Structura interioară a Pământului [împreună cu compoziția sa] este unul dintre primele lucruri pe care studenții le învață în geografie/geologie. Aceasta ne oferă o idee aproximativă despre trecutul îndepărtat al Pământului și despre modul în care viața, așa cum o cunoaștem astăzi, a luat naștere pe această planetă.
Deoarece este imposibil să observăm direct adâncimile planetei, înțelegerea noastră actuală a subiectului se bazează în întregime pe studii topografice ale suprafeței și pe analiza ejectatelor vulcanice și a undelor seismice.
Pământul poate fi împărțit pur și simplu în doar trei straturi, și anume crusta, mantaua și nucleul, dar sunt recunoscute și alte straturi datorită proprietăților chimice și densității lor unice. Mai jos sunt prezentate straturile importante ale Pământului pe care ar trebui să le cunoașteți.
Crusta
Schemă decupată a structurii interioare a Pământului | Image Courtesy: USGS
Crusta este stratul cel mai exterior al Pământului, cu o adâncime care variază între 5-70 km. Scoarța terestră este compusă din trei tipuri majore de roci: igneice, sedimentare și metamorfice, cele mai abundente fiind cele igneice (granit și bazalt).
Crusta se împarte în două tipuri: crusta oceanică și crusta continentală. Linia sau granița care le separă pe cele două este cunoscută sub numele de discontinuitate Conrad.
Crusta oceanică
Crusta oceanică se întinde de la 5 km-10 km sub fundul mării. Ea este compusă în principal din roci mafice (bazalt) și este adesea denumită Sima (silicat de magneziu). Densitatea crustei oceanice este de aproximativ 3 g/cm3.
Crusta oceanică se formează în mod continuu la nivelul dorsalelor medio-oceanice într-un proces numit răspândire a fundului mării. Pe măsură ce magma se ridică de pe o falie, se răspândește și se răcește treptat, devenind o nouă crustă oceanică. Vârsta crustei oceanice poate fi determinată de distanța la care se află față de dorsalele medio-oceanice.
Acest proces este contracarat de distrugerea crustei oceanice în zonele de subducție. O zonă de subducție este locul în care o placă (fie oceanică, fie continentală) este subjugată în manta de o placă suprapusă.
Datorită acestei “reciclări” a crustei oceanice, acestea sunt mult mai tinere decât crusta continentală. Cea mai veche crustă oceanică supraviețuitoare are aproximativ 340 de milioane de ani, în timp ce crusta continentală din unele regiuni este la fel de veche ca și vârsta Pământului însuși.
Crusta continentală
Crusta continentală este compusă în întregime din roci felsice, cum ar fi granitul. Este mai groasă (30 km-50 km) decât crusta oceanică, dar este și mai puțin densă (2,7 g/cm3). Ca și crusta oceanică, crusta continentală este produsă de tectonica plăcilor, dar mult mai puțin distrusă.
Citește: Cea mai îndepărtată parte a atmosferei Pământului se întinde mult dincolo de Lună
Mantolul superior
Chiar sub scoarța terestră se află mantaua, care este împărțită în două straturi principale: mantaua superioară și mantaua inferioară. Mantaua, în ansamblul ei, reprezintă aproximativ 84% din volumul Pământului.
Adâncimea estimată a mantalei superioare este de aproximativ 640 km, în timp ce întreaga manta (inclusiv mantaua inferioară) are o adâncime de aproximativ 2.900 km.
Limita care separă scoarța terestră de mantaua superioară se numește discontinuitatea Mohorovičić (pe scurt Moho), însă nu se găsește la o adâncime uniformă. Moho a fost descoperit de seismologul croat Andrija Mohorovičić în anul 1909.
În acest strat se află două regiuni diferite din punct de vedere mecanic, și anume litosfera și astenosfera.
Litosfera
Litosfera este un strat dur și rigid al Pământului care include crusta și secțiunea cea mai înaltă a mantalei superioare. Litosfera este de două tipuri: litosfera continentală (prelungirea crustei continentale) și litosfera oceanică.
Litosfera continentală este formată în principal din roci felsice (roci cu un conținut ridicat de siliciu). Litosfera oceanică, pe de altă parte, este compusă aproape în întregime din peridotite (roci ultramafice cu conținut scăzut de siliciu) și este mai densă decât litosfera continentală.
Astenosfera
Astenosfera este prezentată la o limită de subducție
Sub litosferă se află un strat de astenosferă, mult mai dens și mai slab din punct de vedere mecanic. Deși acest strat este situat de obicei la o adâncime cuprinsă între 80 și 200 km, există unele regiuni în care se poate extinde până la 700 km sub suprafața Pământului.
Presiunea și temperatura din această regiune sunt atât de ridicate încât rocile devin semi-fuze. Interesant este faptul că astenosfera este mult mai ductilă decât mantaua inferioară, unde temperaturile sunt mult mai ridicate. Granița litosferă- astenosferă (LAB) este cea care separă cele două straturi, iar adâncimea sa este determinată de schimbările aparente ale proprietăților chimice și termice ale rocilor.
