Det mesta av vår kunskap om jordens struktur kommer från att studera jordbävningar. Varje jordbävning sänder ut vågor i alla riktningar som att tappa en sten i en sjö skickar ut vågor genom vattnet. Dessa jordbävningsvågor kallas seismiska vågor. Att observera dessa seismiska vågor när de färdas genom jorden ger forskare en uppfattning om de olika material som vågorna rör sig genom.
Det finns två typer av seismiska vågor: S-vågor och P-vågor. Dessa vågor beter sig olika när de passerar genom olika typer av material. Precis som en ljudvåg beter sig annorlunda när den passerar genom vattnet istället för luft; seismiska vågor beter sig olika när de passerar genom olika faser av materia. Forskare vet att P-vågor kommer att färdas genom alla typer av material men S-vågor kommer inte att färdas genom vätska.
Jorden är gjord av flera lager. Varje lager har sina egna karakteristiska egenskaper. Forskare tänker på jordens lager på två sätt – i termer av kemisk sammansättning och i termer av fysikaliska egenskaper.
Baserat på kemisk sammansättning kan jorden delas in i tre lager utåt från jordens centrum: kärna, mantel och skorpa.
Jordens yttersta fasta skikt kallas skorpa. Den ligger ovanför manteln och är jordens hårda yttre skal. Skorpan är ytan som vi lever på.
Skorpan är 0-32 KM (0-19.8miles). I förhållande till de andra lagren är skorpan det tunnaste och minst täta lagret. Den flyter på den mjukare, tätare manteln. Skorpan består av fast sten men dessa stenar är inte lika över hela världen.
Det finns två huvudtyper av skorpa:
Oceanisk skorpa är ett tunt lager (ca 5 km) som finns under haven. Även om den är relativt tunn är den den tätaste typen av skorpa och består av en metamorf sten som kallas basalt.
Kontinentalskorpan utgör kontinenterna och vilar ovanpå oceanisk skorpa. Jämfört med oceanisk skorpa är kontinental skorpa tjockare (30 km). Kontinentalskorpan består av mindre tät sten som granit. Även om den kontinentala skorpan är mindre tät är den mycket tjockare än den oceaniska skorpan eftersom den består av stenarna som utgör kontinenterna.
Eftersom jorden är väldigt varm inuti flyter en värmeström från kärnan till jordskorpan. Detta kallas konvektionsströmmen. Denna ström svalnar när den stiger närmare jordens yta. Denna konvektionsström längs botten av skorpan orsakar förflyttning av de tektoniska plattorna. Plattornas ständiga rörelse kallas plattektonik. Rörelsen av dessa plattor är mycket långsam men när de stöter ihop orsakar det en jordbävning. Kombinationen av konvektionsströmmar från manteln och effekterna av atmosfären gör att skorpan är cirka 0-1598 °F från ytan till botten av skorpan. Skorpan och atmosfären är de svalaste av jordens lager.
Skorpan är spröd till sin natur. Nästan 1 % av jordens volym och 0,5 % av jordens massa är gjorda av jordskorpan. De viktigaste beståndsdelarna i skorpan är kiseldioxid (Si) och aluminium (Al) och därför kallas det ofta SIAL.
Diskontinuiteten mellan hydrosfären och skorpan kallas Conrad-diskontinuiteten.
Skiktet under skorpan och ovanför kärnan är manteln. Den är cirka 2900 km tjock. Nästan 84 % av jordens volym och 67 % av jordens massa upptas av manteln. Manteln har en medeldensitet på 4,5 g∕cm 3 . Densiteten ökar med djupet eftersom trycket ökar.
Diskontinuiteten mellan skorpan och manteln kallas Mohorovich-diskontinuiteten eller Moho-diskontinuiteten.
Manteln består huvudsakligen av fasta stenar gjorda av kisel och magnesium, och därför kallas den SIMA. Djupt in i manteln består stenarna av magnesium och järn. En annan anledning till att manteln blir tätare med djupet är att bergarterna på denna nivå innehåller järn och järn är tätare än materialen i de övre lagren av manteln.
Jordens mantel har olika temperaturer på olika djup. Temperaturen på manteln ökar med djupet. Det sträcker sig från 1598-3992°F. De högsta temperaturerna uppstår där mantelmaterialet är i kontakt med den värmeproducerande kärnan. Manteln behåller mycket värme, som cirkulerar genom manteln i utrymmen som kallas konvektiva celler. Värmens rörelse kan göra att plattorna på havsbotten och kontinenter förskjuts. Under miljontals år kan jordens plattor röra sig ganska mycket. När dessa förändringar sker snabbt upplever vi jordbävningar.
Denna stadiga ökning av temperaturen med djupet är känd som den geotermiska gradienten. Den geotermiska gradienten är ansvarig för olika bergbeteenden. De olika bergbeteendena används för att dela upp manteln i två olika zoner. Stenar i den övre manteln är svala och spröda, medan stenar i den nedre manteln är varma och mjuka men inte smälta. Stenar i den övre manteln är spröda nog att gå sönder under stress och orsaka jordbävningar. Men stenar i den nedre manteln är mjuka och flyter när de utsätts för krafter istället för att gå sönder.
