Do metod badania wnętrza Ziemi zalicza się między innymi wiercenia geologiczne, badania zróżnicowania pola magnetycznego Ziemi. Najgłębiej wykonane wiercenia docierają do głębokości 13 kilometrów w głąb Ziemi. Wiedzę o budowie wnętrza Ziemi naukowcy uzyskują na postawie informacji pośrednich. Analizie poddawane są zapisy rozchodzenia się fal sejsmicznychfale sejsmicznefal sejsmicznych podczas trzęsienia ziemi lub wybuchu wulkanu. Na tej podstawie wnioskuje się, jak zbudowane są głębsze warstwy ziemi. Na podstawie badań sejsmicznych ustalono, że kula ziemska ma budowę warstwową.

RTEpJnXFLNimf1

Zdjęcie przestawia fragment przypominający kartkę z małymi prostokątami i skalą 740, 750, 760 w równych odstępach. Podłużna część urządzenia znajdują się na kartce i rysuje linię.

Innym źródłem informacji o wnętrzu Ziemi są badania zróżnicowania pola grawitacyjnego i magnetycznego Ziemi oraz analiza innych właściwości fizycznych wnętrza naszej planety.

Ziemia ma budowę warstwową. Poszczególne sfery Ziemi oddzielone są od siebie strefami przejściowymi zwanymi nieciągłościami. Są to wąskie strefy stanowiące granice ośrodków o różnych właściwościach fizycznych, zwłaszcza o różnej prędkości rozchodzenia się fal sejsmicznych.

Zewnętrzną warstwę Ziemi nazywamy skorupą ziemską, która zbudowana jest zarówno ze skał osadowych jak i magmowych. W obrębie płyty kontynentalnej pomiędzy warstwą skał granitowych (Sial) a bazaltowych (Sima) występuje nieciągłość Conrada. Dolną granicę skorupy ziemskiej wyznacza strefa nieciągłości Moho. Skorupa ziemska, która wraz z warstwą perydotytową (zewnętrznym fragmentem górnego płaszcza) tworzy litosferę. Jej grubość waha się od ok. 10 km pod grzbietami oceanicznymi do nawet 200 km w obrębie platform kontynentalnych. Skorupa kontynentalna granitowa zbudowana jest głownie z krzemu i glinu, jej gęstość wynosi 2,7g/ cm³. Warstwa bazaltowa skorupy ziemskiej, która znajduje się pod oceanami, składa się głównie z krzemu i magnezu. Gęstość tej warstwy wynosi 3,3 g/cm³.

tab. Skład chemiczny skorupy ziemskiej do głębokości 16 km

Skorupa ziemska usadowiona jest na półplastycznej warstwie zwanej astenosferą, pomiędzy tą warstwą a płaszczem ziemskim występuje nieciągłość Golicyna. Płaszcz ziemksi stanowi 83% objętości naszej planety oraz 68% jej masy. Zbudowany jest z krzemianów i glinokrzemianów, jego średnia miąższość wynosi 2865 km. Wyróżniamy płaszcz górny i płaszcz dolny. Górny płaszcz ziemi sięga do ok. 900 km, zbudowany jest z chromu, żelaza, krzemu i magnezu. Nazywany jest crofesimą ( Cr, Fe, Si, Mg). Ma charakter ciała półpłynnego o gęstości 3‑5 g/cm³. W płaszczu górnym leży półplastyczna astenosfera. Stanowi ona źródło magmy wydobywającej się na powierzchnię. Występują tam również prądy konwekcyjne, które wywierają duży wpływ na procesy wewnętrzne Ziemi. Płaszcz dolny jest zbudowany głównie z krzemu, magnezu, żelaza i tlenu. Warstwą oddzielającą płaszcz górny od dolnego jest nazywana nieciągłością Repettiego.

Między płaszczem Ziemi a jej jądrem znajduje się powierzchnia nieciągłości Wiecherta–Gutenberga. Poniżej 2900 km znajduje się jądro Ziemi zbudowane z żelaza i niklu. Dzielimy je na jądro zewnętrze, które ma charakter płynny o temperaturze 3000‑4000°C i gęstości 6‑10 g/cm³, oraz wewnętrzne ciało stałe o temperaturze 6000°C z domieszką skompresowanych gazów o gęstości 14g/cm³. Między jądrem zewnętrznym a jądrem wewnętrznym znajduje się strefa nieciągłości Lehmana. Jądro Ziemi stanowi 16% objętości Ziemi i 31% jej masy.

Parametrami, które charakteryzują właściwości fizyczne wnętrza Ziemi, są gęstość tworzących ją skał, ciśnienie i temperatura.

R14LOEH1JGtzF

Na wykresie przedstawiono właściwości fizyczne wnętrza Ziemi: ciśnienie, temperaturę i gęstość w postaci krzywych w poszczególnych warstwach Ziemi - jądrze wewnętrznym leżącym na głębokości od 6370 kilometrów do 5000 kilometrów, zewnętrznym leżącym na głębokości od 5000 kilometrów do 3000 kilometrów, płaszczu dolnym leżącym na głębokości od około 3000 kilometrów do około 700 kilometrów, górnym leżącym na głębokości od około 700 kilometrów do warstwy skorupy ziemskiej o grubości od 10 do 70 kilometrów. Krzywa wskazująca na temperaturę rośnie od zera stopni w skorupie ziemskiej do około 4500 stopni Celsjusza w jądrze wewnętrznym na głębokości 6370 kilometrów. Gęstość rośnie od 2 gramów na centymetr sześcienny w skorupie ziemskiej do 10 gramów na centymetr sześciennym w jądrze wewnętrznym na głębokości 6370 kilometrów. Ciśnienie rośnie od wartości zero w skorupie ziemskiej do 300 gigapaskali w jądrze wewnętrznym na głębokości 6370 kilometrów.

Wraz z przemieszczaniem się w głąb Ziemi wzrasta temperatura. Różnicę głębokości, na której następuje wzrost temperatury o 1°C nazywamy stopniem geotermicznym, który wynika z gradientu geotermicznegogradient geotermicznygradientu geotermicznego - dla całej skorupy ziemskiej wynosi on średnio 33 m. Jednak jest ona różna w zależności od miejsca i tak największa w rejonach aktywnego wulkanizmu, najmniejsza w obrębie tarcz kontynentalnych. Głębiej nadal obserwuje się przyrost temperatury, lecz w znacznie mniejszym tempie. Wraz z głębokością wzrasta również gęstość skał. Szybko przyrasta także ciśnienie, które w jądrze osiąga wartość ponad 400 GPa.

Słownik