Estrutura da Terra - Structure of Earth

Estrutura da Terra

A estrutura interna da Terra , estrutura da Terra sólida ou simplesmente estrutura da Terra refere-se a camadas esféricas concêntricas que subdividem a Terra Sólida , ou seja, excluindo a atmosfera terrestre e a hidrosfera . Consiste em uma crosta externa sólida de silicato , uma astenosfera altamente viscosa e um manto sólido , um núcleo externo líquido cujo fluxo gera o campo magnético da Terra e um núcleo interno sólido .

A compreensão científica da estrutura interna da Terra é baseada em observações de topografia e batimetria , observações de rochas em afloramento , amostras trazidas à superfície de grandes profundidades por vulcões ou atividade vulcânica, análise das ondas sísmicas que passam pela Terra, medições do campos gravitacionais e magnéticos da Terra, e experimentos com sólidos cristalinos em pressões e temperaturas características do interior profundo da Terra.

Definições

Distribuição da densidade radial da Terra de acordo com o modelo de referência preliminar da Terra (PREM).
Gravidade da Terra de acordo com o modelo de referência preliminar da Terra (PREM). Comparação com aproximações usando densidade constante e linear para o interior da Terra.
Mapeando o interior da Terra com ondas de terremoto .
Vista esquemática do interior da Terra. 1. crosta continental - 2. crosta oceânica - 3. manto superior - 4. manto inferior - 5. núcleo externo - 6. núcleo interno - A: descontinuidade de Mohorovičić - B: descontinuidade de Gutenberg - C: descontinuidade de Lehmann-Bullen .

A estrutura da Terra pode ser definida de duas maneiras: por propriedades mecânicas, como reologia , ou quimicamente. Mecanicamente, pode ser dividido em litosfera , astenosfera , manto mesosférico , núcleo externo e núcleo interno . Quimicamente, a Terra pode ser dividida em crosta, manto superior, manto inferior, núcleo externo e núcleo interno. As camadas do componente geológico da Terra estão nas seguintes profundidades abaixo da superfície:

Profundidade (km) Camada química Profundidade (km) Camada mecânica Profundidade (km) PREM Profundidade (km) Camada geral
0–35 crosta 0-80 * Litosfera 0–10 0-80 * ... crosta superior Litosfera 0–35 crosta
10-20 ... Baixa crosta
20–80 … LID
35-670 Manto superior … LID 35 -80 * Manto litosférico
80–220 Astenosfera - 80–220 ? Astenosfera 80–220 Astenosfera
35-670 220-2.890 Manto mesosférico - 220-410 ? ? 220-400 ?
400-600 ... Zona de transição 400-670 Zona de transição
35-670 ... Zona de transição
35-670 600-670 ... Zona de transição
670-2.890 Manto inferior 220-2.890 Manto mesosférico 670-770 Manto inferior … Superior 670-2.890 Manto Inferior
770-2.740 ... Meio-inferior
2.740-2.890 ... Camada D ″
2.890-5.150 Núcleo externo 2.890-5.150 Núcleo externo 2.890-5.150 Núcleo externo 2.890-5.150 Núcleo externo
5.150-6.370 Núcleo interno 5.150-6.370 Núcleo interno 5.150-6.370 Núcleo interno 5.150-6.370 Núcleo interno
* A  profundidade varia localmente entre 5 e 200 km.

† A  profundidade varia localmente entre 5 e 70 km.

As camadas da Terra foram inferidas indiretamente usando o tempo de viagem das ondas sísmicas refratadas e refletidas criadas por terremotos. O núcleo não permite que ondas de cisalhamento passem por ele, enquanto a velocidade de deslocamento ( velocidade sísmica ) é diferente em outras camadas. As mudanças na velocidade sísmica entre as diferentes camadas causam refração devido à lei de Snell , como a curvatura da luz ao passar por um prisma. Da mesma forma, os reflexos são causados ​​por um grande aumento na velocidade sísmica e são semelhantes à luz refletida de um espelho.

