Земљин омотач

Пресек Земље и атмосфере.

Мантл или омотач језгра је дебела љуска, састављена од густих стена, која окружује спољње течно језгро, а налази се директно испод релативно танке Земљине коре. Протеже се до 2.900 km дубине, што чини око 84% Земљине запремине. Он има масу од 4,01 × 10²⁴ kg и тако чини 67% масе Земље. Претежно је чврст, али у геолошком времену понаша се као вискозна течност, која се понекад описује као конзистенција карамеле. Делимично топљење плашта на средњоокеанским гребенима ствара океанску кору, а делимично топљење плашта у зонама субдукције даје континенталну кору.

Структура

На основу резултата сеизмолошких истраживања мантл је подељен на више слојева. Ти слојеви су следећи: горњи омотач (33–410 km) (20-254 миља), прелазна зона (410–660 km), доњи омотач (660–2891 km), и на дну последњег налази се тзв. D" слој променљиве дебљине (просечне дебљине ~200 km).

Подручје испод литосфере које се протеже до дубине од око 250 km назива се астеносфера. У том подручју сеизмички таласи путују спорије, па се још назива зона споријих брзина (ЛВЗ – енг. low velocity zone). По неким претпоставкама до успоравања долази јер су стене у астеносфери ближе тачки топљења него оне изнад или испод, а неки геолози сматрају да су стене у астеносфери делимично растопљене. Ако је то тачно, онда је та зона важна из два разлога: то је зона где се ствара магма, и стене у то зони имају релативно малу густину и зато могу лакше плутати, што значи да астеносфера делује као лубрикант за литосферне плоче.

Mineralogical structure

Mineral transformations in the mantle

Граница између коре и мантла назива се Мохоровичићев дисконтинуитет, скраћено мохо. Мохо је граница на којој се брзина сеизмичких таласа нагло мења. Дубина на којој се налази мохо варира од 5 km испод океана до 80 km у неким планинским регијама попут Тибета. Део мантла који се налази тачно испод коре састављен је од релативно хладних стена мантла. Овај снажни слој изграђен од коре и горњег мантла назива се литосфера и чија дебљина такође варира, али у просеку се протеже до 100 km дубине.

The upper mantle is dominantly peridotite, composed primarily of variable proportions of the minerals olivine, clinopyroxene, orthopyroxene, and an aluminous phase. The aluminous phase is plagioclase in the uppermost mantle, then spinel, and then garnet below ~100 km. Gradually through the upper mantle, pyroxenes become less stable and transform into majoritic garnet.

At the top of the transition zone, olivine undergoes isochemical phase transitions to wadsleyite and ringwoodite. Unlike nominally anhydrous olivine, these high-pressure olivine polymorphs have a large capacity to store water in their crystal structure. This has led to the hypothesis that the transition zone may host a large quantity of water. At the base of the transition zone, ringwoodite decomposes into bridgmanite (formerly called magnesium silicate perovskite), and ferropericlase. Garnet also becomes unstable at or slightly below the base of the transition zone.

The lower mantle is composed primarily of bridgmanite and ferropericlase, with minor amounts of calcium perovskite, calcium-ferrite structured oxide, and stishovite. In the lowermost ~200 km of the mantle, bridgmanite isochemically transforms into post-perovskite.

Карактеристике

Плашт се разликује од коре по својим механичким својствима и хемијским саставом. Заправо, кора је првенствено продукт топљења плашта. Парцијално таљење материјала плашта узрокује појаву да се инкомпатибилни елементи издвоје из стена плашта и заједно с ређим материјалом отплутају до површине, где се хладе и учвршћавају. Типичне стене плашта имају повишену концентрацију жељеза и магнезијума , а мању концентрацију силицијума и алуминијума у односу на кору.

