إن بنية الأرض عبارة عن ترتيب رائع ومعقد للطبقات التي تشكل باطن كوكبنا. يعد فهم هذا الهيكل أمرًا بالغ الأهمية للجيولوجيين والعلماء لأنه يوفر نظرة ثاقبة حول تكوين الأرض وسلوكها والعمليات التي تشكل كوكبنا. هذه المعرفة ضرورية أيضًا لمختلف المجالات، بما في ذلك الجيولوجيا وعلم الزلازل الصفائح التكتونية، لأنه يساعد في تفسير الظواهر الطبيعية مثل الزلازل, البراكينوتكوين القارات وأحواض المحيطات.
باطن الأرض: القشرة والعباءة واللب
يمكن تقسيم باطن الأرض إلى ثلاث طبقات رئيسية: القشرة، والوشاح، واللب. تتمتع هذه الطبقات بخصائص وتركيبات مميزة، تلعب دورًا مهمًا في تشكيل جيولوجيا كوكبنا وسلوكه.
- القشرة:
- القشرة الأرضية هي الطبقة الخارجية وهي التي نتفاعل معها بشكل مباشر. وهي تختلف في السمك، حيث تكون القشرة المحيطية أرق (حوالي 4-7 أميال أو 6-11 كيلومترًا) وتكون القشرة القارية أكثر سمكًا (يبلغ متوسطها حوالي 19 ميلًا أو 30 كيلومترًا).
- تتكون القشرة في المقام الأول من الصخور الصلبة، مع وجود أنواع مختلفة من الصخور السائدة في المناطق القارية والمحيطية. تتكون القشرة القارية في الغالب من الجرانيت الصخوربينما تتكون القشرة المحيطية بشكل أساسي من الصخور البازلتية.
- القشرة الأرضية هي المكان الذي نجد فيه قشرة الأرض التضاريسكالجبال، والوديان، والسهول، بالإضافة إلى قاع المحيطات.
- عباءة:
- يقع الوشاح تحت القشرة الأرضية ويمتد إلى عمق حوالي 1,800 ميل (2,900 كيلومتر). إنها الطبقة السميكة للأرض.
- يتكون الوشاح من الصخور الصلبة، وخاصة السيليكات المعادن. على الرغم من أنها صلبة، إلا أن الوشاح يتصرف مثل مادة لزجة أو بلاستيكية للغاية على فترات زمنية جيولوجية. تسمح هذه الخاصية للوشاح بالتدفق ببطء، مما يؤدي إلى حركة الصفائح التكتونية وما يرتبط بها الظواهر الجيولوجية مثل الزلازل والبراكين.
- تساهم الحرارة المتولدة من باطن الأرض واضمحلال العناصر المشعة في ارتفاع درجات الحرارة داخل الوشاح.
- جوهر:
- ينقسم نواة الأرض إلى قسمين: اللب الخارجي واللب الداخلي.
- اللب الخارجي:
- يقع اللب الخارجي تحت الوشاح، ويبدأ على عمق حوالي 1,800 ميل (2,900 كيلومتر) ويمتد إلى حوالي 3,500 كيلومتر تحت السطح.
- وتتكون في المقام الأول من المنصهر حديد و النيكل. درجات الحرارة المرتفعة والضغوط في اللب الخارجي تبقي هذه المواد في حالة سائلة.
- إن حركة الحديد المنصهر في اللب الخارجي هي المسؤولة عن توليد المجال المغناطيسي للأرض من خلال عملية الدينامو الجغرافي.
- النواة الداخلية:
- يقع اللب الداخلي في مركز الأرض، ويبدأ على عمق حوالي 3,500 كيلومتر.
- ويتكون في المقام الأول من الحديد الصلب والنيكل. وعلى الرغم من درجات الحرارة المرتفعة للغاية عند هذا العمق، إلا أن اللب الداخلي يظل صلبًا بسبب الضغط الهائل.
- The inner core’s solid nature is important for understanding the Earth’s internal dynamics, including how موجات زلزالية تمر من خلاله.
إن بنية الأرض والتفاعلات بين هذه الطبقات هي المسؤولة عن الظواهر الجيولوجية المختلفة، بما في ذلك الزلازل والانفجارات البركانية وحركة الصفائح التكتونية. تعد معرفة البنية الداخلية للأرض أمرًا بالغ الأهمية لفهم هذه الأحداث الطبيعية والتنبؤ بها، وكذلك لاستكشاف تاريخ الكوكب وجيولوجيته.
