ELLEN P. METZGER
INTRODUCERE
Scop: Elevii vor realiza un model de hârtie care să ilustreze conceptul de răspândire a fundului mării și dezvoltarea unor „dungi” magnetice simetrice de o parte și de alta a unui centru de răspândire din mijlocul oceanelor.
Grupul de elevi sugerat: Elevii lucrează individual.
Integrarea temei: Teme: Modele de schimbare: De-a lungul timpului, noul fund al mării este creat de urcarea magmei la centrele de răspândire a oceanelor medii; vechiul fund al oceanului este distrus de subducție în șanțurile de mare adâncime. Competențe și procese științifice: Deducție pornind de la un model. Integrarea cu alte discipline: Științe fizice: magneți dipolari și câmpuri magnetice; convecție. Oceanografie: topografia fundului oceanului. Științe ale vieții: animale găsite la gurile de aerisire cu apă caldă de pe fundul oceanului.
Activități conexe: Munții submarini.
INFORMAȚII DE FUNDAMENTARE
Înainte de a realiza această activitate, elevii trebuie să fie familiarizați cu:
1) tipurile de limite dintre plăcile litosferice;
2) caracteristicile fundului oceanului;
3) conceptul de răspândire a fundului mării; și
4) natura câmpului magnetic al Pământului și faptul că acesta și-a inversat polaritatea de multe ori în trecut.
Capacele Pământului Pământul este o planetă stratificată, formată din crustă, mantaua și nucleu (Fig. 1). Cei aproximativ 100 km din exterior reprezintă un strat rigid numit litosferă, care este alcătuit din crustă și mantaua superioară. Litosfera este împărțită în mai multe plăci mari și mici care se deplasează peste astenosferă, un strat plastic din mantaua superioară. Cutremurele de pământ și vulcanii sunt concentrate la granițele dintre plăcile litosferice. Se crede că mișcarea plăcilor este cauzată de curenții de convecție din manta (Fig. 2), deși mecanismul exact nu este cunoscut. Plăcile litosferice se deplasează cu viteze de câțiva cm pe an.
Tipuri de granițe ale plăcilor Există trei tipuri de granițe între plăcile litosferice (Fig. 3):
1) granița convergentă plăcile converg, sau se unesc. Dacă o placă de litosferă oceanică se ciocnește cu litosfera continentală mai groasă și mai puțin densă, placa oceanică mai densă se va scufunda sub continent într-o zonă de subducție (Fig. 2).
2) limită divergentă două plăci divergentă, sau se îndepărtează și se formează o nouă crustă sau litosferă.
3) granița de falie de transformare plăcile alunecă una pe lângă alta, fără creare sau distrugere de litosferă. 
Return to top
Fondul oceanului O hartă a fundului oceanului arată o varietate de caracteristici topografice: câmpii plate, lanțuri muntoase lungi și șanțuri adânci. Crestele din mijlocul oceanului fac parte dintr-un lanț de munți cu o lungime de aproximativ 84.000 km. Culmea Mid-Atlantic Ridge este cel mai lung lanț muntos de pe Pământ. Aceste creste sunt centre de răspândire sau granițe de plăci divergente, unde urcarea magmei din mantaua oceanică creează un nou fond oceanic.
Tranșele de mare adâncime sunt bazine lungi și înguste care se întind la 8-11 km sub nivelul mării. Șanțurile se dezvoltă adiacent zonelor de subducție, unde litosfera oceanică alunecă înapoi în manta (Fig. 2).
Deriva continentală Ideea că continentele se deplasează este veche; Alfred Wegener, un meteorolog german, a propus ipoteza derivei continentale. la începutul anilor 1900. Wegener a folosit mai multe linii de dovezi pentru a-și susține ideea că continentele au fost odată unite într-un supercontinent numit Pangeea și că de atunci s-au îndepărtat unele de altele: (1) similitudinea formei continentelor, ca și cum acestea s-ar fi potrivit cândva ca piesele unui puzzle; (2) prezența fosilelor, cum ar fi Glossopteris, o ferigă fosilă ai cărei spori nu puteau traversa oceane largi, pe continentele acum foarte separate Africa, Australia și India; (3) prezența depozitelor glaciare pe continentele care se găsesc acum în apropierea ecuatorului; și (4) similitudinea secvențelor de roci de pe diferite continente. Înapoi sus
Ipoteza lui Wegener privind deriva continentelor nu a fost acceptată pe scară largă deoarece nu avea un mecanism care să explice cum se deplasează continentele. Ideea nu a fost reluată până când noile tehnologii au făcut posibilă explorarea fundului oceanelor.
