ΝΕΟ ΣΤΡΩΜΑ ΣΤΟ ΜΑΝΔΥΑ ΤΗΣ ΓΗΣ
Η βαθύτερη τρύπα που έχει σκάψει ο άνθρωπος είναι αυτή στη ρωσική χερσόνησο Κόλα, που φτάνει στα 12 χιλιόμετρα μέσα στη γη. Αν και αυτή τη στιγμή μια διαστημοσυσκευή κατευθύνεται προς τον Πλούτωνα (περίπου 6 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά από τον Ήλιο), δεν έχουμε καταφέρει να στείλουμε ανιχνευτικό σκάφος βαθιά στο εσωτερικό του πλανήτη (για την ακρίβεια δεν έχουμε αποπειραθεί καν). Με αυτή την έννοια, το κέντρο της Γης, που βρίσκεται σε βάθος 6.380 χιλιομέτρων, βρίσκεται πιο μακριά από το άκρο του ηλιακού μας συστήματος. Μάλιστα, ο Πλούτωνας ανακαλύφθηκε το 1930, ενώ η ύπαρξη του εσωτερικού πυρήνα της Γης τεκμηριώθηκε με σεισμολογικά δεδομένα μόλις 6 χρόνια αργότερα.
Ωστόσο, οι γεωλόγοι και οι γεωφυσικοί έχουν μάθει εκπληκτικά πολλά για το εσωτερικό του πλανήτη μας, αξιοποιώντας διάφορες έμμεσες μεθόδους. Οι επιστήμονες χαρτογραφούν τη δομή του εσωτερικού της Γης, καταγράφοντας τη διάδοση των σεισμικών κυμάτων. Μετά από ένα σεισμό, τα κύματα ταξιδεύουν ως την άλλη άκρη του πλανήτη, όπου καταγράφονται από ευαίσθητα όργανα. Όταν τα κύματα διασχίζουν τις διεπιφάνειες μεταξύ διαφορετικών υλικών κατά ένα μέρος διαθλώνται και ανακλώνται. Η ένταση και η μορφή των κυμάτων που φτάνουν σε διάφορα σημεία μετά το σεισμό αποκαλύπτει πολλά για το τι συνάντησαν στο εσωτερικό.
Γνωρίζουμε ότι η δομή της Γης είναι σαν κρεμμύδι, με τον πυρήνα, τον μανδύα και τον στερεό φλοιό να σχηματίζουν ομόκεντρα στρώματα. Ο μανδύας αποτελεί το 85% του όγκου της και η αργή ανάδευσή του είναι η αιτία των γεωλογικών κατακλυσμών που εκδηλώνονται στην επιφάνεια με τη μορφή σεισμών, ηφαιστείων, μετακινήσεων των τεκτονικών πλακών, αλλαγής της γεωμορφολογίας στη μεγάλη κλίμακα. Αυτό το ενδιάμεσο στρώμα αποτελείται κυρίως από πυρίτιο, σίδηρο, οξυγόνο και μαγνήσιο - το καθένα από τα οποία εμφανίζεται περίπου στην ίδια συγκέντρωση σε όλο τον μανδύα - συν μικρότερες ποσότητες από άλλα χημικά στοιχεία. Όμως ανάλογα με το βάθος, αυτά τα στοιχεία συνδυάζονται σε διαφορετικά είδη ορυκτών. Έτσι και ο ίδιος ο μανδύας χωρίζεται με τη σειρά του σε ομόκεντρα στρώματα, με διαφορετικά πετρώματα να κυριαρχούν σε διαφορετικά βάθη.
Αν και η φύση και η σύνθεση των περισσότερων από αυτά τα στρώματα έχει κατανοηθεί αρκετά καλά τις τελευταίες δεκαετίες, μέχρι πρόσφατα παρέμεναν πολλά ερωτηματικά για το κατώτερο στρώμα. Το 2002, η σύνθεση σε εργαστήριο ενός νέου, πυκνού πετρώματος, που σχηματίζεται σε θερμοκρασίες και πιέσεις που υπάρχουν στα κατώτερα 300 χιλιόμετρα του μανδύα, θεωρείται ότι έλυσε το μυστήριο. Από τότε μέχρι σήμερα, μελέτες έδειξαν ότι αυτό το ορυκτό, που ονομάζεται μεταπεροβσκίτης, επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τη δυναμική συμπεριφορά του πλανήτη. Σημαίνει ότι τα ρεύματα συναγωγής του μανδύα, στα οποία τα ψυχρότερα πετρώματα βυθίζονται και τα θερμότερα πετρώματα αναδύονται, είναι πιο δυναμικά και αποτελεσματικά στη μεταφορά θερμότητα απ' ότι πιστευόταν. Χωρίς τον μεταπεροβσκίτη, οι ήπειροι θα είχαν αναπτυχθεί με πιο αργό ρυθμό και τα ηφαίστεια θα ήταν πιο ήσυχα. Ο σχηματισμός μεταπεροβσκίτη μπορεί επίσης να επιτάχυνε την ενίσχυση του μαγνητικού πεδίου της Γης, που επιτρέπει την ύπαρξη ζωής στην επιφάνεια, καθώς την προστατεύει από το μεγαλύτερο μέρος των κοσμικών ακτίνων και του ηλιακού ανέμου. Ο μεταπεροβσκίτης φαίνεται να είναι ένα κρίσιμο συστατικό της εξέλιξης του πλανήτη.