crosta

A crosta terrestre varia de 5 a 70 quilômetros (3,1 a 43,5 milhas) de profundidade e é a camada mais externa. As partes delgadas são a crosta oceânica , que está por trás das bacias oceânicas (5–10 km) e são compostas por rochas ígneas de silicato de magnésio e ferro densas ( máficas ) , como o basalto . A crosta mais espessa é a crosta continental , que é menos densa e composta por rochas ( félsicas ) de silicato de alumínio e potássio de sódio , como o granito . As rochas da crosta se enquadram em duas categorias principais - sial e sima (Suess, 1831-1914). Estima-se que sima comece cerca de 11 km abaixo da descontinuidade de Conrad (uma descontinuidade de segunda ordem). O manto superior junto com a crosta constitui a litosfera . A fronteira crosta-manto ocorre como dois eventos fisicamente diferentes. Primeiro, há uma descontinuidade na velocidade sísmica , que é mais comumente conhecida como descontinuidade de Mohorovičić ou Moho. Acredita-se que a causa do Moho seja uma mudança na composição das rochas de rochas contendo feldspato plagioclásio (acima) para rochas que não contêm feldspatos (abaixo). Em segundo lugar, na crosta oceânica, há uma descontinuidade química entre cumulatos ultramáficos e harzburgitos tectonizados , que foi observada em partes profundas da crosta oceânica que foram obstruídas na crosta continental e preservadas como sequências ofiolíticas .

Muitas rochas que agora constituem a crosta terrestre se formaram há menos de 100 milhões (1 × 10 8 ) anos atrás; no entanto, os grãos minerais mais antigos conhecidos têm cerca de 4,4 bilhões (4,4 × 10 9 ) anos, indicando que a Terra teve uma crosta sólida por pelo menos 4,4 bilhões de anos.

Manto

Mapa mundial mostrando a posição do Moho .

O manto da Terra se estende por uma profundidade de 2.890 km, tornando-se a camada mais espessa do planeta. O manto é dividido em manto superior e inferior separados por uma zona de transição . A parte mais baixa do manto próxima ao limite núcleo-manto é conhecida como camada D ″ (D-double-prime). A pressão na parte inferior do manto é de -140 G Pa (1,4 M atm ). O manto é composto de rochas de silicato mais ricas em ferro e magnésio do que a crosta sobrejacente. Embora sólido, o material de silicato extremamente quente do manto pode fluir em escalas de tempo muito longas. A convecção do manto impulsiona o movimento das placas tectônicas na crosta. A fonte de calor que impulsiona esse movimento é o calor primordial que sobra da formação do planeta, renovado pela decomposição radioativa do urânio, tório e potássio na crosta e no manto da Terra.

Devido ao aumento da pressão mais profundamente no manto, a parte inferior flui com menos facilidade, embora as mudanças químicas dentro do manto também possam ser importantes. A viscosidade do manto varia entre 10 21 e 10 24 Pa · s , aumentando com a profundidade. Em comparação, a viscosidade da água é de aproximadamente 10 −3 Pa · se a do piche é de 10 7 Pa · s.

Essencial

O núcleo externo da Terra é uma camada fluida com cerca de 2.400 km (1.500 milhas) de espessura e composta principalmente de ferro e níquel que fica acima do núcleo interno sólido da Terra e abaixo de seu manto . Seu limite externo fica 2.890 km (1.800 milhas) abaixo da superfície da Terra. A transição entre o núcleo interno e externo está localizada a aproximadamente 5.150 km (3.200 milhas) abaixo da superfície da Terra. O núcleo interno da Terra é a camada geológica mais interna do planeta Terra . É principalmente uma bola sólida com um raio de cerca de 1.220 km (760 mi), que é cerca de 20% do raio da Terra ou 70% do raio da Lua .

A densidade média da Terra é 5,515  g / cm 3 . Porque a densidade média do material da superfície é apenas cerca de3,0 g / cm 3 , devemos concluir que materiais mais densos existem no núcleo da Terra. Esse resultado é conhecido desde o experimento Schiehallion , realizado na década de 1770. Charles Hutton, em seu relatório de 1778, concluiu que a densidade média da Terra deve ser mais ou menos a da rocha da superfície, concluindo que o interior da Terra deve ser metálico. Hutton estimou que esta porção metálica ocupa cerca de 65% do diâmetro da Terra. A estimativa de Hutton sobre a densidade média da Terra ainda era cerca de 20% baixa, em4,5 g / cm 3 . Henry Cavendish em seu experimento de equilíbrio de torção de 1798 encontrou um valor de5,45 g / cm 3 , dentro de 1% do valor moderno. As medições sísmicas mostram que o núcleo é dividido em duas partes, um núcleo interno "sólido" com um raio de ≈1,220 km e um núcleo externo líquido estendendo-se além dele até um raio de ≈3.400 km. As densidades estão entre 9.900 e 12.200 kg / m 3 no núcleo externo e 12.600–13.000 kg / m 3 no núcleo interno.

