ΧΗΜ02 - Δομή της Γης

Αλέξανδρος Χατζηπέτρος 4/3/2013

Δομή της Γης 1

Δομή και λειτουργία της Γης

Χατζηπέτρος Αλέξανδρος

chatzipetros.weebly.com

ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ ΤΗΣ ΓΗΣ

chatzipetros.weebly.com 2



Δομή της Γης

• Η Γη αποτελείται από τρία

διακριτά μέρη (κελύφη)

– Φλοιός

– Μανδύας

– Πυρήνας

3chatzipetros.weebly.com

Τρόποι μελέτης

• Η μελέτη της δομής του

εσωτερικού της Γης γίνεται με

γεωφυσικές μεθόδους.

• Μελετάται η κατακόρυφη

μεταβολή της πυκνότητας και των

ελαστικών σταθερών.

• Αυτό επιτυγχάνεται με τη μέτρηση

των ταχυτήτων διάδοσης των

σεισμικών κυμάτων.




Σεισμικά κύματα

• Οι σεισμοί προκαλούν εγκάρσια (S), επιμήκη (P) και επιφανειακά (Rayleigh, Love και Stonley)κύματα.

• Τα σεισμικά κύματα διατρέχουν όλη τη Γη και η τροχιά τους αλλάζει ανάλογα με τη σύσταση των στρωμάτων που συναντούν.

• Με βάση τις καμπύλες χρόνων διαδρομής προσδιορίζονται οι αλλαγές στις ταχύτητες διάδοσης.


Επιμήκη κύματα (P)

λ, μ = ελαστικές σταθερές του Lame

ρ = η πυκνότητα του μέσου διάδοσηςρ

µλ 2+=u




Εγκάρσια κύματα (S)

μ = ελαστική σταθερά του Lame

ρ = η πυκνότητα του μέσου διάδοσης7chatzipetros.weebly.comρ

µ=u

Ασυνέχειες

• Στα βάθη στα οποία

παρατηρούνται απότομες

μεταβολές των ταχυτήτων των

κυμάτων, ορίζονται οι ασυνέχειες

των ταχυτήτων.

• Υπάρχουν ασυνέχειες πρώτης και

δεύτερης τάξης, ανάλογα με τη

σπουδαιότητά τους.




Ασυνέχειες πρώτης τάξης

• Ορίζουν τις επαφές μεταξύ φλοιού, μανδύα και πυρήνα.

– Ασυνέχεια Mohorovicic. Ορίζει το όριο φλοιού-μανδύα και το βάθος της ποικίλλει ανάλογα με το αν βρίσκεται σε ηπειρωτικό ή ωκεάνιο φλοιό.

– Ασυνέχεια Gutenberg. Ορίζει το όριο μανδύα-πυρήνα και βρίσκεται σε βάθος περίπου 2.900 km.


Ασυνέχειες δεύτερης τάξης

• Ορίζουν ενδιάμεσους ορίζοντες.

– Ασυνέχεια Conrad. Ορίζει την επαφή ανάμεσα στο γρανιτικό και το βασαλτικό στρώμα του φλοιού.

– Ασυνέχεια Repetti. Ορίζει την επαφή μεταξύ άνω μανδύα και κάτω μανδύα.

– Ασυνέχεια Lehman. Ορίζει την επαφή μεταξύ εξωτερικού και εσωτερικού πυρήνα.




ΦλοιόςΆνω μανδύας

Κάτω μανδύας

Εξωτερικός πυρήνας

Εσωτερικός

πυρήνας

Εστία

Επιμήκη κύματα

(P, K, I)

Εγκάρσια κύματα (S)


Moho

Repetti

Gutenberg

Lehman




Άλλοι διαχωρισμοί

• Λιθόσφαιρα. Περιλαμβάνει το φλοιό και ένα τμήμα του άνω μανδύα. Μέσο πάχος: 80 km.




• Ασθενόσφαιρα. Τμήμα του μανδύα που παραμορφώνεται εύκολα και παρατηρείται μείωση της ταχύτητας των εγκάρσιων κυμάτων (=ελαττωμένη δυσκαμψία). Συμπίπτει με τον ασθενοσφαιρικό δίαυλο.







• Μεσόσφαιρα. Το πιο ανθεκτικό κομμάτι του μανδύα, κάτω από την ασθενόσφαιρα.





