Dünya'nın yapısı

Dünya'nın iç yapısı: bir dış silikat katı kabuk, oldukça viskoz bir astenosfer ve manto, mantodan çok daha az viskoz olan sıvı bir dış çekirdek ve katı bir iç çekirdek olmak üzere küresel kabuklarda katmanlıdır. Dünya'nın iç yapısının bilimsel olarak anlaşılması, topografya ve batimetri gözlemlerine, dışa doğru kaya gözlemlerine, volkanlar veya volkanik aktiviteyle yüzeye getirilen örneklere, Dünya'dan geçen sismik dalgaların analizine, Dünya'nın yerçekimi ve manyetik alanlarına, Dünya'nın derin iç kısmının karakteristiği basınç ve sıcaklıklardaki kristal katılarla deneyler.

Dünya'nın yerçekimi tarafından uygulanan kuvvet kütlesini hesaplamak için kullanılabilir. Gökbilimciler, yörüngedeki uyduların hareketini gözlemleyerek Dünya'nın kütlesini de hesaplayabilirler. Dünya'nın ortalama yoğunluğu, tarihsel olarak sarkaçları içeren gravimetrik deneylerle belirlenebilir.^[1]

Dünya'nın yapısı iki şekilde tanımlanabilir:^[2] reoloji gibi mekanik özelliklerle veya kimyasal olarak. Mekanik olarak litosfer, astenosfer, mezosferik manto, dış çekirdek ve iç çekirdeğe ayrılabilir. Kimyasal olarak, Dünya kabuk, üst manto, alt manto, dış çekirdek ve iç çekirdeğe ayrılabilir. Dünya'nın jeolojik bileşen katmanları yüzeyin aşağıdaki derinliklerinde bulunur:^[3]

Dünya'nın katmanlanması dolaylı olarak depremlerin yarattığı kırılmış ve yansıtılmış sismik dalgaların yolculuk süresi kullanılarak çıkarılmıştır. Çekirdek, kesme

dalgalarının içinden geçmesine izin vermezken, seyahat hızı (sismik hız) diğer katmanlarda farklıdır. Farklı katmanlar arasındaki sismik hızdaki değişiklikler Snell yasası nedeniyle bir prizmadan geçerken hafif bükülme gibi kırılmaya neden olur. Benzer şekilde, yansımalara sismik hızda büyük bir artış neden olur ve bir aynadan yansıyan ışığa benzer.

Yerkabuğunun derinliği 5-70 kilometre (3.1-43.5 mi)^[4] arasındadır ve en dıştaki tabakadır.^[5] İnce kısımlar, okyanus havzalarının (5–10 km) altında yatan ve bazalt gibi yoğun (mafik) demir magnezyum silikat magmatik kayalardan oluşan okyanus kabuğudur. Daha kalın kabuk, daha az yoğun olan ve granit gibi (felsik) sodyum potasyum alüminyum silikat kayalarından oluşan kıtasal kabuktur. Kabuğun kayaları iki ana kategoriye ayrılır - sial ve sima (Suess, 1831-1914). Sima'nın Conrad süreksizliğinin (ikinci dereceden süreksizlik) yaklaşık 11 km altında başladığı tahmin edilmektedir. Kabuk ile birlikte en üstteki manto litosferi oluşturur. Kabuk-manto sınırı, fiziksel olarak farklı iki olay olarak ortaya çıkar. Birincisi, en yaygın olarak Mohorovičić süreksizliği veya Moho olarak bilinen sismik hızda bir süreksizlik vardır. Moho'nun nedeninin, plajiyoklaz feldspat (yukarıda) içeren kayalardan feldspat içermeyen kayalara (aşağıda) kaya bileşiminde bir değişiklik olduğu düşünülmektedir. İkincisi, okyanus kabuğunda, kıtasal kabuğa konulmuş ve ofiyolit dizileri olarak korunmuş, ultrasifik kümülatlar ile tektonize harzburgitler arasında kimyasal bir süreksizlik vardır.

