تأتي معظم معرفتنا عن بنية الأرض من دراسة الزلازل. يرسل كل زلزال موجات في جميع الاتجاهات مثل الطريقة التي يؤدي بها سقوط صخرة في بحيرة إلى إرسال موجات عبر الماء. تسمى هذه الموجات الزلزالية الموجات الزلزالية. إن رصد هذه الموجات الزلزالية أثناء انتقالها عبر الأرض يعطي العلماء فكرة عن المواد المختلفة التي تتحرك خلالها الموجات.
هناك نوعان من الموجات الزلزالية: الموجات S و الموجات P. تتصرف هذه الموجات بشكل مختلف عندما تمر عبر أنواع مختلفة من المواد. تمامًا مثل الموجة الصوتية تتصرف بشكل مختلف عندما تمر عبر الماء بدلاً من الهواء ؛ تتصرف الموجات الزلزالية بشكل مختلف عندما تمر عبر مراحل مختلفة من المادة. يعلم العلماء أن موجات P ستنتقل عبر جميع أنواع المواد لكن الموجات S لن تنتقل عبر السائل.
تتكون الأرض من عدة طبقات. كل طبقة لها خصائصها المميزة. يفكر العلماء في طبقات الأرض بطريقتين - من حيث التركيب الكيميائي ومن حيث الخصائص الفيزيائية.
بناءً على التركيب الكيميائي ، يمكن تقسيم الأرض إلى ثلاث طبقات إلى الخارج من مركز الأرض: اللب ، والغطاء ، والقشرة.
الطبقة الخارجية من الأرض تسمى القشرة. تقع فوق الوشاح وهي القشرة الخارجية الصلبة للأرض. القشرة هي السطح الذي نعيش عليه.
القشرة 0-32 كم (0-19.8 ميل). بالنسبة للطبقات الأخرى ، فإن القشرة هي الطبقة الأرفع والأقل كثافة. يطفو على الوشاح الأكثر نعومة وكثافة. تتكون القشرة من صخور صلبة ولكن هذه الصخور ليست هي نفسها في جميع أنحاء العالم.
هناك نوعان رئيسيان من القشور:
القشرة المحيطية هي طبقة رقيقة (حوالي 5 كم) توجد تحت المحيطات. على الرغم من أنها رقيقة نسبيًا ، إلا أنها أكثر أنواع القشرة كثافة وتتكون من صخرة متحولة تسمى البازلت.
تشكل القشرة القارية القارات وتقع على قمة القشرة المحيطية. بالمقارنة مع القشرة المحيطية ، فإن القشرة القارية أكثر سمكًا (30 كم). تتكون القشرة القارية من صخور أقل كثافة مثل الجرانيت. على الرغم من أن القشرة القارية أقل كثافة ، إلا أنها أكثر سمكًا من القشرة المحيطية لأنها تتكون من الصخور التي تشكل القارات.
لأن الأرض شديدة الحرارة من الداخل ، يتدفق تيار من الحرارة من اللب إلى القشرة. وهذا ما يسمى بتيار الحمل الحراري. يبرد هذا التيار عندما يرتفع بالقرب من سطح الأرض. يتسبب تيار الحمل هذا على طول قاع القشرة في تحريك الصفائح التكتونية. تسمى الحركة المستمرة للصفائح تكتونية الصفائح. حركة هذه الصفائح بطيئة للغاية ولكن عندما تصطدم ببعضها يتسبب في حدوث زلزال. إن الجمع بين تيارات الحمل الحراري من الوشاح وتأثيرات الغلاف الجوي تجعل القشرة حوالي 0-1598 درجة فهرنهايت من السطح إلى قاع القشرة. القشرة والغلاف الجوي هما أروع طبقات الأرض.
القشرة هشة بطبيعتها. ما يقرب من 1 ٪ من حجم الأرض و 0.5 ٪ من كتلة الأرض مصنوعة من القشرة. العناصر المكونة الرئيسية للقشرة هي السيليكا (Si) والألومنيوم (Al) ، وبالتالي ، غالبًا ما يطلق عليها SIAL.
يُطلق على الانقطاع بين الغلاف المائي والقشرة اسم توقف كونراد.
الطبقة تحت القشرة وفوق اللب هي الوشاح. يبلغ سمكها حوالي 2900 كم. يشغل الوشاح ما يقرب من 84٪ من حجم الأرض و 67٪ من كتلة الأرض. يبلغ متوسط كثافة الوشاح 4.5 جم ∕ سم 3 . تزداد الكثافة مع العمق لأن الضغط يزداد.
