Większość naszej wiedzy o budowie Ziemi pochodzi z badania trzęsień ziemi. Każde trzęsienie ziemi wysyła fale we wszystkich kierunkach, tak jak wrzucenie kamienia do jeziora powoduje rozchodzenie się fal przez wodę. Te fale trzęsienia ziemi nazywane są falami sejsmicznymi. Obserwacja tych fal sejsmicznych podczas przemieszczania się przez ziemię daje naukowcom wyobrażenie o różnych materiałach, przez które poruszają się fale.
Istnieją dwa rodzaje fal sejsmicznych: fale S i fale P. Fale te zachowują się inaczej, gdy przechodzą przez różne rodzaje materiałów. Podobnie jak fala dźwiękowa zachowuje się inaczej, gdy przechodzi przez wodę, a nie przez powietrze; fale sejsmiczne zachowują się inaczej, gdy przechodzą przez różne fazy materii. Naukowcy wiedzą, że fale P będą przechodzić przez wszystkie rodzaje materiałów, ale fale S nie będą przechodzić przez ciecze.
Ziemia składa się z kilku warstw. Każda warstwa ma swoje charakterystyczne właściwości. Naukowcy myślą o warstwach Ziemi na dwa sposoby – pod względem składu chemicznego i pod względem właściwości fizycznych.
Na podstawie składu chemicznego Ziemię można podzielić na trzy warstwy na zewnątrz od środka Ziemi: jądro, płaszcz i skorupę.
Najbardziej zewnętrzna stała warstwa Ziemi nazywa się skorupą. Leży nad płaszczem i jest twardą zewnętrzną powłoką Ziemi. Skorupa to powierzchnia, na której żyjemy.
Skorupa ma 0-32 km (0-19,8 mil). W stosunku do pozostałych warstw skorupa jest warstwą najcieńszą i najmniej gęstą. Unosi się na bardziej miękkim, gęstszym płaszczu. Skorupa składa się z litej skały, ale te skały nie są takie same na całym świecie.
Istnieją dwa główne rodzaje skórki:
Skorupa oceaniczna to cienka warstwa (około 5 km) znajdująca się pod oceanami. Mimo że jest stosunkowo cienka, jest najgęstszą skorupą i składa się ze skały metamorficznej zwanej bazaltem.
Skorupa kontynentalna tworzy kontynenty i spoczywa na skorupie oceanicznej. W porównaniu ze skorupą oceaniczną skorupa kontynentalna jest grubsza (30 km). Skorupa kontynentalna składa się z mniej gęstych skał, takich jak granit. Chociaż skorupa kontynentalna jest mniej gęsta, jest znacznie grubsza niż skorupa oceaniczna, ponieważ składa się ze skał tworzących kontynenty.
Ponieważ ziemia jest bardzo gorąca w środku, prąd ciepła przepływa z jądra do skorupy. Nazywa się to prądem konwekcyjnym. Prąd ten ochładza się, gdy zbliża się do powierzchni ziemi. Ten prąd konwekcyjny wzdłuż dna skorupy ziemskiej powoduje przesuwanie się płyt tektonicznych. Stały ruch płyt nazywa się tektoniką płyt. Ruch tych płyt jest bardzo powolny, ale zderzenie ze sobą powoduje trzęsienie ziemi. Połączenie prądów konwekcyjnych z płaszcza i wpływu atmosfery powoduje, że skorupa ma około 0-1598 ° F od powierzchni do dna skorupy. Skorupa i atmosfera są najchłodniejszymi warstwami Ziemi.
Skorupa jest z natury krucha. Prawie 1% objętości Ziemi i 0,5% masy Ziemi składa się ze skorupy. Głównymi elementami składowymi skorupy są krzemionka (Si) i aluminium (Al) , dlatego często określa się ją jako SIAL.
Nieciągłość między hydrosferą a skorupą jest określana jako nieciągłość Conrada.
Warstwa pod skorupą i nad rdzeniem to płaszcz. Ma około 2900 km grubości. Prawie 84% objętości Ziemi i 67% jej masy zajmuje płaszcz. Płaszcz ma średnią gęstość 4,5 g∕cm 3 . Gęstość wzrasta wraz z głębokością, ponieważ wzrasta ciśnienie.
