Rejse til Jordens indre
Journey to the Center of the Earth CHAPTER 2
Jordens atmosfære og indre struktur
Jordens overflade Direkte observationer er begrænset til Jordens overflade. Tilsyneladende dramatiske variationer bjerge, dale og sletter. Vores Jord er meget mere kompleks end de relativt små variationer vi kan observere.
En rejse gennem rummet En rejsende mod Jorden fra uden for Solsystemet vil opleve: At rejse gennem udstrakt vacuum i det interstellare rum. Solsystemets diffuse rand: Svagt tyngdekraft fra Solen. 50.000 AE fra Solen. (Én AE (AU), astronomisk enhed; afstanden mellem Jorden og Solen) Fragmenter af is og sten i Oort Skyen (Oort Cloud); indre grænse ca. 3.500 AE fra Solen.
Solsystemet Grænsen for heliosfæren er 200 AE (AU) fra Solen. Det er den ydre grænse for solvinden. Kuiper Beltet er et diffust bånd af objekter bestående af is. Nogle er op til 1,200 km store. Her har kometer deres oprindelse. Neptun definerer indre grænse. Neptun s bane afgrænser det interplanetare rum.
Planeterne Alle planet-baner ligger i samme plan (ekliptika). Solsystemet udgøres af otte planeter. Ydre is-giganter: Neptun og Uranus Gas-giganter: Saturn og Jupiter Terrestriske planeter: Mars, Jorden, Venus og Merkur Asteroide-bæltet ligger mellem Jupiter og Mars.
Asteroider Asteroide: lille legene af sten eller metal, der kredser om Solen. Planetesimaler, der aldrig var en del af en større planet. Fragmenter af større planetesimaler. De fleste findes mellem Jupiter og Mars. Varierende størrelse Ca. 1000 med > 30 km i diameter Millioner >1km i diameter For små til at blive om- formet af tyngdefeltet Asteroider kan ramme Jorden.
Kometer Komet: planetesimal af is og støv, der kredser om Solen. Stærkt elliptiske baner. Tæt på Solen udvikler de en lang lysende hale (coma). Halen består af fordampende gas og støv. Komet-halen peger altid væk fra Solen. Kort-periode kometer stammer fra Kuiper beltet. Længere-periode kometer måske fra Oort skyen. Snavsede snebolde af H 2 O, CO 2, CH 4, NH 3 Andre volatiler Organisk stof Støv Kometer kan ramme Jorden.
Magnetfelt Som vi nærmer os Jorden vil vi bemærke dens magnetfelt. Jordens magnetfelt ligner en gigantisk stangmagnet - en dipol. Feltet har nord og syd. Feltet aftager med stigende afstand. Feltetes flux har retning Fra S-pol til N-pol langs magneten Fra N to S langs feltlinierne udenfor magneten
Magnetfeltet Som en gigantisk stangmagnet. Dens magnetiske nordpol er nær Jordens geografiske sydpol. En kompasnål indstiller sig langs feltlinierne. Kompassets nordpol peger mod den indre magnets sydpol. Magnetfeltet: Strækker sig ud I rummet. Aftager med afstanden. Danner et beskyttende skjold om Jorden: magnetosfæren.
Magnetfeltet Solvinden påvirker magnetosfærens form. Asymmetrisk dråbeform. Afbøjer det meste af solvinden; beskytter Jorden De stærke magnetfelter i Van Allen bælterne opfanger dødelig kosmisk stråling.
Magnetfeltet Magnetfeltet giver anledning til spektakulære lysfænomener - auroraer. Det lykkes for nogle ladede partikler at passere Van Allen bælterne. De kanalliseres langs de magnetiske fieltinier. De får atmosfæriske luftarter i polare regioner til at lyse. Nordpolarlys: aurora borealis. Sydpolarlys: aurora australis.
Vores atmosfære består mest af kvælstof (N 2 ) og ilt (O 2 ). Atmosfæren De resterende luftarter, (tilsammen mindre end 1%) indekolder: Argon (0.93%), culdioxid (0.039%), neon (0.0018%) Andre mindre almindelige gasser (helium, metan, krypton). Atmosfæren tyndes kraftigt med stigende højde. Atmosfæriske lag har bestemte karakteristika. Tryk, temperatur, massefylde.
