STRUCTURA PAMANTULUI

Introducere

Forma globului terestru este aproape sferica, deformarea datorandu-se fortei centrifuge rezultate prin miscarea de rotatie, Pamantul avand o forma de "geoid", adica mai bombat la ecuator si mai turtit la cei doi poli. Astfel raza Pamantului variaza intre 6357 si 6378km, fiind alcatuit spre adancime din mai multe straturi.Structura interna a Pamantului este format din trei invelisuri dispuse concentric ,materialele mai grele situandu- se spre interior, iar cele mai usoare la suprafata. Din exterior spre interior se desfasoara scoarta(crusta), mantaua si nucleul.De la suprafata spre miezul Pamantului, materia din care acesta este alcatuit nu este omogena. Exista varaiatii insemnate atat sub raport fizic, cat si chimic. Acest lucru a determinat pe diferiti oameni de stiinta sa-si imagineze modele care privesc atat structura pe ansamblu, cat si unele diferentieri regionale. Ele s-au bazat pe observatii geologice directe (in mine, foraje, studierea manifestarii undelor seismic, etc.).

STRUCTURA INTERNA A PAMANTULUIPamantul este impartit in mai multe straturi care au proprietati chimice si seismic distinct (fig.1 ):0 80 km, crusta (0-150 km, litosfera)80 400 km, mantaua superioara400 650 km, regiunea de tranzitie (100-700 km, astenosfera)650 2700 km, mantaua inferioara2700 - 2890 Stratul D' sau discontinuitate gutenberg2890 5150 km, nucleul exterior5150 6378 km, nucleul interior

Figure 1Litosfera Litosfera include scoara terestrasi partea superioara aproape solida a mantalei si are o grosimede 75 80 km sub oceane si pana la 150 km in spatiul continental. Grosimea medie a litosferei e de cca 100km. Litosfera plutete pe stratul inferior al pamantului numit astenosfera. Astenosfera este un strat slab, in stare vascoasa. Din cauza micarilor de convecie din interiorul astenosferei, litosfera este fragmentata in pari solide, numite placi tectonice, care se mica independent una faa de cealalta. Aceste micari se numesc micari tectonice.Caracteristica principala care separa litosfera de astenosfera este starea ei de agregare. Litosfera se afla intr-o stare solida, i deformarile la nivelul acesteia se produc mai ales prin rupturi. Astenosfera se afla intr-o stare vascoasa, i deformarile la nivelul astenosferei sunt deformari plastice.Partea exterioara a litosferei cuprinde crusta terestra. Crusta oceanica, numita sima are o grosime de 510km i este formata in principal din roci bazaltice. Crusta continentala, numita sial are o grosime de 2080km i e formata din roci mai puin dense decat crusta oceanica. Temperatura crustei variaza de la temperatura mediului, la suprafaa acesteia, pana la 900 grade la contactul cu mantaua superioara.Crusta terestraCrusta terestra este stratul cel mai exterior al Pamantului, fiind un strat rigid ce inconjoara "mantaua", si are o grosime de 8 10 km sub oceane si 20 80 km in domeniul continental. Crusta este in principal un produs al topirii rocilor din manta. Din cauza topirii, unele elemente chimice incompatibile se separa, materialele mai puin dense ridicandu-se mai la suprafaa. Rocile din manta au cantitai mai mari de fier i magneziu, i mai puin siliciu i aluminiu decat crusta. In ansamblu litosfera este preponderent formata din combinaii chimice ale urmatoarelor elemente: Oxigen, Siliciu, Calciu, Fier, Aluminiu, Natriu, Kaliu i Magneziu.Crusta este impartita in: crusta continentala, si crusta oceanic (fig.2).

Figure 2- Crusta de tip continental (grosimea 20 80 km; densitate 2,7 g/cm3) prezenta in alcatuirea continentelor si a bazinelor oceanice (pana la 1.500 m adancime). Scoarta continentala este alcatuita din trei paturi: patura sedimentara sau stratisfera cu grosimi de 0-15 km, patura granitica cu o grosime de 10-15 km in platforme si 30-40 km in catenele montane, patura bazaltica cu grosimi de 15-20 km; Este formata din roci sedimentare (pana la 25 km grosime), metamorfice si eruptive (de tip granitic si de tip bazaltic); intre ele se afla discontinuitate locala Conrad, aflata la adancimi reduse.- Crusta de tip oceanic, frecventa in bazinele oceanice la adancimi mai mari de 3.600 m dar si la baza maselor continentale, acopera peste 2/3 din suprafata Pamantului. Este formata din roci sedimentare cu grosime mica si, dominant, din roci bazaltice (dorsalele, fosele, platourile abisale), ce au o grosime intre 5 si 15 km; densitatea medie este de 3 g/cm3;- Crusta de tranzitie, desfasurata in bazinele oceanice, la adancimi de 1.500 3.600 m, constituie o imbinare a celor doua tipuri principale.Scoarta in cele doua domenii (continental si oceanic) are nu numai structura diferita, dar si grosimi variate. In domeniul continental, ea se dezvolta mult deasupra nivelului marii, dar coboara mult si spre astenosfera, inregistrand o dubla convexitate. Diferenta in alcatuirea pe verticala face ca in acest domeniu, densitatea sa creasca de la 1,5 g/cm3 (la suprafata) la 3 g/cm3 (in adanc, unde predomina rocile ultrabazice).