ما الذي يجب أن تفهمه عن باطن الأرض؟
- لا يمكن معرفة باطن الأرض من خلال الملاحظات المباشرة بسبب الحجم الهائل والطبيعة المتغيرة لتكوينها الداخلي.
- يكاد يكون من المستحيل على البشر الوصول إلى مركز الأرض (يبلغ نصف قطر الأرض 6,370،XNUMX كم).
- من خلال عمليات التعدين والحفر تمكنا من مراقبة باطن الأرض مباشرة حتى عمق بضعة كيلومترات.
- الزيادة السريعة في درجة الحرارة تحت سطح الأرض هي المسؤولة بشكل أساسي عن وضع حد للمراقبة المباشرة داخل الأرض.
- لكن لا يزال العلماء ، من خلال بعض المصادر المباشرة وغير المباشرة ، لديهم فكرة عادلة حول شكل باطن الأرض.
مصادر المعلومات حول باطن الأرض
المصادر المباشرة:
- صخور من منطقة التعدين
- ثورات بركانية
مصادر غير مباشرة
- من خلال تحليل معدل تغير درجة الحرارة والضغط من السطح نحو الداخل.
- الشهب، لأنهم ينتمون إلى نفس النوع من المواد التي تتكون منها الأرض.
- الجاذبية الأرضية، وهو أكبر بالقرب من القطبين وأقل عند خط الاستواء.
- شذوذ الجاذبية، وهو التغير في قيمة الجاذبية وفقًا لكتلة المادة ، يعطينا معلومات حول المواد الموجودة في باطن الأرض.
- مصادر مغناطيسية.
- موجات زلزالية: مناطق الظل لموجات الجسم (الموجات الأولية والثانوية) تعطينا معلومات حول حالة المواد في الداخل.
هيكل باطن الأرض
ينقسم هيكل باطن الأرض بشكل أساسي إلى ثلاث طبقات - القشرة والعباءة واللب.
القشرة
- إنه الجزء الخارجي الأكثر صلابة من الأرض ، وعادة ما يكون سمكه حوالي 8-40 كم.
- إنه هش بطبيعته.
- ما يقرب من 1 ٪ من حجم الأرض و 0.5 ٪ من كتلة الأرض مصنوعة من القشرة.
- يختلف سمك القشرة تحت المناطق المحيطية والقارية. القشرة المحيطية أرق (حوالي 5 كم) مقارنة بالقشرة القارية (حوالي 30 كم).
- العناصر المكونة الرئيسية للقشرة هي السيليكا (Si) والألومنيوم (Al) ، وبالتالي ، غالبًا ما يطلق عليها SIAL (في بعض الأحيان يتم استخدام SIAL للإشارة إلى الغلاف الليثوسفير ، وهي المنطقة التي تتكون منها القشرة والعباءة الصلبة العلوية أيضًا).
- متوسط كثافة المواد في القشرة 3 جم / سم 3.
- الانقطاع بين الغلاف المائي والقشرة يطلق عليه انقطاع كونراد.
عباءة
- يُطلق على الجزء الداخلي خلف القشرة اسم الوشاح.
- الانقطاع بين القشرة والعباءة يسمى انقطاع موهوروفيتش أو انقطاع موهو.
- يبلغ سمك الوشاح حوالي 2900 كم.
- يشغل الوشاح ما يقرب من 84٪ من حجم الأرض و 67٪ من كتلة الأرض.
- العناصر الرئيسية المكونة للعباءة هي السيليكون والمغنيسيوم ، وبالتالي يطلق عليها أيضًا SIMA.
- كثافة الطبقة أعلى من القشرة وتتراوح من 3.3 - 5.4 جم / سم 3.
- يشكل الجزء العلوي الصلب من الوشاح والقشرة بأكملها الغلاف الصخري.
- • غلاف موري (بين 80-200 كم) هي منطقة شديدة اللزوجة وضعيفة ميكانيكيًا وقابلة للدهن وتشوه الوشاح العلوي الذي يقع أسفل الغلاف الصخري.
