De structuur van de aarde is een fascinerende en complexe opstelling van lagen waaruit het binnenste van onze planeet bestaat. Het begrijpen van deze structuur is van cruciaal belang voor geologen en wetenschappers, omdat het inzicht geeft in de samenstelling, het gedrag en de processen van de aarde die onze planeet vormgeven. Deze kennis is ook essentieel voor verschillende vakgebieden, waaronder de geologie, seismologie en platentektoniek, omdat het helpt bij het verklaren van natuurlijke verschijnselen zoals aardbevingen, vulkanenen de vorming van continenten en oceaanbekkens.

Structuur van de aarde

Binnenland van de aarde: korst, mantel en kern

Het binnenste van de aarde kan in drie hoofdlagen worden verdeeld: de korst, de mantel en de kern. Deze lagen hebben verschillende eigenschappen en samenstellingen, die een belangrijke rol spelen bij het vormgeven van de geologie en het gedrag van onze planeet.

  1. Korst:
    • De aardkorst is de buitenste laag en degene waarmee we rechtstreeks communiceren. Het varieert in dikte, waarbij de oceanische korst dunner is (ongeveer 4-7 mijl of 6-11 kilometer) en de continentale korst dikker is (gemiddeld ongeveer 19 mijl of 30 kilometer).
    • De korst bestaat voornamelijk uit massief gesteente, waarbij verschillende soorten gesteente voorkomen in continentale en oceanische gebieden. De continentale korst bestaat voor het grootste deel uit graniet rotsen, terwijl de oceanische korst voornamelijk uit basaltgesteenten bestaat.
    • De aardkorst is waar we die van de aarde vinden landvormen, zoals bergen, valleien en vlaktes, evenals de oceaanbodem.
  2. Mantel:
    • De mantel bevindt zich onder de aardkorst en strekt zich uit tot een diepte van ongeveer 1,800 kilometer. Het is de dikste laag van de aarde.
    • De mantel bestaat uit massief gesteente, voornamelijk silicaat mineralen. Hoewel hij stevig is, gedraagt ​​de mantel zich op geologische tijdschalen als een zeer stroperig of plastisch materiaal. Deze eigenschap zorgt ervoor dat de mantel langzaam stroomt, wat leidt tot de beweging van tektonische platen en de daarmee samenhangende geologische verschijnselen zoals aardbevingen en vulkanen.
    • De warmte die wordt gegenereerd vanuit het binnenste van de aarde en het verval van radioactieve elementen dragen bij aan de hoge temperaturen in de mantel.
  3. Kern:
    • De kern van de aarde is verdeeld in twee delen: de buitenste kern en de binnenste kern.
    • Buitenste kern:
      • De buitenste kern bevindt zich onder de mantel en begint op een diepte van ongeveer 1,800 kilometer en strekt zich uit tot ongeveer 2,900 kilometer onder het oppervlak.
      • Het bestaat voornamelijk uit gesmolten materiaal ijzer en nikkel. De hoge temperaturen en drukken in de buitenste kern houden deze materialen in vloeibare toestand.
      • De beweging van gesmolten ijzer in de buitenste kern is verantwoordelijk voor het genereren van het magnetische veld van de aarde via het geodynamoproces.
    • Binnenste kern:
      • De binnenste kern bevindt zich in het centrum van de aarde, beginnend op een diepte van ongeveer 3,500 kilometer.
      • Het bestaat voornamelijk uit massief ijzer en nikkel. Ondanks de extreem hoge temperaturen op deze diepte blijft de binnenkern stevig vanwege de enorme druk.
      • De solide aard van de binnenste kern is belangrijk voor het begrijpen van de interne dynamiek van de aarde, inclusief hoe seismische golven er doorheen gaan.

De structuur van de aarde en de interacties tussen deze lagen zijn verantwoordelijk voor verschillende geologische verschijnselen, waaronder aardbevingen, vulkaanuitbarstingen en de beweging van tektonische platen. De kennis van de interne structuur van de aarde is cruciaal voor het begrijpen en voorspellen van deze natuurlijke gebeurtenissen, maar ook voor het verkennen van de geschiedenis en geologie van de planeet.

