BUDOWA I KSZTAŁT ZIEMI

Powierzchnie nieciągłości

Powierzchnie nieciągłości to cienkie strefy

w głębi Ziemi będące granicami ośrodków o

różnych własnościach fizycznych (najczęściej

sejsmologicznych). Wyróżniamy 3

podstawowe powierzchnie nieciągłości:

•Moho (= Mohorovičića) – na głębokości od

kilku do kilkudziesięciu km, pomiędzy skorupą

a płaszczem,

•Wiecherta-Gutenberga – na głębokości ok.

2900 km, między płaszczem a jądrem,

•Inge Lehman – na głębokości ok. 5100 km,

między jądrem zewnętrznym a wewnętrznym.

Skorupa

Skorupa to cienka (stanowiąca

przeciętnie zaledwie 0,5% promienia
Ziemi), najbardziej zewnętrzna
warstwa, zbudowana ze stosunkowo
lekkich skał. Wyróżniamy 2
podstawowe typy skorupy –
kontynentalną i oceaniczną –
różniące się grubością i składem.

Skorupa kontynentalna

• Skorupa kontynentalna jest gruba, ma zwykle

35–40 km, a pod wysokimi młodymi górami (jak

Himalaje, Kaukaz, Alpy) grubość ta wzrasta do 70,

a nawet do 90 km, zaś w wyniku rozciągania lub

podgrzewania może spadać do 15–25 km. Średnia

gęstość skorupy kontynentalnej wynosi 2,8 g/cm3.

Zbudowana jest zwykle (od góry) z warstwy skał

osadowych o grubości kilku, czasem kilkunastu km,

podścielonej warstwą granitową (od kilka do 30

km), pod która leży warstwa bazaltowa (od kilku do

40 km). Skorupa kontynentalna jest stara, często

ma bardzo złożona budowę geologiczną, zaburzoną

w trakcie licznych dawnych faz górotwórczych.

Skorupa oceaniczna

• Skorupa oceaniczna jest wielokrotnie cieńsza,

może mieć zaledwie 6–12 km. Ma zwykle 3-

warstwową budowę, a jej gęstość wzrasta ku dołowi

i wynosi od 2,5 do 2,9–3,3 g/cm3. Zbudowana jest

zwykle ze skał zbliżonych do bazaltów (bazalty,

diabazy, gabra), często przykrytych pokrywą skał

osadowych różnej grubości (do kilku km). Jest

zwykle stosunkowo młoda – nie znamy starszej

skorupy oceanicznej niż jurajska (135–200 mln. lat).

Współcześnie obserwujemy jej powstawanie na

grzbietach śródoceanicznych.

Lokalnie występuje skorupa typu przejściowego

między kontynentalną a oceaniczną

(subkontynentalna, suboceaniczna).

Płaszcz

Płaszcz leży pod skorupą i jest dużo grubszy – sięga do

głębokości 2900 km. Nie jest jednorodny, w jego obrębie

stwierdza się nieciągłości sejsmiczne, dzięki którym

zazwyczaj wyróżnia się płaszcz górny (sięgający do

głębokości 200–400 km) oraz płaszcz dolny (od 660–900

do 2900 km), niekiedy rozdzielone strefą przejściową (od

200–400 do 660–900 km). Skały budujące płaszcz są

przeważnie w stałym stanie skupienia (przewodzą

zarówno podłużne, jak i poprzeczne fale sejsmiczne).

Płaszcz Ziemi pełni bardzo ważną funkcję: zachodzące w

nim procesy konwekcji cieplnej – chociaż bardzo powolne

– są motorem napędzającym ruch płyt litosfery, w

następstwie czego możliwa jest cyrkulacja pierwiastków i

związków chemicznych pomiędzy powierzchnią a

wnętrzem Ziemi.

• Płaszcz górny charakteryzuje się

szybkim przyrostem prędkości fal

sejsmicznych, ma gęstość 3,2–3,4

g/cm3 i jest najprawdopodobniej

zbudowany z perydotytów

(ultrazasadowa skała głębinowa;

zawiera mniej niż 45 proc. krzemionki).

• Płaszcz dolny jest wydzielany na

podstawie wyraźnego spadku tempa

wzrostu prędkości fal sejsmicznych

wraz z głębokością. W jego dolnych

częściach gęstość osiąga ok. 6,0

g/cm3, a temperatura 3000°C.

JĄDRO ZIEMI (Barysfera)

• Najbardziej wewnętrzna z geosfer, kula

o promieniu ok. 3500 km, metaliczna
(głównie Fe). Barysfera stanowi ok.16%
objętości Ziemi i aż 31% jej masy. Na
podstawie badań sejsmologicznych w
obrębie jądra wyróżniono trzy strefy:
jądro zewnętrzne, jądro wewnętrzne i
położoną między nimi strefę
przejściową

• Jądro zewnętrzne nie wykazuje sprężystości

(tłumi sejsmiczne fale poprzeczne), z czego
wynika, że znajduje się ono stanie ciekłym lub
gazowym. Uwzględniając jego wysoką gęstość,
należy sądzić, że zbudowane jest z
roztopionych metali.

