Wie alle anderen terrestrische Planeten , (Merkur, Venus und Mars) Die Erde besteht aus vielen Schichten. Dies ist das Ergebnis einer planetarischen Differenzierung, bei der dichtere Materialien in die Mitte sinken, um den Kern zu bilden, während sich leichtere Materialien um die Außenseite herum bilden. Während der Kern hauptsächlich aus Eisen und Nickel besteht, besteht die obere Schicht der Erde aus Silikatgestein und Mineralien.
Diese Region wird als Mantel bezeichnet und macht den größten Teil des Erdvolumens aus. Bewegung oder Konvektion in dieser Schicht ist auch für die gesamte vulkanische und seismische Aktivität der Erde verantwortlich. Informationen über Struktur und Zusammensetzung des Mantels sind entweder das Ergebnis geophysikalischer Untersuchungen oder aus der direkten Analyse von Gesteinen, die aus dem Mantel oder freigelegten Mantel auf dem Meeresboden stammen.
Definition:
Der Mantel besteht aus silikatischem Gesteinsmaterial mit einer durchschnittlichen Dicke von 2.886 Kilometern (1.793 mi) und liegt zwischen der Erdkruste und ihrem oberen Kern. Der Erdmantel macht 84 % des Volumens der Erde aus, verglichen mit 15 % im Kern und dem Rest, der von der Kruste eingenommen wird. Obwohl sie überwiegend fest ist, verhält sie sich wie eine viskose Flüssigkeit, da die Temperaturen in dieser Schicht nahe am Schmelzpunkt liegen.
Die Schichten der Erde, ein differenzierter planetarischer Körper. Bildnachweis: Wikipedia Commons/Surachit
Unser Wissen über den oberen Erdmantel, einschließlich der tektonischen Platten, stammt aus Analysen von Erdbebenwellen; Wärmefluss-, Magnet- und Schwerkraftstudien; und Laborexperimente an Gesteinen und Mineralien. Zwischen 100 und 200 Kilometer unter der Erdoberfläche liegt die Temperatur des Gesteins nahe dem Schmelzpunkt; geschmolzenes Gestein, das von einigen Vulkanen ausgebrochen wurde, stammt aus dieser Region des Mantels.
Struktur und Zusammensetzung:
Der Mantel ist in Abschnitte unterteilt, die auf Ergebnissen der Seismologie basieren. Dies sind der obere Mantel, der sich von etwa 7 bis 35 km (4,3 bis 21,7 Meilen) von der Oberfläche bis in eine Tiefe von 410 km (250 Meilen) erstreckt; die Übergangszone, die sich von 410 bis 660 km (250 – 410 mi) erstreckt; der untere Mantel, der von 660 km bis zu einer Tiefe von 2.891 km (410 – 1.796 Meilen) reicht; und die Kern-Mantel-Grenze, die eine variable Dicke hat (~200 km im Durchschnitt).
Im oberen Mantel werden zwei Hauptzonen unterschieden. Die innerste davon ist die innere Asthenosphäre, die aus plastisch fließendem Gestein mit einer durchschnittlichen Dicke von etwa 200 km (120 Meilen) besteht. Die äußere Zone ist der unterste Teil der Lithosphäre, die aus starrem Gestein besteht und etwa 50 bis 120 km (31 bis 75 Meilen) dick ist.
Der obere Teil der Lithosphäre ist die Erdkruste, eine dünne Schicht mit einer Dicke von etwa 5 bis 75 km (3,1 bis 46,6 Meilen), die durch die Mohorovicic-Diskontinuität (oder „Moho“, definiert durch a .) vom Erdmantel getrennt ist starker Anstieg der Geschwindigkeit von Erdbebenwellen nach unten).
Die innere Struktur der Erde. Bildnachweis: Wikipedia Commons/Kelvinsong
An einigen Stellen unter dem Ozean ist der Mantel tatsächlich freigelegt. Es gibt auch einige Stellen an Land, an denen Mantelgestein durch tektonische Aktivitäten an die Oberfläche gedrängt wurde, insbesondere die Tablelands-Region des Gros Morne National Park in Neufundland und Labrador, Kanada, St. John's Island, Ägypten oder die Insel Zabargad im Roten Meer.
Der Mantel besteht in seinen Bestandteilen aus 44,8% Sauerstoff, 21,5% Silizium und 22,8% Magnesium. Es gibt auch Eisen, Aluminium, Kalzium, Natrium und Kalium. Diese Elemente sind alle in Form von Silikatgesteinen miteinander verbunden, die alle in Form von Oxiden vorliegen. Am gebräuchlichsten ist Siliziumdioxid (SiO2) mit 48%, gefolgt von Magnesiumoxid (MgO) mit 37,8%. Beispiele für Gesteine, die Sie innerhalb des Mantels finden könnten, sind: Olivin, Pyroxene, Spinell und Granat.