Întinderea fundului mării La începutul anilor 1960, geologul Harry Hess, de la Princeton, a propus ipoteza răspândirii fundului mării, în care magma bazaltică din mantaua se ridică pentru a crea un nou fund oceanic la nivelul crestelor medio-oceanice. De fiecare parte a crestei, fundul mării se deplasează de pe creastă spre șanțurile de mare adâncime, unde este subdus și reciclat înapoi în mantaua oceanică (Fig. 2). Un test al ipotezei de împrăștiere a fundului mării a fost furnizat de studiile privind magnetismul Pământului.
Câmp magnetic al Pământului Se crede că câmpul magnetic al Pământului provine din mișcarea fierului lichid din nucleul exterior pe măsură ce planeta se rotește. Câmpul se comportă ca și cum un magnet permanent ar fi situat în apropierea centrului Pământului, înclinat cu aproximativ 11 grade față de axa geografică de rotație (Fig. 4). Rețineți că nordul magnetic (măsurat cu o busolă) diferă de nordul geografic, care corespunde axei de rotație a planetei.
Punând o bară magnetică sub o bucată de hârtie cu pilitură de fier pe ea, se va crea un model pe măsură ce pilitura se aliniază cu câmpul magnetic generat de magnet. Câmpul magnetic al Pământului este similar cu cel generat de o simplă bară magnetică. În prezent, liniile de forță ale câmpului magnetic al Pământului sunt dispuse așa cum se arată în figura 4; orientarea actuală a câmpului magnetic al Pământului se numește polaritate normală. La începutul anilor 1960, geofizicienii au descoperit că câmpul magnetic al Pământului se inversează periodic; adică polul magnetic nordic devine polul sudic și viceversa. Prin urmare, Pământul a cunoscut perioade de polaritate inversă alternând cu perioade (ca acum) de polaritate normală. Deși câmpul magnetic se inversează în aceste perioade, Pământul fizic nu se mișcă și nu își schimbă direcția de rotație.
Lavele bazaltice conțin minerale care conțin fier, cum ar fi magnetita, care acționează ca niște busole. Adică, pe măsură ce aceste minerale bogate în fier se răcesc sub punctul lor Curie, ele devin magnetizate în direcția câmpului magnetic înconjurător. Studiile magnetismului străvechi (paleomagnetism) înregistrate în roci de diferite vârste oferă o evidență a momentului în care câmpul magnetic al Pământului și-a inversat polaritatea. Înapoi sus
În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, au fost dezvoltate instrumente sensibile numite magnetometre pentru a ajuta la detectarea submarinelor cu cămașă de oțel. Când cercetătorii au folosit magnetometrele pentru a studia fundul oceanului, au descoperit un model surprinzător. Măsurătorile variațiilor magnetice au arătat că, în multe zone, benzi alternante de roci care înregistrau polaritate normală și inversă erau dispuse simetric în jurul crestelor din mijlocul oceanelor (Fig. 5).
În 1963, F. Vine și D.H. Matthews au argumentat că, pe măsură ce magma bazaltică se ridică pentru a forma un nou fond oceanic într-un centru de răspândire a oceanelor, aceasta înregistrează polaritatea câmpului magnetic existent în momentul în care magma s-a cristalizat. Pe măsură ce împrăștierea îndepărtează noua crustă oceanică, dungi de aproximativ aceeași mărime ar trebui să fie antrenate de fiecare parte a crestei (Fig. 5). Magma bazaltică care se formează la nivelul dorsalelor oceanice mijlocii servește ca un fel de „reportofon”, înregistrând câmpul magnetic al Pământului pe măsură ce acesta se inversează de-a lungul timpului. Dacă această idee este corectă, benzile alternante de polaritate normală și inversă ar trebui să fie dispuse simetric în jurul centrelor de răspândire din mijlocul oceanelor. Descoperirea unor astfel de benzi magnetice a furnizat dovezi puternice că are loc o răspândire a fundului mării.