Atmosfæren Atmosfæren er tættest ved Jordens overflade. Ved havniveau Ca. 1 bar = 1000 mbar = 1000 hpa 500 hpa i ca. 5,5 km højde Med stigende højde: Trykket aftager. Massefylden aftager. Indhold af ilt aftager.
Atmosfæren Atmosfærens lag adskilles af pauser. Troposfæren (0 11 km): Det nederste blandingslag. Vejret er knyttet til dette lag. Temperaturen aftager opad. Stratosfæren (12 47 km): Ingen opblanding. Temperaturen stiger opad. Mesosfæren (47 82 km): Temperaturen aftager opad. Thermosphere (82 km+): Yderste lag. Temperaturen stiger opad.
Systemet Jorden Earth system I kredsløb om Jorden, vil gæster fra rummet notere: Atmosfære luften omkring os. Hydrosfæren det (blå) flydende vand. Cryosfæren den frosne verden. Biosfæren rigdom af liv. Lithosfæren den faste Jord. Vekselvirkning mellem disse dele udgør systemet Jorden - Earth system. Jorden er i en zone, hvor liv er muligt Kun Jorden har flydende vand, og dermed liv
Jordens overflade Land og vand er de meste prominente overfladestrukturer. Iskapper og levende organismer er også tydelige.
Hypsometrisk kurve Mest land ligger under 1 km over havniveau. Mest ocean-bund ligger tæt på en dybde på 5 km. Ekstreme højder og dybder er meget sjældne. De to dominerende niveauer afspejler kontinental mod oceanisk skorpe.
Sammensætning i grundstoffer 91.2% af Jorden udgøres af kun fire grundstoffer. Jern (Fe) 32.1% Ilt (O) 30.1% Silicium (Si) 15.1% Magnesium (Mg) 13.9% De resterende 88 naturligt forekommende: 8.8% Denne sammensætning er meget forskellig for Jordens skorpe.
Jordens materialer - Earth materials Grundstoffer indgår i mange kombinationer. Mineraler naturligt forekommende krystallinsk stof. Crystal et enkelt sammenhængende mineral med geometric flader. Korn et irregulært fragment af et større krystal. Mineraler udgør bjergarter, Jordens hovedbestandel. Glas fast, ikke krystallinsk. Dannes gennem hurtig afkølingt.
Jordens materialer - Earth materials Grundstoffer indgår i mange kombinationer. Bjergarter (rocks) - aggregat af mineraler, korn, og/eller glas. Magmatisk (igneous) - afkølet fra en smelte. Sedimentær løsere, dannet fra tidligere bjergart. Metamorf - bjergart omdannet af tryk og temperatur. Bjergarter kan bestå af et enkelt mineral.
Jorden er lagdelt Første information om Jordens indre: massefylde. Et lod afbøjes af massen i et bjergmassiv. Graden af afbøjning kan anvendes til at beregne Jordens masse. Massefylden herfra (4.5 g/cm 3 ) er meget højere end massefylden i overfladematerialer (2.5 g/cm 3 ). Det viser af massefylden må være højere i Jordens indre.
Jorden er lagdelt Første information om Jordens indre: massefylde. 1896, vigtigt bidrag fra Emil Wiechert Han angav at metal må være tilstede I Jordens indre. Han angav at det måtte være ind mod Jordens centrum. Hans idé ledte til modellen med tre lag: Jorden ligner et æg. Tynd, let skorpe (æggeskal) Tykkere, tungere kappe (æggehvide) Inderste, meget tung kerne (blomme) Andre observationer: Landjorden har, i modsætning til oceanerne, ikke stor tidebevægelse (tide), altså må den ydre del af Jorden være fast.
Jorden er lagdelt Jordskælv: seismisk energi fra forskydning (brud) i Jorden. Seismiske bølger giver oplysninger om Jordens indre. Seismiske bølgers hastighed varierer med massefylden. Vi kan bestemme dybden til hastighedsændringer. Dermed oplysninger om hvor massefylden ændrer sig i Jordens indre.