Wat moet je begrijpen over het binnenste van de aarde?

  • Het is niet mogelijk om via directe waarnemingen iets over het binnenste van de aarde te weten te komen, vanwege de enorme omvang en de veranderende aard van de inwendige samenstelling.
  • Het is voor de mens een bijna onmogelijke afstand om het middelpunt van de aarde te bereiken (de straal van de aarde is 6,370 km).
  • Door mijnbouw- en booroperaties hebben we het binnenste van de aarde slechts tot op een diepte van enkele kilometers direct kunnen waarnemen.
  • De snelle stijging van de temperatuur onder het aardoppervlak is er vooral verantwoordelijk voor dat er een grens wordt gesteld aan directe waarnemingen in de aarde.
  • Maar toch hebben de wetenschappers, via enkele directe en indirecte bronnen, een goed beeld van hoe het binnenste van de aarde eruit ziet.

Bronnen van informatie over het binnenste van de aarde

Directe bronnen:

  1. Rotsen uit mijngebied
  2. Vulkanische uitbarstingen

Indirecte bronnen

  1. Door het analyseren van de snelheid van verandering van temperatuur en druk van het oppervlak naar het interieur.
  2. Meteors, omdat ze tot hetzelfde type materiaal behoren waarvan de aarde is gemaakt.
  3. Zwaartekracht, wat groter is nabij de polen en minder op de evenaar.
  4. Zwaartekracht anomalie, wat de verandering in de zwaartekrachtwaarde is volgens de massa van het materiaal, geeft ons informatie over de materialen in het binnenste van de aarde.
  5. Magnetische bronnen.
  6. Seismische golven: de schaduwzones van lichaamsgolven (primaire en secundaire golven) geven ons informatie over de toestand van materialen in het interieur.

Structuur van het binnenste van de aarde

Seismische golfsnelheden. 6 km/sec. Continentale korst. Korst. Lithosfeer. Oceanische korst. 7 km/sec. 8 km/sec. Bovenmantel. Asthenosfeer. 7.8 km/sec. Bovenmantel. Mantel. Mesosfeer. 13 km/sec. Mantel. Buitenste kern. 8 km/sec. Buitenste kern. Kern. Binnenste kern. 11 km/sec. Binnenste kern. Compositorisch. Mechanisch.

De structuur van het binnenste van de aarde is fundamenteel verdeeld in drie lagen: korst, mantel en kern.

Korst

  • Het is het buitenste vaste deel van de aarde, normaal gesproken ongeveer 8-40 km dik.
  • Het is broos van aard.
  • Bijna 1% van het aardvolume en 0.5% van de aardmassa bestaat uit de korst.
  • De dikte van de korst onder de oceanische en continentale gebieden is verschillend. De oceanische korst is dunner (ongeveer 5 km) in vergelijking met de continentale korst (ongeveer 30 km).
  • De belangrijkste bestanddelen van de korst zijn siliciumdioxide (Si) en aluminium (Al) en daarom wordt het vaak aangeduid als SIAL (Soms wordt SIAL gebruikt om naar de lithosfeer te verwijzen, wat ook het gebied is dat de korst en de bovenste vaste mantel omvat).
  • De gemiddelde dichtheid van de materialen in de korst is 3 g/cm3.
  • De discontinuïteit tussen de hydrosfeer en korst wordt genoemd als de Conrad-discontinuïteit.
CONRAD- en MOHO-discontinuïteiten
CONRAD- en MOHO-discontinuïteiten
 

