UNUTRANJOST ZEMLJE FIZIKA ZEMLJE Stevenson David J Mission

UNUTRAŠNJOST ZEMLJE FIZIKA ZEMLJE Stevenson, David J. Mission to Earth’s Core - A Modest Proposal. Nature, 423, 239 -240, 2003.

UNUTRAŠNJOST ZEMLJE / FIZIKA ZEMLJE - površina Zemlje - kora dostupna istraživanju - 1% ukupnog volumena -unutrašnjost Zemlje - učimo posredno, metode geofizike (primijenjena fizika!) seizmički valovi gravitacija magnetizam tokovi topline geofizičari - Zemlja podijeljena u tri dijela (koncentrične lupine): kora na površini, plašt ispod kore i metalna jezgra u središtu tektonika ploča - kora i najgornji plašt - čvrsta litosfera; i plastična astenosfera

SEIZMIČKI VALOVI - potresi, testiranja bombi - stvaraju seizmičke valove - načini da se nauči mnogo o Zemljinoj unutrašnjosti SEIZMIČKA REFLEKSIJA - povrat dijela energije seizmičkih valova na Zemljinu površinu nakon što se reflektiraju na granici slojeva (različite gustoće) - bilježi seizmograf na seizmogramu - izračunava se dubina, lokacija i snaga preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology SEIZMIČKA REFRAKCIJA - seizmički valovi prolaze iz jednog materijala u drugi, kroz granicu između stijena većina vala prolazi, ali mijenja smjer - promjena smjera ili refrakcija - različita gustoća, tvrdoća stijena preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology

IZOSTAZIJA - ravnotežno stanje segmenata, “blokova” kore koji “plutaju” na plastičnom gornjem plaštu - gustoća segmenata kore u odnosu na plašt! - tijekom 19. st. vodila se rasprava da li je gustoća kontinenata posvuda ista i jesu li kontinenti uronjeni u plašt posvuda do iste dubine! Ruđer Bošković!

- stijene kore su manje težine (i gustoće) od stijena plašta - može se pretpostaviti da plutaju na gušćem plaštu kao drvo na vodi deblji, veći blok dublje u plaštu! preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology

IZOSTATSKA RAVNOTEŽA - pojednostavljeno - stijene možemo zamisliti kako se uzdižu i tonu sve dok ne postignu ravnotežu - koncept vertikalnog kretanja pri postizanju ravnoteže - IZOSTATSKO IZRAVNAVANJE - blokovi kore prikazuju se kao izolirani blokovi koji se vertikalno kreću - nije dobra slika! - točnije je ako zamislimo koru savijenu s pregibima (fleksurama), bez vertikalnih rasjeda! - pretpostavka - dva dijela kore različite debljine jedan uz drugog - sedimenti višeg dijela podvrgnuti su brzoj i intenzivnoj eroziji i talože se na niži dio uzrokuje vertikalno kretanje - izostatsko izravnavanje - za izdizanje i tonjenje - potreban PLASTIČNI PLAŠT koji se može prilagoditi tom kretanju preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology

GLACIOIZOSTAZIJA - dobar primjer za izostatsko izravnavanje - kretanje (vertikalno) velikih područja kore za vrijeme i poslije glacijalnih/ledenih doba - težina debelih ledenih pokrova tijekom pleistocena pritiskala je koru ispod leda! kora tone! - topljenjem leda kora se vraća prema gore proces koji je još prisutan u nekim područjima! preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology

- izdizanje površine Kanade i sjevernog dijela SAD-a nakon topljenja leda; crvene linije pokazuju veličinu izdizanja u metrima od vremena otapanja leda - slična situacija je i s područjem Skandinavije!

izostatsko izravnavanje - u zonama subdukcije - subducirana ploča stvara rastaljenu magmu koja ponekad raste prema površini i eruptira - lava; u određenim slučajevima se zaustavi na bazi kontinenta ili unutar kontinenta blizu baze - akumulacija magme može lokalno podebljati kontinent kad se magma ohladi - pretpostavka!!!! - kora je izvan izostatske ravnoteže - izdiže se da uspostavi ravnotežu - formiranje planinskih lanaca! preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology

