Struktura Země

Struktura Země je fascinující a složité uspořádání vrstev, které tvoří nitro naší planety. Pochopení této struktury je pro geology a vědce zásadní, protože poskytuje pohled na složení Země, její chování a procesy, které utvářejí naši planetu. Tyto znalosti jsou také nezbytné pro různé obory, včetně geologie, seismologie a tektonika desek, protože pomáhá vysvětlit přírodní jevy, jako je zemětřesení, sopkya formování kontinentů a oceánských pánví.

Vnitřek Země: Kůra, plášť a jádro

Vnitřek Země lze rozdělit do tří hlavních vrstev: kůra, plášť a jádro. Tyto vrstvy mají odlišné vlastnosti a složení, které hrají významnou roli při utváření geologie a chování naší planety.

1. Kůra:
   • Zemská kůra je nejvzdálenější vrstvou a tou, se kterou přímo interagujeme. Jeho tloušťka se liší, přičemž oceánská kůra je tenčí (asi 4-7 mil nebo 6-11 kilometrů) a kontinentální kůra je tlustší (v průměru asi 19 mil nebo 30 kilometrů).
   • Kůra je primárně složena z pevné horniny, přičemž v kontinentálních a oceánských oblastech převládají různé typy hornin. Kontinentální kůra je většinou tvořena žulou skály, zatímco oceánská kůra je primárně složena z čedičových hornin.
   • Zemská kůra je místo, kde najdeme zemskou kůru tvary terénu, jako jsou hory, údolí a pláně, stejně jako dno oceánu.
2. Mantle:
   • Plášť se nachází pod zemskou kůrou a sahá do hloubky asi 1,800 mil (2,900 kilometrů). Je to nejtlustší vrstva Země.
   • Plášť je složen z pevné horniny, především silikátu minerály. Přestože je plášť pevný, chová se v geologických měřítkách jako velmi viskózní nebo plastický materiál. Tato vlastnost umožňuje pomalému proudění pláště, což vede k pohybu tektonických desek a s tím spojených geologické jevy jako zemětřesení a sopky.
   • Teplo generované z nitra Země a rozpad radioaktivních prvků přispívají k vysokým teplotám v plášti.
3. Jádro:
   • Zemské jádro je rozděleno na dvě části: vnější jádro a vnitřní jádro.
   • Vnější jádro:
     • Vnější jádro se nachází pod pláštěm, začíná v hloubce asi 1,800 2,900 mil (3,500 XNUMX kilometrů) a sahá až do asi XNUMX XNUMX kilometrů pod povrchem.
     • Skládá se především z taveniny železo a nikl. Vysoké teploty a tlaky ve vnějším jádru udržují tyto materiály v kapalném stavu.
     • Pohyb roztaveného železa ve vnějším jádru je zodpovědný za vytváření magnetického pole Země prostřednictvím procesu geodynamo.
   • Vnitřní jádro:
     • Vnitřní jádro se nachází v samém středu Země, začíná v hloubce asi 3,500 kilometrů.
     • Skládá se především z pevného železa a niklu. Navzdory extrémně vysokým teplotám v této hloubce zůstává vnitřní jádro díky obrovskému tlaku pevné.
     • Pevná povaha vnitřního jádra je důležitá pro pochopení vnitřní dynamiky Země, včetně toho, jak seismické vlny projít tím.

Struktura Země a interakce mezi těmito vrstvami jsou zodpovědné za různé geologické jevy, včetně zemětřesení, sopečných erupcí a pohybu tektonických desek. Znalost vnitřní struktury Země je zásadní pro pochopení a předpovídání těchto přírodních událostí, stejně jako pro zkoumání historie a geologie planety.

Co byste měli pochopit o nitru Země?

• Přímým pozorováním není možné poznat vnitřek Země kvůli obrovské velikosti a měnící se povaze jejího vnitřního složení.
• Pro lidi je téměř nemožné dosáhnout středu Země (poloměr Země je 6,370 XNUMX km).
• Těžbou a vrtáním jsme mohli přímo pozorovat zemský vnitřek jen do hloubky několika kilometrů.
• Rychlý nárůst teploty pod zemským povrchem je zodpovědný především za stanovení limitu pro přímá pozorování uvnitř země.
• Ale přesto, prostřednictvím některých přímých a nepřímých zdrojů, vědci mají dobrou představu o tom, jak vypadá vnitřek Země.

