49^ο ΓΕΝΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΑΘΗΝΩΝ

ΠΡΟΛΟΓΟΣ  -  ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΣΕΙΣΜΟΣ - ΙΣΤΟΡΙΑ ΣΕΙΣΜΟΛΟΓΙΑΣ - Η ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ ΤΗΣ ΓΗΣ - ΤΥΠΟΙ ΣΕΙΣΜΩΝ  -
ΘΕΩΡΙΑ ΛΙΘΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΠΛΑΚΩΝ  - ΣΕΙΣΜΟΙ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΚΑΙ ΤΟ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΤΟΞΟ  - ΣΕΙΣΜΟΙ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΡΧΑΙΟΤΗΤΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ  - ΡΗΓΜΑΤΑ  ΠΟΥ ΚΙΝΔΥΝΕΥΕΙ Η ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΟΥ  - ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΕΙΣΜΩΝ ΣΤΟ ΦΥΣΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ - ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΣΕΙΣΜΟΥΣ - ΑΛΛΕΣ ΕΡΓΑΣΙΕΣ - ΕΤΗΣΙΑ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ 2021 - ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Η ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ ΤΗΣ ΓΗΣ

   Για το εσωτερικό της Γης, έχουμε καταλήξει στο συμπέρασμα ότι η Γη έχει τέσσερα κελύφη (γεώσφαιρα): το φλοιό, το μανδύα, τον εξωτερικό πυρήνα και τον εσωτερικό πυρήνα.

Τομή της γης

Ο φλοιός της Γης

   Ο φλοιός είναι το εξωτερικό στρώμα πετρωμάτων και το πάχος του κυμαίνεται από 25 έως 60 km κάτω από τις ηπείρους και 4 έως 6 km κάτω από τους ωκεανούς, σε μεγάλα βάθη. Έχει περίεργη εσωτερική δομή σε πολλά σημεία που αποτελούν τεκτονικά ενεργές και μεταβατικές περιοχές σε ολόκληρο τον πλανήτη.

    Μολονότι ζούμε πάνω στο φλοιό της Γης και μπορούμε να πάρουμε δείγματά του, είτε από την επιφάνεια, είτε με διάνοιξη ορυγμάτων για να προσδιορίσουμε το πάχος του, είμαστε αναγκασμένοι να βασιστούμε και πάλι σε σεισμικά στοιχεία.

   Σε γενικές γραμμές ο ηπειρωτικός φλοιός αποτελείται από εκρηξιγενή πετρώματα χαμηλής πυκνότητας με μέση σύνθεση ανάμεσα σε εκείνη του γρανίτη και του βασάλτη. Οι γρανίτες είναι το σημαντικότερο πέτρωμα από πλευράς όγκου στα ανώτερα στρώματα του ηπειρωτικού φλοιού και καλύπτονται από πολλά ιζηματογενή πετρώματα που σχηματίζουν μια σχετικά λεπτή επίστρωση στην επιφάνεια.

Ο φλοιός της γης

    Τα πετρώματα του ωκεάνιου φλοιού παρουσιάζουν μικρότερη ποικιλία, αποτελούμενα κυρίως από βασάλτη. Τα υλικά του ωκεάνιου φλοιού είναι λίγο πυκνότερα από εκείνα του ηπειρωτικού φλοιού, γιατί περιέχουν μεγάλη ποσότητα σιδήρου το οποίο είναι πιο πυκνό στοιχείο και λιγότερο πυρίτιο το οποίο είναι ελαφρύτερο.

Ο μανδύας της Γης

   Ο μανδύας εκτείνεται από τη βάση του φλοιού σε βάθος 2.885 km και αποτελείται από πυριτικά πετρώματα μεγάλης πυκνότητας. Τα σεισμικά κύματα P και S διαπερνούν όλα σχεδόν τα τμήματα του μανδύα, γεγονός που αποδεικνύει ότι ο μανδύας είναι στερεός και συνεκτικός, τουλάχιστον για μικρές χρονικές κλίμακες. Η έκφραση αυτή οφείλεται στο ότι υπάρχουν ενδείξεις ότι ακόμη και τα πετρώματα του μανδύα «ρέουν» αργά σε μακροχρόνιες γεωλογικές περιόδους εκατομμυρίων ετών, λόγω των μεγάλων θερμοκρασιών και πιέσεων που επικρατούν σ' αυτόν (ρεύματα μεταφοράς).