- الغلاف الموري هو المصدر الرئيسي للصهارة وهو الطبقة التي تتحرك فوقها صفائح الغلاف الصخري / الصفائح القارية (تكتونية الصفائح).
- الانقطاع بين الوشاح العلوي والغطاء السفلي كما هو معروف توقف التكرار.
- يسمى الجزء من الوشاح الموجود أسفل الغلاف الصخري والغلاف الموري ، ولكن فوق اللب باسم ميزوسفير.
جوهر
- إنها الطبقة الأعمق المحيطة بمركز الأرض.
- • يتم فصل اللب عن الوشاح عن طريق توقف Guttenberg.
- ويتكون بشكل رئيسي من الحديد (Fe) والنيكل (Ni) ومن ثم يطلق عليه أيضًا اسم نيف.
- يشكل اللب ما يقرب من 15٪ من حجم الأرض و 32.5٪ من كتلة الأرض.
- اللب هو أكثر طبقات الأرض كثافة ، وتتراوح كثافته بين 9.5-14.5 جم / سم 3.
- يتكون القلب من طبقتين فرعيتين: اللب الداخلي واللب الخارجي.
- اللب الداخلي في حالة صلبة واللب الخارجي في الحالة السائلة (أو شبه سائل).
- يسمى الانقطاع بين اللب العلوي واللب السفلي باسم انقطاع ليمان.
- باريوسفير يستخدم أحيانًا للإشارة إلى جوهر الأرض أو في بعض الأحيان إلى الداخل كله.
تكوين الأرض
العناصر والمعادن الرئيسية في تكوين الأرض:
- الأكسجين (س): الأكسجين هو العنصر الأكثر وفرة في تكوين الأرض، حيث يشكل حوالي 46.6% من وزن القشرة الأرضية. وهو عنصر حاسم في المعادن والمركبات، مثل السيليكات والأكاسيد.
- السيليكون (سي): يعد السيليكون ثاني أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية، حيث يمثل حوالي 27.7% من تركيبها. وهو مكون رئيسي في معادن السيليكات المختلفة، والتي تعد اللبنات الأساسية لقشرة الأرض.
- الألومنيوم (آل): يشكل الألومنيوم حوالي 8.1% من القشرة الأرضية. وغالبا ما توجد في المعادن مثل الفلسبار سليكات الألمونيوم, البوكسيتوالسيليكات المختلفة.
- الحديد (Fe): يعد الحديد عنصرًا أساسيًا آخر في تكوين الأرض، إذ يشكل حوالي 5% من القشرة الأرضية. ويوجد في المعادن المختلفة، بما في ذلك الهيماتيت حجر الدم و المغنتيت.
- الكالسيوم (كا): يشكل الكالسيوم حوالي 3.6% من القشرة الأرضية ويوجد عادة في المعادن مثل الكالسيت و جبس.
- الصوديوم (Na) والبوتاسيوم (K): ويشكل الصوديوم والبوتاسيوم معًا حوالي 2.8% من القشرة الأرضية. توجد هذه العناصر عادةً في معادن مثل الفلسبار.
- المغنيسيوم (ملغ): يشكل المغنيسيوم حوالي 2.1% من القشرة الأرضية ويوجد في المعادن مثل الزبرجد الزيتوني و اعوج.
- التيتانيوم (تي): يشكل التيتانيوم حوالي 0.57% من القشرة الأرضية ويوجد في معادن مثل ألمنيت و الروتيل.
- الهيدروجين (H): في حين أن الهيدروجين ليس مكونًا رئيسيًا في القشرة الأرضية، إلا أنه عنصر مهم في التركيب العام للأرض، خاصة في شكل ماء (H2O).
- عناصر أخرى: عناصر أخرى مختلفة، بما في ذلك كبريتوالكربون والفوسفور والعديد من العناصر النزرة موجودة بكميات أقل في تكوين الأرض.
توزيع العناصر داخل طبقات الأرض:
- القشرة: تتكون القشرة الأرضية بشكل أساسي من معادن السيليكات، بما في ذلك كوارتزالفلسبار الميكا، وأنواع مختلفة من الصخور. ويعد السيليكون والأكسجين من العناصر الأكثر وفرة في القشرة الأرضية، ويشكلان العمود الفقري لهذه المعادن.
