Όπως όλα τα άλλα επίγειους πλανήτες , (Ερμής, Αφροδίτη και Άρης) η Γη αποτελείται από πολλά στρώματα. Αυτό είναι το αποτέλεσμα της πλανητικής διαφοροποίησής του, όπου πυκνότερα υλικά βυθίζονται στο κέντρο για να σχηματίσουν τον πυρήνα ενώ ελαφρύτερα υλικά σχηματίζονται γύρω από το εξωτερικό. Ενώ ο πυρήνας αποτελείται κυρίως από σίδηρο και νικέλιο, το ανώτερο στρώμα της Γης αποτελείται από πυριτικά πετρώματα και ορυκτά.
Αυτή η περιοχή είναι γνωστή ως μανδύας και αντιπροσωπεύει τη συντριπτική πλειοψηφία του όγκου της Γης. Η κίνηση, ή η μεταφορά, σε αυτό το στρώμα είναι επίσης υπεύθυνη για όλη την ηφαιστειακή και σεισμική δραστηριότητα της Γης. Οι πληροφορίες σχετικά με τη δομή και τη σύνθεση του μανδύα είναι είτε αποτέλεσμα γεωφυσικής έρευνας είτε από άμεση ανάλυση πετρωμάτων που προέρχονται από τον μανδύα ή εκτεθειμένου μανδύα στον πυθμένα του ωκεανού.
Ορισμός:
Αποτελούμενος από πυριτικό βραχώδες υλικό με μέσο πάχος 2.886 χιλιομέτρων (1.793 mi), ο μανδύας βρίσκεται μεταξύ του φλοιού της Γης και του ανώτερου πυρήνα της. Ο μανδύας αποτελεί το 84% του όγκου της Γης, σε σύγκριση με το 15% στον πυρήνα και το υπόλοιπο καταλαμβάνεται από τον φλοιό. Ενώ είναι κυρίως στερεό, συμπεριφέρεται σαν παχύρρευστο ρευστό λόγω του γεγονότος ότι οι θερμοκρασίες είναι κοντά στο σημείο τήξης σε αυτό το στρώμα.
Τα στρώματα της Γης, ένα διαφοροποιημένο πλανητικό σώμα. Προσφορά: Wikipedia Commons/Surachit
Οι γνώσεις μας για τον ανώτερο μανδύα, συμπεριλαμβανομένων των τεκτονικών πλακών, προέρχονται από αναλύσεις σεισμών. Μελέτες ροής θερμότητας, μαγνητικής και βαρύτητας. και εργαστηριακά πειράματα σε πετρώματα και ορυκτά. Μεταξύ 100 και 200 χιλιομέτρων κάτω από την επιφάνεια της Γης, η θερμοκρασία του βράχου είναι κοντά στο σημείο τήξης. λιωμένο πέτρωμα που εξερράγη από ορισμένα ηφαίστεια προέρχεται από αυτήν την περιοχή του μανδύα.
Δομή και Σύνθεση:
Ο μανδύας χωρίζεται σε τμήματα που βασίζονται σε αποτελέσματα από τη σεισμολογία. Αυτοί είναι ο ανώτερος μανδύας, ο οποίος εκτείνεται από περίπου 7 έως 35 km (4,3 έως 21,7 mi) από την επιφάνεια κάτω σε βάθος 410 km (250 mi). η μεταβατική ζώνη, η οποία εκτείνεται από 410 t0 660 km (250 – 410 mi). ο κάτω μανδύας, που φτάνει από 660 km σε βάθος 2.891 km (410 – 1.796 mi). και το όριο πυρήνα-μανδύα, το οποίο έχει μεταβλητό πάχος (~200 km ή 120 mi κατά μέσο όρο).
Στον άνω μανδύα διακρίνονται δύο κύριες ζώνες. Το πιο εσωτερικό από αυτά είναι η εσωτερική ασθενόσφαιρα, η οποία αποτελείται από πλαστικό ρέον βράχο με μέσο πάχος περίπου 200 km (120 μίλια). Η εξωτερική ζώνη είναι το χαμηλότερο τμήμα της λιθόσφαιρας, η οποία αποτελείται από άκαμπτο βράχο και έχει πάχος περίπου 50 έως 120 km (31 έως 75 μίλια).