MJERENJE GRAVITACIJE - sila gravitacije između dva objekta varira ovisno o njihovoj masi i udaljenosti; raste s porastom masa (npr. gravitacija Zemlje i Mjeseca - ekstremno veća od privlačenja dviju kugla za kuglanje) preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology - koristan alat za istraživanje kore i gornjeg plašta - lokalnih varijacija u gustoći stijena (masa = gustoća x volumen) gravimetar - mjerenje gravitacijskog privlačenja Zemlje i mase unutar instrumenta - kod mjerenja gravitacije bitna je gustoća stijena; gušća stijena jače privlači masu unutar instrumenta i opruga se jače rasteže! - koristi se za istraživanja rudnih ležišta i dr. oblika koji imaju različitu gustoću od okolnih stijena; koristan za istraživanje područja u izostatskoj ravnoteži preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology

GRAVITACIJSKE ANOMALIJE - područja u izostatskoj ravnoteži - bez gravitacijskih anomalija! preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology - područja izvan izostatske ravnoteže - zbog dubokih tektonskih sila - nejednaka debljina kore - tektonske sile drže središte izdignuto - veća masa od okolnih stijena veća sila gravitacije - POZITIVNA GRAVITACIJSKA ANOMALIJA (npr. rude i sl. )

NEGATIVNA GRAVITACIJSKA ANOMALIJA - gravitacija niža od okolnog područja - može ukazivati na spuštanje područja ili postojanje manjka lokalne mase iz nekog drugog razloga (npr. špilje) preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology - velika negativna gravitacijska anomalija - oceanski jarci! - objašnjava se njihovim spuštanjem u dubinu - izvan su izostatske ravnoteže!

MAGNETIZAM ZEMLJE MAGNETSKO POLJE (2 komponente: 1. horizontalna - sjever, jug i 2. otklon od horizontalne - inklinacija) - područja s magnetskim silama - okružuje Zemlju - nevidljive silnice magnetskog polja (skreću magnetizirane objekte kao npr. iglu kompasa) - magnetski polovi - sjeverni i južni (jedan u blizini sjev. geog. pola; drugi u blizini južnog geog. pola - pomaknuti za 11. 50; na polovima je mag. polje najjače - gdje magnetske silnice izlaze i ulaze) Zemlja veliki magnet! preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology U prošlosti su magnetski polovi mijenjali predznak!!!

IZVOR ZEMLJINOG MAGNETIZMA - polovi mijenjaju predznak zajedno s jačinom magnetskog polja koje se stvara prije unutar tekućeg metala vanjske jezgre nego čvrstih stijena kore ili plašta puno pretpostavki!!! najviše prihvaćena - magnetsko polje nastalo uslijed elektriciteta unutar tekuće jezgre; vanjska jezgra ekstremno vruća i teče km/god u obliku konvekcijskih struja - milijun puta brže od konvekcijskih struja u plaštu - strujanje elektriciteta - nastaje magnetsko polje jezgre - na krajevima polova - kraj magnetskog toka - sudar nabijenih čestica - ionizacija zraka na velikim visinama - polarna svjetlost! bigblog. tportal. hr/spacegirl magnetsko polje štiti Zemlju od jake radijacije - radijacijski pojasevi! - UNUTARAŠNJI ALLENOV POJAS (2. 000 km iznad ekvatora) - VANJSKI ALLENOV POJAS (15. 000 - 25. 000 km iznad Zemlje)

REVERZIJE MAGNETSKOG POLJA - periodičke promjene Zemljinog magnetskog polja u prošlosti - normalni polaritet - magnetske silnice izlaze u blizini južnog geog. pola i ponovno ulaze u blizini sjevernog geog. pola - reverzni polaritet - magnetske silnice izlaze u blizini sjev. geog. pola i ponovno ulaze u blizini juž. geog. pola magnetske silnice preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology

- stijene sadrže zapis jačine i smjera Zemljinog magnetskog polja - nastao u vrijeme njihova postanka (npr. zrna magnetita u vrućoj lavi; sedimentne stijene s Fe komponentom. . . ) preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology PALEOMAGNETIZAM - istraživanje nekadašnjih magnetskih polja, magnetskih polova - presjek kroz lavu sa zabilježenom magnetskom reverzijom preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology

