ترکیب و ساختار زمین عمیق
زمین به یک هسته فلزی، یک گوشته سیلیکاتی و یک پوسته نازک تقسیم شده است؛ ساختار لایهای که با ترکیب پروفایلهای لرزهای و فیزیک رفتار کانیها در عمق استنباط میشود.
Definition
ترکیب و ساختار زمین عمیق به ترکیب شیمیایی و سازماندهی فیزیکی لایهای درونی سیاره، یک هسته غنی از آهن، یک گوشته سیلیکاتی و یک پوسته، اشاره دارد که از مدلهای سرعت لرزهای و چگالی ترکیب شده با فیزیک کانیها و ژئوشیمی استنباط میشود.
Scope
این موضوع به ترکیب شیمیایی و ساختار فیزیکی درونی زمین عمیق میپردازد: لایههای اصلی و مرزهای بین آنها، هسته غنی از آهن با بخشهای مایع و جامد آن، گوشته سیلیکاتی و زیربخشهای گذار فاز آن، و گوشته پایینی با ویژگیهای لرزهای متمایز. این موضوع مدلهای مرجع زمین از چگالی و سرعت، رابطه آدامز-ویلیامسون و قانون بیرچ که سرعت را به چگالی و ترکیب مرتبط میکند، و محدودیتهای ژئوشیمیایی و کیهانشیمیایی بر ترکیب کلی را مورد بررسی قرار میدهد. تأکید بر این است که زمین عمیق از چه چیزی ساخته شده و چگونه چیده شده است.
Core questions
- لایههای اصلی زمین و مرزهای بین آنها کدامند؟
- هسته از چه چیزی ساخته شده است و چرا بخشی از آن جامد و بخشی مایع است؟
- گذار فاز چگونه گوشته را تقسیم میکند؟
- چگونه از سرعت لرزهای و چگالی برای استنباط ترکیب استفاده میشود؟
Key concepts
- تمایز پوسته، گوشته و هسته
- هسته بیرونی مایع و هسته داخلی جامد
- منطقه گذار گوشته و تغییرات فاز
- مدلهای مرجع زمین از چگالی و سرعت
- قانون بیرچ و رابطه آدامز-ویلیامسون
Key theories
- مدلهای مرجع زمین
- مدلهای میانگینگیری شده کروی مانند PREM، سرعت لرزهای، چگالی و تضعیف را به عنوان تابعی از عمق گردآوری میکنند، لایههای اصلی را تعریف کرده و به عنوان مبنای کمی برای تفسیر ساختار زمین عمیق عمل میکنند.
- قانون بیرچ و ترکیب
- رابطه تجربی بیرچ بین سرعت لرزهای و چگالی در وزن اتمی متوسط ثابت، امکان ترجمه خواص الاستیک اندازهگیری شده توسط لرزهشناسی را به محدودیتهایی بر ترکیب و وضعیت درونی عمیق فراهم میکند.
Mechanisms
در اوایل تاریخ خود، زمین تمایز یافت، آهن متراکم به سمت پایین فرو رفت تا هسته را تشکیل دهد در حالی که سیلیکاتهای سبکتر بالا آمدند تا گوشته و پوسته را تشکیل دهند؛ سرعتهای لرزهای و جهشهای چگالی مرزهای بین این لایهها و گذارهای فاز ناشی از فشار در داخل گوشته را مشخص میکنند، و تطبیق اینها با خواص الاستیک کانیها و فلزات کاندید، با راهنمایی قانون بیرچ و ترکیبات شهابسنگها، ترکیب احتمالی هر پوسته را تعیین میکند.
Clinical relevance
دانش ترکیب و ساختار درونی زمین، زیربنای مدلهای همرفت گوشته، ژئودینامو، و تکامل حرارتی و شیمیایی زمین است و چارچوب مرجع را برای مکانیابی زمینلرزهها و تفسیر توموگرافی لرزهای فراهم میکند.
History
لرزهشناسی اوایل قرن بیستم هسته و گوشته را آشکار کرد، لمن در سال ۱۹۳۶ هسته داخلی را کشف کرد، بولن داخلی زمین را به پوستههای نامگذاری شده تقسیم کرد، بیرچ در سال ۱۹۵۲ سرعت را به ترکیب مرتبط کرد، و مدل مرجع اولیه زمین در سال ۱۹۸۱ اینها را در مدل شعاعی استاندارد که هنوز مورد استفاده است، سنتز کرد.
Key figures
- Inge Lehmann
- Francis Birch
- Adam Dziewonski
- Keith Bullen
Related topics
Seminal works
- dziewonski1981
- birch1952
- stacey2008
Frequently asked questions
- لایههای اصلی زمین کدامند؟
- از بیرون به داخل، زمین دارای یک پوسته سنگی نازک، یک گوشته سیلیکاتی ضخیم که بیشتر حجم آن را تشکیل میدهد، یک هسته بیرونی مایع غنی از آهن، و یک هسته داخلی جامد است؛ اینها با ترکیب خود و با نحوه تغییر سرعت امواج لرزهای در مرزهای بین آنها متمایز میشوند.
- چرا هسته بیرونی مایع است اما هسته داخلی جامد؟
- هر دو عمدتاً از آهن تشکیل شدهاند، اما اگرچه دما با عمق افزایش مییابد، فشار حتی سریعتر افزایش مییابد؛ در عمق کافی، فشار بسیار بالا نقطه ذوب آهن را بالاتر از دمای محلی میبرد، بنابراین هسته داخلی جامد است در حالی که هسته بیرونی که کمی کمعمقتر و نسبت به نقطه ذوب خود خنکتر است، مایع باقی میماند.