Стене плашта плиће од 400 km већином се састоје од оливина, пироксена, спинела и гарнета; типичне стене су перидотити, дунити, и еклогити. Између 400 и 670 km дубине оливин није стабилан па настају минерали исте композиције, али стабилније структуре при условима високог притиска и температуре. Испод 670 km сви минерали из горњег плашта постају нестабилни. Превладавају минерали структуре перовскита. Те промене у минералошкој структури плашта врло лако се могу уочити променом у брзини сеизмичких таласа. Оне могу утицати на конвекцију плашта, јер резултирају променама у густини и стога се може апсорбовати или отпустити латентна топлота као и смањити или повећати дубина полиморфних фазних прелаза за подручја различитих температура.

Унутрашње језгро је крута, спољашња текућа, а плашт крут/пластичан, зато што агрегатно стање зависи од релативне тачке талишта различитих слојева (језгро се састоји већином од жељеза и никла, а плашт и кора од силиката ), али и од повишења температуре и притиска с повећањем дубине. На површини су легуре жељеза и никла те силикати довољно хладни да би се налазили у крутом стању. У горњем плашту силикати су већином крути, иако постоје мања подручја растопљене материје (тзв. магматске коморе), а како је горњи плашт врућ и под релативном малим притиском, стене тог подручја имају релативно малу вискозност. Насупрот томе, доњи плашт је под високим притисцима и стога има већу вискозност него горњи. Метално спољашње језгро је у течном стању успркос већем притиску него у плашту, јер су за никал и жељезо тачке топљења испод оних за силикате. Унутрашње језгро је у чврстом стању због огромних притисака у средишту Земље.

Температура

У плашту се температуре крећу од 500 °C до 900 °C на граници с кором до више од 4000 °C на граници с језгром. Упркос томе што су тако велике температуре далеко веће од температура талишта на површини, плашт је готово у потпуности крут. Огромни литостатски притисак у плашту спречава топљење, зато што температура талишта расте с порастом притиска.

Кретање

Термална конвекција

Због температурне разлике између Земљине површине и способности спољашњег језгра кристализованих стена да на високим температурама и притиску подлежу спорим, вискозним деформацијама, у плашту постоји циркулирајући механизам конвекције. Врући материјал се издиже, вероватно с границе спољашњег језгра, док хладнији и тежи материјал тоне. За време уздизања материјал се хлади и адијабатски и кондукцијом у хладније делове плашта који га окружују. Температура пада са смањењем притиска (које је повезано с мањом дубином), те се топлота материјала расподељује на већу запремину. Пошто температуре топљења опадају са смањењем притиска, могуће је да се парцијално топљење догађа тачно испод литосфере, што узрокује вулканизам и плутонизам.

Конвекција плашта је хаотичан процес (у смислу динамике флуида) и саставни је део тектонике плоча. Тектоника плоча се никако не би смела мешати са старијим термином померање континената. Кретање литосфере и плашта на којем лежи су повезани, јер је литосфера која тоне доминантна сила за покретање конвекције у плашту. Тектоника плоча је компликована веза између сила које узрокују да океанска кора тоне и кретања унутар плашта.

Због релативно ниске вискозности у горњем плашту, могло би се претпоставити да нема потреса испод дубине од 300 km. Međutim, у зонама субдукције, геотермални градијент може се смањити где хладни површински материјал тоне, што повећава снагу стена плашта и узрокује појављивање потреса на дубинама од 400 km до 600 km.

Притисак на бази плашта износи приближно 136 GPa. Притисак се повећава с повећањем дубине, јер доњи материјал мора да држи тежину материјала изнад себе. Цели плашт се деформише као течност на дугим временским скалама. Претпоставља се да вискозност плашта износи између 10¹⁹ и 10²⁴ Pa, зависно од температуре, састава, стања притиска и многим другим факторима. Упркос томе, горњи плашт тече врло споро. Под утицајем снажних сила може постати слабији, што је можда јако важно у формирању граница између литосферних плоча.