Mantel

  • Het gedeelte van het binnenste buiten de korst wordt de mantel genoemd.
  • De discontinuïteit tussen de korst en mantel wordt genoemd als de Mohorovich-discontinuïteit of Moho-discontinuïteit.
  • De mantel is ongeveer 2900 kilometer dik.
  • Bijna 84% van het volume van de aarde en 67% van de massa van de aarde wordt ingenomen door de mantel.
  • De belangrijkste samenstellende elementen van de mantel zijn silicium en magnesium en daarom wordt het ook wel genoemd SIMA.
  • De dichtheid van de laag is hoger dan die van de korst en varieert van 3.3 – 5.4 g/cm3.
  • Het bovenste vaste deel van de mantel en de gehele korst vormen de Lithosfeer.
  • Het asthenosfeer (tussen 80-200 km) is een zeer stroperig, mechanisch zwak en ductiel, vervormend gebied van de bovenste mantel dat net onder de lithosfeer ligt.
  • De asthenosfeer is de belangrijkste bron van magma en is de laag waarover de lithosferische platen/continentale platen bewegen (platentektoniek).
  • De discontinuïteit tussen de bovenmantel en de ondermantel heet Repetti-discontinuïteit.
  • Het gedeelte van de mantel dat zich net onder de lithosfeer en de asthenosfeer bevindt, maar boven de kern, wordt genoemd als Mesosfeer.

Kern

  • Het is de binnenste laag die het centrum van de aarde omringt.
  • Het kern wordt gescheiden van de mantel door Guttenbergs Discontinuïteit.
  • Het bestaat voornamelijk uit ijzer (Fe) en nikkel (Ni) en wordt daarom ook wel as genoemd NIFE.
  • De kern vormt bijna 15% van het aardvolume en 32.5% van de massa van de aarde.
  • De kern is de dichtste laag van de aarde, met een dichtheid tussen 9.5 en 14.5 g/cm3.
  • De Kern bestaat uit twee sublagen: de binnenkern en de buitenkern.
  • De binnenkern bevindt zich in vaste toestand en de buitenkern bevindt zich in vloeibare toestand (of halfvloeibaar).
  • De discontinuïteit tussen de bovenste kern en de onderste kern wordt as genoemd Lehmann-discontinuïteit.
  • Barysfeer wordt soms gebruikt om de kern van de aarde aan te duiden of soms het hele binnenland.

Samenstelling van de aarde

Belangrijke elementen en mineralen in de samenstelling van de aarde:

  1. Zuurstof (O): Zuurstof is het meest voorkomende element in de samenstelling van de aarde en maakt qua gewicht ongeveer 46.6% van de aardkorst uit. Het is een cruciaal onderdeel van mineralen en verbindingen, zoals silicaten en oxiden.
  2. Silicium (Si): Silicium is het op een na meest voorkomende element in de aardkorst, goed voor ongeveer 27.7% van de samenstelling ervan. Het is een sleutelcomponent in verschillende silicaatmineralen, de belangrijkste bouwstenen van de aardkorst.
  3. Aluminium (Al): Aluminium maakt ongeveer 8.1% van de aardkorst uit. Het wordt vaak aangetroffen in mineralen zoals veldspaat, bauxieten diverse silicaten.
  4. IJzer (Fe): IJzer is een ander essentieel element in de samenstelling van de aarde en vormt ongeveer 5% van de aardkorst. Het wordt aangetroffen in verschillende mineralen, waaronder hematite en magnetiet.
  5. Calcium (Ca): Calcium vormt ongeveer 3.6% van de aardkorst en wordt vaak aangetroffen in mineralen zoals calciet en gips.
  6. Natrium (Na) en Kalium (K): Natrium en kalium vormen samen ongeveer 2.8% van de aardkorst. Deze elementen worden meestal aangetroffen in mineralen zoals veldspaat.
  7. Magnesium (Mg): Magnesium vormt ongeveer 2.1% van de aardkorst en wordt aangetroffen in mineralen zoals olivijn en serpentijn.
  8. Titanium (Ti): Titanium maakt ongeveer 0.57% uit van de aardkorst en is aanwezig in mineralen zoals ilmeniet en rutiel.
  9. Waterstof (H): Hoewel waterstof geen hoofdbestanddeel van de aardkorst is, is het wel een belangrijk element in de algehele samenstelling van de aarde, voornamelijk in de vorm van water (H2O).
  10. Andere elementen: Diverse andere elementen, waaronder zwavelKoolstof, fosfor en vele sporenelementen zijn in kleinere hoeveelheden aanwezig in de samenstelling van de aarde.

