol miktarda magmatik kayalardan oluşur. Kabuk kayaları genel olarak sial (alüminyum silikat) ve sima (magnezyum silikat) olarak sınıflandırılır. Sima'nın Conrad süreksizliğinin yaklaşık 11 km altından başlayacağı tahmin ediliyor; ancak bu süreksizlik her zaman net bir şekilde tanımlanmamıştır ve bazı kıtasal bölgelerde bulunmayabilir.
Dünya'nın litosferi, mantonun hem kabuğunu hem de en üst kısmını kapsar. Kabuk ve manto arasındaki sınır iki farklı fiziksel olayla kendini gösterir. İlk olarak, Mohorovičić süreksizliği (Moho), kaya yoğunluğundaki bir değişikliğe atfedilebilen sismik dalga hızında keskin bir değişikliği temsil eder. Moho'nun üzerinde, birincil sismik dalga (P-dalgası) hızları bazaltta gözlemlenen hızlarla (6,7-7,2 km/s) aynı hizadayken, onun altında hızlar peridotit veya dünitteki (7,6-8,6 km/s) hızlarla karşılaştırılabilir. İkincisi, okyanus kabuğunda ultramafik kümülatlar ile tektonize harzburgitler arasında kimyasal bir süreksizlik bulunmaktadır. Bu, kıtasal kabuk üzerine bindirilen ve ofiyolit dizileri olarak korunan derin okyanusal kabuk bölümlerinin gözlemleriyle kanıtlanmıştır.
Dünya'nın kabuksal kayalarının önemli bir kısmı son 100 milyon yıl içinde oluşmuş olsa da, yaklaşık 4,4 milyar yıl öncesine dayanan mineral tanelerinin keşfi, Dünya'da en azından bu süre boyunca katı bir kabuğun varlığını göstermektedir.
Manto
Dünya'nın 2.890 kilometre (1.800 mil) derinliğe kadar uzanan mantosu, gezegenin en önemli katmanını oluşturur; Dünya'nın toplam yarıçapının (6.371 km veya 3.959 mil) yaklaşık %45'ini temsil eder ve hacminin %83,7'sini oluşturur; bu da kabuğun %0,6'sından önemli ölçüde fazladır. Yapısal olarak manto, farklı bir geçiş bölgesiyle sınırlandırılan üst ve alt bölümlere ayrılmıştır. D″ (D-çift-asal) katman, mantonun en derin bölgesini, çekirdek-manto sınırına hemen bitişik olarak belirtir. Manto, tabanında yaklaşık 140 GPa (1,4 Matm) basınçla karşılaşır. Bileşimi öncelikle, üstteki kabuğa kıyasla daha yüksek konsantrasyonlarda demir ve magnezyum sergileyen silikat kayalarından oluşur. Katı durumuna rağmen, mantonun yoğun sıcak silikat malzemesi, jeolojik zaman çizelgeleri üzerinde akmasına izin veren reolojik özellikler sergiliyor. Manto taşınımı, yer kabuğundaki tektonik plakaların hareketini yönlendiren temel mekanizmadır. Bu konvektif süreç, hem kabukta hem de mantoda bulunan radyoaktif izotopların bozunmasından üretilen ısıyla beslenir ve buna gezegenin birikmesinden kaynaklanan, yerçekimi çökmesi sırasında salınan potansiyel enerjiden ve biriken maddenin kinetik enerjisinden kaynaklanan artık ilkel ısı ile desteklenir.
Mantonun daha derinlerinde artan basınç, alt bölgelerinin akışını engeller, ancak içsel kimyasal değişiklikler de önemli bir rol oynayabilir. Mantonun viskozitesi 1021 ila 1024 paskal saniye arasında önemli bir aralığa yayılıyor ve derinlikle orantılı bir artış sergiliyor. Bağlam açısından bakıldığında, 300 K'deki (27 °C; 80 °F) suyun viskozitesi 0,89 milipaskal saniyedir, zift ise yaklaşık olarak (2,3 ± 0,5) × 108 paskal saniyedir.
Çekirdek
Dünyanın dış çekirdeği, yaklaşık 2.260 kilometre (1.400 mil) kalınlığında, Dünya yarıçapının yaklaşık %36'sını ve toplam hacminin %15,6'sını oluşturan sıvı bir katmandır. Esas olarak demir ve nikelden oluşan bu katman, katı iç çekirdek ile üstteki manto arasında yer alır. Üst sınırı Dünya yüzeyinin 2.890 kilometre (1.800 mil) altındadır. İç ve dış çekirdek arasındaki arayüz, yüzeyin altında yaklaşık 5.150 kilometre (3.200 mil) derinlikte meydana gelir. Dünyanın iç çekirdeği, gezegenin en içteki jeolojik katmanını temsil eder. Bu katman ağırlıklı olarak yaklaşık 1.220 kilometre (760 mil) yarıçapa sahip katı bir küredir; bu, Dünya'nın yarıçapının yaklaşık %19'una ve hacminin %0,7'sine veya Ay'ın yarıçapının %70'ine karşılık gelir.
