Płaszcz Ziemi to część geosfery położona między skorupą a jądrem. Zawiera dużą część całej substancji planety. Badanie płaszcza jest ważne nie tylko z punktu widzenia zrozumienia wewnętrznej struktury Ziemi. Może rzucić światło na powstawanie planety, dać dostęp do rzadkich związków i skał, pomóc w zrozumieniu mechanizmu trzęsień ziemi i ruchu płyt litosferycznych. Jednak uzyskanie informacji o składzie i cechach płaszcza nie jest łatwe. Ludzie nie wiedzą jeszcze, jak wiercić tak głębokie studnie. Płaszcz Ziemi jest obecnie badany głównie za pomocą fal sejsmicznych. A także modelując w laboratorium.
Struktura Ziemi: płaszcz, jądro i skorupa
Według współczesnych koncepcji wewnętrzna struktura naszej planety podzielona jest na kilka warstw. Górny to skorupa, potem płaszcz i rdzeń Ziemi. Skorupa to twarda skorupa podzielona na oceaniczną i kontynentalną. Płaszcz Ziemi jest od niej oddzielony tzw. granicąMohorovicic (nazwa pochodzi od chorwackiego sejsmologa, który ustalił jego lokalizację), który charakteryzuje się nagłym wzrostem prędkości kompresyjnych fal sejsmicznych.
Płaszcz stanowi około 67% masy planety. Według współczesnych danych można go podzielić na dwie warstwy: górną i dolną. W pierwszej wyróżnia się również warstwę Golicyna lub środkowy płaszcz, który jest strefą przejściową od górnej do dolnej. Ogólnie płaszcz rozciąga się od 30 do 2900 km.
Jądro planety, według współczesnych naukowców, składa się głównie ze stopów żelaza i niklu. Jest również podzielony na dwie części. Wewnętrzny rdzeń jest solidny, jego promień szacuje się na 1300 km. Zewnętrzny - płynny, ma promień 2200 km. Pomiędzy tymi częściami rozróżnia się strefę przejściową.
Litosfera
Skorupa i górny płaszcz Ziemi są zjednoczone pojęciem „litosfery”. Jest to twarda skorupa o stabilnych i mobilnych obszarach. Solidna powłoka planety składa się z płyt litosferycznych, które mają poruszać się po astenosferze - raczej plastycznej warstwie, prawdopodobnie lepkiej i silnie podgrzanej cieczy. Jest częścią górnego płaszcza. Należy zauważyć, że istnienie astenosfery jako ciągłej lepkiej powłoki nie jest potwierdzone badaniami sejsmologicznymi. Badanie struktury planety pozwala nam zidentyfikować kilka podobnych warstw położonych pionowo. W kierunku poziomym astenosfera najwyraźniej jest stale przerywana.
Metody badania płaszcza
Warstwy poniżej skorupy są niedostępnenauka. Ogromna głębokość, stały wzrost temperatury i wzrost gęstości stanowią poważny problem w uzyskaniu informacji o składzie płaszcza i jądra. Jednak nadal można sobie wyobrazić strukturę planety. Podczas badania płaszcza głównym źródłem informacji stają się dane geofizyczne. Prędkość fal sejsmicznych, przewodnictwo elektryczne i grawitacja pozwalają naukowcom na dokonywanie założeń dotyczących składu i innych cech leżących poniżej warstw.
Ponadto niektóre informacje można uzyskać ze skał magmowych i fragmentów skał płaszcza. Do tych ostatnich należą diamenty, które mogą wiele powiedzieć nawet o dolnym płaszczu. Skały płaszczowe znajdują się również w skorupie ziemskiej. Ich badanie pomaga zrozumieć skład płaszcza. Nie zastąpią one jednak próbek pobranych bezpośrednio z warstw głębokich, gdyż w wyniku różnych procesów zachodzących w skorupie mają inny skład niż płaszcz.
Płaszcz Ziemi: Kompozycja
Meteoryty są kolejnym źródłem informacji o tym, czym jest płaszcz. Według współczesnych koncepcji, chondryty (najczęściej spotykana grupa meteorytów na planecie) są zbliżone składem do płaszcza ziemskiego.