Den översta fasta delen av manteln och hela skorpan utgör litosfären.
Astenosfären (mellan 80-200 km) är ett mycket viskös, mekaniskt svagt och duktilt, deformerande område av den övre manteln som ligger strax under litosfären. Astenosfären är huvudkällan till magma och det är lagret över vilket litosfärens plattor/kontinentalplattorna rör sig (plattektoniken).
Diskontinuiteten mellan den övre manteln och den nedre manteln är känd som Repetti Discontinuity.
Den del av manteln som ligger strax under litosfären och astenosfären men ovanför kärnan kallas mesosfären.
Den inre delen av jorden är kärnan. Denna del av jorden ligger cirka 2900 km under jordens yta. Kärnan skiljs från manteln av Guttenbergs Discontinuity.
Kärnan består huvudsakligen av järn (Fe) och nickel (Ni) och kallas därför även NIFE . Kärnan utgör nästan 15 % av jordens volym och 32,5 % av jordens massa. Det är det tätaste lagret på jorden med dess densitet mellan 9,5 och 14,5 g∕cm 3 .
Efter att ha observerat hastigheterna för P-vågor och S-vågor har forskare kommit fram till att jordens centrum är uppdelat i två lager – den yttre kärnan och den inre kärnan.
Den yttre kärnan är en vätska eftersom temperaturen är tillräckligt hög för att smälta järn- och nickelmetallerna. Den yttre kärnan börjar cirka 2900 km under ytan och är cirka 2300 km tjock. Eftersom jorden roterar snurrar den yttre kärnan runt den inre kärnan och det orsakar jordens magnetism. Magnetism har använts av sjömän för att hitta sin väg på jorden i tusentals och åter tusentals år. Magnetism påverkar också partiklar utanför jordens atmosfär upp till mer än 60 000 km ut i rymden. Den yttre kärnan är cirka 3992-9032 °F. Densiteten för den yttre kärnan är mellan 10 g/cm3 och 12,3 g∕cm 3 .
Den inre kärnan är 5150 kilometer (3200 miles) under jordens yta. Man skulle fortfarande behöva resa cirka 1300 kilometer (808 miles) mer för att nå centrum. Temperaturen i den inre kärnan är cirka 5000 – 6000 °C (9032 – 10832 °F). Den är gjord av samma material som den yttre kärnan men på grund av det höga trycket är den inre kärnan solid. Här är ett enormt tryck, producerat av vikten av de överliggande stenarna, tillräckligt starkt för att tränga ihop atomerna tätt och förhindrar det flytande tillståndet. Detta höga tryck och de täta metallerna i kärnan gör dess densitet 13g∕cm 3 .
Diskontinuiteten mellan den övre kärnan och den nedre kärnan kallas Lehmann Discontinuity.
Jorden är också indelad i lager baserat på fysikaliska egenskaper, till exempel om lagret är fast eller flytande.
De fem fysiska lagren är litosfären, astenosfären, mesosfären, yttre kärnan och inre kärnan.
1. Litosfär - Det yttersta lagret av fast sten som finns på jordens yta är litosfären. Den inkluderar både skorpan och den fasta delen, den översta delen av manteln. Den är relativt sett mindre tät än jordens andra fysiska lager. Litosfären är uppdelad i bitar som kallas tektoniska plattor.
2. Astenosfären – Astenosfären finns under litosfären och det är lagret av en svag eller mjuk mantel gjord av fast sten som rör sig mycket långsamt. Den ligger under litosfären. Tektoniska plattor rör sig ovanpå astenosfären.
3. Mesosfären – Den starka, nedre delen av manteln kallas mesosfären. Berget i mesosfären flyter långsammare än berget i astenosfären. Mesosfären är mycket tätare än astenosfären.
4. Yttre kärna - Den yttre kärnan är vätskeskiktet av jordens kärna. Den yttre kärnan ligger under manteln och omger den inre kärnan.
5. Inre kärna - Den inre kärnan är vår planets fasta, täta centrum. Den inre kärnan sträcker sig från botten av den yttre kärnan till jordens centrum.
Litosfären och astenosfären är inte samma sak som skorpan och manteln. Skorpan och manteln är sammansatta lager av jorden. Litosfären och astenosfären är fysiska skikt. Litosfären omfattar skorpan och den fasta, yttersta delen av manteln. Skorpan är tunnare än litosfären och innehåller stenmaterial som är rikt på kiseldioxid och är mycket mindre tätt än stenmaterialet i jordens andra lager. Astenosfären är ett halvfast skikt mellan den fasta litosfären och mesosfären.
Astenosfären är inte en vätska. Stenmaterial som utgör astenosfären är formbart, vilket betyder att det kan sträckas långsamt. Astenosfären är formbar på grund av den intensiva värmen i jordens inre. När stenmaterial i den nedre delen av astenosfären värms upp stiger det långsamt. När den stiger börjar den svalna och sjunka igen. Således cirkulerar stenmaterial i astenosfären i enorma konvektionsceller. Dessa konvektionsceller orsakar tektoniska plattrörelser. Litosfäriska plattor som vilar på astenosfären bärs med när astenosfären sakta flyter. Rörelsen av litosfäriska plattor orsakar jordbävningar och vulkaner.
