Thành phần và Cấu trúc của Lòng Đất Sâu

Trái Đất được phân hóa thành lõi kim loại, lớp phủ silicat và lớp vỏ mỏng, một cấu trúc phân lớp được suy ra bằng cách kết hợp các hồ sơ địa chấn với vật lý về cách các khoáng chất hoạt động ở độ sâu.

Definition

Thành phần và cấu trúc của lòng đất sâu đề cập đến thành phần hóa học và tổ chức vật lý phân lớp của phần bên trong hành tinh, một lõi giàu sắt, một lớp phủ silicat và một lớp vỏ, như được suy ra từ các mô hình vận tốc và mật độ địa chấn kết hợp với vật lý khoáng vật và địa hóa học.

Scope

Chủ đề này bao gồm thành phần hóa học và cấu trúc vật lý của phần sâu bên trong Trái Đất: các lớp chính và ranh giới giữa chúng, lõi chủ yếu là sắt với các phần lỏng và rắn, lớp phủ silicat và các phân khu chuyển pha của nó, và lớp phủ dưới cùng có đặc điểm địa chấn riêng biệt. Nó đề cập đến các mô hình Trái Đất tham chiếu về mật độ và vận tốc, mối quan hệ Adams-Williamson và định luật Birch liên kết vận tốc với mật độ và thành phần, cũng như các ràng buộc địa hóa và vũ trụ hóa học đối với thành phần khối. Trọng tâm là Trái Đất sâu được tạo thành từ gì và được sắp xếp như thế nào.

Core questions

• Các lớp chính của Trái Đất và ranh giới giữa chúng là gì?
• Lõi được tạo thành từ gì, và tại sao một phần của nó rắn và một phần lỏng?
• Các chuyển pha phân chia lớp phủ như thế nào?
• Vận tốc địa chấn và mật độ được sử dụng như thế nào để suy ra thành phần?

Key concepts

• Sự phân hóa vỏ, lớp phủ và lõi
• Lõi ngoài lỏng và lõi trong rắn
• Vùng chuyển tiếp lớp phủ và các thay đổi pha
• Các mô hình Trái Đất tham chiếu về mật độ và vận tốc
• Định luật Birch và mối quan hệ Adams-Williamson

Key theories

Các mô hình Trái Đất tham chiếu

Các mô hình trung bình theo hình cầu như PREM tổng hợp vận tốc địa chấn, mật độ và sự suy giảm theo độ sâu, xác định các lớp chính và đóng vai trò là cơ sở định lượng để giải thích cấu trúc của lòng đất sâu.

Định luật Birch và thành phần

Mối quan hệ thực nghiệm của Birch giữa vận tốc địa chấn và mật độ ở trọng lượng nguyên tử trung bình cố định cho phép các tính chất đàn hồi được đo bằng địa chấn học được chuyển thành các ràng buộc về thành phần và trạng thái của phần sâu bên trong.

Mechanisms

Sớm trong lịch sử của nó, Trái Đất đã phân hóa, sắt đậm đặc chìm xuống tạo thành lõi trong khi silicat nhẹ hơn nổi lên tạo thành lớp phủ và vỏ; vận tốc địa chấn và sự nhảy vọt mật độ đánh dấu ranh giới giữa các lớp này và các chuyển pha do áp suất gây ra bên trong lớp phủ, và việc khớp chúng với các tính chất đàn hồi của các khoáng chất và kim loại ứng cử viên, được hướng dẫn bởi định luật Birch và thành phần thiên thạch, xác định thành phần có khả năng của mỗi lớp vỏ.

Clinical relevance

Kiến thức về thành phần và cấu trúc bên trong củng cố các mô hình đối lưu lớp phủ, địa động lực và sự tiến hóa nhiệt và hóa học của Trái Đất, đồng thời cung cấp khung tham chiếu để định vị động đất và giải thích chụp cắt lớp địa chấn.

History

Địa chấn học đầu thế kỷ XX đã tiết lộ lõi và lớp phủ, Lehmann tìm thấy lõi trong vào năm 1936, Bullen chia phần bên trong thành các lớp vỏ được đánh dấu, Birch liên hệ vận tốc với thành phần vào năm 1952, và Mô hình Trái Đất Tham chiếu Sơ bộ năm 1981 đã tổng hợp những điều này thành mô hình xuyên tâm tiêu chuẩn vẫn đang được sử dụng.

Key figures

• Inge Lehmann
• Francis Birch
• Adam Dziewonski
• Keith Bullen

Seminal works

• dziewonski1981
• birch1952
• stacey2008

Frequently asked questions

Các lớp chính của Trái Đất là gì?

Từ ngoài vào trong, Trái Đất có một lớp vỏ đá mỏng, một lớp phủ silicat dày chiếm phần lớn thể tích của nó, một lõi ngoài lỏng giàu sắt và một lõi trong rắn; chúng được phân biệt bởi thành phần của chúng và bởi cách sóng địa chấn thay đổi tốc độ qua các ranh giới giữa chúng.

Tại sao lõi ngoài lỏng nhưng lõi trong lại rắn?

Cả hai đều chủ yếu là sắt, nhưng mặc dù nhiệt độ tăng theo độ sâu, áp suất tăng thậm chí còn nhanh hơn; đủ sâu, áp suất rất cao làm tăng điểm nóng chảy của sắt lên trên nhiệt độ cục bộ, vì vậy lõi trong rắn trong khi lõi ngoài nông hơn một chút, mát hơn so với điểm nóng chảy của nó vẫn lỏng.