3.1.2. A Föld szerkezete és fizikai jellemzői

Középszint:
Mutassa be a Föld gömbhéjas szerkezetét, tudjon a témához kapcsolódó ábrát elemezni.
Ismertesse ábrák segítségével a Föld belsejének fizikai jellemzőit.
Értelmezze az asztenoszféra áramlásainak és a kőzetlemezek mozgásainak kapcsolatát.
Mutassa be a geotermikus gradiens gazdasági jelentőségét példák alapján.

Emelt szint:
Ismerje fel a geoszférák közötti kapcsolatokat.
Hasonlítsa össze adatok és ábrák alapján az egyes gömbhéjak jellemző kémiai összetételét, hőmérsékleti, nyomás- és sűrűségviszonyait.
Ismerje a földmágnesség és a tájékozódás kapcsolatát.

- Földünk 4,6 milliárd éves
- elváltak a szilárd, folyékony, légnemű anyagok, sűrűségük szerint rendeződtek

A Föld gömbhéjai:

• litoszféra (kőzetburok) a földköpennyel és földmaggal (asztenoszféra)
• hidroszféra (vízburok)
• atmoszféra (levegőburok)
• bioszféra (élővilág burka)

A Föld felépítésével, belsejével, szerkezetével foglalkozó tudomány a geológia, fizikai jelenségeit a geofizika, kémiai folyamatait pedig a geokémia kutatja.

A Föld belső szerkezete:

• nehéz vizsgálni, a legmélyebb fúrások is csak megkarcolták a Föld felszínét (mélyfúrások 10-15km)
• másik módszer (közvetett): földrengéshullámok segítségével

A Föld belsejének fizikája:

• geotermikus gradiens: a mélység felé haladva nő a hőmérséklet. A földi átlagérték 100 méterenként 3°C (átlagértéke 33m/1°C=100m/3°C.)
• a ma is változó területeken a geotermikus gradiens jóval eltérőbb, gyorsabban nő, a Föld idősebb részein viszont lassabban
• a Föld belsejéből származó hő kifelé haladva folyamatosan csökken
• a belső hő radioaktív anyagok bomlásából (uránium, tórium) származik
• a hőmérséklet csak egy pontig nő ilyen mértékben ( a vulkáni anyagok hőmérséklete 1100-1200 °C, és ha ezt a gradienssel számolnánk, akkor már 4000-5000 °C lenne, tehát a hőmérséklet növekedése lelassul)
• a Föld középpontjában a hőmérséklet 4500-5000°C
• a geotermikus gradiens a szilárd közegben lejátszódó gyors hűlés eredménye
• a Föld mélyén más nyomás- és sűrűségviszonyok jellemzőek
• a forgás, és lehűlés hatására sűrűség szerint rendeződtek az anyagok: a nyomás a mélység függvényében egyenletesen növekszik, a középpontban eléri a felszíni nyomás 4000-szeresét!
• a sűrűség növekedése viszont nem egyenletes, nagyobb eltéréseket mutat ( a földrengéshullámok itt változnak)
• a Földet mágneses tér veszi körül, melyet a Föld belsejében található nagy viszkozitású, folyékony vastartalmú fémolvadékok áramlása kelt ( a Föld forgása, belső hő tartja mozgásban)
• Mágneses deklináció (elhajlás): a Föld mágnestengelyének döféspontja, tehát a mágneses pólus nem esik egybe a forgástengely felszíni döféspontjával (csillagászati pólus), ezért az iránytű észak-déli iránya eltér a földrajzi észak-déli iránytól. Ha az elhajlás kelet felé irányul, akkor pozitív, ha pedig nyugat felé, akkor negatív deklinációról beszélünk. Ez méréssel meghatározható. A Földnek kétpólusú mágneses tere van. Északi pólus: Észak-Kanadában, a déli pólus az Antarktiszon van. A mágneses tér erőssége összefügg a kőzetek anyagával, típusával.
• az áramlások változásai miatt a mágnesesség is változik: a mágnesezhető kőzetek megőrzik a keletkezésükkor jelen levő mágneses irányt (innen tudjuk, hogy a mágnesesség erőssége, iránya többször is változott)
• a régi mágnesezettséget a földtörténeti korok meghatározására is használhatjuk, ez a paleomágneses módszer.

Utazás a Föld középpontja felé

- földkéreg
- földköpeny
- külső mag
- belső mag

diszkontinuitási felület: az a felület, ahol a Föld belsejében a földrengés hullámai sebességváltozást szenvednek. A földrengések tanulmányozásával földszerkezeti modellt alkothatunk. Jelenlegi ismereteink szerint a Föld belső szerkezete 3 nagy héjra tagolható: földkéreg, köpeny, földmag. A héjak között ő különböző "felületek" találhatók, híres kutatókról elnevezve.

