מהם שלושה הבדלים בין המעטפת העליונה והתחתונה?

כדור הארץ הוא כוכב לכת דינמי. הוא עשוי משכבות: הקרום, המעטפת והליבה. המעטפת עצמה היא אזור מעניין, עם הבדלים בין המעטפת העליונה והתחתונה. זה עוזר ללמוד את הגדרת המעטפת העליונה ואת הגדרת המעטפת התחתונה, יחד עם מאפייניהם השונים, כדי להבין טוב יותר את ההתנהגות הגיאולוגית של כדור הארץ.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

המעטפת היא שכבת פנים כדור הארץ בין הקרום או המשטח והליבה הפנימית ביותר. המעטפת העליונה והתחתונה נבדלות זו מזו במיקום, בטמפרטורה ובלחץ.

אולי אתה זוכר שיצרת מודל של כדור הארץ בבית הספר היסודי מחימר. לדגם זה תהיה חתך, המראה ככל הנראה שלוש שכבות נפרדות: הקרום, מעטפת הליבה. עם זאת, הטבע האמיתי של ההרכב הפנימי של כדור הארץ מורכב יותר.

השכבה החיצונית והדקה ביותר הנקראת קרום היא ביתם של חיים על פני כדור הארץ. זהו המשטח עליו אתה צועד, וההרים ונופים אחרים שאתה רואה. עד כמה שכבה זו עשויה להיראות עצומה, הקרום מהווה רק אחוז אחד מכדור הארץ.

המעטפת שוכנת מתחת לקרום. אזור זה מהווה כ -84 אחוזים מכדור הארץ. הקרום וחלקו של המעטפת העליונה מסתובבים עקב הסעה מחום בפנים כדור הארץ. זה נקרא טקטוניקה של צלחת. תנועה זו של לוחות טקטוניים גורמת לרעידות אדמה ויוצרת הרים. חום נוצר מהדעיכה הרדיואקטיבית של יסודות עמוק בתוך כדור הארץ. עם הזמן, פעולה משכנעת זו שינתה את סידור היבשות. העלייה והנפילה ההדרגתיים של החומר במעטפת יכולים להביא מגמה דרך הרי געש מתפרצים. בין המעטפת העליונה לליבה מונח המעטפת התחתונה.

מתחת למעטה התחתון, הליבה מהווה את מרכז כדור הארץ ומכילה בעיקר ברזל וניקל. השכבה החיצונית ביותר היא נוזלית, אך השכבה הפנימית ביותר מוצקה בגלל לחץ מדהים. מחשבה שגרעין זה מסתובב מהר יותר משכבות אחרות על פני כדור הארץ. ההנחה היא שהיא מורכבת בעיקר מברזל, אך תגליות חדשות חושפות התנהגות מוזרה של מינרלים. מדענים חושבים שמקור השדות המגנטיים של כדור הארץ נובע מפעולת הסעה של הגרעין החיצוני המותך, העלול לעקור זרמים חשמליים זורמים.

הגדרת המעטפת העליונה היא בפשטות השכבה ממש מתחת לקרום כדור הארץ. הרכב המעטפת מורכב בעיקר מסיליקטים מוצקים. ישנם, עם זאת, אזורים מותכים. לכן אומרים כי המעטפת העליונה צמיגה, בעלת מאפיינים מוצקים ופלסטיים כאחד. המעטפת העליונה, יחד עם הקרום, כוללת את מה שמכונה ליתוספירה. עובי הליטוספירה כ- 120 מייל. זה המקום שבו הלוחות הטקטוניים קיימים. מתחת ליתוספירה, תמצא את האסתנוספירה. הליטוספירה בעצם גולשת על האסתנוספירה כסדרת לוחות טקטוניים. עומק המעטפת העליונה נע בין 403 ל -660 ק"מ. בעומק זה, סלע יכול להתמוסס למגמה. מגמה עולה אז בגלל הסעה, וכשהיא מתפשטת היא יוצרת את קרום קרקעית האוקיאנוס. מגמה סיליקטית זו מכילה בעיקר פחמן דו חמצני מומס. השילוב הזה מביא לסלעים להתמוסס בטמפרטורות נמוכות ממה שהיו ללא הפחמן הדו-חמצני.

