What's inside the earth?

In the early part of the 20th century, geologists studied the vibrations (seismic waves) generated by earthquakes to learn more about the structure of the earth's interior. They discovered that it is made up of these distinct layers: the crust, the mantle, and the core.

ساختمان زمین

زیر سطح زمینی که ما برآن گام می گذاریم بـر خــلاف سطــــح سـخت وجامدآن ویژگیهای خاص خود را دارد. با افزایش عمق هم جنس وهم حالت مواد سازنده زمین تغییر می کند . این همان چیزی است که باعث تعجب و شگفتی می شود . کره زمین را براساس تغییر خواص فیزیکی وشیمیایی آن به چند لایه تقسیم می نمایند.

دانشمندان علوم زمین و زلزله شناس با مطالعه امواج ثبت شده زلزله ها درایستگا ههای زلزله سنجی وزلزله شناسی به این واقعیات متفاوت از هم پی برده اند. اولین بررسی ها که در این زمینه انجام شده است بیانگر تغییر روند امواج در اعماق چهل کیلومتری خشکیها و پنج کیلومتری کف اقیانوسها می باشد جائی که بنام حد فاصل بین پوسته و گوشته شناخته می شود و به افتخار کاشف آن« موهوروویچ» استاد دانشگاه زاگرب به نام انفصال «موهو» معروف شده است . ضخامت متوسط قسمت جامد پانزده کیلومتر و وزن مخصوص آن 2.7 است .
این انفصال مرز بین انواع مختلف سنگها است و با یک افزایش تند در سرعت امواج PوS مشخص می شود . این قسمت از زمین بنام“ پوسته ” زمین معروف است که درمقایسه با شعاع زمین ضخامت نا چیزی دارد . ضخامت پوسته زمین در زیر اقیانوسهانازکتر از قاره ها است .( حداقل 10 کیلومتر در زیردریاهاوحداکثر 60 کیلومتر در زیر خشکیها )

پوسته زمین از دوبخش تشکیل می شود :
!! بخش سیال (SIAL )
بخش سیال (SIAL )که بیشتر از سنگهای گرانیتی و گرانودیوریت تشکیل و بعلت فراوانی عناصر سلیسیم و آلومینیوم ( SI-AL ) بنام سیال خوانده می شود.

!! بخش سیما ( SIMA )
بخش سیما ( SIMA )که قشر زیرین پوسته است و بیشتر از بازالتی تشکیل شده وبه علت دارابودن سیلسیم ومنیزیم ( SI-MG ) به نام سیما معروف است .

البته از تخریب سنگهای دو بخش بالا طبقه رسوبی تشکیل می گرددکه شامل آبرفتها ونهشته های مختلف است .ضخامت این طبقه در گودیها گاهی به 10 کیلومتر می رسد وبعضی جاها دگرگون شده اند.

پوسته(crust)

