De aarde is een dynamische planeet. Het is gemaakt van lagen: de korst, de mantel en de kern. De mantel zelf is een interessante zone, met verschillen tussen de boven- en ondermantel. Het helpt om de definitie van de boven- en ondermantel te leren, samen met hun onderscheidende kenmerken, om het geologische gedrag van de aarde beter te begrijpen.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
De mantel is de laag van het binnenste van de aarde tussen de korst of het oppervlak en de binnenste kern. De boven- en ondermantel verschillen van elkaar in plaats, temperatuur en druk.
De aardlagen
Je herinnert je misschien dat je op de lagere school een model van de aarde hebt gemaakt van klei. Dat model zou een uitsnede hebben, die waarschijnlijk drie verschillende lagen laat zien: de korst, de mantel en de kern. De ware aard van de innerlijke samenstelling van de aarde is echter complexer.
De buitenste, dunne laag, de korst genaamd, herbergt het leven op aarde. Het is het oppervlak waarop je loopt, en de bergen en andere landschappen die je ziet. Hoe groot deze laag ook lijkt, de korst maakt slechts ongeveer 1 procent van de planeet uit.
De mantel bevindt zich onder de korst. Deze regio beslaat ongeveer 84 procent van de aarde. De korst en een deel van de bovenmantel bewegen door convectie door warmte in het binnenste van de aarde. Dit wordt platentektoniek genoemd. Deze beweging van tektonische platen veroorzaakt aardbevingen en vormt bergen. Warmte wordt gegenereerd door het radioactieve verval van elementen diep in de aarde. In de loop van de tijd veranderde deze convectieve actie de rangschikking van continenten. Het geleidelijk stijgen en dalen van materiaal in de mantel kan magma voortbrengen door uitbarstende vulkanen. Tussen de bovenmantel en de kern ligt de ondermantel.
Onder de onderste mantel vormt de kern het centrum van de aarde en bevat deze voornamelijk ijzer en nikkel. De buitenste laag is vloeibaar, maar de binnenste laag is vast door de ongelooflijke druk. Men denkt dat deze kern sneller draait dan andere lagen van de planeet. Er wordt ook aangenomen dat het voornamelijk uit ijzer bestaat, maar nieuwe ontdekkingen onthullen vreemd gedrag van mineralen. Wetenschappers denken dat de bron van de magnetische velden van de aarde voortkomt uit de convectieve werking van de gesmolten buitenste kern, die stromende elektrische stromen zou kunnen verdringen.
Bovenmanteldefinitie
De definitie van de bovenmantel is simpelweg de laag net onder de aardkorst. De mantelsamenstelling bestaat voornamelijk uit vaste silicaten. Er zijn echter gebieden die gesmolten zijn. De bovenmantel zou daarom viskeus zijn, met zowel vaste als plastische eigenschappen. De bovenste mantel vormt samen met de korst de zogenaamde lithosfeer. De lithosfeer is ongeveer 120 mijl of 200 kilometer dik. Dit is waar de tektonische platen bestaan. Onder de lithosfeer vind je de asthenosfeer. De lithosfeer glijdt in wezen over de asthenosfeer als een reeks tektonische platen. De diepte van de bovenmantel varieert van 250 tot 410 mijl (403 tot 660 km). Op deze diepte kan gesteente vloeibaar worden tot magma. Magma stijgt dan op als gevolg van convectie en terwijl het zich verspreidt, vormt het de korst van de oceaanbodem. Dit meestal silicaatmagma bevat ook opgelost koolstofdioxide. Deze combinatie resulteert in het smelten van gesteenten bij lagere temperaturen dan zonder de koolstofdioxide.
Lagere manteldefinitie
De definitie van de onderste mantel is het gebied binnen de aarde dat zich onder de bovenste mantel bevindt. Op dit niveau is er veel meer druk dan in de bovenmantel, dus de ondermantel is minder viskeus. De onderste mantel alleen al omvat ongeveer 55 procent van het volume van de aarde. De onderste mantel is ongeveer 410 tot 1.796 mijl (of 660 tot 2.891 km) diep. De bovenloop, net onder de bovenmantel, vormt de overgangszone. De kern-mantelgrens wordt gedefinieerd op het diepste punt van de onderste mantel. De samenstelling van de onderste mantel bestaat uit ijzerrijk perovskiet, een ferromagnesisch silicaatmineraal dat het meest voorkomende silicaatmineraal op aarde is. Maar wetenschappers denken nu dat perovskiet in verschillende staten bestaat, afhankelijk van de temperaturen en drukken in de onderste mantel. De lagere mantel ervaart buitengewone druk die het gedrag van mineralen beïnvloedt. Een fase van perovskiet zou bijvoorbeeld geen ijzer bevatten, een andere mogelijke fase zou rijk zijn aan ijzer en een hexagonale structuur hebben. Dit wordt H-fase perovskiet genoemd. Wetenschappers blijven onderzoek doen naar mogelijk exotische, nieuwe mineralen diep in de onderste mantel. Het is duidelijk dat deze regio de komende jaren intrigerende nieuwe ontdekkingen belooft.