• Μεσόσφαιρα. Το πιο ανθεκτικό κομμάτι του μανδύα, κάτω από την ασθενόσφαιρα.

• Σχιζόσφαιρα. Το μέρος του φλοιού στο οποίο φτάνουν τα επιφανειακά ρήγματα (ύπαρξη συνθηκών θραυσιγένεσης) και κυμαίνεται από 10-15 km στις περισσότερες περιπτώσεις.




Δομή του ανώτερου

τμήματος της Γης


Φλοιός

• Διαχωρίζεται γενικά σε δύο είδη: ηπειρωτικός και ωκεάνιος, ανάλογα με τη σύστασή του και τη θέση του.– Ηπειρωτικός φλοιός: πάχος από 30

έως 70 km.

– Ωκεάνιος φλοιός: πάχος από 4 έως 15 km.

• Η διάκριση μεταξύ ηπειρωτικού και ωκεάνιου φλοιού δεν είναι πάντοτε δυνατή με βάση τα φυσικά τους χαρακτηριστικά.




Ηπειρωτικός φλοιός

• Περιλαμβάνει γενικά το γρανιτικό (Sial)

και το βασαλτικό (Sima) στρώμα.

– Sial: αποτελείται από όξινα και ενδιάμεσα

πετρώματα (γρανίτες, γρανοδιορίτες κλπ),

με κύρια συμμετοχή πυριτικών (Si) και

αργιλικών (Al) ορυκτών.

– Sima: αποτελείται από βασικά πετρώματα

(γάββρους, διορίτες, διαβάσες, κλπ) με

κύρια συμμετοχή ορυκτών πλούσιων σε

πυρίτιο (Si) και μαγνήσιο (Mg).

• Καλύπτεται από ιζήματα χερσαία ή

θαλάσσια.





Ωκεάνιος φλοιός

• Απουσιάζει το στρώμα Sial.

• Καλύπτεται από θαλάσσια

ιζήματα.

• Δημιουργείται στις

μεσοωκεάνειες ράχες.





Μανδύας

• Με βάση τις τιμές της πυκνότητας και των ελαστικών σταθερών, ο μανδύας αποτελείται από υπερβασικά πετρώματα (δουνίτες, εκλογίτες και περιδοτίτες).

• Στο μεταβατικό στρώμα μεταξύ του άνω και του κάτω μανδύα, ο ορθορομβικόςολιβίνης μετατρέπεται σε κυβικό της ομάδας των σπινελίων λόγω της πίεσης.

• Στον κάτω μανδύα είναι πιθανό να συνυπάρχουν τα πυριτικά υλικά με σίδηρο και νικέλιο.


Πυρήνας

• Η επικρατέστερη θεωρία είναι ότι

αποτελείται από μίγμα σιδήρου και

νικελίου με μικρό ποσοστό πυριτικών

ενώσεων.

• Ο εξωτερικός πυρήνας βρίσκεται σε

υγρή κατάσταση, ενώ ο εσωτερικός σε

στερεή.




Θερμότητα του εσωτερικού της

Γης

• Η Γη παράγει μεγάλη θερμική ενέργεια, η οποία ακτινοβολείται στο διάστημα κατά μεγάλο ποσοστό.

• Η μεταβολή της θερμοκρασίας με το βάθος έχει παρατηρηθεί ότι είναι κατά μέσο όρο 1ο για κάθε 30 μέτρα (γεωθερμική βαθμίδα).

• Λόγω της απουσίας αερίων μαζών (π.χ. Ήλιος), θα πρέπει να θεωρείται βέβαιη η ύπαρξη πηγών θερμότητας στο εσωτερικό της Γης.


ΛΙΘΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΠΛΑΚΕΣ

chatzipetros.weebly.com 26



Λιθοσφαιρικές πλάκες

• Περιλαμβάνουν κομμάτια της λιθόσφαιρας.

• Κινούνται επάνω στην ασθενόσφαιρα.

• Είναι γενικά παραδεκτό ότι κινούνται λόγω ρευμάτων μεταφοράς (= μανδυακάαναβρύσματα).

• Θεωρούνται άκαμπτες.

• Σχηματίστηκαν λόγω της σφαιρικότητας της Γης.

