Die Erde ist ein dynamischer Planet. Es besteht aus Schichten: der Kruste, dem Mantel und dem Kern. Der Mantel selbst ist eine interessante Zone mit Unterschieden zwischen dem oberen und unteren Mantel. Es hilft, die Definition des oberen und unteren Erdmantels zusammen mit ihren unterschiedlichen Eigenschaften zu lernen, um das geologische Verhalten der Erde besser zu verstehen.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Der Mantel ist die Schicht des Erdinneren zwischen der Kruste oder Oberfläche und dem innersten Kern. Oberer und unterer Mantel unterscheiden sich in Lage, Temperatur und Druck.
Die Schichten der Erde
Sie erinnern sich vielleicht daran, dass Sie in der Grundschule ein Modell der Erde aus Ton gemacht haben. Dieses Modell hätte einen Ausschnitt, der wahrscheinlich drei verschiedene Schichten zeigt: die Kruste, den Mantel und den Kern. Die wahre Natur der inneren Zusammensetzung der Erde ist jedoch komplexer.
Die äußerste, dünne Schicht, die Kruste, beherbergt das Leben auf der Erde. Es ist die Oberfläche, auf der Sie gehen, und die Berge und andere Landschaften, die Sie sehen. So riesig diese Schicht auch erscheinen mag, die Kruste macht nur etwa 1 Prozent des Planeten aus.
Der Mantel befindet sich unter der Kruste. Diese Region macht etwa 84 Prozent der Erde aus. Die Kruste und ein Teil des oberen Erdmantels bewegen sich aufgrund von Wärmekonvektion im Erdinneren. Dies nennt man Plattentektonik. Diese Bewegung der tektonischen Platten verursacht Erdbeben und bildet Berge. Wärme entsteht durch den radioaktiven Zerfall von Elementen tief im Erdinneren. Im Laufe der Zeit veränderte diese konvektive Aktion die Anordnung der Kontinente. Das allmähliche Auf- und Absteigen von Material im Mantel kann durch ausbrechende Vulkane Magma hervorbringen. Zwischen dem oberen Mantel und dem Kern liegt der untere Mantel.
Unterhalb des unteren Erdmantels bildet der Erdkern das Zentrum der Erde und enthält hauptsächlich Eisen und Nickel. Seine äußerste Schicht ist flüssig, aber seine innerste Schicht ist aufgrund des unglaublichen Drucks fest. Es wird angenommen, dass dieser Kern schneller rotiert als andere Schichten des Planeten. Es wird auch angenommen, dass es hauptsächlich aus Eisen besteht, aber neue Entdeckungen zeigen ein seltsames Verhalten von Mineralien. Wissenschaftler glauben, dass die Quelle der Magnetfelder der Erde aus der Konvektionswirkung des geschmolzenen äußeren Kerns stammt, die fließende elektrische Ströme verdrängen könnte.
Definition des oberen Mantels
Die Definition des oberen Mantels ist ganz einfach die Schicht direkt unter der Erdkruste. Die Mantelzusammensetzung besteht hauptsächlich aus festen Silikaten. Es gibt jedoch Bereiche, die geschmolzen sind. Der obere Mantel wird daher als zähflüssig mit sowohl festen als auch plastischen Eigenschaften bezeichnet. Der obere Mantel bildet zusammen mit der Kruste die sogenannte Lithosphäre. Die Lithosphäre ist etwa 200 Kilometer dick. Hier existieren die tektonischen Platten. Unterhalb der Lithosphäre befindet sich die Asthenosphäre. Die Lithosphäre gleitet im Wesentlichen als eine Reihe von tektonischen Platten über die Asthenosphäre. Die Tiefe des oberen Mantels liegt zwischen 250 und 410 Meilen (403 bis 660 km). In dieser Tiefe kann sich Gestein zu Magma verflüssigen. Magma steigt dann durch Konvektion auf und bildet bei seiner Ausbreitung die Kruste des Meeresbodens. Dieses meist silikatische Magma enthält auch gelöstes Kohlendioxid. Diese Kombination führt dazu, dass Gesteine bei niedrigeren Temperaturen schmelzen, als sie es ohne Kohlendioxid tun würden.