Vârsta fundului mării susține, de asemenea, răspândirea fundului mării. Dacă răspândirea pe fundul mării funcționează, cea mai tânără crustă oceanică ar trebui să se găsească la nivelul dorsalelor și o crustă din ce în ce mai veche ar trebui să se găsească în îndepărtarea de dorsale spre continente. Acesta este cazul. Cel mai vechi fond oceanic cunoscut este datat la aproximativ 200 de milioane de ani, ceea ce indică faptul că un fond oceanic mai vechi a fost distrus prin subducție în șanțurile de mare adâncime.
A fost nevoie de explorarea fondului oceanic pentru a descoperi răspândirea fondului marin, mecanismul de mișcare a continentelor care îi lipsea lui Alfred Wegener. Ipoteza derivei continentale a căpătat un interes reînnoit și, atunci când a fost combinată cu împrăștierea pe fundul mării, a dus la teoria tectonicii plăcilor. Istoria gândirii cu privire la mișcarea continentelor oferă un exemplu minunat al modului în care ipoteze precum deriva continentală și împrăștierea fundului mării sunt testate temeinic înainte de apariția unei noi teorii. Pentru o prezentare generală a istoriei tectonicii plăcilor, vezi Tarbuck și Lutgens (1994). Înapoi sus
MATERIALE (Sursele sunt date mai jos)
Hărți ale fundului oceanic
Harta „Această planetă dinamică”
Pentru fiecare elev:
2 coli de hârtie de dosar de 8,5 x 11″ (în loc de hârtie se poate folosi carton de dosar pentru a realiza un model mai rezistent)
foarfecă
riglă
bandă adezivă transparentă
bandă de mascare
creioane colorate sau creioane colorate Sugestie: Confecționați din timp propriul model pentru a le arăta elevilor înainte ca ei să-și facă modelele.
SURSE DE MATERIALE
Hărțile fundului Oceanului Arctic, Atlantic, Pacific și Indian sunt disponibile la National Geographic Society, Educational Services, P.O. Box 98019, Washington, D.C., 20090-8019; telefon 1-800-368-2728. Fiecare hartă costă 10,90 USD.
De la Fisher-EMD: (1) Harta fosforescentă a fundului oceanului: măsoară 24″ X 24″ (10,60 $); (2) harta de perete a crestei Mid-Atlantic (27,40 $). Comandați de la Fisher Scientific-EMD, 4901 W. Lemoyne Street, Chicago, IL 60651; telefon 1-800-955-1177.
„This Dynamic Planet: Harta mondială a vulcanilor, cutremurelor și a plăcilor tectonice” măsoară 150 x 100 cm; elaborată de United States Geological Survey și Smithsonian Institution. Comandă de la USGS Map and Book Distribution, P.O. Box 25286, Federal Center, Bldg… 810, Denver, CO 80225; telefon 303-236-7477. Prețul este de $3.00.Întoarceți-vă sus
PROCEDURI
Să urmați pașii de pe fișele de activitate ale elevilor. Elevii pot măsura amplasarea zonelor de subducție și a dorsalei medio-oceanice pentru modelul lor, așa cum se arată în figura 1 din fișele de activitate ale elevilor, sau le puteți da șablonul gata făcut furnizat. Este posibil să doriți să copiați șablonul pe un dosar sau pe un carton similar pentru un model mai robust.
Modificări: Pentru copiii mai mici, omiteți explicațiile privind benzile magnetice și inversările de polaritate. Folosiți modelul pentru a le arăta crearea unui nou fund de mare la centrele de răspândire și dispariția vechiului fund de mare la zonele de subducție. Ați putea dori să tăiați din timp bucățile modelului de hârtie pentru elevi sau să folosiți un model pe care l-ați realizat ca demonstrație pentru clasă.