Δομή λιθόσφαιρας -

ασθενόσφαιρας



Παγκόσμια μορφολογία



Ηλικία των ωκεανών

Θεωρίες κίνησης

λιθοσφαιρικών πλακών

• Ρεύματα μεταφοράς με κυκλική ροή προκαλούν την κίνηση των πλακών επάνω στην ασθενόσφαιρα –μοντέλο ενεργού μανδύα.

ή

• Οι πλάκες μετακινούνται μόνες τους επάνω στην ασθενόσφαιρα λόγω βαρύτητας (βύθιση των κρύων άκρων τους στο θερμό μανδύα) – μοντέλο παθητικού μανδύα.



Δομές λιθοσφαιρικών

πλακών

• Μεσοωκεάνειες ράχες (mid-ocean ridges) � δημιουργία υλικού.

• Ζώνες σύγκλισης ή ζώνες υποβύθισης (subduction zones) � καταστροφή υλικού.

• Ρήγματα μετασχηματισμού(transform faults) � ολίσθηση υλικού.



Απόκλιση λιθοσφαιρικών

πλακών

• Αρχικό στάδιο (τάφρος του Ρήνου).

– Ιζηματογένεση - πάχος έως 5 km.

• Στάδιο κλειστού ωκεανού (Ερυθρά Θάλασσα).

– Σχηματίζεται ωκεάνειος φλοιός.

– Αποτίθενται κοραλιογενείς ασβεστόλιθοι και εβαπορίτες στα ρηχά και σαπροπηλοί στα βαθειά (πηγές πετρελαίου).



• Στάδιο ανοικτού ωκεανού.

– Μεγάλη έκταση ωκεάνειου φλοιού.

– Ιζηματογένεση βαθειάς θάλασσας.

– Απόθεση μεγάλου πάχους ιζημάτων στα παθητικά περιθώρια.

• Χαρακτηριστικά μεσοωκεάνειων ραχών:

– Συνολικό μήκος 60.000 km.

– Ταχύτητα διάνοιξης 1-18 cm/έτος.



Τύποι ορίων συγκλινουσών

λιθοσφαιρικών πλακών

• Ωκεάνια – Ηπειρωτική (σύγκλιση). 30ο-50ο.– Β – καταβύθιση.

• Ωκεάνια – Ωκεάνια (σύγκλιση). 50ο-70ο.– Β – καταβύθιση.

• Ηπειρωτική – Ηπειρωτική (σύγκρουση). – Α – καταβύθιση.



Συγκλίνουσες λιθοσφαιρικές

πλάκες

• Εξωτερική ράχη.

• Ωκεάνια αύλακα (ocean trench).

• Πρίσμα προσαύξησης (accretion prism).

• Λεκάνη προ του τόξου (fore arc basin).

• Μετωπικό τόξο (forearc).

• Ηφαιστειακό τόξο (volcanic arc).

• Περιθωριακή λεκάνη (back arc basin).



Τύποι περιθωρίων

• Ενεργά περιθώρια: περιθώρια ηπείρων στα οποία παρατηρούνται σεισμοί ενδιαμέσου και μεγάλου βάθους (ζώνη Benioff).

• Παθητικά περιθώρια: περιθώρια ηπείρων στα οποία δεν παρατηρούνται σεισμοί ενδιαμέσου και μεγάλου βάθους.

• Συντηρητικά περιθώρια: περιοχές εκατέρωθεν των ρηγμάτων μετασχηματισμού όπου ούτε δημιουργείται, ούτε καταστρέφεται φλοιός.

Τριπλό σημείο και θερμές

κηλίδες

• Τριπλό σημείο ή τριπλή ένωση (triple junction): θέση όπου συναντώνται τρεις λιθοσφαιρικές πλάκες.– Afar Αιθιοπίας (τάφροι Άντεν,

Ερυθράς θάλασσας, ανατολικής Αφρικής).

• Θερμές κηλίδες: η προβολή των κορυφών των ρευμάτων μεταφοράς στο φλοιό.– Αλυσίδα νησιών Χαβάης.



Λιθοσφαιρικές κινήσεις στον

ευρύτερο χώρο της Ελλάδας

ΧΗΜ02 - Δομή της Γης

Documents

Transcript of ΧΗΜ02 - Δομή της Γης