Вътрешна структура на Земята: кора, мантия, външно и вътрешно ядро

Научете вътрешната структура на Земята — кора, мантия, външно и вътрешно ядро: слоеве, състав, температури и как се разкриват чрез сеизмология.

Структурата на Земята е разделена на няколко основни слоя, които се различават както по химичен състав, така и по физични свойства (плътност, твърдост, поведение при налягане и температура). Външният твърд слой е кора, под него е силно вискозният мантия, следва течният външен слой на ядрото (външно ядро) и накрая твърдият център — вътрешно ядро. Формата на Земята е облият сфероид (леко сплескан на полюсите и изпъкнал на екватора), а средният радиус е приблизително 6371 km.

Границите между тези слоеве са установени главно чрез наблюдения на сейсмични вълни с помощта на сеизмографи, които записват как вибрациите се разпространяват и се отразяват при земетресения. Първата ясно разпознаваема граница при преминаване към дълбочина е т.нар. Мохоровичичева граница (обикновено наричана мохо) — мястото, където скоростите на сейсмичните вълни рязко се променят и което отделя кората от мантията.

Кората

Кората е най-външният твърд слой на Земята и е изградена предимно от по-леки елементи — силиций, кислород и алуминий, поради което често се обозначава като силициева или фелзиева (Si + Al). Има два основни вида кора:

• Континентална кора — по-дебела (обикновено 30–70 km, на места дори по-дебела), съставена предимно от гранитни и други по-леки скали с по-ниска плътност (~2.6–2.9 g/cm³).
• Океанска кора — по-тънка (обикновено 5–10 km), изградена предимно от базалт и габро, по-плътна и по-масивна от континенталната кора.

Кората заедно с горната, твърда част на мантията формира литосферата — слоят, който е разчупен на тектонични плочи.

Мантията

Мантията лежи под кората и обхваща най-голямата част от обема на Земята (приблизително до дълбочина ~2900 km). Тя е изградена главно от кислород, силиций и по-тежки елементи като магнезий — поради това често се нарича сима (Si + ma) или мафична скала. Основната минерална скелетна порода на мантията е перидотит, богат на оливин и пироксени.

1. Горна мантия и литосфера: Най-горната част на мантията е относително твърда и представлява основата на земната кора; заедно с кората тя образува литосферата (литосферата). Плочите на литосферата „плават“ върху по-пластичната астеносфера.
2. Астеносфера: под литосферата се намира полутечен, пластичен слой (астеносфера), който може да деформира и частично да се влива — тя позволява движението на литосферните плочи. В горната част на астеносферата се намира и зоната с частично разтопена скала (малки количества магма), която подпомага тектоничните процеси.
3. Долна мантия: при по-големи дълбочини (стотици до около 2900 km) мантията става по-плътна и по-вискозна. Тук налягането и температурата променят минералите (накратко — кристалните структури), което влияе на скоростите на сейсмичните вълни и на конвективните движения.

Земното ядро

Земното ядро започва на около 2890 km дълбочина (границата между мантията и ядрото) и е основно съставено от желязо и никел. Плътността в ядрото е значително по-голяма отколкото в мантията и кората. Оценките за температурата в ядрото са в порядъка на 5000–6000 °C, а дори и по-високи в някои модели.

1. Външно ядро — течно: Външната част на ядрото е в течно състояние (индиректно доказателство за това е, че S-вълните не преминават през нея и има характерни сейсмични “сянки”). Външното ядро обхваща приблизително от 2890 km до около 5150 km дълбочина (приблизителна дебелина ~2260 km). Течните движения на желязо и никел в това ниво създават геодинамичен динамо-ефект и поддържат магнитното поле на Земята.
2. Вътрешно ядро — твърдо: В центъра на Земята се намира твърдо ядро с радиус около 1220 km. Въпреки високите температури, изключително голямото налягане кара желязото да кристализира и да остане в твърдо състояние. Вътрешното ядро има важни роли в динамиката на планетата, включително взаимодействие с външното ядро и влиянието върху геомагнитните процеси.

Как знаем това и какво остава неясно

Нашите познания идват предимно от:

• Сеизмологията — анализ на поведението на P- и S-вълните при земетресения (S-вълните не се разпространяват през течности, което подсказа за течното състояние на външното ядро; P-вълните имат специфични сенки и скорости, които определят границите между слоевете).
• Лабораторни експерименти — изучаване на горещи и високо налягане условия за внеземни и земни материали, което помага да се моделира поведението на минерали в мантията и ядрото.
• Гравитационни и магнитни наблюдения, геохимични анализи (включително изследване на метеорити) — използват се за изводи за състав и еволюция на Земята.

Въпреки значителния напредък някои въпроси остават частично открити: точният химичен състав и разпределение на леки елементи в ядрото, детайлите на конвективните процеси в мантията и спецификата на преходните зони (към различни минерални структури) при високи налягания и температури. Изглежда, че при екстремни условия кристализация и частично топене могат да доведат до смес от течност и кристали в някои области, което усложнява еднозначните модели.

Тази схема — кора, мантия, външно и вътрешно ядро — е обобщение на най-широко приетия модел за вътрешната структура на планетата, формиран от множество дисциплини и постоянно уточняван с нови данни.

Въпроси и отговори

В: Какви са слоевете на Земята?

Въпрос: Как се описва формата на Земята?

В: Какво е открито между земната кора и мантията?

В: Кои елементи съставляват по-голямата част от земната кора?

Въпрос: От какво е съставена по-голямата част от земната мантия?

В:Какъв тип скала образува най-горната част на мантията?

Търсене по буква