Extensiuni: Sistemele de guri de aerisire hidrotermale, numite „black and white smokers”, găsite în centrele de răspândire oceanică sunt una dintre cele mai interesante descoperiri făcute în ultimii cincisprezece ani de explorare marină. Acești fumători sunt locurile unde se află depozite minerale și ecosisteme unice care există în întuneric total. Integrați o unitate despre răspândirea fundului mării și topografia fundului oceanic cu biologia, punând elevii să cerceteze creaturile unice asociate cu comunitățile de guri hidrotermale. Câteva referințe sugerate sunt prezentate mai jos.
REFERINȚE ȘI RESURSE
NSTA/FEMA, 1988, Tremor Troop Earthquakes: National Science Teachers’ Association, Washington, D.C.
Tarbuck, E. J. și Lutgens, F. K., 1994, Earth Science (7th ed.), Macmillan Publishing Company, p. 207-242.
Informații generale:
Yulsman, T., 1993, Charting Earth’s Final Frontier: Earth, vol. 2, nr. 4 (iulie 1993), p. 36-41. Discută cartografierea vulcanilor, a faliilor, a canioanelor și a curgerilor de lavă de pe fundul oceanului cu ajutorul unui dispozitiv sonar cu scanare laterală numit GLORIA (Geologic Long-Range Inclined Asdic).
Publicația de interes general „Marine Geology: Research Beneath the Sea” de la United States Geological Survey oferă o prezentare generală a metodelor și echipamentelor pe care geologii marini le folosesc pentru a studia fundul oceanului. Broșura descrie studiile privind topografia fundului oceanic, sedimentele și resursele minerale. Comandați până la 50 de exemplare gratuite (folosiți antetul școlii) de laUnited States Geological Survey, Box 25286, Denver Federal Center, Bldg. 810, Denver CO 80225; telefon (303)236-7476.
Pentru copii mai mici:
Cole, J., 1992, The Magic School Bus on the Ocean Floor: Scholastic, Inc., New York. Copiii din clasa doamnei Frizzle fac o excursie pe fundul adânc al oceanului pentru a studia viața animală și vegetală, o gură de aerisire cu apă fierbinte și un recif de corali (pentru copii de școală primară).
Despre sistemele hidrotermale din adâncurile mării:
Ballard, R. D. și Grassle, J. F., 1979, Incredible World of the Deep-sea Rifts: National Geographic, v. 156, nr. 5 (nov. 1979), p. 680-705.
Lutz, R. A. și Hessler, R. R., 1983, Life Without Sunlight – Biological Communities of Deep-Sea Hydrothermal Vents: The Science Teacher, v. 50, No. 3 (martie 1983), p. 22-29.
Tunnicliffe, V., 1992, Hydrothermal-Vent Communities of the Deep Sea: American Scientist, v. 80 (iulie-august, 1992), p. 336-349.Să revenim sus
VIDEO:
„Treasures of Neptune: Klondike pe fundul oceanului” (149,00 dolari; 26 min). Examinează relația dintre tectonica plăcilor și depozitele de minerale marine; prezintă modul în care este cartografiat fundul oceanului și analizează sistemele de recuperare a resurselor marine, inclusiv lopeți și lopeți subacvatice și „aspiratoare” gigantice. Comandă de la Films for the Humanities & Sciences, P.O. Box 2053; Princeton, N. J. 08543-2053; telefon 1-800-257-5126. „Ultima frontieră a Pământului” ($79.00; 26 min.). prezintă modul în care oamenii de știință explorează fundul mării cu ajutorul cartografierii cu sonar cu scanare laterală și a forajului la mare adâncime. Comandați de la: Brittanica Learning Materials, Customer Service, 310 South Michigan Avenue, Chicago, IL 60604-9839; telefon 1-800-554-9862.
„Physical Oceanography” (59,95 $; 19 min.). Descrie metodele de explorare a oceanelor; interacțiunea oceanelor cu biosfera, litosfera și atmosfera pentru a crea un mediu unic; și cele trei caracteristici principale ale oceanelor: chimia lor, topografia și mișcarea apei. Comandați de la Scott Resources, P.O. Box 2121K, Ft. Collins, CO, 80522; telefon 1-800-289-9299.