• Dopiero poniżej 5100km od powierzchni Ziemi

materia jądra posiada cech ciała sprężystego.
Przyjmuje się, że w skład obydwu części
barysfery wchodzą głównie metaliczne żelazo i
nikiel z domieszkami tlenu, siarki, krzemu i
potasu. Barysfera stanowi ok.16% objętości
Ziemi i aż 31% jej masy.

Kształt Ziemi

• Już tysiące lat temu ludzie próbowali badać, jaki

kształt ma Ziemia i jakie są jej rozmiary. Na początku

wierzono, że nasza planeta jest płaska, jednak

stopniowo zaczęto dostarczać dowodów na jej

kulistość.

Już w starożytności znano argumenty przemawiające

za kulistością Ziemi. Widziano od dawna widnokrąg o

zaokrąglonym kształcie. Żeglarze obserwowali, jak

na spokojnym morzu wyłaniają się zza horyzontu

statki: najpierw widoczne były żagle, a dopiero

później korpus żaglowca. Za kulistym kształtem

Ziemi przemawiał też kształt cienia Ziemi, rzucany

na Księżyc w trakcie zaćmienia Księżyca.

Dowody kulistości Ziemi:

• Zdjęcia Ziemi wykonane na orbicie

okołoziemskiej.

• Powiększanie się widnokręgu wraz ze

wzrostem wysokości.

• Dowodem są podróże wokół Ziemi.
• Gwiazda polarna widoczna jest pod

innym kątem w zależności od szerokości

geograficznej.

• Wyłanianie się statku zza linii

widnokręgu.

• Pomiar Eratostenesa

Pomiar Eratostenesa

W III wieku p.n.e. grecki filozof, ale

właściwie geograf, astronom i matematyk,

Eratostenes, jako pierwszy zmierzył wielkość

Ziemi, a dokładność jego pomiaru do dzisiaj

zaskakuje. Eratostenes, który był kierownikiem

słynnej Biblioteki Aleksandryjskiej zauważył, że

w pewne dni w Asuanie (dawna Syene)

najgłębsze studnie są oświetlane przez Słońce

do samego dna, a wysokie słupy nie dają

cienia. Oznacza to, że promienie słoneczne

padają tam pionowo. W tym samym czasie w

jego rodzinnej Aleksandrii słupy rzucały cień o

pewnej długości.

Eratostenes obliczył, że Słońce było

odchylone od zenitu o 7 stopni 12', czyli

1/50 kąta pełnego (360 stopni). Aby

zmierzyć obwód Ziemi, Eratostenes

potrzebował jeszcze odległości między

Aleksandrią a Asuanem. Oszacował ją na

podstawie liczby dni, jakich potrzebowały

karawany do pokonania tej odległości.

Znając średnie tempo karawan, ustalił

odległość na 5000 stadionów (nie ma

pewności, ile liczył starożytny stadion,

ale przyjmuje się, że około 160 m).

Jeżeli pomnożymy znaną odległość

5000 stadionów razy 50, to
otrzymamy obwód Ziemi liczący
250 000 stadionów. Znając
obwód, łatwo możemy obliczyć
również promień. Z obliczeń
Eratostenesa wynikało, że
promień Ziemi ma, przeliczając
na dzisiejsze miary, 6400-6500
km. Eratostenes skorzystał ze
wzoru:

Stosując inne kryterium podziału

(podatność skał na odkształcenia), w

obrębie skorupy i górnego płaszcza

wyróżniamy dwie inne, niezależne

warstwy: litosferę i astenosferę.

Litosfera

• Litosfera (gr.: strefa kamienna) jest

najbardziej zewnętrzną, względnie sztywną i

kruchą powłoką złożoną ze skał zbliżonych

do znanych nam z powierzchni Ziemi, nawet

częściowo niestopionych. Obejmuje ona

skorupę oraz zewnętrzną część górnego

płaszcza (tzw. warstwę perydotytową). Ulega

deformacjom tektonicznym (uskoki, fałdy).

Zależnie od typu skorupy rozróżniamy

litosferę kontynentalną (grubszą i

sztywniejszą) i oceaniczną (cieńszą, bardziej

plastyczną).

Astenosfera

• Astenosfera (gr.: słaba strefa) odznacza się

znacznie większą plastycznością, która zapewne

jest wynikiem częściowego stopienia skał w jej

obrębie (powstawanie magmy). Charakteryzuje

się na ogół spadkiem prędkości fal sejsmicznych.

Jej górna granica występuje na różnych

głębokościach (od 10 do ponad 100 km) i jest

obecnie wiązana zwykle z przebiegiem izotermy

1300°C. Głębiej, czyli w wyższych temperaturach,

w perydotytach pojawia się faza ciekła, dzięki

czemu astenosfera osiąga plastyczność. Dolna jej

granica przebiega średnio na głębokości 350 km.

Document Outline