Jorden är en dynamisk planet. Den är gjord av lager: skorpan, manteln och kärnan. Själva manteln är en intressant zon med skillnader mellan övre och nedre manteln. Det hjälper till att lära sig definitionen av övre mantel och nedre mantel, tillsammans med deras olika egenskaper, för att bättre förstå jordens geologiska beteende.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Manteln är skiktet av jordens inre mellan skorpan eller ytan och den innersta kärnan. Den övre och nedre manteln skiljer sig från varandra i läge, temperatur och tryck.
Jordens lager
Du kanske kommer ihåg att du gjorde en modell av jorden i grundskolan av lera. Den modellen skulle ha en avskärning, som förmodligen visar tre distinkta lager: skorpan, manteln och kärnan. Jordens inre sammansättning är dock mer komplex.
Det yttersta, tunna skiktet som kallas skorpan är hem för liv på jorden. Det är ytan du går på och bergen och andra landskap du ser. Så stort som detta lager kan verka, utgör skorpan bara cirka 1 procent av planeten.
Manteln ligger under skorpan. Denna region utgör ungefär 84 procent av jorden. Skorpan och en del av den övre manteln rör sig på grund av konvektion från värme i jordens inre. Detta kallas plåtektonik. Denna rörelse av tektoniska plattor orsakar jordbävningar och bildar berg. Värme genereras från det radioaktiva förfallet av element djupt inne i jorden. Med tiden ändrade denna konvektionsåtgärd arrangemanget av kontinenter. Den gradvisa uppgången och nedgången av material i manteln kan föra fram magma genom vulkaner som bryter ut. Mellan den övre manteln och kärnan ligger den nedre manteln.
Under den nedre manteln utgör kärnan jordens centrum och innehåller mestadels järn och nickel. Dess yttersta lager är flytande, men dess innersta lager är fast på grund av otroligt tryck. Denna kärna tros rotera snabbare än andra lager på planeten. Det antas också bestå främst av järn, men nya upptäckter avslöjar konstiga beteenden hos mineraler. Forskare tror att källan till jordens magnetfält härrör från den konvektiva verkan av den smälta yttre kärnan, som kan förskjuta flödande elektriska strömmar.
Definition av övre mantel
Den övre manteldefinitionen är helt enkelt skiktet precis under jordskorpan. Mantelkompositionen består av mestadels solida silikater. Det finns dock områden som är smälta. Den övre manteln sägs därför vara viskös, med både fasta och plastiska egenskaper. Den övre manteln, tillsammans med skorpan, omfattar det som kallas litosfären. Litosfären är ungefär 200 mil tjock. Det är här de tektoniska plattorna finns. Under litosfären hittar du astenosfären. Litosfären glider i huvudsak över astenosfären som en serie tektoniska plattor. Djupet på den övre manteln varierar mellan 403 och 660 km. På detta djup kan sten smälta in i magma. Magma stiger sedan på grund av konvektion och när den sprider sig bildar den havsbotten. Denna mestadels silikatmagma innehåller också upplöst koldioxid. Denna kombination resulterar i att stenar smälter vid lägre temperaturer än de skulle utan koldioxiden.
Definition av lägre mantel
Definitionen av den nedre manteln är regionen inom jorden som ligger under den övre manteln. Vid denna nivå finns det mycket större tryck än i den övre manteln, så den undre manteln är mindre viskös. Den undre manteln ensam utgör ungefär 55 procent av jordens volym. Den nedre manteln är ungefär 410 till 1796 miles (eller 660 till 2891 km) djup. Dess övre del, precis under den övre manteln, utgör övergångszonen. Kärnmantelgränsen definieras vid den nedre mantelns djupaste punkt. Den nedre mantelkompositionen består av järnrik perovskit, ett ferromagnesiskt silikatmineral som är det vanligaste silikatmineralet på jorden. Men forskare tror nu att perovskit finns i olika tillstånd beroende på temperaturen och trycket i den nedre manteln. Den nedre manteln upplever extraordinära tryck som påverkar mineralernas beteende. En fas av perovskit skulle inte ha järn, till exempel, en annan möjlig fas skulle vara rik på järn och ha en sexkantig struktur. Detta kallas H-fas perovskite. Forskare fortsätter att undersöka eventuellt exotiska, nya mineraler djupt inne i den nedre manteln. Uppenbarligen lovar denna region spännande nya upptäckter under många år framöver.
Jämför och kontrastera de två övre lagren i manteln
Vetenskapen om seismologi hjälper förståelsen av jordens inre struktur. Data från seismologi kan ge data om mantelns djup, tryck och temperatur och de förändringar i mineraler som härrör från dessa. Forskare kan studera mantelns egenskaper via den seismiska våghastigheten efter jordbävningar. Dessa vågor rör sig snabbare i tätare material, där det finns större djup och tryck. De kan studera förändringarna i mantelns elastiska egenskaper vid gränser som kallas seismiska diskontinuiteter. Seismiska diskontinuiteter representerar plötsliga hopp i seismiska våghastigheter över en gräns. Där perovskit kan hittas i manteln finns det en seismisk diskontinuitet som skiljer den nedre manteln från den övre manteln. Med dessa olika metoder, såväl som laboratorieexperiment och simuleringar, är det möjligt att jämföra och kontrastera de två övre skikten i manteln. Det finns tre tydliga skillnader mellan övre och nedre manteln.
Den första skillnaden mellan den övre manteln och den nedre manteln är deras placering. Den övre manteln gränsar till skorpan för att bilda litosfären, medan den undre manteln aldrig kommer i kontakt med skorpan. Faktum är att den övre manteln har visat sig innehålla tårar i vissa områden, såsom den indiska tektoniska plattan, vars kollision med den asiatiska tektoniska plattan har orsakat många förödande jordbävningar. Dessa rippor förekommer på flera ställen i den övre manteln. Skorpområdena ovanför dessa tårar utsätts för mer av mantelns värme än andra områden, och i dessa områden med varmare skorpa är jordbävningarna inte lika vanliga. Bevisen från forskningen tyder på att skorpan och övre manteln i södra Tibet är starkt kopplade. Information som denna kan hjälpa till med bedömning av jordbävningsrisker.
Temperatur är en av skillnaderna mellan de två övre lagren i manteln. Den övre mantelns temperaturer varierar från 932 till 1 652 grader Fahrenheit (eller 500 till 900 grader Celsius). Den lägre manteltemperaturen, däremot, når över 7230 grader Fahrenheit eller 4000 grader Celsius.
Tryck är en stor skillnad mellan den övre och nedre manteln. Viskositeten hos den övre manteln är större än viskositeten hos den nedre manteln. Detta beror på att det finns mindre tryck i den övre manteln. Trycket på den nedre manteln är mycket större. I själva verket varierar trycket i den nedre manteln från 237 000 gånger atmosfärstrycket till högt 1,3 miljoner gånger atmosfärstrycket! Medan temperaturen är mycket högre i den nedre manteln och kan smälta stenar, förhindrar det högre trycket mycket smältning.
Det är viktigt att studera jordskiktens egenskaper, för att bättre förstå hur deras interaktion påverkar livet på ytan. Bättre kunskap om övre och nedre manteln kan hjälpa till med jordbävningsrisk. Geologer kan lära sig mer om viskositeten hos smältande bergarter och deras egenskaper under ökande tryck och djup. Att förstå jordens lager hjälper också till att bestämma hur jorden bildades. Medan människor ännu inte kan störta djupet på jorden så som de kan haven och rymden, gör forskare det möjligt att förutsäga de exotiska egenskaperna hos den övre och nedre manteln.