Diapozitive:
„Undersea Exploration” (16,00 $ pentru 22 de diapozitive). Acest set ilustrează cercetările submarine care utilizează submersibile de mare adâncime și vehicule operate de la distanță pentru a studia sistemele de rifturi de pe fundul oceanului. Include fotografii de fumători negri, viermi tubulari și echipamente folosite de oceanografi. Comandați de la American Geophysical Union, Attn: Orders, 2000 Florida Avenue, N.W., Washington, D.C. 20009; telefon 1-800-966-2481.
Câteva activități conexe:
Modulul Crustal Evolution Education (CEEP), „How Fast Is the Ocean Floor Moving?” a fost elaborat de Asociația Națională a Profesorilor de Geologie. În acest modul, elevii examinează date din sedimentele de pe fundul oceanului, determină dacă datele susțin teoria răspândirii fundului mării și calculează rata de răspândire a ridicării Pacificului de Est. Alte module CEEP legate de fundul oceanului includ: „Plăcile litosferice și topografia bazinelor oceanice”; „Microfosilele, sedimentele și împrăștierea fundului mării”; „Mișcarea fundului Oceanului Pacific”; „Un mister al fundului mării: Mapping Polarity Reversals”; și „Plotting the Shape of the Ocean Floor”. Fiecare dintre aceste module este disponibil sub formă de pachet pentru clasă, care include un ghid al profesorului și 30 de broșuri de investigație pentru elevi și costă 23,50 USD. Comandați de la Ward’s Natural Science Establishment, Inc., 5100 West Henrietta Road, P.O. Box 92912, Rochester, New York 14692-9012; telefon 1-800-962-2260.
GLOSAR
astenosfera o porțiune a mantalei care stă la baza litosferei. Această zonă este formată din roci ușor deformabile și, în unele regiuni, atinge o adâncime de 700 km.
deriva continentală Prima ipoteză care propune mișcări orizontale mari ale continentelor. Această idee a fost înlocuită de teoria tectonicii plăcilor.
limită de placă convergentă o limită între două plăci litosferice care se deplasează una spre cealaltă. Astfel de limite sunt marcate de subducție, cutremure, vulcani și formarea de munți.
punctul Curie temperatura (aproximativ 580 grade C) peste care o rocă își pierde magnetismul.
șanțuri de mare adâncime bazine lungi, înguste și foarte adânci (până la 11 km) orientate paralel cu continentele și asociate cu subducția litosferei oceanice.
limită de placă divergentă o limită între două plăci care se îndepărtează una de cealaltă; între plăcile care se răspândesc se creează o nouă litosferă.
litosferă stratul rigid, cel mai exterior al Pământului; include crusta și mantaua superioară și are o grosime de aproximativ 100 km.
creasta medio-oceanică un lanț muntos continuu pe fundul tuturor bazinelor oceanice majore, care marchează locul în care se creează o nouă podea oceanică atunci când două plăci litosferice se îndepărtează una de cealaltă.
polaritate normală un câmp magnetic care are aceeași direcție ca și cel actual al Pământului.
paleomagnetism magnetismul magnetizarea permanentă înregistrată în roci care permite reconstituirea vechiului câmp magnetic al Pământului.
Pangaea sau Pangea propunerea de „supercontinent” care a început să se despartă acum 200 de milioane de ani pentru a forma actualele continente.
tectonica plăcilor teoria care propune că litosfera Pământului este spartă în plăci care se deplasează peste un strat de plastic din manta. Interacțiunile dintre plăci produc cutremure, vulcani și munți.
polaritate inversă un câmp magnetic cu direcție opusă celei a câmpului actual al Pământului.
limită de plăci de transformare o limită între plăci litosferice care alunecă una pe lângă alta.