Jorden er lagdelt Variation med dybde. Tryk (P) Vægten af ovenliggende masser stiger med dybden. Temperature (T) Der genereres varme i Jordens indre. T stiger med dybden. Geotermisk gradient Stigningsraten for T Den geotermiske gradient varierer med sted og dybde. Høj: 50 C / km Lav: 15 C / km Bestemmes af tektoniske forhold og termiske egenskaber
Lagenes sammensætning Geologer og geofysikere søger at bestemme lagenes fysiske egenskaber og sammensætning. Studier af meteoritter som analoge til kerne og kappe. Eksperimenter i laboratoriet. Måling af massefylde Karakteristika for bjergarter og mineraler, der stammer fra kappen Analyse af P- og T- stabilitetsområder for mineraler og bjergarter
Lagenes sammensætning Det vi ved I dag er resultat af lang tids forskning. Vi ved meget om Jordens indre. Der sker en stadig udvikling i vort kendskab. Jorden er indelt i skorpe, øvre og nedre kappe samt flydende ydre of fast indre kerne. Der er betydelig kompleksitet indenfor hvert af lagene.
Jordens indre er lagdelt. Jordens lag en sammenfatning Skorpe Kontinental Oceanisk Kappe Øvre Overgangszone Nedre Kerne Ydre - flydende Indre - fast Lagdelingen er bestemt på basis af seismiske bølger
Skorpen Jordens yderste tynde lag, meget variabelt. Tykkest under bjergkæder, op til 70 km. Tyndest under oceaner, tæt på 7 km. Relativt så tyk som membranen på en legetøjsballon. Mohorovičić diskontinuitet, Moho, definerer bunden af skorpen. Brat ændring i seismisk hastighed mellem skorpen og øvre kappe. Skorpen udgør den øverste del af en tektonisk plade.
Skorpen Der er to typer af skorpe: kontinental og oceanisk. Kontinental skorpe ligger under kontinenterne. Middel massefyld ~2.8 g/cm 3 Middel tykkelse 35 40 km Felsisk (granitisk) til intermediær i sammensætning. Oceanisk skorpe ligger under oceanerne Middel massefylde ~3.0 g/cm 3 Middel tykkelse 7 10 km Mafisk i sammensætning (basalt, gabbro)
Skorpen Der er to typer af skorpe: kontinental og oceanisk. Skorpens massefylde og tykkelse bestemmer overfladens position. Kontinental skorpe Mindre tæt: flyder højere Oceanisk skorpe Tættere: flyder lavere
Skorpens sammensætning 98.5% af skorpen består af kun otte grundstoffer. Ilt er det mest almindelige grundstof i skorpen. Det afspejler betydningen af silikaterne (SiO 4 ). Ilt fylder meget. Det udgør ca. 94% af skorpens volumen.
Skorpens sammensætning (vægt) 8 %
Kappen Fast, 2.885 km tyk, 82% af Jordens volumen. Kappen består næsten udelukkende af den ultramafiske bjergart peridotite. Konvektion under dybder på ca. 100 km giver opblanding. Som i en gryde suppe på komfuret : varmt stiger op, koldere synker ned. Konvektion fremmer pladebevægelse Øvre (med overgang) og nedre.
Kernen En jern-rig kugle med en radius på 3,471 km. Seismiske bølger afslører to radikalt forskellige dele. Den ydre kerne er flydende; indre kerne er fast. Ydre kerne Flydende jern-nikkel-svovl 2,255 km tyk Massefylde: 10 12 g/cm 3 Indre kerne Fast jern-nikkel legering Radius: 1,220 km Massefylde: 13 g/cm 3 Materiale-strømme i den ydre kerne genererer Jordens magnetfelt
Jordens indre er lagdelt. Jordens lag en sammenfatning Skorpe Kontinental Oceanisk Kappe Øvre Overgangszone Nedre Kerne Ydre - flydende Indre - fast Lagdelingen er bestemt på basis af seismiske bølger
Lithosfære og asthenosfære Vi kan også indele i lag på basis af styrke. Lithosfære - de yderste ca. 100-150 km af Jorden. Stiv meget fast enhed, non-flowing. T under 1200 1400 C Består af to dele: skorpe og øvre kappe. Det er materialet, der udgør de tektoniske plader. Asthenosfære øvre kappe under lithosfæeren. Varierende dybde under oceanisk lithosfære; generelt dybere under kontinental lithosfære. Deformation/ flydning som i blødt fast materiale.
Nogle spørgsmål
Jorden er delt ind i lag hvilke?
Hvorfor er sammensætningen af jordskorpen så forskellig fra Jorden som helhed? 8%