Vergelijk en contrasteer de twee bovenste lagen van de mantel
De wetenschap van de seismologie helpt bij het begrijpen van de innerlijke structuur van de aarde. De gegevens uit de seismologie kunnen gegevens opleveren over de diepte, druk en temperatuur van de mantel en de daaruit voortvloeiende veranderingen in mineralen. Via de seismische golfsnelheid na aardbevingen kunnen wetenschappers eigenschappen van de mantel bestuderen. Deze golven bewegen sneller in dichter materiaal, waar meer diepte en druk is. Ze kunnen de veranderingen in de elastische eigenschappen van de mantel bestuderen aan grenzen die seismische discontinuïteiten worden genoemd. Seismische discontinuïteiten vertegenwoordigen plotselinge sprongen in seismische golfsnelheden over een grens. Waar perovskiet te vinden is in de mantel, is er een seismische discontinuïteit die de onderste mantel van de bovenste mantel scheidt. Met deze verschillende methoden, evenals laboratoriumexperimenten en simulaties, is het mogelijk om de twee bovenste lagen van de mantel te vergelijken en te contrasteren. Er zijn drie duidelijke verschillen tussen de bovenste en onderste mantel.
Het eerste verschil tussen de bovenmantel en de ondermantel is hun locatie. De bovenste mantel grenst aan de korst om de lithosfeer te vormen, terwijl de onderste mantel nooit in contact komt met de korst. Het is zelfs gebleken dat de bovenmantel scheuren bevat in bepaalde gebieden, zoals de Indiase tektonische plaat, waarvan de botsing met de Aziatische tektonische plaat veel verwoestende aardbevingen heeft veroorzaakt. Deze scheuren komen op meerdere plaatsen in de bovenmantel voor. De korstgebieden boven deze tranen worden blootgesteld aan meer hitte van de mantel dan andere gebieden, en in die gebieden met een warmere korst komen de aardbevingen niet zo vaak voor. Het bewijs uit het onderzoek suggereert dat de korst en de bovenmantel in het zuiden van Tibet sterk aan elkaar gekoppeld zijn. Dergelijke informatie kan helpen bij het inschatten van aardbevingsrisico's.
Temperatuur is een van de verschillen tussen de twee bovenste lagen van de mantel. De temperaturen van de bovenste mantel variëren van 932 tot 1.652 graden Fahrenheit (of 500 tot 900 graden Celsius). De lagere manteltemperatuur daarentegen bereikt meer dan 7.230 graden Fahrenheit of 4.000 graden Celsius.
Druk is een groot verschil tussen de boven- en ondermantel. De viscositeit van de bovenmantel is groter dan de viscositeit van de ondermantel. Dit komt omdat er minder druk is op de bovenmantel. De druk van de onderste mantel is veel groter. In feite varieert de druk van de onderste mantel van 237.000 keer de atmosferische druk tot wel 1,3 miljoen keer de atmosferische druk! Terwijl de temperatuur in de onderste mantel veel hoger is en rotsen kan smelten, voorkomt de grotere druk veel smelten.
Het is belangrijk om de kenmerken van de aardlagen te bestuderen, om beter te begrijpen hoe hun interactie het leven op het oppervlak beïnvloedt. Een betere kennis van de bovenste en onderste mantel kan helpen bij het risico op aardbevingen. Geologen kunnen meer leren over de viscositeit van smeltende gesteenten en hun kenmerken onder toenemende druk en diepte. Het begrijpen van de lagen van de aarde helpt ook bij het bepalen hoe de aarde is gevormd. Terwijl mensen de diepten van de aarde nog niet kunnen peilen zoals ze de zeeën en de ruimte kunnen, maken wetenschappers het mogelijk om de exotische eigenschappen van de bovenste en onderste mantel te voorspellen.