Şu anda Dünya'nın kabuğunu oluşturan birçok kaya 100 yıl (1 × 108) yıl önce oluştu; bununla birlikte, bilinen en eski mineral taneleri yaklaşık 4.4 milyar (4.4 × 109) yaşında olup, Dünya'nın en az 4.4 milyar yıldır sağlam bir kabuğa sahip olduğunu göstermektedir.^[6]

Dünya'nın mantosu 2.890 km derinliğe kadar uzanır ve onu dünyanın en kalın tabakası yapar.^[7] Manto, geçiş bölgesi ile ayrılan üst ve alt mantoya bölünmüştür.^[8] Mantonun çekirdek-manto sınırının yanındaki en alt kısmı, D (belirgin dee-double-prime) katmanı olarak bilinir. Mantonun altındaki basınç ≈140 GPa'dır (1,4 Matm). Manto, üstteki kabuğa göre demir ve magnezyum açısından zengin silikat kayalarından oluşur.^[9] Katı olmasına rağmen, manto içindeki yüksek sıcaklıklar silikat malzemenin çok uzun zaman aralıklarında akabileceği kadar yumuşak olmasına neden olur.^[10] Mantonun konveksiyonu, yüzeyde tektonik plakaların hareketleri ile ifade edilir. Mantoya daha derine inerken yoğun ve artan basınç olduğundan, mantonun alt kısmı üst mantodan daha az akar (mantodaki kimyasal değişiklikler de önemli olabilir). Mantonun viskozitesi, derinliğe bağlı olarak 1021 ila 1024 Pa · s arasında değişmektedir.^[11] Buna karşılık, suyun viskozitesi yaklaşık 10−3 Pa · s ve ziftin viskozitesi 107 Pa · s'dir. Plaka tektoniğini yönlendiren ısı kaynağı, gezegenin oluşumundan kalan ilkel ısı ve ayrıca Dünya'nın kabuğundaki ve mantosundaki uranyum, toryum ve potasyumun radyoaktif bozunmasıdır.

Dünya'nın ortalama yoğunluğu 5.515 g / cm3'tür.^[12] Yüzey malzemesinin ortalama yoğunluğu sadece 3.0 g / cm3 olduğu için, Dünya'nın çekirdeğinde daha yoğun malzemelerin bulunduğu sonucuna varmalıyız. Bu sonuç, 1770'lerde yapılan Schiehallion deneyinden beri bilinmektedir. Charles Hutton, 1778 raporunda, Dünya'nın ortalama yoğunluğunun, iç kayaya göre {\ displaystyle {\ tfrac {9} {5}}} {\ tfrac {9} {5}} olması gerektiği sonucuna vardı. Dünya'nın metalik olması gerekir. Hutton bu metalik kısmın Dünya çapının yaklaşık% 65'ini işgal ettiğini tahmin ediyordu.^[13] Hutton'un Dünya'nın ortalama yoğunluğuna ilişkin tahmini, 4.5 g / cm3'te hala yaklaşık% 20 çok düşüktü. Henry Cavendish, 1798 burulma dengesi deneyinde, modern değerin% 1'i içinde 5.45 g / cm3 değerinde bir değer buldu.^[14] Sismik ölçümler, çekirdeğin iki parçaya ayrıldığını, yarıçapı ≈1,220 km^[15] ve bunun ötesinde,43,400 km'lik bir yarıçapa uzanan sıvı bir dış çekirdek olduğunu göstermektedir. Yoğunluklar dış çekirdekte 9.900-12.200 kg / m3 ve iç çekirdekte 12.600-13.000 kg / m3 arasındadır.^[16]

İç çekirdek 1936'da Inge Lehmann tarafından keşfedildi ve genellikle esas olarak demir ve bir miktar nikelden oluştuğuna inanılıyor. Bu katman, kesme dalgalarını (enine sismik dalgalar) iletebildiğinden, katı olmalıdır. Deneysel kanıtlar bazen çekirdeğin kristal modellerini eleştirdi.^[17] Diğer deneysel çalışmalar yüksek basınç altında tutarsızlık göstermektedir: çekirdek basınçlardaki elmas örs (statik) çalışmaları şok lazer (dinamik) çalışmalarından yaklaşık 2000 K daha düşük erime sıcaklıkları vermektedir.^[18][19] Lazer çalışmaları plazma yaratır^[19] ve sonuçlar, iç çekirdek koşullarının sınırlandırılmasının, iç çekirdeğin katı mı yoksa katı yoğunluğuna sahip bir plazma mı olduğuna bağlı olacağını düşündürmektedir. Bu aktif bir araştırma alanıdır.