Το ανώτερο τμήμα της λιθόσφαιρας είναι ο φλοιός της Γης, ένα λεπτό στρώμα πάχους περίπου 5 έως 75 km (3,1 έως 46,6 μίλια), το οποίο χωρίζεται από τον μανδύα με την ασυνέχεια Mohorovicic (ή 'Moho', η οποία ορίζεται από ένα απότομη αύξηση προς τα κάτω της ταχύτητας των σεισμικών κυμάτων).
Η εσωτερική δομή της Γης. Προσφορά: Wikipedia Commons/Kelvinsong
Σε ορισμένα σημεία κάτω από τον ωκεανό, ο μανδύας είναι πραγματικά εκτεθειμένος. Υπάρχουν επίσης μερικά μέρη στη στεριά όπου ο βράχος του μανδύα έχει ωθηθεί στην επιφάνεια λόγω τεκτονικής δραστηριότητας, κυρίως η περιοχή Tablelands του Εθνικού Πάρκου Gros Morne στο Newfoundland και το Labrador, στον Καναδά, στο νησί St. John, στην Αίγυπτο ή στο νησί Zabargad στην Ερυθρά Θάλασσα.
Όσον αφορά τα συστατικά στοιχεία του, ο μανδύας αποτελείται από 44,8% οξυγόνο, 21,5% πυρίτιο και 22,8% μαγνήσιο. Υπάρχει επίσης σίδηρος, αλουμίνιο, ασβέστιο, νάτριο και κάλιο. Αυτά τα στοιχεία είναι όλα συνδεδεμένα μεταξύ τους με τη μορφή πυριτικών πετρωμάτων, τα οποία έχουν τη μορφή οξειδίων. Το πιο κοινό είναι το διοξείδιο του πυριτίου (SiO2) στο 48%, ακολουθούμενο από το οξείδιο του μαγνησίου (MgO) στο 37,8%. Παραδείγματα πετρωμάτων που μπορεί να βρείτε μέσα στον μανδύα περιλαμβάνουν: ολιβίνη, πυρόξενα, σπινέλιο και γρανάτη.
Μεταγωγή:
Λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ της επιφάνειας της Γης και του εξωτερικού πυρήνα, υπάρχει μια μετααγωγική κυκλοφορία υλικού στον μανδύα. Αυτό συνίσταται στην αργή, ερπυστική κίνηση του πυριτικού μανδύα της Γης σε όλη την επιφάνεια, μεταφέροντας θερμότητα από το εσωτερικό της Γης στην επιφάνεια. Ενώ το ζεστό υλικό ανεβαίνει στην επιφάνεια, το πιο ψυχρό, βαρύτερο υλικό βυθίζεται από κάτω.
Ο δακτύλιος της φωτιάς του Ειρηνικού, μια σειρά από ηφαιστειακές περιοχές που εκτείνονται από τον Νότιο Ειρηνικό έως τη Νότια Αμερική. Πίστωση: Δημόσιος Τομέας
Η λιθόσφαιρα χωρίζεται σε έναν αριθμό πλακών που δημιουργούνται και καταναλώνονται συνεχώς στα αντίθετα όρια των πλακών τους. Η καθοδική κίνηση του υλικού συμβαίνει σε ζώνες βύθισης, θέσεις σε συγκλίνοντα όρια πλακών όπου ένα στρώμα μανδύα κινείται κάτω από ένα άλλο. Η προσαύξηση συμβαίνει καθώς προστίθεται υλικό στα αναπτυσσόμενα άκρα μιας πλάκας, που σχετίζεται με την εξάπλωση του πυθμένα της θάλασσας.
Αυτή η χαοτική διαδικασία πιστεύεται ότι είναι αναπόσπαστο μέρος της κίνησης των πλακών, η οποία με τη σειρά της προκαλεί την ηπειρωτική μετατόπιση. Ο υποβυθισμένος ωκεάνιος φλοιός είναι επίσης αυτό που προκαλεί τον ηφαιστειακό, όπως αποδεικνύεται από το Ειρηνικό δαχτυλίδι της φωτιάς .