Definition des unteren Mantels
Die Definition des unteren Mantels ist die Region innerhalb der Erde, die sich unter dem oberen Mantel befindet. Auf dieser Ebene herrscht viel mehr Druck als im oberen Mantel, daher ist der untere Mantel weniger viskos. Allein der untere Erdmantel umfasst rund 55 Prozent des Erdvolumens. Der untere Mantel ist ungefähr 410 bis 1.796 Meilen (oder 660 bis 2.891 km) tief. Sein Oberlauf, knapp unter dem oberen Mantel, bildet die Übergangszone. Die Kern-Mantel-Grenze wird am tiefsten Punkt des unteren Mantels definiert. Die Zusammensetzung des unteren Mantels besteht aus eisenreichem Perowskit, einem ferromagnesischen Silikatmineral, das das am häufigsten vorkommende Silikatmineral auf der Erde ist. Aber Wissenschaftler glauben jetzt, dass Perowskit in Abhängigkeit von den Temperaturen und Drücken im unteren Mantel in verschiedenen Zuständen existiert. Der untere Mantel unterliegt außergewöhnlichen Drücken, die das Verhalten von Mineralien beeinflussen. Eine Perowskit-Phase hätte beispielsweise kein Eisen, eine andere mögliche Phase wäre eisenreich und hätte eine hexagonale Struktur. Dies wird als H-Phasen-Perowskit bezeichnet. Wissenschaftler erforschen weiterhin möglicherweise exotische, neue Mineralien tief im Inneren des unteren Erdmantels. Offensichtlich verspricht diese Region für die kommenden Jahre faszinierende neue Entdeckungen.
Vergleichen und kontrastieren Sie die beiden oberen Schichten des Mantels
Die Wissenschaft der Seismologie hilft beim Verständnis der inneren Struktur der Erde. Die Daten aus der Seismologie können Daten über Tiefe, Druck und Temperatur des Mantels und die daraus resultierenden Mineralveränderungen liefern. Wissenschaftler können die Eigenschaften des Mantels über die Geschwindigkeit der seismischen Wellen nach Erdbeben untersuchen. Diese Wellen bewegen sich schneller in dichterem Material, wo mehr Tiefe und Druck herrschen. Sie können die Veränderungen der elastischen Eigenschaften des Mantels an Grenzen, die als seismische Diskontinuitäten bezeichnet werden, untersuchen. Seismische Diskontinuitäten stellen plötzliche Sprünge der seismischen Wellengeschwindigkeiten über eine Grenze hinweg dar. Wo Perowskit im Mantel zu finden ist, gibt es eine seismische Diskontinuität, die den unteren Mantel vom oberen Mantel trennt. Mit diesen verschiedenen Methoden sowie Laborexperimenten und Simulationen ist es möglich, die beiden oberen Schichten des Mantels zu vergleichen und gegenüberzustellen. Es gibt drei deutliche Unterschiede zwischen dem oberen und unteren Mantel.
Der erste Unterschied zwischen dem oberen und unteren Mantel ist ihre Lage. Der obere Mantel grenzt an die Kruste und bildet die Lithosphäre, während der untere Mantel nie mit der Kruste in Berührung kommt. Tatsächlich wurde festgestellt, dass der obere Mantel in bestimmten Bereichen Risse enthält, wie beispielsweise der indischen tektonischen Platte, deren Kollision mit der asiatischen tektonischen Platte viele verheerende Erdbeben verursacht hat. Diese Risse treten an mehreren Stellen im oberen Mantel auf. Die Krustenbereiche über diesen Rissen sind der Hitze des Mantels stärker ausgesetzt als andere Bereiche, und in diesen Bereichen mit wärmerer Kruste sind die Erdbeben nicht so häufig. Die Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die Kruste und der obere Mantel in Südtibet stark gekoppelt sind. Informationen wie diese können bei der Einschätzung des Erdbebenrisikos helfen.
Die Temperatur ist einer der Unterschiede zwischen den beiden oberen Schichten des Mantels. Die Temperaturen des oberen Mantels reichen von 932 bis 1.652 Grad Fahrenheit (oder 500 bis 900 Grad Celsius). Die Temperatur des unteren Mantels hingegen erreicht über 7.230 Grad Fahrenheit oder 4.000 Grad Celsius.
Der Druck ist ein großer Unterschied zwischen dem oberen und unteren Mantel. Die Viskosität des oberen Mantels ist größer als die Viskosität des unteren Mantels. Dies liegt daran, dass am oberen Mantel weniger Druck herrscht. Der Druck des unteren Mantels ist viel größer. Tatsächlich reicht der Druck des unteren Mantels vom 237.000-fachen des Atmosphärendrucks bis zum 1,3-Millionen-fachen des Atmosphärendrucks! Während die Temperatur im unteren Mantel erheblich höher ist und Gesteine schmelzen kann, verhindert der höhere Druck viel Schmelzen.
Es ist wichtig, die Eigenschaften der Erdschichten zu studieren, um besser zu verstehen, wie ihre Wechselwirkung das Leben an der Oberfläche beeinflusst. Bessere Kenntnisse des oberen und unteren Erdmantels können das Erdbebenrisiko erhöhen. Geologen können mehr über die Viskosität schmelzender Gesteine und deren Eigenschaften bei zunehmendem Druck und Tiefe erfahren. Das Verständnis der Erdschichten hilft auch bei der Bestimmung, wie die Erde entstanden ist. Während der Mensch die Tiefen der Erde noch nicht so ausloten kann wie die Meere und den Weltraum, machen Wissenschaftler es möglich, die exotischen Eigenschaften des oberen und unteren Erdmantels vorherzusagen.