اطلاعات اولیه

انسان از زمانهای قدیم مشتاق شناسایی ساختمان داخلی کره زمین بوده است و از آنجا که دسترسی مستقیم به قسمتهای درونی امکان پذیر نبوده و حتی با تکنولوژی عصر حاضر نیز این کار مقدور نیست، روشهای غیر مستقیم همواره الهام بخش آدمی در کسب اطلاعات از قسمتهای داخلی زمین بوده است. از این میان می‌توان خروج مواد مذاب درونی توسط آتشفشانها ، چشمه‌های آب گرم و پدیده‌های مشابه را نام برد.

البته در سالهای اخیر توسعه علم ژئوفیزیک اطلاعات غیر مستقیم گران قیمتی از ترکیب و ساختمان درونی زمین در اختیار ما قرار داده است. از میان انواع مختلف روشهای ژئوفیزیکی نحوه حرکت امواج لرزه‌ای (امواج زمین لرزه) بیشترین کمک را در مورد شناساندن ترکیب و ساختمان درون زمین به بشر نموده است. هرگاه ساختمان زمین در عمق مورد مطالعه قرار گیرد، سه قسمت مشخص را در آن می‌توان تشخیص داد.

پوسته زمین

ضخامت پوسته

ضخامت متوسط پوسته زمین 33 کیلومتر است، ولی این ضخامت در تمام نقاط یکنواخت نیست، بلکه طبق نظریه ایزوستازی ، پوسته در زیر اقیانوسها به مراتب نازکتر از قاره‌ها است. ضخامت پوسته از حداقل 10 کیلومتر در زیردریاها تا حداکثر 60 کیلومتر در زیر کوهها تغییر می‌کند.

ترکیب شیمیایی پوسته

از نظر ترکیب شیمیایی می‌توان پوسته زمین را به دو قسمت بالایی و پائینی تقسیم کرد. قشر بالایی پوسته از سنگهای گرانیت و گرانودیوریت تشکیل شده است که به علت دارا بودن مقدار زیادی سیلیسیم و آلومینیوم به نام سیال (Si , Al) نیز خوانده می‌شود. قشر زیرین پوسته بیشتر از سنگهایی با ترکیب بازالت تشکیل شده و به علت دارا بودن مقدار زیادی سیلیسیم و منیزیم به نام سیما (Si , Mg) معروف است. ضخامت قشر گرانیتی در نقاط مختلف زمین 10 تا 24 کیلومتر محاسبه شده است.

بیش از 99 درصد جرم پوسته زمین را 10 عنصر و فقط در حدود 0،65 درصد بقیه آن را سایر عناصر تشکیل می‌دهند. بایستی توجه داشت که توزیع ترکیبات شیمیایی در تمام قسمتهای پوسته یکنواخت نیست و جنس مواد تشکیل دهنده پوسته در زیر اقیانوسها و قاره‌ها متفاوت است.

جرم مخصوص پوسته

جرم مخصوص پوسته زمین در قسمتهای مختلف یکسان نیست و امروزه فرض بر این است که جرم مخصوص پوسته در زیر اقیانوسها کمی بیش از جرم مخصوص آن در زیر قاره‌هاست (نظریه ایزوستازی)، ولی می‌توان مقدار متوسط آن را 2،7 تا 2،8 گرم بر سانتیمتر مکعب در نظر گرفت.

مواد تشکیل دهنده پوسته

بطور کلی می‌توان گفت که پوسته زمین از سنگها و سنگها از کانی‌ها تشکیل شده‌اند.

گوشته زمین

قسمتی از زمین را که بین دو انفصال موهورویچ و گوتنبرگ قرار دارد، گوشته می‌خوانند و بدین ترتیب این قسمت از زمین از عمق متوسط 33 تا 2900 کیلومتر گسترش دارد. هرچند منحنی تغییرات سرعت در زیر پوسته ، انفصال کاملا مشخصی را نشان می‌دهد، ولی علت این انفصال هنوز به درستی روشن نیست. عده‌ای این انفصال را به علت وجود اختلاف اساسی در ترکیب شیمیایی بین این دو قسمت می‌دانند، ولی به نظر عده‌ای دیگر ، این انفصال به علت تغییر خواص فیزیکی مواد موجود در این ناحیه است.

به عبارت دیگر ، به نظر دانشمندان دسته دوم ، مواد تشکیل دهنده گوشته نیز نظیر پوسته زمین است، ولی به علت فشار و درجه حرارت زیاد ، شبکه اتمی مواد موجود در این قسمت ، متراکم شده و در نتیجه جرم مخصوص آن افزایش یافته و عامل اخیر باعث افزایش سرعت سیر امواج در این قسمت شده است. بر اساس مطالعات ژئوفیزیکی دو انفصال در خواص گوشته زمین در اعماق 413 و 984 کیلومتری وجود دارد که آن را به گوشته بالائی ، ناحیه عبور و گوشته پائینی تقسیم می‌کند.

گوشته بالائی

منشا بسیاری از پدیده‌های زمین شناسی مثل فعالیتهای ماگمایی ، زلزله‌های عمیق و تغییر مکان قاره‌ها ، در گوشته بالائی و ناحیه عبور است. فقط سه نوع سنگ دونیت (غنی از الیوین) پریدوتیت (غنی از الیوین و پیروکسن) و اکلوژیت (مرکب از گرونا ، پیروکسن) می‌تواند وجود داشته باشد. جرم مخصوص این قسمت از گوشته در حدود 3،9 گرم بر سانتیمتر مکعب است.

گوشته پائینی

این قسمت از گوشته که بین اعماق 984 تا 2900 کیلومتری قرار دارد، متجانس به نظر می‌رسد و از سیلیکاتهای منیزیم و آهن و اکسیدهایی مثل کرنزون ، رتیل و اسپینل تشکیل شده است.

هسته زمین

هسته زمین از عمق 290 کیلومتری تا مرکز زمین گسترش دارد و ضخامت کلی آن 3471 کیلومتر است. مطالعات نشان داده است که در عمق تقریبی 5120 کیلومتری ، یک انفصال در خواص الاستیک هسته وجود دارد که بر مبنای آن می‌توان هسته را به دو قسمت خارجی و داخلی تقسیم کرد. هسته خارجی از نظر خواص الاستیک ، حالت مایع و هسته داخلی ، حالت جامد دارد. این تقسیم‌بندی از آنجا ناشی شده است که امواج عرضی از هسته خارجی عبور نمی‌کنند. بنابراین ، این قسمت بایستی مایع باشد، ولی دلایل دیگری وجود دارد که نشان می‌دهد هسته داخلی خواص جامدات را داراست (مثلا سرعت سیر موج در هسته داخلی بطور ناگهانی افزایش می‌یابد).

قدیمی‌ترین نظریه‌ای که راجع به ترکیب شیمیایی هسته زمین بیان شده آن را از جنس آهن و نیکل می‌داند و اکنون عقیده همگانی بر این است که ترکیب هسته خارجی و داخلی زمین هر دو از آهن و نیکل است و این دو فقط از نظر خواص فیزیکی متفاوت‌اند.