Budowa Ziemi: warstwy, skorupa, płaszcz i rdzeń — definicja

Poznaj budowę Ziemi: definicja i opis warstw — skorupa, płaszcz, rdzeń, ich skład, granice i wpływ na tektonikę. Jasno i naukowo.

Struktura Ziemi jest zbudowana z kilku głównych warstw, które różnią się zarówno składem chemicznym, jak i właściwościami fizycznymi. Na zewnątrz znajduje się twarda, krucha warstwa skalna — skorupa, poniżej niej leży bardzo lepka i częściowo plastyczna strefa zwana płaszczem, a w centrum znajdują się dwie warstwy rdzenia: płynny zewnętrzny rdzeń i stały wewnętrzny rdzeń. Cała planeta ma kształt sferoidu oblatanego — jest lekko spłaszczona na biegunach i wybrzuszona na równiku.

Granice pomiędzy warstwami poznaliśmy głównie dzięki badaniom sejsmologicznym — sejsmografy rejestrują fale sejsmiczne wywołane przez trzęsienia ziemi i pokazują, w jaki sposób fale odbijają się i załamują na granicach materiałów o różnych właściwościach. Najwcześniej rozpoznaną z taką zmianą była granica między skorupą a płaszczem, nazwana nieformalnie moho (izobata Moho). Dzięki sejsmice wiemy też, że właściwości skał zmieniają się stopniowo w głąb Ziemi i występują charakterystyczne nieciągłości (np. w strefie przejściowej płaszcza na głębokościach około 410 km i 660 km).

1. Skorupa

   To zewnętrzna, cienka i stosunkowo krucha warstwa Ziemi złożona z litych skał. Skorupa kontynentalna jest zwykle grubsza (średnio 30–70 km, w górach nawet więcej) i zbudowana głównie z bogatych w krzem i aluminium minerałów (stąd tradycyjna nazwa sial lub felsic), natomiast skorupa oceaniczna jest cieńsza (zwykle 5–10 km) i bardziej gęsta (bogata w żelazo i magnez). W skład skorupy wchodzą pierwiastki takie jak krzem, tlen i aluminium, a jej górną część pokrywa gleba i hydrosfera.

   Między skorupą a płaszczem znajduje się wspomniana nieciągłość sejsmiczna – Moho, na której zmienia się prędkość fal sejsmicznych z powodu zmiany składu i gęstości skał.

2. Płaszcz

   Płaszcz leży poniżej skorupy i rozciąga się do głębokości około 2900 km. Jest zbudowany głównie z tlenku krzemu i minerałów bogatych w magnez (stąd tradycyjna nazwa sima — silica + magnesium — lub mafijny). Płaszcz nie jest jednorodny i dzieli się na kilka stref o odmiennych właściwościach mechanicznych i mineralogicznych.

   1. Górna część płaszcza (wraz ze skorupą) razem tworzy litosferę. W górnej części płaszcza przeważa skała typu peridotytowego (peridotytowej), która jest gęstsza niż skały skorupy. Litosfera jest sztywna i pocięta na płyty tektoniczne, które poruszają się dzięki przemieszczaniu się materiału w niżej położonej, bardziej plastycznej warstwie.

   2. Poniżej litosfery znajduje się półpłynna strefa, w tekście oznaczona jako estenosfera — chodzi tu o astenosferę. Astenosfera jest względnie miękka i częściowo plastyczna, co pozwala płytom litosferycznym przesuwać się po jej powierzchni. W astenosferze mogą występować częściowe roztopy (magma), które przyczyniają się do wulkanizmu i formowania się nowych skorup oceanicznych.

   3. Poniżej astenosfery znajduje się strefa przejściowa (między ~410 a ~660 km), gdzie zachodzą przemiany krystaliczne ważnych minerałów, a dalej — dolszy płaszcz (lower mantle), który sięga do granicy z jądrem. W dolnym płaszczu materia pozostaje stała, ale zachowuje się plastycznie przez długi czas przy działaniu sił konwekcyjnych.

3. Rdzeń Ziemi

   Rdzeń składa się głównie z żelaza oraz niklu i dzieli się na zewnętrzny rdzeń (płynny) i wewnętrzny rdzeń (stały). Temperatura w rdzeniu wynosi kilka tysięcy stopni Celsjusza (szacunkowo około 5000–6000 °C), a ciśnienia są ogromne — rzędu milionów atmosfer, co wpływa na stan skupienia i właściwości materiału.

   1. Zewnętrzny rdzeń — płynna, metaliczna warstwa (głównie stop żelaza i niklu) rozciągająca się od granicy płaszcza do głębokości ok. 2900 km do ~5150 km. Ruchy konwekcyjne w tej cieczy i rotacja Ziemi odpowiadają za działanie geodynamomagnetycznego — generację pola magnetycznego planety.
   2. Wewnętrzny rdzeń — centralna, stała sfera o promieniu około 1220 km (wartości szacunkowe), zbudowana głównie z żelaza z domieszką niklu i innych pierwiastków. Pomimo bardzo wysokiej temperatury, wewnętrzny rdzeń jest stały ze względu na ogromne ciśnienie.

Wielu szczegółów dotyczących procesów wewnętrznych Ziemi nadal nie znamy w pełni. Zmiany w krystalizacji minerałów, przejścia fazowe pod wpływem rosnącego ciśnienia i temperatury oraz częściowe topnienie powodują, że skład i właściwości warstw mogą tworzyć mieszaniny ciekłych faz i kryształów. Sejsmika, eksperymenty wysokociśnieniowe i modele numeryczne pozwalają stopniowo uzupełniać naszą wiedzę, ale wiele szczegółów — np. dokładne stężenia pierwiastków lekkich w rdzeniu czy dynamika konwekcji na skalach planetarnych — pozostaje aktywnym przedmiotem badań.

Pytania i odpowiedzi

P: Jakie są warstwy Ziemi?

P: Jak opisany jest kształt Ziemi?

P: Co odkryto pomiędzy skorupą ziemską a płaszczem?

P: Z jakich pierwiastków składa się większość skorupy ziemskiej?

P: Co stanowi większość płaszcza Ziemi?

P: Jaki rodzaj skały tworzy górną część płaszcza?

Szukaj według litery