29/3/2011

geophy.weebly.com 1

∆οµή του εσωτερικού της Γης

Αλέξανδρος Χατζηπέτροςusers.auth.gr/ac

∆οµή της Γης

Η Γη αποτελείται από τρία διακριτά µέρη (κελύφη) Φλοιός

Μανδύας

Πυρήνας

29/3/2011

geophy.weebly.com 2

Τρόποι µελέτης

Η µελέτη της δοµής του εσωτερικού της Γης γίνεται µε γεωφυσικές µεθόδους.

Μελετάται η κατακόρυφη µεταβολή της πυκνότητας και των ελαστικών σταθερών.

Αυτό επιτυγχάνεται µε τη µέτρηση των ταχυτήτων διάδοσης των σεισµικών κυµάτων.

Σεισµικά κύµατα

Οι σεισµοί προκαλούν εγκάρσια (S),επιµήκη (P) και επιφανειακά (Rayleigh, Love και Stonley) κύµατα.

Τα σεισµικά κύµατα διατρέχουν όλη τη Γη και η τροχιά τους αλλάζει ανάλογα µε τη σύσταση των στρωµάτων που συναντούν.

Με βάση τις καµπύλες χρόνων διαδροµήςπροσδιορίζονται οι αλλαγές στις ταχύτητες διάδοσης.

29/3/2011

geophy.weebly.com 3

Επιµήκη κύµατα (P)

λ, µ = ελαστικές σταθερές του Lame

ρ = η πυκνότητα του µέσου διάδοσης

Εγκάρσια κύµατα (S)

µ = ελαστική σταθερά του Lame

ρ = η πυκνότητα του µέσου διάδοσης

29/3/2011

geophy.weebly.com 4

Ασυνέχειες

Στα βάθη στα οποία παρατηρούνται απότοµες µεταβολές των ταχυτήτων των κυµάτων, ορίζονται οι ασυνέχειες των ταχυτήτων.

Υπάρχουν ασυνέχειες πρώτης και δεύτερης τάξης, ανάλογα µε τη σπουδαιότητά τους.

Ασυνέχειες πρώτης τάξης

Ορίζουν τις επαφές µεταξύ φλοιού, µανδύα και πυρήνα. Ασυνέχεια Mohorovicic. Ορίζει το όριο φλοιού-

µανδύα και το βάθος της ποικίλλει ανάλογα µε το αν βρίσκεται σε ηπειρωτικό ή ωκεάνιο φλοιό.

Ασυνέχεια Gutenberg. Ορίζει το όριο µανδύα-πυρήνα και βρίσκεται σε βάθος περίπου 2.900 km.

29/3/2011

geophy.weebly.com 5

Ασυνέχειες δεύτερης τάξης

Ορίζουν ενδιάµεσους ορίζοντες. Ασυνέχεια Conrad. Ορίζει την επαφή ανάµεσα

στο γρανιτικό και το βασαλτικό στρώµα του φλοιού.

Ασυνέχεια Repetti. Ορίζει την επαφή µεταξύ άνω µανδύα και κάτω µανδύα.

Ασυνέχεια Lehman. Ορίζει την επαφή µεταξύ εξωτερικού και εσωτερικού πυρήνα.

ΦλοιόςΆνω µανδύας

Κάτω µανδύας

Εξωτερικός πυρήνας

Εσωτερικός πυρήνας

Εστία

Επιµήκη κύµατα (P, K, I)

Εγκάρσια κύµατα (S)

29/3/2011

geophy.weebly.com 6

Moho

Repetti

Gutenberg

Lehman

29/3/2011

geophy.weebly.com 7

Ταξινόµηση κατά Bullen

Στρώµα Α: φλοιός.

Στρώµα B: άνω µανδύας, έως τα 400 km.

Στρώµα C: µεταβατική ζώνη, έως τα 900 km (ασυνέχεια Repetti).

Στρώµα D: κάτω µανδύας, έως τα 2900 km.

Στρώµα E: εξωτερικός πυρήνας έως τα 5150 km. Βρίσκεται σε υγρή κατάσταση (όχι εγκάρσια κύµατα).

Στρώµα F: µεταβατική ζώνη πάχους 450 km.

Στρώµα G: εσωτερικός πυρήνας. Πιθανώς βρίσκεται σε στερεή κατάσταση.

29/3/2011

geophy.weebly.com 8

Ταχύτητες σεισµικών κυµάτων (km/sec)

Στρώµα A (φλοιός): Ιζήµατα: 3,5 P.

Γρανιτικό στρώµα: 6,1 P – 3,5 S.

Ασυνέχεια Conrand: 5,6 P – 3,3 S.

Βασαλτικό στρώµα: 6,7 P – 4 S.

