Din punct de vedere general, Pământul are patru straturi: crusta solidă la exterior, mantaua și nucleul – împărțit între nucleul exterior și nucleul interior.
Coroasa
Coroasa este tot ceea ce putem vedea și studia direct. Cel mai subțire strat al Pământului, scoarța măsoară încă aproximativ 40 km în medie, variind de la 5-70 km (~3-44 mile) în adâncime. Dar, la scara planetei, aceasta este mai puțin decât pielea unui măr.
Există două tipuri de crustă: crusta continentală și crusta oceanică. Crusta oceanică poate fi găsită pe fundul oceanelor sau sub crusta continentală; este în general mai dură și mai adâncă, fiind formată din roci mai dense, cum ar fi bazaltul, în timp ce crusta continentală conține roci de tip granit și sedimente. Crusta continentală este mai groasă pe uscat.
Coroasa nu este un singur lucru rigid, ci este împărțită în mai multe plăci tectonice. Aceste plăci tectonice nu sunt staționare, ci sunt în mișcare relativă una față de alta. În funcție de relație și de cadrul geologic, există trei tipuri de limite ale plăcilor tectonice: convergentă (se deplasează una spre cealaltă), divergentă (se îndepărtează de cealaltă) și transformantă (se deplasează lateral).
Aceste plăci „plutesc” pe mantaua superioară moale și plastică.
Mantaua
Mantaua se întinde în jos 2.890 km, ceea ce o face cel mai gros strat al Pământului. Ea reprezintă aproximativ 84% din volumul Pământului. Tot ceea ce știm despre mantaua cunoaștem indirect, deoarece niciun studiu uman nu a reușit să meargă dincolo de crustă. Majoritatea lucrurilor pe care le știm despre mantaua le cunoaștem din studiile seismologice (mai multe despre asta mai târziu).
Mantaua este, de asemenea, împărțită în mai multe straturi, pe baza proprietăților seismologice. Mantaua superioară se întinde de unde se termină scoarța până la aproximativ 670 km. Chiar dacă această zonă este considerată ca fiind vâscoasă, o puteți considera, de asemenea, ca fiind formată din rocă – mai exact o rocă numită peridotit. Mai jos, mantaua inferioară se întinde de la 670 până la aproape 2900 de kilometri sub suprafață.
Este practic acceptat până acum faptul că mantaua nu se află într-o stare stabilă, ci mai degrabă într-o stare de mișcare constantă. Există o circulație convectivă generală, cu material fierbinte care urcă spre suprafață și material mai rece care merge mai adânc. În general, se crede că această convecție dirijează de fapt circulația plăcilor tectonice din crustă.
Majoritatea cutremurelor se formează la suprafață, în crustă; pe măsură ce plăcile se refulează și se tractează se creează tensiune, iar când această tensiune se eliberează sau când ceva se rupe se produce un cutremur. Cu toate acestea, cutremurele se pot produce și în mantaua, iar la acele presiuni nu se poate vorbi despre falii și rupturi. În zonele de subducție, unde un plan trece sub altul, au fost observate cutremure la adâncimi de până la 670 km. Mecanismul din jurul acestor cutremure nu este încă bine înțeles, dar una dintre teorii este că unele minerale trec de la o stare la alta, schimbându-și volumul în acest proces. Această schimbare de volum poate duce la cutremure.
Cu toate acestea, ne apropiem din ce în ce mai mult de înțelegerea mantalei – chiar și fără să ajungem acolo. În ultimul timp, cercetătorii s-au apropiat de reproducerea temperaturii/presiunii ridicate din mantaua, iar modelele computerizate de nivel înalt dezvăluie, de asemenea, unele dintre secretele sale.
Nucleul
Noi ne referim uneori la nucleu ca la un singur lucru, deși nucleul interior și nucleul exterior sunt fundamental diferite – nu sunt straturi ale aceluiași lucru. Nucleul interior „solid” are o rază de ~1.220 km, în timp ce nucleul exterior „lichid” se întinde până la o rază de ~3.400 km.