O núcleo interno foi descoberto em 1936 por Inge Lehmann e geralmente acredita-se que seja composto principalmente de ferro e algum níquel . Como essa camada é capaz de transmitir ondas de cisalhamento (ondas sísmicas transversais), ela deve ser sólida. Evidências experimentais às vezes são inconsistentes com os modelos atuais de cristal do núcleo. Outros estudos experimentais mostram uma discrepância sob alta pressão: estudos de bigorna de diamante (estáticos) em pressões de núcleo produzem temperaturas de fusão que são aproximadamente 2.000 K abaixo dos estudos de laser de choque (dinâmico). Os estudos a laser criam plasma, e os resultados sugerem que as condições restritivas do núcleo interno dependerão de se o núcleo interno é sólido ou é um plasma com a densidade de um sólido. Esta é uma área de pesquisa ativa.

Nos primeiros estágios da formação da Terra, há cerca de 4,6 bilhões de anos, o derretimento teria feito com que substâncias mais densas afundassem em direção ao centro em um processo chamado diferenciação planetária (veja também a catástrofe do ferro ), enquanto materiais menos densos teriam migrado para a crosta . Acredita-se, portanto, que o núcleo seja amplamente composto de ferro (80%), junto com níquel e um ou mais elementos leves, enquanto outros elementos densos, como chumbo e urânio , são muito raros para serem significativos ou tendem a se ligar a elementos mais leves. elementos e, portanto, permanecem na crosta (ver materiais félsicos ). Alguns argumentaram que o núcleo interno pode ter a forma de um único cristal de ferro .

Em condições de laboratório, uma amostra de liga de ferro-níquel foi submetida a pressões semelhantes a núcleos, prendendo-a em um torno entre 2 pontas de diamante ( bigorna de diamante ) e, em seguida, aquecendo a aproximadamente 4000 K. A amostra foi observada com raios-x, e apoiou fortemente a teoria de que o núcleo interno da Terra era feito de cristais gigantes que corriam de norte a sul.

O núcleo externo líquido circunda o núcleo interno e acredita-se que seja composto de ferro misturado com níquel e vestígios de elementos mais leves.

Alguns especularam que a parte mais interna do núcleo é enriquecida em ouro , platina e outros elementos siderófilos .

A composição da Terra apresenta fortes semelhanças com a de certos meteoritos condritos e até mesmo com alguns elementos da parte externa do Sol. Começando em 1940, os cientistas, incluindo Francis Birch , construíram a geofísica com base na premissa de que a Terra é como condritos comuns, o tipo mais comum de meteorito observado impactando a Terra. Isso ignora os condritos enstatita menos abundantes , que se formaram sob o oxigênio disponível extremamente limitado, levando a certos elementos oxifílicos que existiam parcialmente ou totalmente na porção da liga que corresponde ao núcleo da Terra.

A teoria do Dínamo sugere que a convecção no núcleo externo, combinada com o efeito Coriolis , dá origem ao campo magnético da Terra . O núcleo interno sólido é muito quente para manter um campo magnético permanente (veja a temperatura de Curie ), mas provavelmente atua para estabilizar o campo magnético gerado pelo núcleo externo líquido. O campo magnético médio no núcleo externo da Terra é estimado em 25 Gauss (2,5 mT), 50 vezes mais forte do que o campo magnético na superfície.

Evidências recentes sugerem que o núcleo interno da Terra pode girar ligeiramente mais rápido do que o resto do planeta; em 2005, uma equipe de geofísicos estimou que o núcleo interno da Terra gira cerca de 0,3 a 0,5 graus por ano mais rápido. No entanto, estudos mais recentes em 2011 não apoiaram essa hipótese. Outros movimentos possíveis do núcleo são oscilatórios ou caóticos.

A explicação científica atual para o gradiente de temperatura da Terra é uma combinação de calor que sobrou da formação inicial do planeta, decadência de elementos radioativos e congelamento do núcleo interno .

Massa

A força exercida pela gravidade da Terra pode ser usada para calcular sua massa . Os astrônomos também podem calcular a massa da Terra observando o movimento dos satélites em órbita . A densidade média da Terra pode ser determinada por meio de experimentos gravimétricos, que historicamente envolvem pêndulos . A massa da Terra é sobre6 × 10 24  kg .

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos

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