הגדרת המעטפת התחתונה היא האזור בתוך כדור הארץ השוכן מתחת למעטה העליון. ברמה זו, יש לחץ גדול בהרבה מאשר במעטה העליון, ולכן המעטפת התחתונה פחות צמיגה. המעטפת התחתונה לבדה מהווה כ- 55 אחוז מנפח כדור הארץ. המעטפת התחתונה היא בעומק 410 עד 1,796 מייל (או 660 עד 2,891 ק"מ). החלקים העליונים שלו, ממש מתחת למעטה העליון, מהווים את אזור המעבר. גבול הליבה-מעטפת מוגדר בנקודה העמוקה ביותר של המעטפת. הרכב המעטפת התחתון מורכב מפרובסקיט עשיר בברזל, מינרל סיליקט פרומגני שהוא מינרל הסיליקט הנפוץ ביותר על פני כדור הארץ. אולם כעת מדענים חושבים שפרובסקיט קיים במצבים שונים בהתאם לטמפרטורות וללחצים במעטה התחתון. המעטפת התחתונה חווה לחצים יוצאי דופן המשפיעים על התנהגות המינרלים. בשלב אחד של פרובסקיט לא יהיה ברזל, למשל, שלב אחר אפשרי יהיה עשיר בברזל ובעל מבנה משושה. זה נקרא perovskite שלב H. מדענים ממשיכים לחקור מינרלים חדשים, אולי אקזוטיים, עמוק בתוך המעטפת התחתונה. ברור שהאזור הזה מבטיח תגליות חדשות ומסקרנות לשנים הבאות.

מדע הסייסמולוגיה מסייע להבנת המבנה הפנימי של כדור הארץ. נתוני הסייסמולוגיה יכולים לספק נתונים אודות עומק הלחץ והטמפרטורה של המעטפת והשינויים במינרלים הנובעים מכך. מדענים יכולים ללמוד מאפייני המעטפת באמצעות מהירות הגל הסייסמי לאחר רעידות אדמה. גלים אלה נעים מהר יותר בחומר צפוף יותר, שם יש עומק ולחץ גדולים יותר. הם יכולים ללמוד את השינויים בתכונות האלסטיות של המעטפת בגבולות הנקראים אי-רציפות סייסמית. אי-רציפות סייסמית מייצגת קפיצות פתאומיות במהירות הגל הסייסמי על גבול. במקום בו ניתן למצוא פרובסקיט במעטה, ישנו רציפות סייסמית המפרידה בין המעטפת התחתונה למעטפת העליונה. בעזרת שיטות שונות אלה, כמו גם ניסויים וסימולציות במעבדה, ניתן להשוות ולהבדיל בין שתי השכבות העליונות של המעטפת. ישנם שלושה הבדלים ברורים בין המעטפת העליונה והתחתונה.

ההבדל הראשון בין המעטפת העליונה למעטה התחתון הוא מיקומם. המעטפת העליונה צמודה לקרום ליצירת ליתוספירה, ואילו המעטפת התחתונה לעולם אינה באה במגע עם הקרום. למעשה, המעטפת העליונה נמצאה כמכילה דמעות באזורים מסוימים, כמו למשל הלוח הטקטוני ההודי, שהתנגשותו בלוח הטקטוני האסייתי גרמה לרעידות אדמה הרסניות רבות. קרעים אלה מתרחשים במספר מקומות במעטפת העליונה. אזורי הקרום מעל הדמעות האלה נחשפים לחום של מעטה יותר מאשר באזורים אחרים, ובאזורים אלה של קרום חם יותר, רעידות האדמה אינן נפוצות באותה מידה. העדויות מהמחקר מצביעות על כך שהקרום והמעטפת העליונה בדרום טיבט קשורים זה לזה. מידע כזה יכול לסייע בהערכת הסיכון לרעידות אדמה.

טמפרטורה היא אחד ההבדלים בין שתי השכבות העליונות של המעטפת. הטמפרטורות של המעטפת העליונה נעות בין 932 ל -1,662 מעלות פרנהייט (או 500 עד 900 מעלות צלזיוס). לעומת זאת, טמפרטורת המעטפת התחתונה מגיעה ליותר מ 7,230 מעלות פרנהייט או ל -4,000 מעלות צלזיוס.

לחץ הוא הבדל אחד גדול בין המעטפת העליונה והתחתונה. צמיגות המעטפת העליונה גדולה יותר מצמיגות המעטפת התחתונה. הסיבה לכך היא שיש פחות לחץ במעטפת העליונה. הלחץ של המעטפת התחתונה גדול בהרבה. למעשה הלחץ של המעטפת התחתונה נע בין 237,000 פעמים לחץ אטמוספרי לגובה של 1.3 מיליון פעמים אטמוספרי! בעוד שהטמפרטורה גדולה בהרבה במעטפת התחתונה ויכולה להמיס סלעים, הלחץ הגדול יותר מונע התכה רבה.

חשוב ללמוד את המאפיינים של שכבות כדור הארץ, להבין טוב יותר כיצד האינטראקציה שלהם משפיעה על החיים על פני השטח. ידע טוב יותר על המעטפת העליונה והתחתונה יכול לסייע בסיכון לרעידות אדמה. גיאולוגים יכולים ללמוד עוד על צמיגותם של סלעים מומסים ותכונותיהם בלחץ ועומק הולכים וגוברים. הבנת שכבות כדור הארץ מסייעת גם לקביעת אופן התהוות כדור הארץ. בעוד שאנשים עדיין לא יכולים לצנח את מעמקי כדור הארץ באופן שבו הם יכולים את הים ואת החלל, המדענים מאפשרים לחזות את האיכויות האקזוטיות של המעטפת העליונה והתחתונה.