Konvektion:
Aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen Erdoberfläche und äußerem Kern kommt es im Erdmantel zu einer konvektiven Stoffzirkulation. Dies besteht aus der langsamen, schleichenden Bewegung des Silikatmantels der Erde über die Oberfläche, die Wärme aus dem Erdinneren an die Oberfläche transportiert. Während heißes Material an die Oberfläche steigt, sinkt darunter kühleres, schwereres Material.
Der Pazifische Feuerring, eine Kette vulkanischer Regionen, die sich vom Südpazifik bis nach Südamerika erstreckt. Kredit: Gemeinfrei
Die Lithosphäre ist in eine Reihe von Platten unterteilt, die an ihren gegenüberliegenden Plattengrenzen kontinuierlich erzeugt und verbraucht werden. Die Abwärtsbewegung des Materials tritt in Subduktionszonen auf, an Stellen an konvergenten Plattengrenzen, wo sich eine Mantelschicht unter eine andere bewegt. Akkretion tritt auf, wenn Material zu den wachsenden Kanten einer Platte hinzugefügt wird, was mit der Ausbreitung des Meeresbodens verbunden ist.
Es wird angenommen, dass dieser chaotische Prozess ein wesentlicher Bestandteil der Plattenbewegung ist, die wiederum zur Kontinentaldrift führt. Subduzierte ozeanische Kruste ist auch der Grund für Vulkanismus, wie die Pazifischer Feuerring .
Erkundung:
Aufgrund der relativen Dicke der ozeanischen Kruste im Vergleich zur kontinentalen Kruste werden wissenschaftliche Untersuchungen und Erkundungen des Erdmantels im Allgemeinen am Meeresboden durchgeführt. Der erste Versuch einer Mantelexploration (bekannt als Project Mohole) erreichte eine tiefste Penetration von ungefähr 180 Metern (590 Fuß). Es wurde 1966 nach wiederholten Ausfällen und Kostenüberschreitungen aufgegeben.
Im Jahr 2005 wurde das HochseebohrschiffJOIDES-Auflösungerreichte ein Bohrloch mit einer Tiefe von 1.416 Metern (4.646 ft) unter dem Meeresboden. Im Jahr 2007 hat ein Team von Wissenschaftlern an Bord des britischen Forschungsschiffs RRSJames Cookführte eine Studie an einem exponierten Abschnitt des Erdmantels zwischen den Kapverdischen Inseln und dem Karibischen Meer durch.
Das wissenschaftliche Bohrschiff JOIDES Resolution, abgebildet auf hoher See im Jahr 2009. Bildnachweis: William Crawford/IODP/TAMU
In den letzten Jahren wurde eine Methode zur Erkundung der Erdschichten mit einer kleinen, dichten, wärmeerzeugenden Sonde vorgeschlagen. Dieses würde sich durch die Kruste und den Mantel schmelzen und über akustische Signale kommunizieren, die durch das Eindringen in das Gestein erzeugt werden. Die Sonde würde aus einer Außenhülle aus Wolfram mit einem Kern aus Kobalt-60 bestehen, das als radioaktive Wärmequelle dient.
Es wurde berechnet, dass eine solche Sonde das ozeanische Moho in weniger als 6 Monaten erreichen und in wenigen Jahrzehnten unter der ozeanischen und kontinentalen Lithosphäre Mindesttiefen von weit über 100 km (62 mi) erreichen wird. Im Jahr 2009 erstellte eine Supercomputer-Anwendung eine Simulation, die neue Einblicke in die Verteilung der Mineralvorkommen aus der Zeit, als sich der Mantel vor 4,5 Milliarden Jahren entwickelte, lieferte.
Während der Erdmantel noch in nennenswerter Tiefe erforscht werden muss, wurde in den letzten Jahrhunderten viel aus indirekten Studien gelernt. Während die menschliche Erforschung des Sonnensystems weitergeht, werden wir mit Sicherheit mehr über terrestrische Planeten, ihr geologisches Verhalten und ihre Entstehung erfahren.
Wir haben hier bei Universe Today viele Artikel über das Innere der Erde geschrieben. Hier ist eine über die Erdmantel , Entdeckung des Inneren, Inneren Kerns der Erde , Was ist der Unterschied zwischen Magma und Lava? , und ein Artikel darüber, wie die Der Erdkern dreht sich schneller als seine Kruste .
Weitere Informationen finden Sie im United States Geological Survey (USGS) .
Astronomy Cast hat auch eine Episode zu diesem Thema. Hör es dir hier an, Folge 51: Erde .