Литература

• Burns, Roger George (1993). Mineralogical Applications of Crystal Field Theory. Cambridge University Press. стр. 354. ISBN 978-0-521-43077-7. Приступљено 26. 12. 2007. 
• Petsko, Gregory A. (28. 4. 2011). „The blue marble”. Genome Biology. 12 (4): 112. PMC 3218853 . PMID 21554751. doi:10.1186/gb-2011-12-4-112. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• „Apollo Imagery – AS17-148-22727”. NASA. 1. 11. 2012. Архивирано из оригинала 20. 4. 2019. г. Приступљено 22. 10. 2020. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• The Astronomical Almanac Online, USNO–UKHO, Архивирано (PDF) из оригинала 2016-12-24. г., Приступљено 2016-02-18 
• „Planetary Fact Sheet”. Lunar and Planetary Science. NASA. Архивирано из оригинала 24. 3. 2016. г. Приступљено 2. 1. 2009. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Montagner, Jean-Paul (2011). „Earth's structure, global”. Ур.: Gupta, Harsh. Encyclopedia of solid earth geophysics. Springer Science & Business Media. ISBN 9789048187010. 
• Andrei, Mihai (21. 8. 2018). „What are the layers of the Earth?”. ZME Science. Архивирано из оригинала 12. 5. 2020. г. Приступљено 28. 6. 2019. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Chinn, Lisa (25. 4. 2017). „Earth's Structure From the Crust to the Inner Core”. Sciencing. Leaf Group Media. Архивирано из оригинала 30. 7. 2020. г. Приступљено 28. 6. 2019. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Rogers, N., ур. (2008). An Introduction to Our Dynamic Planet. Cambridge University Press and The Open University. стр. 19. ISBN 978-0-521-49424-3. Архивирано из оригинала 2016-05-02. г. Приступљено 2022-08-08. 
• Jackson, Julia A., ур. (1997). „mafic”. Glossary of geology. (Fourth изд.). Alexandria, Virginia: American Geological Institute. ISBN 0922152349. 
• Schmidt, Victor A.; Harbert, William (1998). „The Living Machine: Plate Tectonics”. Planet Earth and the New Geosciences (3rd изд.). стр. 442. ISBN 978-0-7872-4296-1. Архивирано из оригинала 2010-01-24. г. Приступљено 2008-01-28.  „Unit 3: The Living Machine: Plate Tectonics”. Архивирано из оригинала 2010-03-28. г. 
• Kearey, P.; Klepeis K.A.; Vine F.J. (2009). Global Tectonics (3 изд.). John Wiley & Sons. стр. 19—21. ISBN 9781405107778. Приступљено 30. 6. 2012. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Lowrie, W. (1997). Fundamentals of Geophysics. Cambridge University Press. стр. 149. ISBN 9780521467285. Приступљено 30. 6. 2012. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Himiyama, Yukio; Satake, Kenji; Oki, Taikan, ур. (2020). Human Geoscience. Singapore: Springer Science+Business Media. стр. 27. ISBN 978-981-329-224-6. OCLC 1121043185. 
• Rudnick, R. L.; Gao, S. (2003-01-01), Holland, Heinrich D.; Turekian, Karl K., ур., „3.01 – Composition of the Continental Crust”, Treatise on Geochemistry, Pergamon, 3: 659, Bibcode:2003TrGeo...3....1R, ISBN 978-0-08-043751-4, doi:10.1016/b0-08-043751-6/03016-4, Приступљено 2019-11-21 
• RB Cathcart; MM Ćirković (2006). Viorel Badescu; Richard Brook Cathcart; Roelof D Schuiling, ур. Macro-engineering: a challenge for the future. Springer. стр. 169. ISBN 978-1-4020-3739-9. 

Спољашње везе

• The Biggest Dig: Japan builds a ship to drill to the earth's mantle – Scientific American (September 2005)
• Information on the Mohole Project