Compozitia chimica a scoartei terestrePartea superioara a scoartei este alcatuita intr-o mare proportie din roci sedimentare si materiale neconsolidate care acopera un fundament de roci magmatice si metamorfice. Clarke si Washington (1924) au estimat ca partea superioara a scoartei (cam 10 km) are urmatoarea compozitie: 95% roci endogene (magmatice si metamorfice), 4% argile, 0,75% gresii si 0,25% calcare. Deoarece ponderea cea mai importanta o au rocile endogene, compozitia chimica a scoartei terestre va fi foarte apropiata de compozitia chimica medie a acestora.

O detaliere a participarii diferitelor elemente chimice in compozitia chimica a scoartei terestre arata faptul ca opt elemente chimice participa in proportie de 99% la alcatuirea acesteia: 0, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg. fig.3.

Figure 3Data fiind participarea importanta a oxigenului, se poate deduce faptul ca in compozitia scoartei terestre predomina mineralele care sunt compusi ai oxigenului, in special silicati (contin cantitati importante de Si si Al), dar si oxizi si carbonati. Astfel mineralele considerate petrogenetice apartin in special acestor grupe de minerale.

Discontinuitatea Mohorovicic sau MohoIntre crusta i mantaua superioara se afla o discontinuitate numita discontinuitatea Mohorovicic sau Moho. Aceasta e fost identificata in 1909 de Andrija Mohorovii , un seismolog din Croatia, care a remarcat creterea brusca a vitezei undelor seismice in acest punct. Aceasta discontinuitate se afla la limita inferioara a crustei, distana de la suprafaa pamantului variind intre 5 i 75km. S-au efectuat diverse incercari de a ajunge prin forare la aceasta discontinuitate, i de a colecta materiale din mantaua superioara, cea mai recenta fiind in apr. 2005, de 1416m sub Oceanul Atlantic.

MantauaMantaua reprezinta 1/3 din masa Pamantului, cu o densitate care oscileaza intre 3 i aproape 5 g/cm. (82 % din volumul si 69 % din masa Terrei) este formata din:Astenosfera (cu sens de strat slab al mantalei) reprezinta inveliul de sub litosfera, cuprinde cea mai mare parte din mantaua superioara, avand o grosime diferita, adancimi cuprinse intre 700 km si 80 150 km. Materia este in stare de topitura magmatica, fiind alcatuita indeosebi din silicati de magneziu, aluminiu, fier, calciu, potasiu, de unde si densitatea redusa (3 3,5 g/cm3). Caracteristica dinamica principala este data de prezenta curentilor de convectie termica ce au viteze de cativa cm/an. Deplasarea acestora se face sub forma celulara, influentand crearea si miscarea placilor tectonice.Mantaua superioara (astenosfera) se afla intre 35 40 km si 400 (700) km. La partea superioara (intre 35 40 km si 80 150 km), la contactul cu scoarta, abunda rocile ultrabazice solidificate, formand un subinvelis cu doua caracteristici: prezenta vetrelor de magma rezultate din supraincalziri radioactive si zone solide extinse. Impreuna cu scoarta, acest subinvelis alcatuieste litosfera.Zona de trecere dintre mantaua interna i mantaua externa este situata intre adancimile de 410 i 660km, fiind o zona de trecere dar in acelai timp este considerata aceasta zona aparinatoare mantalei externe. Linia de delimitare a fazei de trecere este stabilita prin prezena olivinei mineralul principal din componena mantalei externe. Aceasta schimbare a mineralelor din structura atrage dupa sine i schimbarea densitaii i viteza de propagare a undelor seismice.Mantaua inferioara (mezosfera) care se afla intre 400 500 km si 2.900 km; este formata din: oxizi si silicati de fier, nichel si crom ce-i dau o densitate de 4,5 5,3 g/cm3. In cadrul ei s-ar separa doua subinvelisuri. Primul, se afla intre 400 km si 1.000 km, are roci partial cristalizate; materia, este in stare vascoasa dar neomogena in compozitie, temperatura, presiunea fiind favorabile dezvoltarii de curenti. In cel de-al doilea subinvelis (intre 1.000 si 2.900 km) materia este omogena chimic.Compozitie Chimica MantaElementProcentCompusProcent