يسمى الانقطاع بين القشرة والعباءة توقف موهوروفيتش أو توقف موهو.
يتكون الوشاح بشكل أساسي من صخور صلبة مصنوعة من السيليكون والمغنيسيوم ، ومن ثم يطلق عليه اسم SIMA. في عمق الوشاح ، تتكون الصخور من المغنيسيوم والحديد. سبب آخر لزيادة كثافة الوشاح مع العمق هو أن الصخور في هذا المستوى تحتوي على الحديد والحديد أكثر كثافة من المواد الموجودة في الطبقات العليا من الوشاح.
وشاح الأرض له درجات حرارة مختلفة في أعماق مختلفة. تزداد درجة حرارة الوشاح مع العمق. تتراوح بين 1598-3992 درجة فهرنهايت. تحدث أعلى درجات الحرارة عندما تكون مادة الوشاح على اتصال مع اللب المنتج للحرارة. يحتفظ الوشاح بالكثير من الحرارة ، والتي تنتشر في جميع أنحاء الوشاح في مساحات تسمى خلايا الحمل الحراري. يمكن أن تتسبب حركة الحرارة في تحول صفائح قاع البحر والقارات. على مدى ملايين السنين ، يمكن أن تتحرك صفائح الأرض كثيرًا. عندما تحدث هذه التحولات بسرعة ، فإننا نشهد الزلازل.
تُعرف هذه الزيادة المطردة في درجة الحرارة مع العمق بالتدرج الحراري الأرضي. التدرج الحراري الأرضي مسؤول عن سلوكيات الصخور المختلفة. تُستخدم سلوكيات الصخور المختلفة لتقسيم الوشاح إلى منطقتين مختلفتين. الصخور في الوشاح العلوي باردة وهشة ، بينما الصخور في الوشاح السفلي حارة ولينة ولكنها غير منصهرة. الصخور في الوشاح العلوي هشة بدرجة كافية لتكسرها تحت الضغط وتسبب الزلازل. ومع ذلك ، فإن الصخور الموجودة في الوشاح السفلي تكون ناعمة وتتدفق عند تعرضها للقوى بدلاً من الانكسار.
يشكل الجزء العلوي الصلب من الوشاح والقشرة بأكملها الغلاف الصخري.
الغلاف الموري (بين 80-200 كم) هو منطقة شديدة اللزوجة وضعيفة ميكانيكيًا وقابلة للدهن وتشوه الوشاح العلوي الذي يقع أسفل الغلاف الصخري مباشرةً. الغلاف الموري هو المصدر الرئيسي للصهارة وهي الطبقة التي تتحرك فوقها ألواح الغلاف الصخري / الصفائح القارية (الصفائح التكتونية).
يُعرف الانقطاع بين الوشاح العلوي والغطاء السفلي باسم توقف Repetti.
الجزء من الوشاح الذي هو أسفل الغلاف الصخري والغلاف الموري ولكن فوق اللب يسمى Mesosphere.
الجزء الداخلي من الأرض هو اللب. يقع هذا الجزء من الأرض على عمق حوالي 2900 كم تحت سطح الأرض. يتم فصل اللب عن الوشاح عن طريق توقف Guttenberg.
يتكون اللب بشكل أساسي من الحديد (Fe) والنيكل (Ni) وبالتالي يطلق عليه أيضًا NIFE . يشكل اللب ما يقرب من 15٪ من حجم الأرض و 32.5٪ من كتلة الأرض. إنها أكثر طبقات الأرض كثافةً حيث تتراوح كثافتها بين 9.5 إلى 14.5 جم ∕ سم 3 .
بعد مراقبة سرعات الموجات P و S ، استنتج العلماء أن مركز الأرض مقسم إلى طبقتين - اللب الخارجي واللب الداخلي.
اللب الخارجي سائل لأن درجة الحرارة عالية بما يكفي لإذابة الحديد والنيكل. يبدأ اللب الخارجي حوالي 2900 كم تحت السطح ويبلغ سمكه حوالي 2300 كم. لأن الأرض تدور ، فإن اللب الخارجي يدور حول اللب الداخلي وهذا يسبب مغناطيسية الأرض. استخدم البحارة المغناطيسية لإيجاد طريقهم على الأرض لآلاف وآلاف السنين. تؤثر المغناطيسية أيضًا على الجسيمات الموجودة خارج الغلاف الجوي للأرض لمسافة تزيد عن 60.000 كم في الفضاء. اللب الخارجي حوالي 3992-9032 درجة فهرنهايت. تتراوح كثافة اللب الخارجي بين 10 جم / سم 3 و 12.3 جم / سم 3 .