- عباءة: يتكون الوشاح بشكل رئيسي من معادن السيليكات، مع الحديد والمغنيسيوم كعناصر سائدة. الزبرجد الزيتوني والبيروكسينات و العقيق هي معادن شائعة موجودة في الوشاح.
- اللب الخارجي: يتكون اللب الخارجي بشكل أساسي من الحديد السائل والنيكل. هذه الطبقة مسؤولة عن توليد المجال المغناطيسي للأرض، حيث يكون الحديد هو العنصر المهيمن.
- النواة الداخلية: يتكون اللب الداخلي من الحديد الصلب والنيكل. وعلى الرغم من درجات الحرارة المرتفعة للغاية، فإن الضغط الشديد يبقي هذه العناصر في حالة صلبة.
إن توزيع العناصر داخل طبقات الأرض هو نتيجة للتمايز والفصل بين المواد خلال تاريخ الأرض المبكر. إن البنية الطبقية للأرض هي نتيجة للعمليات الفيزيائية والكيميائية التي حدثت على مدى مليارات السنين، بما في ذلك تراكم الكواكب، والتمايز، والنشاط الجيولوجي.
درجة حرارة وضغط وكثافة باطن الأرض
درجة الحرارة
- لوحظ ارتفاع في درجة الحرارة مع زيادة في العمق في المناجم والآبار العميقة.
- هذه الأدلة جنبًا إلى جنب مع الحمم البركانية المنصهرة التي اندلعت من باطن الأرض تدعم ارتفاع درجة الحرارة باتجاه مركز الأرض.
- تظهر الملاحظات المختلفة أن معدل ارتفاع درجة الحرارة ليس موحدًا من السطح باتجاه مركز الأرض. إنه أسرع في بعض الأماكن وأبطأ في أماكن أخرى.
- في البداية ، يكون معدل الزيادة في درجة الحرارة بمعدل 1 درجة مئوية لكل زيادة قدرها 32 مترًا في العمق.
- بينما في 100 كم العلوي ، تكون الزيادة في درجة الحرارة بمعدل 12 درجة مئوية لكل كيلومتر ، وفي الـ 300 كيلومتر التالية ، تبلغ 20 درجة مئوية لكل كيلومتر. ولكن عند التعمق أكثر ، ينخفض هذا المعدل إلى مجرد 10 درجات مئوية لكل كيلومتر.
- وبالتالي ، من المفترض أن معدل زيادة درجة الحرارة تحت السطح يتناقص نحو المركز (لا تخلط بين معدل ارتفاع درجة الحرارة وزيادة درجة الحرارة. تزداد درجة الحرارة دائمًا من سطح الأرض باتجاه المركز).
- تقدر درجة الحرارة في المركز بين 3000 درجة مئوية و 5000 درجة مئوية ، وقد تكون أعلى من ذلك بكثير بسبب التفاعلات الكيميائية تحت ظروف الضغط العالي.
- حتى في مثل هذه درجة الحرارة المرتفعة أيضًا ، فإن المواد الموجودة في مركز الأرض تكون في حالة صلبة بسبب الضغط الثقيل للمواد التي تغطيها.
الضغط
- تمامًا مثل درجة الحرارة ، فإن يتزايد الضغط أيضًا من السطح باتجاه المركز من الارض.
- ويرجع ذلك إلى الوزن الهائل للمواد التي تغطيها مثل الصخور.
- تشير التقديرات إلى أن الضغط في الأجزاء العميقة يكون مرتفعًا بشكل هائل والذي سيكون ما يقرب من 3 إلى 4 ملايين مرة أكثر من ضغط الغلاف الجوي عند مستوى سطح البحر.
- في درجات الحرارة المرتفعة ، تذوب المواد الموجودة تحتها باتجاه الجزء المركزي من الأرض ولكن بسبب الضغط الشديد ، تكتسب هذه المواد المنصهرة خصائص مادة صلبة وربما تكون في حالة بلاستيكية.
كثافة
- بسبب زيادة الضغط ووجود مواد أثقل مثل النيكل والحديد باتجاه المركز ، فإن تزداد كثافة طبقات الأرض أيضًا باتجاه المركز.
- يزداد متوسط كثافة الطبقات من القشرة إلى اللب ويبلغ حوالي 14.5 جم / سم 3 في المركز.