Verdeling van elementen binnen de lagen van de aarde:

  1. Korst: De aardkorst bestaat voornamelijk uit silicaatmineralen, waaronder kwarts, veldspaat, smallen verschillende soorten gesteente. Silicium en zuurstof zijn de meest voorkomende elementen in de korst en vormen de ruggengraat van deze mineralen.
  2. Mantel: De mantel bestaat voornamelijk uit silicaatmineralen, met ijzer en magnesium als dominante elementen. Olivijn, pyroxenen en granaat zijn veel voorkomende mineralen die in de mantel worden aangetroffen.
  3. Buitenkern: De buitenste kern bestaat voornamelijk uit vloeibaar ijzer en nikkel. Deze laag is verantwoordelijk voor het genereren van het magnetische veld van de aarde, waarbij ijzer het dominante element is.
  4. Binnenste kern: De binnenkern bestaat uit massief ijzer en nikkel. Ondanks de extreem hoge temperaturen houdt de intense druk deze elementen in vaste toestand.

De verdeling van elementen binnen de lagen van de aarde is het resultaat van de differentiatie en scheiding van materialen tijdens de vroege geschiedenis van de aarde. De gelaagde structuur van de aarde is een gevolg van de fysische en chemische processen die zich gedurende miljarden jaren hebben voorgedaan, waaronder planetaire aanwas, differentiatie en geologische activiteit.

Temperatuur, druk en dichtheid van het binnenste van de aarde

Temperatuur zone(s)

  • In mijnen en diepe putten wordt een temperatuurstijging waargenomen met toenemende diepte.
  • Dit bewijsmateriaal, samen met gesmolten lava die uit het binnenste van de aarde barstte, ondersteunt dat de temperatuur naar het midden van de aarde toe stijgt.
  • De verschillende waarnemingen laten zien dat de snelheid waarmee de temperatuur stijgt niet uniform is vanaf het oppervlak naar het centrum van de aarde. Op sommige plaatsen gaat het sneller en op andere plaatsen langzamer.
  • In het begin bedraagt ​​deze temperatuurstijging gemiddeld 1°C per 32 meter dieptetoename.
  • Terwijl in de bovenste 100 km de temperatuurstijging 12 graden Celsius per km bedraagt, bedraagt ​​deze in de volgende 300 km 20 graden Celsius per km. Maar als we verder gaan, daalt dit tarief tot slechts 10 graden Celsius per km.
  • Er wordt dus aangenomen dat de De snelheid waarmee de temperatuur onder het oppervlak stijgt, neemt af richting het centrum (Verwar de snelheid waarmee de temperatuur stijgt niet met de temperatuurstijging. De temperatuur neemt voortdurend toe vanaf het aardoppervlak naar het centrum).
  • De temperatuur in het centrum ligt naar schatting ergens tussen de 3000 en 5000 graden Celsius, maar kan nog veel hoger zijn als gevolg van de chemische reacties onder hoge druk.
  • Zelfs bij zo'n hoge temperatuur bevinden de materialen in het centrum van de aarde zich in vaste toestand vanwege de zware druk van de bovenliggende materialen.

Druk

  • Net als de temperatuur, de De druk neemt ook toe vanaf het oppervlak naar het midden van de aarde.
  • Dit komt door het enorme gewicht van de bovenliggende materialen zoals rotsen.
  • Geschat wordt dat in de diepere delen de druk enorm hoog is, bijna 3 tot 4 miljoen keer groter dan de druk van de atmosfeer op zeeniveau.
  • Bij hoge temperaturen smelten de onderliggende materialen naar het midden van de aarde, maar door de zware druk krijgen deze gesmolten materialen de eigenschappen van een vaste stof en bevinden ze zich waarschijnlijk in een plastische toestand.

Dichtheid

  • Door de toename van de druk en de aanwezigheid van zwaardere materialen zoals nikkel en ijzer naar het midden toe, kan de De dichtheid van de aardlagen neemt ook toe naar het centrum toe.
  • De gemiddelde dichtheid van de lagen neemt toe van korst tot kern en bedraagt ​​bijna 14.5 g/cm3 in het centrum.