Atât litosfera, cât și astenosfera sunt asociate cu tectonica plăcilor, o teorie geoscientifică ce descrie mișcarea blocurilor litosferice cunoscute sub numele de plăci tectonice.
Pe scurt, astenosfera rigidă “plutește” deasupra astenosferei ductile, ceea ce determină deplasarea plăcilor tectonice. Activitățile geologice, cum ar fi cutremurele și erupțiile vulcanice, sunt asociate în mod obișnuit cu tectonica plăcilor.
Zona de tranziție
Zona de tranziție este un strat distinct în mantaua Pământului, situat între adâncimile de 410 km și 660 km sub suprafață. Aici, din cauza temperaturii și presiunii ridicate, rocile devin mai dense și trec prin modificări structurale (cristalizare).
Studiile au arătat că zona de tranziție a mantalei conține la fel de multă apă ca și oceanele Pământului. Cu toate acestea, apa există acolo doar sub formă de ioni de hidroxid. La adâncimi de 525-660 km, ionii de hidroxid sunt prinși în interiorul unor minerale formate din olivine, cum ar fi Wadsleyitul și ringwoodita.
Mantolul inferior
Între zona de tranziție și nucleu se află mantaua inferioară. Aceasta se întinde de la 660 km până la aproximativ 2.900 km sub suprafața Pământului. Temperaturile din mantaua inferioară variază între 1.900 K și 2.630 K, în funcție de adâncime. Deși această regiune este mult mai fierbinte și mai densă decât mantaua superioară, este mult mai puțin ductilă.
Mantaua inferioară este compusă în principal din minerale precum perovskitul de silicat de calciu și feropericlase, ambele provenind din ringwoodita.
Pe baza modelului seismic preliminar de referință al Pământului (PREM), mantaua inferioară poate fi împărțită în trei secțiuni: mantaua inferioară superioară, mantaua inferioară medie și stratul D”.
Citește: Mantaua Pământului NU este “magnetic moartă” | Noi observații
Limita dintre nucleu și mantaua
Granița nucleu-mantă sau CMB este locul unde mantaua inferioară bogată în silicat interacționează cu nucleul exterior de nichel-fier. Aceasta se află la aproximativ 2 890 km sub suprafața Pământului și este în concordanță cu discontinuitățile de viteză seismică. Granița este cunoscută și sub numele de discontinuitatea Gutenberg.
Miezul
Structura internă a Pământului
Nucleul Pământului este cea mai fierbinte și mai densă parte a planetei noastre. Se crede că este compus aproape în întregime din nichel și fier. Nucleul este împărțit în două straturi: un nucleu interior solid și un nucleu exterior fluid, iar limita care separă aceste două regiuni se numește discontinuitatea Bullen.
Nucleul exterior
Nucleul exterior se întinde de la 2.900 km până la aproximativ 5.150 km sub suprafața Pământului. Chiar dacă temperatura exactă a miezului Pământului este aproape imposibil de măsurat, se estimează că aceasta se situează undeva în jurul valorii de 3.000 K – 4.500 K în apropierea regiunilor sale superioare. Ea poate ajunge până la 8.000 K în apropierea limitei sale cu nucleul interior.
Ilustrație a mecanismului dinamovist
Nucleul exterior pare să aibă o vâscozitate foarte scăzută, ceea ce determină o convecție violentă în această regiune. Conform teoriei dinamovice, nucleul exterior fluid de nichel-fier este cel care alimentează câmpul magnetic al Pământului. Intensitatea medie a câmpului magnetic din nucleul exterior (2,5 militesla) este de aproximativ 50 de ori mai puternică decât cea de la suprafață.
Nucleul interior
Spre deosebire de nucleul exterior fluid, nucleul interior al Pământului este dur și are o rază totală de 1.220 km. Temperatura sa estimată este apropiată de 5.700 K, similară cu cea a suprafeței exterioare a Soarelui. Deși temperaturile din miezul interior depășesc cu mult punctul de topire al fierului, acesta rămâne solid datorită presiunii intense exercitate de restul Pământului.
Deoarece nucleul interior este conectat la nucleul exterior fluid, acesta se poate roti cu o viteză ușor diferită față de restul. Această teorie a fost confirmată de un studiu realizat în 2005.
Analizând discontinuitățile din undele seismice, cercetătorii au putut concluziona că nucleul interior al Pământului se rotește de fapt mai repede decât restul Pământului, cu aproximativ 0,3-0,5 grade pe an, adică de 50.000 de ori mai mult decât mișcarea plăcilor tectonice.
Nucleul interior crește cu aproximativ 1 mm/an. Pe măsură ce căldura din nucleul exterior este transferată în mantaua, aceasta determină înghețarea sau solidificarea porțiunii celei mai interioare a regiunii lichide și împingerea nucleului interior în sus.
Citește: 27 de fapte interesante despre atmosfera Pământului
Miezul interior
În 2015, în timp ce studiau ecourile cutremurelor, cercetătorii au obținut informații necunoscute anterior despre nucleul interior al Pământului. Studiul sugerează că există un alt strat în interiorul nucleului interior. Acesta este supranumit nucleul interior intern. Acest strat diferă de nucleul interior în același mod în care nucleul interior diferă de nucleul exterior.