المجال المغناطيسي للأرض
يعد المجال المغناطيسي للأرض سمة حاسمة ومعقدة تحيط بكوكبنا. إنه يلعب دورًا مهمًا في حياتنا اليومية وله العديد من الوظائف المهمة. فيما يلي نظرة عامة على المجال المغناطيسي للأرض:
1. توليد المجال المغناطيسي للأرض:
- يتم إنشاء المجال المغناطيسي للأرض في المقام الأول من خلال حركة الحديد المنصهر والنيكل في النواة الخارجية للكوكب. تُعرف هذه العملية باسم الدينامو الجغرافي.
- يتم تشغيل الدينامو الجغرافي بواسطة الحرارة المتولدة من اضمحلال النظائر المشعة في باطن الأرض وتبريد القلب.
2. القطبية المغناطيسية:
- يحتوي المجال المغناطيسي للأرض على قطب مغناطيسي شمالي وجنوبي، على غرار القضيب المغناطيسي. ومع ذلك، فإن هذه الأقطاب المغناطيسية لا تتماشى مع القطبين الجغرافيين الشمالي والجنوبي.
- يمكن أن تتغير مواقع واتجاهات الأقطاب المغناطيسية للأرض بمرور الوقت الجيولوجي، ويتم تسجيل هذه الانعكاسات في القطبية في الصخور على أنها "خطوط مغناطيسية".
3. مكونات المجال المغناطيسي:
- يتميز المجال المغناطيسي للأرض بقوته وميله وانحرافه.
- القوة المغناطيسية: يمثل هذا شدة المجال المغناطيسي في موقع محدد على سطح الأرض.
- ميل: ويشير إلى الزاوية التي تتقاطع فيها خطوط المجال المغناطيسي مع سطح الأرض، وتتراوح من شبه العمودي عند القطبين المغناطيسي إلى الأفقي عند خط الاستواء.
- الانحراف: هذه هي الزاوية بين الشمال الحقيقي (الشمال الجغرافي) والشمال المغناطيسي.
4. وظيفة المجال المغناطيسي وأهميته:
- للمجال المغناطيسي للأرض عدة وظائف وفوائد مهمة:
- إنه بمثابة درع وقائي، يصرف الجزيئات المشحونة الضارة عن الشمس، مثل الرياح الشمسية والأشعة الكونية. يُعرف هذا الدرع باسم الغلاف المغناطيسي ويساعد في حماية الغلاف الجوي والحياة على الأرض.
- فهو يتيح الملاحة والتوجيه للحيوانات المهاجرة، بما في ذلك الطيور والسلاحف البحرية، التي تستخدم المجال المغناطيسي كبوصلة.
- تعتمد البوصلات على المجال المغناطيسي للأرض للملاحة والتوجيه.
- يُستخدم المجال المغناطيسي في العديد من الدراسات العلمية والجيولوجية، بما في ذلك المغناطيسية القديمة (دراسة المجالات المغناطيسية القديمة المسجلة في الصخور) لفهم تاريخ الأرض وحركة الصفائح التكتونية.
- يعد المجال المغناطيسي ضروريًا للتكنولوجيا الحديثة، بما في ذلك التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) في الطب والتطبيقات المختلفة في الاستكشاف الجيوفيزيائي.
5. التغيرات في المجال المغناطيسي للأرض:
- المجال المغناطيسي للأرض ليس ثابتًا ويمكن أن يخضع لتغيرات مع مرور الوقت، بما في ذلك التغيرات العلمانية (التغيرات التدريجية) والانعكاسات المغناطيسية الأرضية (التقلبات في القطبية المغناطيسية).
- ويراقب الباحثون هذه التغيرات، وقد أظهرت الملاحظات الأخيرة أن القطب الشمالي المغناطيسي يتحول بمعدل أسرع مما كان عليه في الماضي.
يعد فهم المجال المغناطيسي للأرض أمرًا ضروريًا لأسباب علمية وتكنولوجية وبيئية مختلفة. وهي جزء لا يتجزأ من جيولوجية الكوكب وتلعب دورا حيويا في الحفاظ على الظروف اللازمة للحياة على الأرض.
المحلية
جيجو سودارسان ,باطن الأرض: القشرة والعباءة واللب (2018)، https: //www.clearias.com/interior-of-the-earth/