Zdroje informací o nitru Země

Přímé zdroje:

1. Skály z těžební oblasti
2. Sopečné erupce

Nepřímé zdroje

1. Analýzou rychlost změny teploty a tlaku od povrchu směrem do interiéru.
2. Meteory, protože patří ke stejnému typu materiálů, ze kterých je vyrobena země.
3. Gravitace, což je větší blízko pólů a méně na rovníku.
4. Gravitační anomálie, což je změna hodnoty gravitace podle hmotnosti materiálu, nám dává informaci o materiálech v zemském nitru.
5. Magnetické zdroje.
6. Seismické vlny: stínové zóny tělesných vln (Primární a sekundární vlny) nám poskytují informace o stavu materiálů v interiéru.

Struktura zemského nitra

Struktura zemského nitra je v zásadě rozdělena do tří vrstev – kůra, plášť a jádro.

Kůra

• Je to nejvzdálenější pevná část Země, obvykle asi 8-40 km tlustá.
• V přírodě je křehký.
• Téměř 1 % zemského objemu a 0.5 % zemské hmoty tvoří kůra.
• Tloušťka kůry pod oceánskými a kontinentálními oblastmi se liší. Oceánská kůra je tenčí (asi 5 km) ve srovnání s kontinentální kůrou (asi 30 km).
• Hlavními složkami kůry jsou oxid křemičitý (Si) a hliník (Al), a proto se často nazývá SIAL (Někdy se SIAL používá k označení litosféry, což je oblast zahrnující také kůru a nejsvrchnější pevný plášť).
• Střední hustota materiálů v kůře je 3 g/cm3.
• Nespojitost mezi hydrosféra a kůra je označován jako Conradova diskontinuita.

Mantle

• Část vnitřku za kůrou se nazývá plášť.
• Nespojitost mezi kůra a plášť se nazývá jako Mohorovičova diskontinuita nebo Moho diskontinuita.
• Plášť má tloušťku asi 2900 km.
• Téměř 84 % zemského objemu a 67 % zemské hmoty zabírá plášť.
• Hlavními složkami pláště jsou křemík a hořčík, a proto se také nazývá SIMA.
• Hustota vrstvy je vyšší než krusta a pohybuje se od 3.3 – 5.4 g/cm3.
• Nejvyšší pevná část pláště a celá kůra tvoří Litosféra.
• Jedno asthenosféra (mezi 80-200 km) je vysoce viskózní, mechanicky slabá a tažná, deformující se oblast svrchního pláště, která leží těsně pod litosférou.
• Astenosféra je hlavním zdrojem magmatu a je to vrstva, po které se pohybují litosférické desky / kontinentální desky (desková tektonika).

• Nespojitost mezi horní plášť a spodní plášť je známý jako Repetti diskontinuita.
• Část pláště, která je těsně pod litosférou a astenosférou, ale nad jádrem, se nazývá as Mezosféra.

Jádro

• Je to nejvnitřnější vrstva obklopující střed Země.
• Jedno jádro je odděleno od pláště Guttenbergovou Discontinuitou.
• Skládá se převážně ze železa (Fe) a niklu (Ni), a proto se také nazývá jako NIFE.
• Jádro tvoří téměř 15 % zemského objemu a 32.5 % zemské hmoty.
• Jádro je nejhustší vrstvou Země s jeho hustotou se pohybuje mezi 9.5-14.5 g/cm3.
• Jádro se skládá ze dvou dílčích vrstev: vnitřní jádro a vnější jádro.
• Vnitřní jádro je v pevném stavu a vnější jádro je v kapalném (nebo polotekutém) stavu.
• Nespojitost mezi horním jádrem a spodním jádrem se nazývá as Lehmannova diskontinuita.
• Barysféra se někdy používá k označení jádra země nebo někdy celého nitra.