Földkéreg:

• különböző összetételű, vastagságú a szárazföldek, illetve az óceánok alatt (szárazföldek vastagabbak)
• a föld legfelsőbb rétege
• szilárd, magmás, vagy metamorf kőzetek építik fel
• a Föld 1%-a
• az eróziós, felszínformáló erők hatására felszíne folyamatosan változik, ezért a felszínen található kőzetek átlagéletkora kb. 2 milliárd év (a legrégebbi kéregmaradvány a nyugat-ausztráliai Narryer Gneisz Formáció, ami 3,9 milliárd éves.)
• bonyolult szerkezetű, eltérő felépítésű
•   a.    felső része (felső kéreg) alumínium és szilícium oxidokban gazdag, fémekben szegény, átlagos sűrűsége 2,8 g/cm3 
•    b.    Alsó része (alsó kéreg) bazaltos kőzetek, kalciumban, magnéziumban és fémekben gazdagabb terület, átlagos sűrűsége 3g/cm3. 
• Két fő típus:
  
  
  1.     A szárazföldi vagy kontinentális kéreg a szárazulati területeken, kontinensek területén figyelhető meg, vastagabb, a felső és alsó kéreg egyaránt megtalálható benne, savanyú kémizmusú szilícium-alumínium alkotta gránitos rétegből áll. A kettő kb 15-20 km-es mélységben elhelyezkedő Conrad-féle felület választja el egymástól.                            
  2.     Az óceáni kéreg az óceánok és az északi sarkvidékek alatt van jelen, vékonyabb, mivel a felső, gránitos kéreg hiányzik, a vékony üledékes réteg alatt csak a szilicum-magnézium alkotta bazaltos réteg van meg, ami ultrabázisos kémizmusú. Fémekben mindenhol gazdagabb. A kéreg alsó és a köpeny felső része között húzódik a Mohorovičić-féle diszkontinuitási felület.

Földköpeny:

• Mohorovičić-féle felülettől  2900 km-es mélységig terjed.
• ebben a rétegbe lefelé haladva szintén tovább csökken a szilikát aránya a fémekkel szemben 
• a.    A felső köpeny kb. 1000 km-es mélységig terjed, átlagos sűrűsége 3,4g/cm3, ásványtani összetétele az olivin, piroxén, gránát, és amfiból jellemző. 
• b.    Az alsó köpeny átlagos sűrűsége 4,7 g/cm3, jóval kisebb információval rendelkezünk róla.

• A felső és az alsó köpenyt a Repetti-féle felület határolja egymástól.
• A hőmérséklet gyorsan nő a köpenyben lefelé haladva, alsó részén már a 4000 °C-t is elérheti.

 Külső mag:

• a Föld magja A Gutenberg – Wiechert-féle felülettől a Föld középpontjáig terjedő gömbszerű terület.
• ezt a tartományt maghéjnak is hívják
• 1800 km vastag
• folyékony fémekből (folyékony halmazállapotúnak tekinthető, mivel benne az S (transzverzális) hullámok nem folytatódnak. )- vasból és nikkelből - áll
• sűrűsége 9-11 g/cm3

Belső mag:

•  a külső, belső mag között: kb. 5100 km-es mélységben húzódik a Lehmann-féle felület, vagy öv.
• a külső és belső mag határa kb. 4700 és 5100 km között van
• a Föld magja szilárd anyagból, vasból, és nikkelből áll
• közel jár az olvadásponthoz, nagy viszkozitású, nagy sűrűségű 13-17 g/cm3 terület. ((( viszkozitás: folyékonyság; gáz vagy folyadék halmazállapotú anyag belső súrlódásának mértéke )))
• A Föld középpontjában a nyomás kb. 3,6-3,7 Mbar, a hőmérséklet pedig 3000-4000°C.
   

A földkéreg, és a földköpeny felső, szilárd rétege együttesen alkotja a kőzetburkot, tehát a litoszférát! Ez természetesen szintén vastagabb a szárazföldeknél, mint az óceáni területeket. Szárazföldek esetén 70-100km, óceáni területeknél kb. 50 km vastag. A litoszféra nem egységes héj, hanem több, különböző méretű kőzetlemezből áll.

Alatta a nagy nyomás, és hőmérséklet hatására az anyagok már eléggé képlékeny állapotban vannak. Nagy a viszkozitásuk. A földköpeny alsó része, illetve a külső mag együttesen alkotják az asztenoszférát (250 km-ig; gyönge burok). A litoszféra az asztenoszférán úszik.