Στρώµα Β: 8,1 P – 4,7 S. Στα 80 km οι ταχύτητες των S ελαττώνονται για ένα πάχος 50-100 km. Η ζώνη αυτή ονοµάζεται ασθενοσφαιρικός δίαυλος.

Ταχύτητες σεισµικών κυµάτων (km/sec)

Στρώµα C: 11,4 P – 6,3 S

Στρώµα D: 13,7 P – 7,3 S

Στρώµα Ε: 8,1-10,2 P – 0 S

Στρώµα F: 10,2 P

Στρώµα G: 11,2 P

29/3/2011

geophy.weebly.com 9

Άλλοι διαχωρισµοί Λιθόσφαιρα. Περιλαµβάνει το φλοιό και ένα

τµήµα του άνω µανδύα. Μέσο πάχος: 80 km. Ασθενόσφαιρα. Τµήµα του µανδύα που

παραµορφώνεται εύκολα και παρατηρείται µείωση της ταχύτητας των εγκάρσιων κυµάτων (=ελαττωµένη δυσκαµψία). Συµπίπτει µε τον ασθενοσφαιρικό δίαυλο. Μεσόσφαιρα. Το πιο ανθεκτικό κοµµάτι του

µανδύα, κάτω από την ασθενόσφαιρα. Σχιζόσφαιρα. Το µέρος του φλοιού στο οποίο

φτάνουν τα επιφανειακά ρήγµατα (ύπαρξη συνθηκών θραυσιγένεσης) και κυµαίνεται από 10-15 km στις περισσότερες περιπτώσεις.

29/3/2011

geophy.weebly.com 10

Φλοιός

∆ιαχωρίζεται γενικά σε δύο είδη: ηπειρωτικός και ωκεάνιος, ανάλογα µε τη σύστασή του και τη θέση του. Ηπειρωτικός φλοιός: πάχος από 30 έως 70 km.

Ωκεάνιος φλοιός: πάχος από 4 έως 15 km.

Η διάκριση µεταξύ ηπειρωτικού και ωκεάνιου φλοιού δεν είναι πάντοτε δυνατή µε βάση τα φυσικά τους χαρακτηριστικά.

Ηπειρωτικός φλοιός

Περιλαµβάνει γενικά το γρανιτικό (Sial) και το βασαλτικό (Sima) στρώµα. Sial: αποτελείται από όξινα και ενδιάµεσα πετρώµατα

(γρανίτες, γρανοδιορίτες κλπ), µε κύρια συµµετοχή πυριτικών (Si) και αργιλικών (Al) ορυκτών.

Sima: αποτελείται από βασικά πετρώµατα (γάββρους, διορίτες, διαβάσες, κλπ) µε κύρια συµµετοχή ορυκτών πλούσιων σε πυρίτιο (Si) και µαγνήσιο (Mg).

Καλύπτεται από ιζήµατα χερσαία ή θαλάσσια.

29/3/2011

geophy.weebly.com 11

Ωκεάνιος φλοιός

Απουσιάζει το στρώµα Sial.

Καλύπτεται από θαλάσσια ιζήµατα.

∆ηµιουργείται στις µεσοωκεάνειες ράχες.

29/3/2011

geophy.weebly.com 12

Μανδύας

Με βάση τις τιµές της πυκνότητας και των ελαστικών σταθερών, ο µανδύας αποτελείται από υπερβασικά πετρώµατα (δουνίτες, εκλογίτες και περιδοτίτες).

Στο µεταβατικό στρώµα µεταξύ του άνω και του κάτω µανδύα, ο ορθοροµβικός ολιβίνης µετατρέπεται σε κυβικό της οµάδας των σπινελίων λόγω της πίεσης.

Στον κάτω µανδύα είναι πιθανό να συνυπάρχουν τα πυριτικά υλικά µε σίδηρο και νικέλιο.

29/3/2011

geophy.weebly.com 13

Πυρήνας

Η επικρατέστερη θεωρία είναι ότι αποτελείται από µίγµα σιδήρου και νικελίου µε µικρό ποσοστό πυριτικών ενώσεων.

Ο εξωτερικός πυρήνας βρίσκεται σε υγρή κατάσταση, ενώ ο εσωτερικός σε στερεή.

Θερµότητα του εσωτερικού της Γης

Η Γη παράγει µεγάλη θερµική ενέργεια, η οποία ακτινοβολείται στο διάστηµα κατά µεγάλο ποσοστό.

Η µεταβολή της θερµοκρασίας µε το βάθος έχει παρατηρηθεί ότι είναι κατά µέσο όρο 1ο για κάθε 30 µέτρα (γεωθερµική βαθµίδα).

Λόγω της απουσίας αερίων µαζών (π.χ. Ήλιος), θα πρέπει να θεωρείται βέβαιη η ύπαρξη πηγών θερµότητας στο εσωτερικό της Γης.