Nieciągłość między skorupą a płaszczem nazywana jest nieciągłością Mohorowicza lub nieciągłością Moho.
Płaszcz składa się głównie z litych skał zbudowanych z krzemu i magnezu, dlatego jest określany jako SIMA. Głęboko w płaszczu skały składają się z magnezu i żelaza. Innym powodem, dla którego płaszcz staje się gęstszy wraz z głębokością, jest to, że skały na tym poziomie zawierają żelazo, a żelazo jest gęstsze niż materiały w górnych warstwach płaszcza.
Płaszcz Ziemi ma różne temperatury na różnych głębokościach. Temperatura płaszcza wzrasta wraz z głębokością. Waha się od 1598-3992 ° F. Najwyższe temperatury występują tam, gdzie materiał płaszcza styka się z rdzeniem wytwarzającym ciepło. Płaszcz zatrzymuje dużo ciepła, które krąży w całym płaszczu w przestrzeniach zwanych komórkami konwekcyjnymi. Ruch ciepła może powodować przesuwanie się płyt dna morskiego i kontynentów. W ciągu milionów lat płyty Ziemi mogą się dość mocno poruszać. Kiedy te zmiany zachodzą szybko, doświadczamy trzęsień ziemi.
Ten stały wzrost temperatury wraz z głębokością jest znany jako gradient geotermalny. Gradient geotermalny jest odpowiedzialny za różne zachowania skał. Różne zachowania skał służą do podziału płaszcza na dwie różne strefy. Skały w górnym płaszczu są chłodne i kruche, podczas gdy skały w dolnym płaszczu są gorące i miękkie, ale nie stopione. Skały w górnym płaszczu są wystarczająco kruche, aby pękać pod wpływem stresu i powodować trzęsienia ziemi. Jednak skały w dolnym płaszczu są miękkie i płyną pod wpływem sił zamiast pękać.
Najwyższa stała część płaszcza i cała skorupa tworzy litosferę.
Astenosfera (między 80-200 km) jest bardzo lepkim, słabym mechanicznie i plastycznym, deformującym się regionem górnego płaszcza, który leży tuż pod litosferą. Astenosfera jest głównym źródłem magmy i jest warstwą, po której poruszają się płyty litosfery/płyty kontynentalne (tektonika płyt).
Nieciągłość między górnym a dolnym płaszczem jest znana jako nieciągłość Repetti.
Część płaszcza, która znajduje się tuż poniżej litosfery i astenosfery, ale powyżej jądra, nazywana jest mezosferą.
Wewnętrzna część Ziemi to jądro. Ta część Ziemi znajduje się około 2900 km pod powierzchnią Ziemi. Rdzeń jest oddzielony od płaszcza nieciągłością Guttenberga.
Rdzeń składa się głównie z żelaza (Fe) i niklu (Ni), dlatego też nazywany jest NIFE . Jądro stanowi prawie 15% objętości Ziemi i 32,5% masy Ziemi. Jest to najgęstsza warstwa Ziemi, której gęstość waha się od 9,5 do 14,5 g∕cm 3 .
Po zaobserwowaniu prędkości fal P i S naukowcy doszli do wniosku, że centrum Ziemi jest podzielone na dwie warstwy – jądro zewnętrzne i jądro wewnętrzne.
Zewnętrzny rdzeń jest płynny, ponieważ temperatura jest wystarczająco wysoka, aby stopić żelazo i nikiel. Jądro zewnętrzne zaczyna się około 2900 km pod powierzchnią i ma około 2300 km grubości. Ponieważ Ziemia się obraca, zewnętrzny rdzeń obraca się wokół wewnętrznego rdzenia, co powoduje magnetyzm Ziemi. Magnetyzm był używany przez żeglarzy do odnajdywania drogi na Ziemi od tysięcy lat. Magnetyzm wpływa również na cząstki znajdujące się poza atmosferą Ziemi na odległość do ponad 60 000 km w kosmos. Zewnętrzny rdzeń ma około 3992-9032 ° F. Gęstość rdzenia zewnętrznego wynosi od 10 g/cm3 do 12,3 g∕ cm3 .