Așteaptă, dacă nu am putea merge în mantaua, cum am putea ști că una este solidă și alta nu? Ei bine, ca și înainte, răspunsul este același: undele seismice (aproape am ajuns acolo).
Nucleul interior
Temperaturile și presiunile din nucleul interior sunt absolut extreme, la aproximativ 5.400 °C (9.800 °F) și 330 până la 360 gigapascali (3.300.000 până la 3.600.000 atm).
Se crede, în general, că nucleul interior crește foarte încet – pe măsură ce nucleul se răcește, o mai mare parte din nucleul exterior se solidifică și devine o parte a nucleului interior. Se crede că rata de răcire este foarte mică, de aproximativ 100 de grade Celsius pe miliard de ani. Cu toate acestea, chiar și această creștere lentă se crede că are un impact semnificativ în generarea câmpului magnetic al Pământului prin acțiunea dinamovică în nucleul exterior lichid.
Mai degrabă interesant, nucleul interior pare să fie asimetric pe linia Est-Vest. Există un model care explică această asimetrie cu topirea pe o parte și cristalizarea pe cealaltă. Această anomalie afectează probabil și câmpul magnetic al Pământului, creând o asimetrie pe partea de cristalizare.
Nucleul exterior
Nucleul exterior este un fluid cu vâscozitate scăzută (de aproximativ zece ori mai mare decât vâscozitatea metalelor lichide de la suprafață) – „lichid” este un termen destul de impropriu. Deoarece are o vâscozitate foarte scăzută, este ușor de deformat și maleabil. Este locul unei convecții violente. De asemenea, se crede că suferă de curenți de convecție foarte violenți – hei, și ghiciți ce? Agitarea nucleului exterior și mișcarea sa relativă este responsabilă pentru câmpul magnetic al Pământului.
Cea mai fierbinte parte a nucleului exterior este de fapt mai fierbinte decât nucleul interior; temperaturile pot atinge 6.000° Celsius (10.800° Fahrenheit) – la fel de fierbinte ca suprafața soarelui.
Cum știm despre straturile Pământului
Noi putem vedea doar fracțiuni foarte mici din scoarța terestră, care la rândul ei este o fracțiune mică din planeta noastră – deci cum putem ști toate aceste lucruri?
Bine, cea mai bună sursă de informații pe care o avem sunt undele seismice. Atunci când are loc un cutremur, acesta eliberează unde de presiune care se propagă apoi pe întreaga planetă. Aceste unde transportă cu ele informații din straturile pe care le traversează – inclusiv mantaua și nucleul. Prin studierea propagării de Prin studierea propagării undelor prin Pământ putem afla informații despre proprietățile fizice ale interiorului Pământului. De exemplu, unele unde se propagă doar prin medii solide, în timp ce altele se propagă atât prin medii solide, cât și lichide – astfel încât pot arăta dacă un anumit strat este solid sau nu. Undele seismice eșantionează fâșii înguste din interiorul Pământului, astfel încât putem, de asemenea, să izolăm informațiile pe care le transportă; analizând mai multe cutremure înregistrate la mai multe stații seismice, putem produce o analiză asemănătoare unei tomografii computerizate a unei zone.
Razele se îndoaie și se reflectă în funcție de proprietățile mediului prin care trec, iar viteza undei este, de asemenea, afectată de mediu.
În plus, simulările moderne în laborator au arătat cum se comportă probabil mineralele la acele temperaturi și presiuni, și avem, de asemenea, informații gravitaționale și magnetice indirecte, precum și studii asupra magmei și a cristalelor găsite la suprafață – dar cea mai mare parte a informațiilor provine din seismologia globală. Este pur și simplu uimitor faptul că, fără să ne apropiem măcar de el, putem ști atât de multe despre straturile Pământului.