1936'da Inge Lehmann tarafından keşfedilen iç çekirdek, ağırlıklı olarak demirden ve az miktarda nikelden oluşur. Kayma dalgalarını (enine sismik dalgalar) iletme kapasitesi, katı durumu için ikna edici kanıtlar sağlar. Ancak deneysel bulgular zaman zaman çekirdeğin hakim kristal modellerinden farklılaşmıştır. Daha ileri deneysel araştırmalar, aşırı basınç koşulları altında tutarsızlıkları ortaya koymaktadır: çekirdek basınçlarında yürütülen statik elmas örs çalışmaları, dinamik şok lazer çalışmalarından elde edilenlerden yaklaşık 2000 K daha düşük erime sıcaklıklarına işaret etmektedir. Lazer bazlı deneyler plazma üretiyor; bu da iç çekirdek koşullarının doğru bir şekilde tanımlanmasının, bunun bir katı olarak mı yoksa katı benzeri yoğunluk sergileyen bir plazma olarak mı var olduğunun belirlenmesini gerektirdiğini öne sürüyor. Bu, bilimsel araştırmaların aktif bir alanı olmaya devam ediyor.
Yaklaşık 4,6 milyar yıl önce, Dünya'nın oluşumunun ilk aşamalarında, yoğun erime, gezegensel farklılaşma olarak bilinen bir süreci kolaylaştırdı; burada daha yoğun maddeler gezegenin merkezine doğru çekilirken, daha az yoğun maddeler kabuğu oluşturmak üzere yükseliyordu. Sonuç olarak, çekirdeğin esas olarak demirden (yaklaşık %80) oluştuğu, buna nikel ve çeşitli hafif elementlerin eşlik ettiği varsayılmaktadır. Kurşun ve uranyum gibi diğer yoğun elementler ya önemli bileşenler olamayacak kadar azdır ya da tercihen daha hafif elementlerle bağlanarak kabuk içinde kalır. Bir hipotez, iç çekirdeğin tekil bir demir kristali olarak var olabileceğini öne sürüyor.
Bir laboratuvar deneyinde, bir demir-nikel alaşımı numunesi, bir elmas örs hücresinde sıkıştırılarak ve ardından yaklaşık 4000 K'ye kadar ısıtılarak Dünya'nın çekirdeğinde bulunanlara benzer basınçlara maruz bırakıldı. Numunenin daha sonra yapılan X-ışını gözlemi, Dünya'nın iç çekirdeğinin kuzey-güney ekseni boyunca yönlendirilmiş devasa kristallerden oluştuğu teorisine güçlü bir destek sağladı.
Dünya'nın bileşimi, belirli kondrit meteoritlerle ve hatta Güneş'in dış katmanlarında bulunan belirli element bileşenleriyle önemli benzerlikler göstermektedir. 1940'lardan itibaren jeofizikçiler, özellikle de Francis Birch, Dünya'nın bileşiminin, Dünya'ya çarpan en sık gözlenen meteorlar olan sıradan kondritlerin kompozisyonunu yansıttığı varsayımına dayanan jeofizik modeller geliştirdiler. Ancak bu hakim görüş, daha az yaygın olan enstatit kondritleri gözden kaçırmaktadır. Bu meteorlar, oksijen mevcudiyetinin son derece kısıtlı olduğu ortamlarda ortaya çıktı ve bu durum, Dünya'nın çekirdeğine benzer alaşım bileşeni içinde bazı tipik oksifil elementlerin kısmen veya tamamen mevcut olmasına neden oldu.
Dinamo teorisi, Dünya'nın manyetik alanının, Coriolis etkisi ile birlikte dış çekirdekteki konveksiyondan kaynaklandığını öne sürüyor. Katı iç çekirdeğin Curie sıcaklığını aşan sıcaklığı, kalıcı bir manyetik alanın korunmasını engellerken, sıvı dış çekirdek tarafından üretilen manyetik alanın stabilizasyonuna katkıda bulunduğu varsayılmaktadır. Dünyanın dış çekirdeğindeki manyetik alanın ortalama 2,5 militesla (25 gauss) olduğu tahmin ediliyor; bu, gezegenin yüzeyinde gözlemlenenden elli kat daha büyük bir kuvvettir.
Çekirdek içindeki akış tarafından oluşturulan manyetik alan, yaşamı gezegenler arası radyasyondan korumak ve Dünya atmosferinin güneş rüzgarları tarafından soyulmasını önlemek için çok önemlidir. İletim ve konveksiyon yoluyla soğumanın kesin hızı belirsiz kalsa da, bir tahmin, çekirdeğin yaklaşık 91 milyar yıl boyunca katılaşmasının beklenmediğini öne sürüyor. Bu zaman dilimi, Güneş'in genişleyeceği, gezegenin yüzeyini kısırlaştıracağı ve sonunda varlığının sona ereceği tahmin edilen beklenen ömrünün önemli ölçüde ötesine uzanıyor.
Sismoloji
Depremlerin oluşturduğu kırılan ve yansıyan sismik dalgaların seyahat sürelerinin analizi yoluyla, Dünya'nın iç katmanlaması dolaylı olarak çıkarılmıştır. Özellikle çekirdek, kesme dalgalarının iletimini engeller ve sismik hız, farklı katmanlar arasında belirgin şekilde değişir. Bu katmanlar arasındaki sismik hızdaki değişiklikler, Snell yasasına uygun olarak, ışığın prizmadan geçerken bükülmesine benzer şekilde kırılmaya neden olur. Benzer şekilde, aynadan yansıyan ışığa benzer şekilde, sismik hızdaki önemli artışlar nedeniyle yansımalar meydana gelir.
İçi Boş Dünya
- Boş Dünya
- Dünya'nın jeolojik tarihi
- Düşük kayma hızına sahip büyük bölgeler
- Lehmann süreksizliği
- Yağmur boşaltma modeli
- Sismik tomografi: Sismik dalgaların analizi yoluyla Dünya'nın yüzeyini görüntülemeye yönelik bir metodoloji.
- Dünyanın merkezine seyahat edin
- Katı dünya
Referanslar
- Wikimedia Commons'ta Dünyanın Yapısı ile ilgili medya