Οι ήπειροι αποτελούνται από διάφορα πετρώματα ηλικίας αρκετών δισεκατομμυρίων ετών και σχετικά μικρής πυκνότητας. Ετσι επιπλέουν πάνω στον πυκνότερο μανδύα που βρίσκεται από κάτω. Τα βαριά βασαλτικά πετρώματα που σχηματίζουν το μεγαλύτερο μέρος του ωκεάνιου στερεού φλοιού, προέρχονται από το μάγμα του μανδύα, που εξέρχεται σε υποθαλάσσιες κορυφογραμμές και τελικά βυθίζεται και πάλι στο μανδύα, συνήθως μέσα σε 100 εκατομμύρια χρόνια.
Τα πετρώματα του μανδύα αποτελούνται κυρίως από οξυγόνο, πυρίτιο και μαγνήσιο. Παρότι είναι κατά κύριο λόγο στερεός, παραμορφώνεται σε γεωλογική κλίμακα χρόνου. Μάλιστα, τα πετρώματα ρέουν αργά, καθώς ρεύματα θερμότητας αναδεύουν ολόκληρο το μανδύα. Αυτή η ροή διαχέει την εσωτερική θερμότητα του πλανήτη και προξενεί την κίνηση των τεκτονικών πλακών.
Καθώς σε μεγαλύτερα βάθη υπάρχει μεγαλύτερη πίεση και θερμοκρασία, τα συστατικά που απαρτίζουν το μανδύα διατάσσονται σε διαφορετικές κρυσταλλικές δομές (ορυκτά), σχηματίζοντας στρώματα. Τρία ορυκτά - ο ολιβίνης, ο τροποποιημένος σπινέλλιος και ο σπινέλλιος - δίνουν στα στρώματα του ανώτερου μανδύα τα ονόματά τους.
Ο κατώτερος μανδύας επί δεκαετίες θεωρούνταν ως σχετικά ομογενής. Ομως σεισμολογικά δεδομένα δείχνουν ότι κάτι διαφορετικό συμβαίνει στο κάτω μέρος του μανδύα.
Στρώμα περοβσκίτη
Το κυρίαρχο ορυκτό εδώ (70% κατά βάρος) είναι το πυριτικό μαγνήσιο (MgSiO3), που ανήκει στην οικογένεια των κρυσταλλικών δομών που ονομάζονται περοβσκίτες. Σε αυτήν την πυκνή δομή, τα ιόντα μαγνησίου (κίτρινα) περιβάλλονται από οκταεδρικές ομάδες πυριτίου - οξυγόνου (γαλάζια σχήματα διπλής πυραμίδας). Μέχρι πρόσφατα, οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι δεν μπορούσε να υπάρξει πυκνότερη κρυσταλλική διάταξη αυτών των χημικών στοιχείων.
Στρώμα μεταπεροβσκίτη
Στις πιέσεις και θερμοκρασίες των τελευταίων 300 χλμ. του μανδύα, ο περοβσκίτης μετασχηματίζεται σε μια νέα δομή: τα ιόντα μαγνησίου και οι ομάδες πυριτίου - οξυγόνου διατάσσονται σε διαφορετικά στρώματα. Η μετάβαση απελευθερώνει θερμότητα και μειώνει τον όγκο του υλικού κατά 1,5% - μικρή διαφορά, αλλά με μεγάλη επίδραση σε ολόκληρο τον πλανήτη.
Το βαθύτερο τμήμα της Γης αποτελείται κυρίως από σίδηρο, που είναι υγρός στον εξωτερικό πυρήνα και στερεός στον εσωτερικό. Η μεταφορά θερμότητας με ρεύματα αναδεύει τον εξωτερικό πυρήνα, με τον ίδιο τρόπο που αναδεύει και το μανδύα, αλλά επειδή ο πυρήνας είναι πολύ πιο πυκνός, λίγη ανάμειξη προκαλείται ανάμεσα στον μανδύα και τον πυρήνα. Τα ρεύματα υλικού του εξωτερικού μανδύα θεωρείται ότι παράγουν το μαγνητικό πεδίο της Γης.
Σχόλια