Yaklaşık 4.6 milyar yıl önce Dünya'nın oluşumunun ilk aşamalarında erime, yoğun maddelerin gezegensel farklılaşma (bkz. Demir felaketi) adı verilen bir süreçte merkeze doğru batmasına neden olurken, daha az yoğun malzemeler kabuğa göç ederdi. Bu nedenle çekirdeğin büyük ölçüde demirden (% 80), nikel ve bir veya daha fazla ışık elementinden oluştuğuna inanılırken, kurşun ve uranyum gibi diğer yoğun elementler önemli olmak için çok nadirdir veya daha hafif olana bağlanma eğilimindedir böylece kabukta kalır (felsik maddelere bakınız). Bazıları iç çekirdeğin tek bir demir kristali şeklinde olabileceğini öne sürdü.^[20][21]

Laboratuvar koşulları altında bir demir-nikel alaşımı numunesi, 2 elmas ucu (elmas örs hücresi) arasında bir mengene içinde tutup daha sonra yaklaşık 4000 K'ye ısıtılarak corelike basınçlara maruz bırakıldı. Dünya'nın iç çekirdeğinin kuzeyden güneye doğru uzanan dev kristallerden yapıldığı teorisini güçlü bir şekilde destekledi.^[22][23]

Sıvı dış çekirdek, iç çekirdeği çevreler ve nikel ile karıştırılmış demir ve eser miktarda daha hafif elementlerden oluştuğuna inanılır.

Son spekülasyonlar çekirdeğin en iç kısmının altın, platin ve diğer siderofil elementlerle zenginleştirildiğini göstermektedir.^[24]

Dünya'yı içeren madde, bazı kondrit göktaşları ve Güneş'in dış kısmı ile temel yollarla bağlantılıdır.^[25][26] Dünya'nın temelde bir kondrit göktaşı gibi olduğuna inanmak için iyi bir neden var. 1940'tan başlayarak, Francis Birch de dahil olmak üzere bilim adamları, Dünya'yı etkileyen en yaygın göktaşı türü olan sıradan kondritler gibi öncül olarak jeofizik inşa ettiler, ancak en az bol miktarda da olsa, entatit kondritler olarak da göz ardı ettiler. İki göktaşı tipi arasındaki temel fark, son derece sınırlı mevcut oksijen koşulları altında oluşan enstatit kondritlerin Dünya'nın çekirdeğine karşılık gelen alaşım kısmında kısmen veya tamamen mevcut olan bazı normal oksifil elementlere yol açmasıdır.

Dinamo teorisi, dış çekirdekteki konveksiyonun Coriolis etkisi ile birleştiğinde Dünya'nın manyetik alanına yol açtığını öne sürüyor. Katı iç çekirdek, kalıcı bir manyetik alanı tutamayacak kadar sıcaktır (bkz. Curie sıcaklığı), ancak muhtemelen sıvı dış çekirdek tarafından üretilen manyetik alanı stabilize etmek için hareket eder. Dünya'nın dış çekirdeğindeki ortalama manyetik alan gücünün, yüzeydeki manyetik alandan 50 kat daha güçlü olan 25 Gauss (2.5 mT) olduğu tahmin edilmektedir.^[27][28]

Son kanıtlar, Dünya'nın iç çekirdeğinin gezegenin geri kalanından biraz daha hızlı dönebileceğini düşündürmektedir;^[29] Bununla birlikte, 2011 yılında yapılan daha yeni çalışmalar bu hipotezin sonuçsuz olduğunu bulmuştur. Doğada salınımlı veya kaotik bir sistem olabilen çekirdek için seçenekler kalır. [Alıntı gerekli] Ağustos 2005'te Science dergisinde bir jeofizik ekibi ekibi, tahminlerine göre Dünya'nın iç çekirdeğinin yılda yaklaşık 0.3 ila 0.5 derece döndüğünü açıkladı yüzeyin dönüşüne göre daha hızlıdır.^[30][31]

Dünya'nın sıcaklık gradyanı için mevcut bilimsel açıklama, gezegenin ilk oluşumundan kalan ısının, radyoaktif elementlerin bozulmasının ve iç çekirdeğin donmasının bir kombinasyonudur.

• Lehmann süreksizliği