O44.8

Mg22.8SiO246

Si21.5MgO37.8

Fe5.8FeO7.5

Ca2.3Al2O34.2

Al2.2CaO3.2

Na0.3Na2O0.4

K0.03K2O0.04

Total99.7Total99.1

NucleulIn centrul Pamantului se afla nucleul, cu grosimea deaprox. 3.400 km, de consistenta fluida, si solida alcatuit din elemente grele (metale grele maialesfier), unde au loc reactii atomice de fuziune in conditiile unor temperaturi si presiuni ridicatesi

Nucleul Pamantului are 31,5 % din masa totala a Pamantului si numai 16,2 % dinvolumul acestuia, nucleul avand densitatea medie de 10 g/cm pe cand densitatea medie aglobului este de numai 5,5 g/cm. Stratul superior al nucleului Pamantului este numit zonanucleu-manta sau era numit discontinuitatea Wiechert-Gutenberg sau din cauza discontinuitatii sale numit Stratul-D (cu o grosime 200 - 300 km) fiind cercetat prin metode seismologice, format dintr-o concentrare de elemente uoare (oxigen i sulf).Nucleu este alcatuit din doua parti: un strat extern, nucleul exterior, lichid, si un nucleu interior solid.Nucleul exterior fiind situat intre adancimile de 2900 si 5100 km, se aflaintr-o starea de agregare fluida constituit dintr-o topitura de fier si nichel care probabil contine urme de sulfsi oxigen, datorita combinatiei intre temperaturile mari (peste 3000 grade Celsius) si presiunea relativ mica. Turbulentele (vartejurile) din amestecul lichid de metale topite au un rol important in generarea si mentinerea campului magnetic al Terrei. Fara campul sau magnetic, Pamantul ar fi o planeta cu totul altfel decat o cunoastem noi. Campul magnetic terestru, intre altele, ne protejeaza de efectele nocive ale vanturilor solare - valuri de particule incarcate electric, emise de Soare, pe care campul magnetic al Terrei le respinge.In lipsa acestui ecran invizibil de protectie, una dintre consecinte ar fi probabil disparitia atmosferei terestre, care s-ar disipa incet-incet, lasind planeta lipsita de stratul ei vital de aer. Unii oameni de stiinta au emis ipoteza ca un astfel de fenomen s-ar fi petrecut pe Marte, ducand la imprastierea atmosferei martiene si transformand astfel Marte intr-o planeta lipsita de viata.Nucleul Intern situat cel mai central in interiorul Pamantului intinzandu-se in adancime intre 5100 si 6378 km cu o compozitie similara cu cea a nucleului exterior si totusi fundamental diferit: el fiind solid datorita conditiilor specifice care se modifica odata cu adancimea: spre deosebire de nucleul exterior, nucleul interior este supus unor presiuni foarte mari, la care temperatura de topire a fierului creste dramatic. Prin urmare, in ciuda temperaturilor ridicate (peste 5.430 grade Celsius) metalele din nucleul intern nu se pot topi, din cauza presiunii enorme.Asadar, nucleul interior este alcatuit, predominant, dintr-un aliaj solid de fier si nichel cunoscut sun numele de Nife. Densitatea nucleului interior este insa mai mare decat a fierului sau a nichelului pur, ceea ce a condus la concluzia ca in compozitia lui ar intra si aur, platina si alte metale cu densitate mare.Temperatura nucleului interior scade cu cca. 100 de grade Celsius la fiecare miliard de ani. Datorita acestei raciri, la granita dintre nuceleul intern solid si cel extern lichid se produce permanent solificarea unui strat subtire de materie, care se depune in jurul nucleului intern. Si astfel nucleul intern al Pamantului creste intruna, cu aproximativ 1 mm pe an.

Concluzie

InvelisulGrosimea ( km)Starea MaterieiCompozitia ( % )Densitatea ( g/cm3 )Presiunea ( ATM )Temperatura ( 0C )

Litosfera (Scoarta + Mantaua Rigida )75 - 150SolidaOxigen (42) Siliciu (25) Aluminiu (5-14)2,7 - 31.000-100.00015 - 100

Mantaua Superioara230 - 390Lichida sau VascoasaOxigen (44) Magneziu (24) Siliciu(21)3,0 3,5100.000 200.000100 - 200

Mantaua Inferioara ( Mezosfear) si Mantaua de Tranzitie2.600SolidaOxigen (44) Magneziu (24) Siliciu(21)4,0 6,0200.000 1.350.000200 - 3500

Nucleul Extern2.200Lichida (Vascoasa)Fier ( 85 ) Sulf(12 ) Nichel(5 )101.800.0003500 - 5000

Nucleul Intern1.260SolidaFier ( 80 ) Nichel( 20 )122.000.000 3.300.000>5000

Acesta este, asadar, modelul curent al structurii Pamantului, model elaborat pe baza unui numar foarte mare de studii stiintifice si acceptat de majoritatea oamenilor de stiinta, ca si de marele public. Datele care au stat la baza elaborarii acestui model au fost furnizate in special de studiul gravitatiei si cel al undelor seismice, precum si de numeroasele observatii facute cu ocazia misiunilor spatiale.

7