Εξερεύνηση:
Οι επιστημονικές έρευνες και η εξερεύνηση του μανδύα διεξάγονται γενικά στον βυθό της θάλασσας λόγω του σχετικού πάχους του ωκεάνιου φλοιού σε σύγκριση με τον ηπειρωτικό φλοιό. Η πρώτη προσπάθεια εξερεύνησης του μανδύα (γνωστή ως Project Mohole) πέτυχε μια βαθύτερη διείσδυση περίπου 180 μέτρων (590 πόδια). Εγκαταλείφθηκε το 1966 μετά από επανειλημμένες αποτυχίες και υπερβάσεις κόστους.
Το 2005, το σκάφος γεώτρησης ωκεανούΨήφισμα JOIDESπέτυχε μια γεώτρηση που ήταν 1.416 μέτρα (4.646 ft) σε βάθος κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας. Το 2007, μια ομάδα επιστημόνων επιβιβάστηκε στο βρετανικό ερευνητικό πλοίο RRSΤζέιμς Κουκδιεξήγαγε μια μελέτη σε ένα εκτεθειμένο τμήμα μανδύα που βρίσκεται μεταξύ των νησιών του Πράσινου Ακρωτηρίου και της Καραϊβικής Θάλασσας.
Το επιστημονικό πλοίο γεωτρήσεων JOIDES Resolution, που απεικονίζεται στη θάλασσα το 2009. Πιστώσεις: William Crawford/IODP/TAMU
Τα τελευταία χρόνια, προτάθηκε μια μέθοδος εξερεύνησης των στρωμάτων της Γης με τη χρήση ενός μικρού, πυκνού καθετήρα που παράγει θερμότητα. Αυτό θα έλιωνε τον δρόμο του μέσω του φλοιού και του μανδύα και θα επικοινωνούσε μέσω ακουστικών σημάτων που παράγονται από τη διείσδυσή του στα βράχια. Ο ανιχνευτής θα αποτελείται από ένα εξωτερικό κέλυφος βολφραμίου με πυρήνα κοβαλτίου-60, το οποίο λειτουργεί ως πηγή ραδιενεργού θερμότητας.
Υπολογίστηκε ότι ένας τέτοιος ανιχνευτής θα φτάσει στον ωκεάνιο Moho σε λιγότερο από 6 μήνες και θα φτάσει σε ελάχιστα βάθη πάνω από 100 km (62 mi) σε μερικές δεκαετίες τόσο κάτω από την ωκεάνια όσο και την ηπειρωτική λιθόσφαιρα. Το 2009, μια εφαρμογή υπερυπολογιστή δημιούργησε μια προσομοίωση που παρείχε νέα εικόνα για την κατανομή των κοιτασμάτων ορυκτών από όταν αναπτύχθηκε ο μανδύας πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια.
Ενώ ο μανδύας της Γης δεν έχει ακόμη εξερευνηθεί σε σημαντικό βάθος, πολλά έχουν μαθευτεί από έμμεσες μελέτες τους τελευταίους αιώνες. Καθώς η ανθρώπινη εξερεύνηση του Ηλιακού Συστήματος συνεχίζεται, είναι βέβαιο ότι θα μάθουμε περισσότερα για τους επίγειους πλανήτες, τη γεωλογική τους συμπεριφορά και τον σχηματισμό τους.
Έχουμε γράψει πολλά άρθρα για το εσωτερικό της Γης εδώ στο Universe Today. Εδώ είναι ένα για το Μανδύας της Γης , Ανακάλυψη του Εσωτερικού, Εσωτερικού Πυρήνα της Γης , Ποια είναι η διαφορά μεταξύ μάγματος και λάβας , και ένα άρθρο για το πώς το Ο πυρήνας της Γης περιστρέφεται πιο γρήγορα από τον φλοιό του .
Για περισσότερες πληροφορίες, ρίξτε μια ματιά στο Γεωλογικό Ινστιτούτο Ηνωμένων Πολιτειών (USGS) .
Το Astronomy Cast έχει επίσης επεισόδια για το θέμα. Ακούστε το εδώ, Επεισόδιο 51: Γη .