دومین گسستگی که در روند امواج منتشر شده از زلزله ها مشاهده می شود در عمق 2900کیلومتری از سطح زمین است و بنام “گوتنبرگ”معروف است.
حد فاصل بین گسستگی موهوروویچ وگوتنبرگ بنام گوشته معروف است.در گوشته نیز خصوصیات امواج لرزه ای تغییر می نمایدکه با توجه به همین تغییر به چندبخش تقسیم می شود:
این بخش منشاء بسیاری از فعالیتهای زمین شناسی است همانندفغالیتهای ماگمایی ، زلزله های عمیق و تغییر مکان قاره ها.بخش بالایی همراه با پوسته یک لایه به ضخامت 70تا 100کیلومتررا تشکیل می دهدکه از سنگهای سخت وشکننده تشکیل می دهدوبنام “ سنگ کره ”خوانده می شود . سنگ کره به قطعاتی تقسیم شده که به هر یک از آنها“صفحه” می گویند. صفحه ها نسبت به یکدیگر در حال تغییر و جابجائی می باشند که این حرکتها رویدادهای زمین شناسی را بوجود میآورد. محققین زمین شناسی بر وجود سنگهای فو ق بازی در این قسمت اتفاق نظر دارند، اما در مورد توزیع آن اتفاق نظر ندارند.
در زیر سنگ کره ناحیه ای به نام “سست کره” معروف است .سرعت امواج لرزه ای در این قسمت کاهش می یابدوبه لایه ای کم سرعت هم معروف است.
این منطقه بین 400 تا حدود 1000 کیلومتری عمق زمین است . در این قسمت شاهد افزایش نسبی سرعت امواج هستیم که بیانگر تغییر ماهیت سنگهای این قسمت است
از عمق 1000 تا 2900 کیلومتر عمق زمین است . در این قسمکت سنگها چگال وبسیار الاستیک اند وسرعت امواج زلزله بصورت تقریباً یکنواختی افزایش می یابد.
در زیرگوشته زمین از عمق 2900 کیلومتری تا مرکز زمین هسته زمین قراردارد. درهسته زمین د عمق 5120 کیلومتری یک انفصال در خواص الستیک هسته وجود داردکه هسته رابا توجه به آن بدو قسمت خارجی و داخلی تقسیم می کنند. از آنجا که امواج عرضی از هسته خارجی عبور نمی کنند بایستی این قسمت را مایع دانست و چون درهسته داخلی سرعت امواج افزایش می یابد این قسمت را جامد می دانند.

گوشته یا جبه (mantle)

الف ) لایه بالایی :

ب)- ناحیه عبور

ج )- گوشته پائینی

جنس هسته زمین را بیشتر نیکل و آهن تشکیل داده است . هسته نقشی درحرکت ورقه های سنگ کره ندارد ولی منبع تولید میدان مغناطیسی زمین است.
پوسته زمین به انضمام قسمت بالائی گوشته فوقانی قسمت سخت زمین را تشکیل می دهند که سنگ کره یا لیتوسفر خوانده می شود و بر سست کره که حالت خمیری دارد واقع شده است . ضخامت لیتوسفربطور متوسط 100کیلو متر است.لیتوسفر به صفحه های مجزائی تقسیم می شود که این صفحه ها ثابت نیستند و دائماً در حال حرکتندکه منجر به ایجاد پدیده های مختلف تکتونیکی می گردد.
لیتوسفر از شش صفحه اصلی بنامهای افریقا،اوراسیا،امریکا،آرام،استرالیاوقطبی بعلاوه چند صفحه کوچکتر تقسیم شده است.حرکت صفحه ها نسبت به هم به سه طریق انجام می گیرد :
الف )- در پشته های اقیانوسی صفحه ها از هم دور می شوند ومواد مذاب درون زمین از اینجا بیرون می ریزد.
ب ) – صفحه ها بهم نزدیک وبا هم بر خورد می کنندویک صفحه به زیر دیگری می رود ( در مرز صفحه های اقیانوسی وقاره ای)
ج ) – صفحه ها در کنار یکدیگر می لغزند.
به حالت “ الف” که ورقه ها از هم دور می شوند و باعث بیرون ریختن مواد مذاب می شود بخش “سازنده” زمین می گویند و به قسمت “ب” که که صفحه ها به هم برخورد وبه زیر یکدیگر می روند بخش “ مخرب ” می گویند.
بیشتر فعالیتهای تکتونیکی مثل زلزله هادر حاشیه صفحه ها ی پوسته زمین رخ می دهد و قسمت مرکزی صفحه های زمین کمتر دچار زلزله شده اند، و همینگونه زلزله ها در محل برخورد صفحه های قاره ای اتفاق می افتد .
درمحل دور شدن صفحه ها از هم در پشته های اقیانوسی مواد مذاب بیرون ریخته و منجمد می شوند و بخشی از صفحه ها تولد شده از محور میانی از هم دور می شوند ، وبعد از طی مسافتی نسبتاً طولانی صفحه های مزبور دوباره در گوشته فرو رفته ومدفون می شوند وموجب ایجاد گودالهای عمیقی میگردد نظیر گودال ماریان ، کوریل و…..
تکتونیک صفحه ای از محور بر آمده اقیانوسها متولدو بطور جانبی گسترش می یابد و سرانجام به اعماق گوشته رانده می شود. قاره ها دارای ضخامت زیاد هستند و ازنظرترکیب شیمیائی و جنس با صفحه های اقیانوسی تفاوت دارندودر صفحه های اقیانوسی همانند میخ قراردارن یا همانندچوب پنبه که در آب شناور است قرار دارندودر نتیجه قاره ها نیز در حرکت صفحه ها شرکت می کنند.
زلزله هادر جاهائی که صفحه ها با هم اصطکاک دارند یا جاهایی صفحه ها در مقابل هم واقعند و یا جاهایی که صفحه ها بدرون زمین فرو می روند مشاهده می شوند.

