Vrstvy Země: kůra, plášť a jádro – přehled struktury planety
Vrstvy Země: přehled kůry, pláště a jádra — srozumitelný průvodce strukturou planety, seismickými hranicemi, litosférou a vlivem vnějšího i vnitřního jádra.
Struktura Země se dělí na několik hlavních vrstev, které se liší jak chemickým složením, tak fyzikálními vlastnostmi. Nejčastěji se rozlišují čtyři základní části: kůra, plášť, zemské jádro (vnější a vnitřní). Tvar planety je blízký oblému sféroidu — mírně zploštělému na pólech a vyboulenému na rovníku.
Informace o těchto vrstvách pocházejí především ze studií šíření seismických vln. Seismografy, které zaznamenávají vlny ze zemětřesení, umožnily zjistit, kde se vlnění ohýbá, odráží nebo zaniká — a tím určit hranice mezi vrstvami. Například fakt, že podél některých hloubek S‑vlny neprocházejí, ukázal, že část jádra je kapalná. První zřetelná hranice mezi kůrou a pláštěm je známá jako Moho.
Kůra
Zemská kůra, nejobytnější vnější vrstva, je složená z pevné horniny a obsahuje převážně lehčí prvky jako křemík, kyslík a hliník. Proto se někdy označuje jako sialová (Si + Al) nebo flyšová. Kůra se dělí na kontinenty a oceánské dno: kontinenty mají kůru tlustší (průměrně ~30–50 km, v horách i více), oceánská kůra je tenčí (~5–10 km) a tvořená převážně bazalty.
Hustota kůry je nižší než hustota hornin pod ní, proto kontinentální kůra „plave“ na vrchním plášti. Na rozhraní kůry a pláště se nachází Moho, jehož hloubka se místně liší.
Plášť
Plášť leží přímo pod kůrou a sahá do hloubky přibližně 2 900 km. Skládá se převážně z kyslíku, křemíku a relativně hojných prvků jako hořčík, proto se někdy označuje jako sima nebo mafický materiál. Hustota pláště roste s hloubkou (přibližně 3,3–5,7 g/cm³).
Plášť se dělí na několikrát zřetelné podvrstvy:
- Nejsvrchnější pevná část pláště spolu s kůrou tvoří litosféru. Litosférické desky (kontinentální i oceánské) jsou tuhé a „plavou“ na podkladní, pružnější vrstvě.
- Pod litosférou leží estenosféra — zóna částečně plastická až polotekutá, která umožňuje pohyb litosférických desek. Horní estenosféra může obsahovat částečně roztavené horniny (magma) a je místem, odkud mohou vznikat sopečné magma.
- Nižší části pláště zahrnují přechodové zóny (tzv. 410 km a 660 km diskontinuity), které způsobují změny minerální fáze s rostoucím tlakem. Spodní plášť pak pokračuje až ke hranici jádra.
V plášti probíhá konvekce — pomalé proudění materiálu, které je hlavním motorem pohybu litosférických desek, vzniku pohoří, subdukce a sopečné činnosti. Lokální proudy v plášti mohou vytvářet také horké skvrny (plumes), zodpovědné za sopečnou aktivitu uprostřed desek.
Jádro
Zemské jádro je složeno především z kovů, hlavně z železa a niklu. Jádro má velmi vysoké teploty (odhady kolem 4 000–6 000 °C) a velmi vysoké tlaky. Celkové rozdělení jádra je na:
- Vnější jádro — kapalná vrstva převážně z roztaveného železa a niklu, sahající z hloubky ~2 890 km do ~5 150 km. Proudění v tekutém vnějším jádru vytváří geodynamický generátor (geodynamo), který udržuje magnetické pole Země. Existence kapalného vnějšího jádra byla odvozena z chování seismických vln (S‑vlny jím neprocházejí).
- Vnitřní jádro — pevné, centrální jádro o poloměru přibližně 1 220 km. Přestože teploty jsou vysoké, tlak je tak velký, že materiál zde krystalizuje do pevného stavu. Vnitřní jádro se postupně zvětšuje, jak se vnějšímu jádru krystalizuje železo.
Mezi pláštěm a jádrem je výrazná diskontinuita nazývaná Gutenbergova hranice (~2 890 km), při které dochází k prudké změně hustoty a k přechodu z pevného/plastického pláště na tekuté vnější jádro. Další významná seismická diskontinuita, objevená Lehmannovou analýzou, odděluje vnitřní a vnější jádro (~5 150 km).
Jak víme, co je uvnitř?
Většinu poznatků o vnitřní stavbě Země získáváme nepřímo — pomocí seismiky, měření gravitace, magnetického pole a laboratorních experimentů na vysokotlakých fázích minerálů. Seismické vlny (P‑vlny i S‑vlny) se lámou a odrážejí na hranicích, což umožňuje zjistit hloubky diskontinuit. Například rozdíl v průchodu S‑vln (které neprocházejí kapalinou) potvrdil kapalné vnější jádro.
Úplné vysvětlení všech procesů v hlubokém plášti a jádru není dosud zcela jasné. Zdá se, že kombinace vysoké teploty a extrémního tlaku ovlivňuje krystalizaci minerálů, takže složení a fyzikální stav mohou být směsí kapaliny a krystalů či velmi viskózních pevných fází. Další poznatky přináší moderní seismologie, geochemie i experimenty za vysokých tlaků a teplot.