Ma zawierać elementy, które były w stanie stałym lub były w stanie stałym podczas formowania się planety. Należą do nich krzem, żelazo, magnez, tlen i kilka innych. W płaszczu łączą się z dwutlenkiem krzemu, tworząc krzemiany. Wkrzemiany magnezu znajdują się w górnej warstwie, ilość krzemianu żelaza wzrasta wraz z głębokością. W dolnym płaszczu związki te rozkładają się na tlenki (SiO2, MgO, FeO).
Szczególnie interesujące dla naukowców są skały, których nie ma w skorupie ziemskiej. Zakłada się, że w płaszczu występuje wiele takich związków (grospidyty, węglany itp.).
Warstwy
Przyjrzyjmy się bliżej długości warstw płaszcza. Według naukowców górne zajmują zasięg od około 30 do 400 km od powierzchni Ziemi. Dalej jest strefa przejściowa, która zagłębia się w głąb na kolejne 250 km. Następna warstwa to spód. Jej granica znajduje się na głębokości około 2900 km i styka się z zewnętrznym jądrem planety.
Ciśnienie i temperatura
W miarę zagłębiania się w planetę temperatura rośnie. Płaszcz Ziemi znajduje się pod bardzo wysokim ciśnieniem. W strefie astenosfery przeważa wpływ temperatury, więc tutaj substancja znajduje się w tzw. stanie amorficznym lub półstopionym. Głębiej pod naciskiem, staje się solidny.
Badania płaszcza i granicy Mohorovicic
Płaszcz Ziemi od dłuższego czasu nawiedza naukowców. W laboratoriach przeprowadzane są eksperymenty na skałach, które przypuszczalnie są częścią górnej i dolnej warstwy, co pozwala nam zrozumieć skład i cechy płaszcza. W ten sposób japońscy naukowcy odkryli, że dolna warstwa zawiera dużą ilość krzemu. Górny płaszcz zawiera rezerwy wodne. Ona pochodzi zskorupy ziemskiej, a także przenika stąd na powierzchnię.
Powierzchnia Mohorovicica jest szczególnie interesująca, której natura nie jest w pełni zrozumiała. Badania sejsmologiczne sugerują, że na poziomie 410 km pod powierzchnią następuje metamorficzna zmiana skał (zagęszczają się), co objawia się gwałtownym wzrostem prędkości fal. Przypuszcza się, że skały baz altowe w rejonie granicy Mohorović zamieniają się w eklogit. W tym przypadku gęstość płaszcza wzrasta o około 30%. Istnieje inna wersja, według której przyczyną zmiany prędkości fal sejsmicznych jest zmiana składu skał.
Cikyu Hakken
W 2005 roku w Japonii zbudowano specjalnie wyposażony statek Chikyu. Jego misją jest wykonanie rekordu głębokiej studni na dnie Oceanu Spokojnego. Naukowcy proponują pobranie próbek skał górnego płaszcza i granicy Mohorovichic w celu uzyskania odpowiedzi na wiele pytań związanych ze strukturą planety. Projekt planowany jest na 2020 rok.
Należy zauważyć, że naukowcy nie tylko zwrócili uwagę na głębiny oceaniczne. Według badań grubość skorupy na dnie mórz jest znacznie mniejsza niż na kontynentach. Różnica jest znacząca: pod słupem wody w oceanie na niektórych obszarach do pokonania magmy jest tylko 5 km, podczas gdy na lądzie liczba ta wzrasta do 30 km.
Teraz statek już działa: otrzymano próbki głębokich pokładów węgla. Realizacja głównego celu projektu pozwoli zrozumieć, jak ułożony jest płaszcz Ziemi, cosubstancje i pierwiastki tworzą jego strefę przejściową, a także poznanie dolnej granicy rozprzestrzeniania się życia na planecie.
Nasze zrozumienie struktury Ziemi jest dalekie od pełnego. Powodem tego jest trudność w przeniknięciu do jelit. Jednak postęp technologiczny nie stoi w miejscu. Postępy naukowe sugerują, że w niedalekiej przyszłości dowiemy się znacznie więcej o cechach płaszcza.