يبلغ طول اللب الداخلي 5150 كيلومترًا (3200 ميل) تحت سطح الأرض. لا يزال يتعين على المرء أن يسافر حوالي 1300 كيلومتر (808 أميال) للوصول إلى المركز. تبلغ درجة الحرارة في القلب الداخلي حوالي 5000-6000 درجة مئوية (9032-10832 درجة فهرنهايت). إنه مصنوع من نفس المواد مثل اللب الخارجي ولكن بسبب الضغط العالي ، فإن اللب الداخلي صلب. هنا ، يكون الضغط الهائل ، الناتج عن وزن الصخور التي تعلوها ، قويًا بما يكفي لتجميع الذرات معًا بإحكام ويمنع الحالة السائلة. هذا الضغط العالي والمعادن الكثيفة في القلب تجعل كثافته 13 جم ∕ سم 3 .
يسمى الانقطاع بين اللب العلوي والسفلي باسم توقف ليمان.
تنقسم الأرض أيضًا إلى طبقات بناءً على الخصائص الفيزيائية ، مثل ما إذا كانت الطبقة صلبة أو سائلة.
الطبقات الفيزيائية الخمس هي الغلاف الصخري ، والغلاف الموري ، والغلاف الجوي ، واللب الخارجي ، واللب الداخلي.
1. الغلاف الصخري - الطبقة الخارجية من الصخور الصلبة الموجودة على سطح الأرض هي الغلاف الصخري. يشمل كلا من القشرة والصلب ، الجزء العلوي من الوشاح. إنها أقل كثافة نسبيًا من الطبقات الفيزيائية الأخرى للأرض. ينقسم الغلاف الصخري إلى قطع تسمى الصفائح التكتونية.
2. Asthenosphere - يوجد الغلاف الموري أسفل الغلاف الصخري وهو طبقة من الوشاح الضعيف أو الناعم المصنوع من الصخور الصلبة والذي يتحرك ببطء شديد. تقع تحت الغلاف الصخري. تتحرك الصفائح التكتونية فوق الغلاف الموري.
3. Mesosphere - يسمى الجزء السفلي القوي من الوشاح بالميزوسفير. تتدفق الصخور الموجودة في طبقة الميزوسفير بشكل أبطأ من الصخور الموجودة في الغلاف الموري. الغلاف الجوي هو أكثر كثافة من الغلاف الموري.
4. اللب الخارجي - اللب الخارجي هو الطبقة السائلة من لب الأرض. يقع اللب الخارجي تحت الوشاح ويحيط بالنواة الداخلية.
5. اللب الداخلي - اللب الداخلي هو المركز الصلب والكثيف لكوكبنا. يمتد اللب الداخلي من قاع اللب الخارجي إلى مركز الأرض.
الغلاف الصخري والغلاف الموري ليسا نفس القشرة والعباءة. القشرة والعباءة هي طبقات تركيبية للأرض. الغلاف الصخري والغلاف الموري عبارة عن طبقات مادية. يشمل الغلاف الصخري القشرة والجزء الخارجي الصلب من الوشاح. القشرة أرق من الغلاف الصخري وتحتوي على مادة صخرية غنية بالسيليكا وأقل كثافة بكثير من المواد الصخرية في طبقات الأرض الأخرى. الغلاف الموري هو طبقة شبه صلبة بين الغلاف الصخري الصلب والميزوسفير.
الغلاف الموري ليس سائلاً. المادة الصخرية التي يتكون منها الغلاف الموري هي مادة مطيلة ، مما يعني أنه يمكن شدها ببطء. الغلاف الموري مطيل بسبب الحرارة الشديدة لباطن الأرض. عندما يتم تسخين مادة الصخور في الجزء السفلي من الغلاف الموري ، فإنها ترتفع ببطء. عندما يرتفع ، يبدأ في البرودة ويغرق مرة أخرى. وهكذا ، فإن المواد الصخرية في الغلاف الموري تدور في خلايا الحمل الحراري الهائلة. تسبب خلايا الحمل هذه حركة الصفائح التكتونية. يتم حمل الصفائح الليثوسفيرية التي تستقر على الغلاف الموري مع تدفق الغلاف الموري ببطء. حركة صفائح الغلاف الصخري تسبب الزلازل والبراكين.