Jądro wewnętrzne znajduje się 5150 kilometrów (3200 mil) pod powierzchnią ziemi. Nadal trzeba by przebyć około 1300 kilometrów (808 mil) więcej, aby dotrzeć do centrum. Temperatura w wewnętrznym rdzeniu wynosi około 5000 – 6000 °C (9032 – 10832 °F). Jest wykonany z tych samych materiałów co rdzeń zewnętrzny, ale ze względu na wysokie ciśnienie rdzeń wewnętrzny jest lity. Tutaj ogromne ciśnienie, wytwarzane przez ciężar leżących nad nimi skał, jest wystarczająco silne, aby ciasno stłoczyć atomy i zapobiec przejściu w stan ciekły. To wysokie ciśnienie i gęste metale w jądrze sprawiają, że jego gęstość wynosi 13g∕cm 3 .
Nieciągłość między górnym a dolnym rdzeniem nazywana jest nieciągłością Lehmanna.
Ziemia jest również podzielona na warstwy w oparciu o właściwości fizyczne, takie jak to, czy warstwa jest stała czy ciekła.
Pięć warstw fizycznych to litosfera, astenosfera, mezosfera, rdzeń zewnętrzny i rdzeń wewnętrzny.
1. Litosfera — najbardziej zewnętrzną warstwą litej skały znajdującą się na powierzchni Ziemi jest litosfera. Obejmuje zarówno skorupę, jak i ciało stałe, najwyższą część płaszcza. Jest stosunkowo mniej gęsty niż inne fizyczne warstwy Ziemi. Litosfera jest podzielona na części zwane płytami tektonicznymi.
2. Astenosfera – Astenosfera znajduje się poniżej litosfery i jest to warstwa słabego lub miękkiego płaszcza wykonanego z litej skały, która porusza się bardzo wolno. Znajduje się poniżej litosfery. Płyty tektoniczne poruszają się po astenosferze.
3. Mezosfera - Mocna, dolna część płaszcza nazywana jest mezosferą. Skała w mezosferze płynie wolniej niż skała w astenosferze. Mezosfera jest znacznie gęstsza niż astenosfera.
4. Zewnętrzny rdzeń - Zewnętrzny rdzeń to płynna warstwa jądra Ziemi. Rdzeń zewnętrzny leży pod płaszczem i otacza rdzeń wewnętrzny.
5. Wewnętrzny rdzeń - Wewnętrzny rdzeń to solidne, gęste centrum naszej planety. Wewnętrzny rdzeń rozciąga się od dna zewnętrznego rdzenia do środka Ziemi.
Litosfera i astenosfera to nie to samo co skorupa i płaszcz. Skorupa i płaszcz to warstwy kompozycyjne Ziemi. Litosfera i astenosfera to warstwy fizyczne. Litosfera obejmuje skorupę i stałą, najbardziej zewnętrzną część płaszcza. Skorupa jest cieńsza niż litosfera i zawiera materiał skalny, który jest bogaty w krzemionkę i jest znacznie mniej gęsty niż materiał skalny w innych warstwach Ziemi. Astenosfera jest półstałą warstwą między stałą litosferą a mezosferą.
Astenosfera nie jest cieczą. Materiał skalny tworzący astenosferę jest plastyczny, co oznacza, że można go powoli rozciągać. Astenosfera jest plastyczna z powodu intensywnego ciepła wnętrza Ziemi. Gdy materiał skalny w dolnej części astenosfery jest podgrzewany, podnosi się powoli. Gdy się podnosi, zaczyna się ochładzać i ponownie opadać. Tak więc materiał skalny w astenosferze krąży w ogromnych komórkach konwekcyjnych. Te komórki konwekcyjne powodują ruch płyt tektonicznych. Płyty litosfery, które spoczywają na astenosferze, są przenoszone wraz z powolnym przepływem astenosfery. Ruch płyt litosfery powoduje trzęsienia ziemi i wybuchy wulkanów.