هسته(core)

ساختمان درونی زمین (Earth's Internal Structure) :

اطلاعات اولیه

انسان از زمانهای بسیار قدیم مشتاق شناسایی ساختمان داخلی کره زمین بوده است و از آنجا که دسترسی مستقیم به قسمتهای درونی امکان‌پذیر نبوده - و حتی با تکنولوژی عصر حاضر نیز این کار مقدور نیست - روشهای غیر مستقیم همواره الهام بخش آدمی در کسب اطلاعات از قسمتهای داخلی زمین بوده است. از این میان می‌توان خروج مواد مذاب درونی توسط آتشفشانها ، چشمه‌های آب گرم ، بررسی امواج زلزله ، تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی شهاب‌سنگ‌ها و پدیده‌های مشابه را نام برد. آتشفشانها و چشمه‌های آب گرم ، از آنجایی که از درون زمین بیرون می‌آیند ، تا حدودی در شناسایی درون زمین به ما کمک می‌کنند. اما چگونه می‌توان از طریق بررسی شهاب‌سنگ‌ها به ساختار درونی زمین پی برد؟ انــــواع مشخصی از شهاب‌سنگ‌ها به نام کندریت ، از بقایای منظومه شمسی اولیه هستند که بدون تغییر در فضا باقی مانده‌اند و بعضی از آنها روی زمین افتاده و مورد مطالعه قرار می‌گیرند. (از آنجا که سیاره زمین یکی از سیارات همین منظومه است ، پس می‌توان ساختار و ترکیب شیمیایی اصلی داخل زمین را تا حدودی شبیه به ساختار و ترکیب شهاب‌سنگ‌های کندریت دانست.)

البته در سالهای اخیر توسعه علم ژئوفیزیک اطلاعات غیر مستقیم گران قیمتی از ترکیب و ساختمان درونی زمین در اختیار ما قرار داده است. از میان انواع مختلف روش‌های ژئوفیــــزیکی نحــوه‌ی حرکت امواج لرزه‌ای (امواج زمین لرزه) بیشترین کمک را در مورد شناساندن ترکیب و ساختمان درون زمین به بشر نموده است. زمین شناسان برای بررسی امواج زلزله از دستگاهی به نام سیسموگراف استفاده می‌کنند. سرعت حرکت لرزه‌ها که در داخل زمین سفر می‌کنند ، به ترکیب و تراکم موادی که از میانشان عبور می‌کنند (یعنی جنس و ضخامت لایه‌های درونی زمین) بستگی دارد. زمین شناسان می‌توانند بسیاری از نسبت‌های داخل زمین را با تجزیه و تحلیل این لرزه‌ها تعیین کنند.

هرگاه ساختمان زمین در عمق مورد مطالعه قرار گیرد ، سه قسمت مشخص را در آن می‌توان تشخیص داد ، که به ترتیب از خارج به درون زمین عبارتند از : پوسته ، گوشته (منتل) و هسته.