- lava može biti radiometrijski datirana - određeno vrijeme magnetskih reverzija - vrijeme normalnog i reverznog magnetizma u posljednjih 4. 5 mil. god. - magnetsko polje mijenja se otprilike svakih 500. 000 god. - nije pravilo; zadnja promjena bila je prije 700. 000 god. preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology

UZROCI REVERZIJE MAGNETSKOG POLJA - ne zna se kako se točno stvara mag. polje - ako je proizvedeno konvekcijskim strujanjima unutar vanjske tekuće jezgre - reverzija nastaje kada strujanja mijenjaju smjer ili pri njihovim izdizanjima i nestajanju - nema dokaza! MAGNETSKE ANOMALIJE MAGNETOMETAR - instrument za mjerenje jakosti magnetskog polja koje varira ovisno o lokalitetu mjerenja (najjače na polovima) - magnetske anomalije - odstupanja mag. polja od prosječnih vrijednosti područja mjerenja

POZITIVNA MAGNETSKA ANOMALIJA - jače magnetsko polje od prosječnog npr. ležišta rude, geološke strukture A - magnetit (Fe ruda) B - gabro - feromagnezijskih minerala više od okolnog granita C - granit u podini (možda prije uzvisina!) - struktura pogodna za naftnu zamku preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology

NEGATIVNA MAGNETSKA ANOMALIJA - geološke strukture - npr. graba, nastala rasjedanjem intruzivnih stijena zapunjena sedimentima s manje Fe minerala preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology

TOPLINA / TEMPERATURA ZEMLJE - NA POVRŠINI Zemlje temperatura ovisi o: INSOLACIJI - broj sunčanih dana UPADNOM KUTU SUNČEVIH ZRAKA - više geografske širine hladnije od ekvatorijalnih - ekvator - upad pod 900 - malo se energije gubi - polovi - zbog apsorpcije se gubi velika količina energije - veliki gubici energije - refleksija; naoblaka (do 20%), prašina do tla stiže najviše 80%, ponekad 45– 0% sunčeve energije

- Zemlja iz svoje unutrašnjosti dobiva 0. 013% topline - stijene su dobri toplinski izolatori! GEOTERMIČKI GRADIJENT - temperatura Zemlje raste s porastom dubine - mjeri se u bušotinama na oceanskom dnu - prosječno temperatura raste 250 C po km dubine - neka područja - veći gradijent - potencijal za stvaranje geotermalne energije - problem kod rudarenja (Južna Afrika - rudnici zalata na 3000 m dubine) - bušenje - dubina 7– 8 km - stijene temp. 2000 C! gradijent 250 C/km zabilježen je blizu površine Zemlje - ne znači da je takav i duboko u Zemljinoj unutrašnjosti - 10 C/km unutar plašta A - raspodjela temperature i B - tlaka po dubini; A - pokazuje uobičajenu temperaturnu krivulju, kao i nove podatke recentnih istraživanja: 4. 8000 C - granica jezgra - plašt 6. 6000 C - unutrašnja jezgra - vanjska jezgra 6. 9000 C - središte Zemlje (10000 C toplije od Sunca) preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology

- na površini Zemlje različiti geotermički gradijenti ovisno o debljini kore, dubini Mohorovičićevog diskontinuiteta, geološkim strukturama. . . npr. visok u Panonskoj nizini - 10 C/24 m nizak u Jadranu - 10 C/60 m TOPLINSKI TOK (HEAT FLOW) - mala, ali mjerljiva količina topline se postepeno gubi na površini Zemlje toplinski tok; porijeklo nije poznato (hlađenje Zemlje, radioaktivni raspad. . . !? ) - neka područja imaju visoke toplinske tokove za razliku od drugih - obično ovisi o prisutnosti magmatskih tijela u blizini površine preuzeto iz: Plummer, Ch. C. , Mc. Geary, D. & Carlston, D. H. (2001): Physical Geology područja s većim tokom topline ispod je vruća magma ili intruzivi bogati uranom prosječan tok topline na oceanskoj i kontinentalnoj kori je jednak, ali različitog porijekla