Magnetisch veld van de aarde

Het magnetische veld van de aarde is een cruciaal en complex kenmerk dat onze planeet omringt. Het speelt een belangrijke rol in ons dagelijks leven en heeft verschillende belangrijke functies. Hier is een overzicht van het magnetische veld van de aarde:

1. Opwekking van het magnetische veld van de aarde:

  • Het magnetische veld van de aarde wordt voornamelijk gegenereerd door de beweging van gesmolten ijzer en nikkel in de buitenste kern van de planeet. Dit proces staat bekend als de geodynamo.
  • De geodynamo wordt aangedreven door de warmte die wordt gegenereerd door het verval van radioactieve isotopen in het binnenste van de aarde en de afkoeling van de kern.

2. Magnetische polariteit:

  • Het magnetische veld van de aarde heeft een magnetische noord- en zuidpool, vergelijkbaar met een staafmagneet. Deze magnetische polen zijn echter niet uitgelijnd met de geografische Noord- en Zuidpool.
  • De posities en oriëntaties van de magnetische polen van de aarde kunnen in de loop van de geologische tijd veranderen, en deze omkeringen in polariteit worden in rotsen vastgelegd als ‘magnetische striping’.

3. Magnetische veldcomponenten:

  • Het magnetische veld van de aarde wordt gekenmerkt door zijn sterkte, helling en declinatie.
  • Magnetische sterkte: Dit vertegenwoordigt de intensiteit van het magnetische veld op een specifieke locatie op het aardoppervlak.
  • helling: Het verwijst naar de hoek waaronder de magnetische veldlijnen het aardoppervlak snijden, variërend van bijna verticaal bij de magnetische polen tot horizontaal bij de evenaar.
  • Declinatie: Dit is de hoek tussen het ware noorden (geografisch noorden) en het magnetische noorden.

4. Functie en belang van het magnetisch veld:

  • Het magnetische veld van de aarde heeft verschillende belangrijke functies en voordelen:
    • Het dient als een beschermend schild dat schadelijke geladen deeltjes van de zon afbuigt, zoals zonnewind en kosmische straling. Dit schild staat bekend als de magnetosfeer en helpt de atmosfeer en het leven op aarde te beschermen.
    • Het maakt navigatie en oriëntatie mogelijk voor trekdieren, waaronder vogels en zeeschildpadden, die het magnetische veld als kompas gebruiken.
    • Kompassen zijn voor navigatie en oriëntatie afhankelijk van het magnetische veld van de aarde.
    • Het magnetische veld wordt gebruikt in verschillende wetenschappelijke en geologische onderzoeken, waaronder paleomagnetisme (de studie van oude magnetische velden vastgelegd in rotsen) om de geschiedenis van de aarde en de beweging van tektonische platen te begrijpen.
    • Het magnetische veld is essentieel voor moderne technologie, waaronder magnetische resonantie beeldvorming (MRI) in de geneeskunde en diverse toepassingen in geofysisch onderzoek.

5. Veranderingen in het magnetische veld van de aarde:

  • Het magnetische veld van de aarde is niet constant en kan in de loop van de tijd veranderingen ondergaan, waaronder seculaire variatie (geleidelijke veranderingen) en geomagnetische omkeringen (omkeringen in de magnetische polariteit).
  • Onderzoekers houden deze veranderingen in de gaten, en recente waarnemingen hebben aangetoond dat de magnetische Noordpool sneller verschuift dan in het verleden.

Het begrijpen van het magnetische veld van de aarde is essentieel om verschillende wetenschappelijke, technologische en ecologische redenen. Het is een integraal onderdeel van de geologie van de planeet en speelt een cruciale rol bij het handhaven van de omstandigheden die nodig zijn voor het leven op aarde.

Referenties

Jijo Sudarsan ,Binnenland van de aarde: korst, mantel en kern (2018),https://www.clearias.com/interior-of-the-earth/