Složení Země

Hlavní prvky a minerály ve složení Země:

1. Kyslík (O): Kyslík je nejhojnějším prvkem ve složení Země, tvoří přibližně 46.6 % hmotnosti zemské kůry. Je zásadní složkou minerálů a sloučenin, jako jsou silikáty a oxidy.
2. Křemík (Si): Křemík je druhým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře, tvoří asi 27.7 % jejího složení. Je klíčovou složkou v různých silikátových minerálech, které jsou primárními stavebními kameny zemské kůry.
3. Hliník (Al): Hliník tvoří asi 8.1 % zemské kůry. Často se vyskytuje v minerálech jako živec, bauxita různé silikáty.
4. Železo (Fe): Železo je dalším základním prvkem ve složení Země, tvoří přibližně 5 % zemské kůry. Nachází se v různých minerálech, včetně hematit a magnetit.
5. Vápník (Ca): Vápník tvoří asi 3.6 % zemské kůry a běžně se vyskytuje v minerálech jako kalcit a sádra.
6. Sodík (Na) a draslík (K): Sodík a draslík dohromady tvoří asi 2.8 % zemské kůry. Tyto prvky se obvykle nacházejí v minerálech, jako je živec.
7. Hořčík (Mg): Hořčík tvoří asi 2.1 % zemské kůry a nachází se v minerálech jako např olivín a serpentin.
8. Titan (Ti): Titan tvoří přibližně 0.57 % zemské kůry a je přítomen v minerálech jako např ilmenit a rutile.
9. Vodík (H): Zatímco vodík není hlavní složkou zemské kůry, je významným prvkem v celkovém složení Země, zejména ve formě vody (H2O).
10. Další prvky: Různé další prvky, vč sírauhlík, fosfor a mnoho stopových prvků jsou ve složení Země přítomny v menším množství.

Rozložení prvků v zemských vrstvách:

1. Kůra: Zemská kůra je primárně složena ze silikátových minerálů, včetně křemen, živec, maléa různé druhy hornin. Křemík a kyslík jsou nejhojnějšími prvky v kůře a tvoří páteř těchto minerálů.
2. plášť: Plášť je složen převážně ze silikátových minerálů, přičemž dominantními prvky jsou železo a hořčík. Olivín, pyroxeny a granát jsou běžné minerály nacházející se v plášti.
3. Vnější jádro: Vnější jádro je primárně složeno z tekutého železa a niklu. Tato vrstva je zodpovědná za generování magnetického pole Země, přičemž železo je dominantním prvkem.
4. Vnitřní jádro: Vnitřní jádro je složeno z pevného železa a niklu. I přes extrémně vysoké teploty udržuje intenzivní tlak tyto prvky v pevném stavu.

Rozložení prvků ve vrstvách Země je výsledkem diferenciace a separace materiálů během rané historie Země. Vrstvená struktura Země je důsledkem fyzikálních a chemických procesů, ke kterým došlo v průběhu miliard let, včetně planetární akrece, diferenciace a geologické aktivity.

Teplota, tlak a hustota zemského nitra

teplota

• Nárůst teploty s rostoucí hloubkou je pozorován v dolech a hlubokých vrtech.
• Tyto důkazy spolu s roztavenou lávou vyvěrající z nitra země podporují, že se teplota směrem ke středu Země zvyšuje.
• Různá pozorování ukazují, že rychlost nárůstu teploty není rovnoměrná od povrchu ke středu Země. Někde je rychlejší a jinde pomaleji.
• Na začátku je tato rychlost nárůstu teploty průměrně 1 C na každých 32 m nárůstu hloubky.
• Zatímco v horních 100 km je nárůst teploty rychlostí 12 C na km a v dalších 300 km je to 20 C na km. Ale hlouběji, tato rychlost klesá na pouhých 10 C na km.
• Předpokládá se tedy, že rychlost nárůstu teploty pod povrchem se snižuje směrem do centra (nezaměňujte rychlost nárůstu teploty s nárůstem teploty. Teplota se neustále zvyšuje od zemského povrchu směrem ke středu).
• Teplota ve středu se odhaduje někde mezi 3000 C a 5000 C, což může být mnohem vyšší v důsledku chemických reakcí za podmínek vysokého tlaku.
• Dokonce i při tak vysoké teplotě jsou materiály ve středu Země v pevném stavu kvůli velkému tlaku překrývajících materiálů.