۱- پوسته

ضخامت پوسته

پوسته خارجی‌ترین لایه زمین است. ضخامت متوسط پوسته زمین 33 کیلومتر است. اما این ضخامت در تمام نقاط یکنواخت نیست؛ بلکه طبق نظریه « ایزوستازی » پوسته در زیر اقیانوسها به مراتب نازکتر از قاره‌ها است. ضخامت پوسته از حداقل 10 کیلومتر در زیر دریاها تا حداکثر 60 کیلومتر در زیر کوهها تغییر می‌کند. (پوسته در بالای گوشته قرار دارد. از آنجایی که قسمتی از گوشته (نرم کره) حالت خمیری شکل و مذاب دارد ، صفحات پوسته به آرامی - فقط چند سانتی‌متر در سال - در حال حرکت هستند.)

ترکیب شیمیایی پوسته

از نظر ترکیب شیمیایی می‌توان پوسته‌ی زمین را به دو قسمت بالایی و پائینی تقسیم کرد. قشر بالایی پوسته از سنگهای گرانیت و گرانودیوریت تشکیل شده است ، که به علت دارا بودن مقدار زیادی سیلیسیم و آلومینیوم به نام سیآل (Si , Al) نیز خوانده می‌شود. قشر زیرین پوسته بیشتر از سنگهایی با ترکیب بازالت تشکیــــل شده و به علت دارا بودن مقــــدار زیادی سیلیسیـــم و منیـــزیم به نام سیــما (Si , Mg) معروف است. ضخامت قشر گرانیتی در نقاط مختلف زمین 10 تا 24 کیلومتر محاسبه شده است.

بیش از 99 درصد جرم پوسته زمین را 10 عنصر و فقط در حدود ۱ درصد بقیه آن را سایر عناصر تشکیل می‌دهند. (بایستی توجه داشت که توزیع ترکیبات شیمیایی در تمام قسمتهای پوسته یکنواخت نیست و جنس مواد تشکیل دهنده پوسته در زیر اقیانوسها و قاره‌ها متفاوت است.)

جرم مخصوص پوسته

جرم مخصوص پوسته زمین در قسمتهای مختلف یکسان نیست و امروزه فرض بر این است که جرم مخصوص پوسته در زیر اقیانوسها کمی بیش از جرم مخصوص آن در زیر قاره‌هاست (نظریه ایزوستازی)؛ ولی می‌توان مقدار متوسط آن را ۲.۷ تا ۲.۸ گرم بر سانتیمتر مکعب در نظر گرفت.

مواد تشکیل دهنده پوسته

به طور کلی می‌توان گفت که پوسته زمین از سنگها و سنگها از کانی‌ها تشکیل شده‌اند. بیشتر سنگهای تشکیل دهنده پوسته زمین بازالت و گرانیت هستند.

۲- گوشته

قسمتی از زمین را که بین دو انفصال موهورویچ و گوتنبرگ قرار دارد ، گوشته می‌خوانند و بدین ترتیب این قسمت از زمین از عمق متوسط 33 تا 2900 کیلومتر گسترش دارد. هرچند منحنی تغییرات سرعت در زیر پوسته ، انفصال کاملا مشخصی را نشان می‌دهد ، ولی علت این انفصال هنوز به درستی روشن نیست. عده‌ای این انفصال را به علت وجود اختلاف اساسی در ترکیب شیمیایی بین این دو قسمت می‌دانند ، ولی به نظر عده‌ای دیگر ، این انفصال به علت تغییر خواص فیزیکی مواد موجود در این ناحیه است. به عبارت دیگر ، به نظر دانشمندان دسته دوم ، مواد تشکیل‌دهنده گوشته نیز نظیر پوسته زمین است ، ولی به علت فشار و درجه حرارت زیاد ، شبکه اتمی مواد موجود در این قسمت ، متراکم شده و در نتیجه جرم مخصوص آن افزایش یافته و این عامل باعث افزایش سرعت سیر امواج در این قسمت شده است.