întindere a fundului mării o ipoteză, propusă la începutul anilor 1960, conform căreia se creează un nou fund oceanic acolo unde două plăci se îndepărtează una de cealaltă la nivelul crestelor de la mijlocul oceanelor.
zonă de subducție o zonă lungă și îngustă în care o placă litosferică coboară sub alta.Întoarceți-vă sus
Un model de împrăștiere a fondului marin
INTRODUCERE: Crearea de nou fond marin la centrele de răspândire din mijlocul oceanelor și distrugerea acestuia în zonele de subducție este unul dintre numeroasele cicluri care fac ca Pământul să cunoască schimbări constante.
SCOPUL: Scopul acestei activități este de a realiza un model simplu care să arate evoluția scoarței oceanice prin răspândirea și subducția solului oceanic.
MATERIALE:
2 foi de hârtie de 8,5″ x 11″ (cartonul poate fi înlocuit cu una dintre foi)
riglă
creioane colorate sau creioane colorate
foarfece
bandă adezivă transparentă
bandă adezivă de mascare
PROCEDURI: Dacă profesorul vă dă un șablon gata făcut pentru această activitate, săriți peste pașii 1-4.
1) Așezați o foaie de hârtie de legătorie astfel încât partea lungă să fie spre dumneavoastră (Fig. 1).
2) Desenați o linie verticală în mijlocul hârtiei cu o înălțime de 11,5 cm, lăsând 5 cm de fiecare parte a liniei. Această linie reprezintă un centru de răspândire din mijlocul oceanului (vezi figura 1).
3) Desenați o a doua linie verticală în dreapta liniei centrale, astfel încât să se afle la 3 cm de marginea dreaptă a hârtiei. Această linie reprezintă o zonă de subducție.
4) Desenați o a treia linie verticală la stânga liniei centrale, astfel încât să se afle la 3 cm de marginea stângă a hârtiei. Această linie reprezintă o altă zonă de subducție. Când ați terminat, foaia de hârtie ar trebui să semene cu diagrama din figura 1.
Etichetați creasta mijlocie a oceanului și zonele de subducție.
5) Cu o foarfecă, tăiați liniile verticale astfel încât să existe trei fante pe hârtie, toate la aceeași înălțime și paralele între ele. Pentru a întări fantele pe care le-ați făcut, puneți bandă adezivă peste fiecare dintre ele și tăiați din nou fanta prin intermediul benzii.
6) Pe a doua foaie de hârtie, desenați 11 benzi, fiecare cu lățimea de 2,54 cm (1″) perpendicular pe marginea lungă a hârtiei.
7) Alegeți o culoare pentru a reprezenta polaritatea normală și o a doua pentru a reprezenta polaritatea inversă. Colorați alternativ benzile pentru a reprezenta perioadele de polaritate normală și inversă. Colorați banda din extrema stângă ca polaritate inversă.
8) Tăiați hârtia în două, paralel cu marginea lungă, pentru a obține două benzi de hârtie, așa cum se arată în figura 2. Marcați benzile de pe fiecare bandă cu săgeți pentru a indica perioadele alternante de polaritate normală (săgeată în sus) și inversată (săgeată în jos). Return to top
9) Introduceți un capăt al fiecărei benzi de hârtie prin linia centrală de răspândire de pe prima bucată de hârtie (vezi figura 3).
10) Trageți fiecare bandă de hârtie spre fantele cele mai apropiate de marginile hârtiei (zonele de subducție). Legați cu bandă adezivă fiecare bandă pentru a face o buclă, așa cum se arată în figura 3.
11) Faceți să circule benzile de hârtie (care reprezintă crusta oceanică) pentru a simula mișcarea fundului oceanului de la centrul de răspândire mediană a oceanelor la zona de subducție.
Începeți mișcarea benzilor cu benzile care reprezintă polaritatea normală.
Întrebări:
1) Pământul are o vârstă de aproximativ 4,6 miliarde de ani. Pe baza observațiilor modelului dumneavoastră de răspândire a fundului mării, de ce credeți că cel mai vechi fund al oceanului are doar aproximativ 200 de milioane de ani?
2) Pe fundul oceanului real, benzile alternante de polaritate normală și inversă nu sunt toate de aceeași lățime. Ce vă spune acest lucru despre lungimile de timp reprezentate de polaritatea normală și inversă?