Tlak

• Stejně jako teplota, tlak se také zvyšuje od povrchu směrem ke středu ze země.
• Je to kvůli obrovské hmotnosti nadložních materiálů, jako jsou kameny.
• Odhaduje se, že v hlubších částech je ohromně vysoký tlak, který bude téměř 3 až 4 milionykrát vyšší než tlak atmosféry na hladině moře.
• Při vysoké teplotě se materiály pod nimi roztaví směrem ke středu země, ale vlivem velkého tlaku získají tyto roztavené materiály vlastnosti pevné látky a jsou pravděpodobně v plastickém stavu.

Hustota

• V důsledku zvýšení tlaku a přítomnosti těžších materiálů, jako je nikl a železo, směrem do středu Hustota zemských vrstev se také směrem ke středu zvyšuje.
• Průměrná hustota vrstev se od kůry k jádru zvyšuje a v samém středu je téměř 14.5 g/cm3.

Magnetické pole Země

Magnetické pole Země je zásadní a komplexní prvek, který obklopuje naši planetu. Hraje významnou roli v našem každodenním životě a má několik důležitých funkcí. Zde je přehled magnetického pole Země:

1. Generování magnetického pole Země:

• Magnetické pole Země je primárně generováno pohybem roztaveného železa a niklu ve vnějším jádru planety. Tento proces je známý jako geodynamo.
• Geodynamo je poháněno teplem generovaným rozpadem radioaktivních izotopů v nitru Země a chlazením jádra.

2. Magnetická polarita:

• Magnetické pole Země má severní a jižní magnetický pól, podobně jako tyčový magnet. Tyto magnetické póly však nejsou zarovnány s geografickým severním a jižním pólem.
• Pozice a orientace magnetických pólů Země se mohou v průběhu geologického času měnit a tyto přepólování jsou v horninách zaznamenány jako „magnetické pruhy“.

3. Složky magnetického pole:

• Magnetické pole Země je charakterizováno svou silou, sklonem a deklinací.
• Magnetická síla: To představuje intenzitu magnetického pole na určitém místě na zemském povrchu.
• Sklon: Vztahuje se k úhlu, pod kterým siločáry magnetického pole protínají zemský povrch, od téměř svislé na magnetických pólech po vodorovnou na rovníku.
• Deklinace: Toto je úhel mezi skutečným severem (geografickým severem) a magnetickým severem.

4. Funkce a význam magnetického pole:

• Magnetické pole Země má několik důležitých funkcí a výhod:
  • Slouží jako ochranný štít, odrážející škodlivé nabité částice od Slunce, jako je sluneční vítr a kosmické záření. Tento štít je známý jako magnetosféra a pomáhá chránit atmosféru a život na Zemi.
  • Umožňuje navigaci a orientaci stěhovavých živočichů, včetně ptáků a mořských želv, kteří využívají magnetické pole jako kompas.
  • Kompasy se při navigaci a orientaci spoléhají na magnetické pole Země.
  • Magnetické pole se používá v různých vědeckých a geologických studiích, včetně paleomagnetismu (studie starověkých magnetických polí zaznamenaných v horninách) k pochopení historie Země a pohybu tektonických desek.
  • Magnetické pole je nezbytné pro moderní technologie, včetně zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) v medicíně a různé aplikace v geofyzikálním průzkumu.

5. Změny v magnetickém poli Země:

• Magnetické pole Země není konstantní a může v průběhu času podléhat změnám, včetně sekulárních změn (postupné změny) a geomagnetických zvratů (překlopení magnetické polarity).
• Vědci tyto změny sledují a nedávná pozorování ukázala, že magnetický severní pól se posouvá rychleji než v minulosti.

Pochopení magnetického pole Země je nezbytné z různých vědeckých, technologických a ekologických důvodů. Je nedílnou součástí geologie planety a hraje zásadní roli při udržování podmínek nezbytných pro život na Zemi.

Reference

Jijo Sudarsan ,Interiér Země: Kůra, plášť a jádro (2018),https://www.clearias.com/interior-of-the-earth/