دمای گوشته با افزایش عمق ، بیشتر می‌شود. در قسمت بالایی گوشته دما حدود ۱۶۰۰ درجه فارنهایت (۸۷۰ درجه سانتیگراد) است و در اعماق گوشته به ۴۰۰۰ تا ۶۷۰۰ درجه فارنهایت (۲۲۰۰ تا ۳۷۰۰ درجه سانتیگراد) می‌رسد.

بر اساس مطالعات ژئوفیزیکی دو انفصال در خواص گوشته زمین در اعماق 413 و 984 کیلومتری وجود دارد که آن را به گوشته بالایی ، ناحیه عبور و گوشته پایینی تقسیم می‌کند.

گوشته بالایی

منشأ بسیاری از پدیده‌های زمین شناسی مثل فعالیتهای ماگمایی ، زلزله‌های عمیق و تغییر مکان قاره‌ها ، در گوشته بالایی و ناحیه عبور است. فقط سه نوع سنگ : دونیت (غنی از الیوین) ، پریدوتیت (غنی از الیوین و پیروکسن) و اکلوژیت (مرکب از گرونا ، پیروکسن) می‌تواند در این لایه وجود داشته باشد. جرم مخصوص این قسمت از گوشته در حدود ۳.۹ گرم بر سانتیمتر مکعب است.

گوشته پایینی

گوشته پایینی که بین اعماق 984 تا 2900 کیلومتری قرار دارد ، متجانس به نظر می‌رسد و از سیلیکات‌های منیزیم و آهن ، و اکسیدهایی مثل کرنزون ، رتیل و اسپینل تشکیل شده است.

۳- هسته

هسته زمین از عمق 290 کیلومتری تا مرکز زمین گسترش دارد و ضخامت کلی آن 3471 کیلومتر است. مطالعات نشان داده است که در عمق تقریبی 5120 کیلومتری ، یک انفصال در خواص الاستیک هسته وجود دارد که بر مبنای آن می‌توان هسته را به دو قسمت خارجی و داخلی تقسیم کرد. هسته خارجی از نظر خواص الاستیک ، حالت مایع و هسته داخلی حالت جامد دارد. این تقسیم بندی از آنجا ناشی شده است که امواج عرضی از هسته خارجی عبور نمی‌کنند؛ بنابراین ، این قســـمت بایستی مایع باشد. ولی دلایل دیگری وجود دارد که نشان می‌دهد هسته داخلی خواص جامدات را داراست (مثلا سرعت سیر موج در هسته داخلی به طور ناگهانی افزایش می‌یابد).

قدیمی‌ترین نظریه‌ای که راجع به ترکیب شیمیایی هسته زمین بیان شده ، آن را از جنس آهن و نیکل می‌داند. امروزه نیز عقیده همگانی بر این است که ترکیب هسته خارجی و داخلی زمین هر دو از آهن و نیکل است و این دو فقط از نظر خواص فیزیکی متفاوت‌اند.

هسته خارجی

دمای این قسمت از زمین حدود ۶۷۰۰ تا ۷۸۰۰ درجه فارنهایت (۳۷۰۰ تا ۴۳۰۰ درجه سانتیگراد) است. این دمای زیاد ، بر فشار وارد شده به هسته خارجی غلبه کرده و در نتیجه هسته خارجی را به حالت مذاب درآورده است.

هسته داخلی

هسته داخلی داغ ترین قسمت درونی زمین است. زمین‌شناسان دمای تقریبی آن را ۱۲۶۰۰ درجه فارنهایت (۷۰۰۰ درجه سانتیگراد) - یعنی داغ تر از سطح خورشید - تخمین می‌زنند. این قسمت از زمین ، علیرغم دمای زیادی که دارد ، جامد است. جامدبودن هسته داخلی به دلیل فشار بسیار زیاد لایه‌های بالایی است.

---