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.

---