Celkově poznání vrstev Země objasňuje základní geologické jevy — vznik kontinentů a oceánů, zemětřesení, sopečnou činnost i magnetické pole — a poskytuje rámec pro pochopení dynamiky naší planety.
Schéma výřezu Země. Proporce nejsou přesné
Moho
Moho, správně Mohorovičićova diskontinuita, je hranice mezi zemskou kůrou a pláštěm. Objevil ji chorvatský seismolog Andrija Mohorovičić v roce 1909. Zjistil, že seismogramy zemětřesení vykazují dva druhy seismických vln. Jako první přichází mělká pomalejší vlna a jako druhá hluboká rychlejší vlna. Odůvodnil to tím, že hlubší vlna mění rychlost, když se dostane těsně pod plášť. Důvodem, proč byla rychlejší, bylo to, že materiál pláště byl jiný než materiál zemské kůry.
Diskontinuita leží 30-40 km pod povrchem kontinentů a méně hluboko pod dnem oceánů.
Vrtání otvorů
Geologové se o Moho pokoušejí už léta. Na přelomu padesátých a šedesátých let minulého století nezískal projekt Mohole dostatečnou podporu a v roce 1967 byl Kongresem Spojených států zrušen. Snahy vyvíjel také Sovětský svaz. Během 15 let dosáhli hloubky 12 260 m (40 220 stop), což byla nejhlubší díra na světě, a v roce 1989 od pokusu upustili.
Dosažení diskontinuity je stále důležitým vědeckým cílem. Novější návrh uvažuje o samonaváděcí wolframové kapsli. Představa je taková, že kapsle by byla naplněna radioaktivním materiálem. Ten by vyzařoval dostatek tepla k roztavení okolní horniny a kapsle by byla gravitací tažena dolů.
Japonský projekt Chikyū Hakken ("Objev Země") plánuje pomocí vrtné dílny provrtat tenčí oceánskou kůru. Dne 6. září 2012 vytvořila vědecká hlubinná vrtná loď Chikyu nový světový rekord, když se provrtala a získala vzorky hornin z hloubky více než 2 111 metrů pod mořským dnem u poloostrova Šimokita v Japonsku v severozápadním Pacifiku.
Ostrov Macquarie
Ostrov Macquarie u Tasmánie se nachází na styku dvou obrovských oceánských desek: Pacifické a Indoaustralské. Ostrov je tvořen materiálem vytlačeným z hlubin zemského pláště. Předpokládá se, že zelená ophiolitová hornina vznikla v moho a byla vynesena středooceánským hřbetem. Nyní se dostává na povrch, protože obě desky se k sobě skřípou. Je to jediné místo na Zemi, kde k tomu v současnosti dochází. Existují i jiná místa, kde se ophiolit vyskytuje, ale ta byla vynesena na povrch před mnoha miliony let. Ofiolity se nacházejí ve všech hlavních horských pásmech světa.
Otázky a odpovědi
Otázka: Jaké jsou vrstvy Země?
Odpověď: Struktura Země se dělí na čtyři vrstvy. Patří mezi ně vnější pevná vrstva zvaná zemská kůra, vysoce viskózní vrstva zvaná plášť, kapalná vrstva, která je vnější částí jádra, zvaná vnější jádro, a pevný střed zvaný vnitřní jádro.
Otázka: Jak se popisuje tvar Země?
Odpověď: Tvar Země je popsán jako oblý sféroid, což znamená, že je na pólech mírně zploštělá a na rovníku vyboulená.
Otázka: Co bylo objeveno mezi zemskou kůrou a pláštěm?
Odpověď: Mezi zemskou kůrou a pláštěm byla objevena hranice zvaná Moho. Tento objev ukázal zásadní změny ve struktuře s tím, jak se postupuje hlouběji.
Otázka: Jaké prvky tvoří většinu zemské kůry?
Odpověď: Většina zemské kůry je tvořena převážně lehčími prvky, jako je křemík, kyslík, hliník. Z tohoto důvodu se nazývá sialová (křemík = Si; hliník = Al) nebo flyšová.
Otázka: Co tvoří většinu zemského pláště?
Odpověď: Většina zemského pláště je tvořena převážně kyslíkem, křemíkem a těžším prvkem hořčíkem, díky čemuž se nazývá sima (Si jako křemík + ma jako hořčík) neboli mafický.
Otázka: Jaký typ horniny tvoří nejsvrchnější část pláště ?
Odpověď:Nejsvrchnější část pláště tvoří základ kůry a je tvořena těžkou horninou peridotitem . Spolu s kontinentálními a oceánskými deskami tvoří litosféru .
Otázka:Jaké jsou vlastnosti a složení zemského jádra ? Odpověď:Zemské jádro se skládá převážně ze železa a niklu , jeho teplota se pohybuje kolem 5000-6000 °C, podobně jako fotosféra na Slunci. Jeho složení se může měnit směs kapaliny a krystalů v důsledku vysokého tlaku a teploty .
Vyhledávání