Ρεύματα μεταφοράς στο μανδύα.

   Ο μανδύας χωρίζεται σε κελύφη και περιοχές ανωμαλιών, οι οποίες είναι στενά συνδεδεμένες με τις δυναμικές γεωλογικές διεργασίες που προκαλούν τις μορφολογικές και τεκτονικές μεταβολές στην επιφάνεια. Η συμπεριφορά των σεισμικών κυμάτων δηλώνει πως τα 100 km εξωτερικά μαζί με το φλοιό είναι σχετικά στερεό και ονομάζεται λιθόσφαιρα. Ενώ κάτω απ' αυτά υπάρχει ένα μαλακότερο στρώμα 400 km περίπου που ονομάζεται ασθενόσφαιρα.

Ο εξωτερικός πυρήνας της Γης

   Κάτω από το στερεό μανδύα, προχωρώντας προς το εσωτερικό της Γης, υπάρχει ο εξωτερικός πυρήνας της Γης. Αυτός παρουσιάζεται υγρός και η σύνθεσή του είναι κυρίως σίδηρος, οξυγόνο και πυρίτιο. Η πυκνότητα του εξωτερικού πυρήνα της Γης όπως έχει βρεθεί κυμαίνεται από 9.9∙10³ kgr/m³ έως 12.3∙10³ kgr/m³ ανάλογα με το βάθος, εξαιτίας της αυξανόμενης συμπίεσης. Από γεωχημικής σύνθεσης των υλικών καθώς και την πυκνότητα πιστεύουν πως στον εξωτερικό πυρήνα ο σίδηρος ενώνεται με θείο, σχηματίζοντας θειούχο σίδηρο, ο οποίος είναι ένα ιδανικό μέσο για την παραγωγή του μαγνητικού πεδίου της Γης.

   Η υγρή φύση του εξωτερικού πυρήνα στηρίζεται στο ότι δεν έχουν ανιχνευτεί ποτέ, σε σεισμογραφήματα, κύματα που να τον έχουν διασχίσει υπό τη μορφή κυμάτων S (διατμητικού τύπου), μια και τα κύματα S δεν έχουν τη δυνατότητα να μεταδοθούν μέσω μη στερεών υλικών.

  Συνεπώς θα πρέπει ο εξωτερικός πυρήνας να βρίσκεται σε υγρή κατάσταση. Οι ανακλάσεις των σεισμικών κυμάτων P και S γίνονται συστηματικά στην εξωτερική επιφάνεια του πυρήνα γεγονός που υποδηλώνει την ύπαρξη ενός διαχωριστικού ορίου στο σημείο εκείνο.

Ο εσωτερικός πυρήνας της Γης

   Έχει διαπιστωθεί ότι μέσα στον πυρήνα υπάρχει ένας εσωτερικός πυρήνας στον οποίο η ταχύτητα είναι μεγαλύτερη απ΄ αυτή του εξωτερικού πυρήνα. Η ακτίνα του εσωτερικού πυρήνα λαμβάνεται ως το 0.2205 της γήινης ακτίνας.

   Σήμερα έχει γίνει ευρέως αποδεκτή η ύπαρξη ενός μικρού σώματος στο κέντρο της Γης με ακτίνα που σήμερα υπολογίζεται στα 1216 km. Γνωρίζουμε ότι μετά το όριο εσωτερικού-εξωτερικού πυρήνα συμβαίνει μια σημαντική αύξηση του αξονικού συντελεστή καθώς και μια μικρή αύξηση της πυκνότητας. Η πυκνότητα του εσωτερικού πυρήνα έχει υπολογιστεί ότι είναι 13.5 ∙10³ kgr/m³.   Η πυκνότητα, δηλαδή, του εσωτερικού πυρήνα είναι περίπου όσο η πυκνότητα του υδραργύρου πάνω στην επιφάνεια της Γης. Όμως ο πυρήνας δεν αποτελείται από υδράργυρο. Θα μπορούσε να υποθέσουμε ότι αποτελείται από νικέλιο και σίδηρο όπως και έχει διαπιστωθεί σε συσχετισμό με τους σιδηρομετεωρίτες. Το νικέλιο είναι λίγο πιο πυκνό από το σίδηρο. Συνεπώς ο πυρήνας αποτελείται από ένα μείγμα 40% περίπου νικέλιο και 60% περίπου σίδηρο, πράγμα το οποίο συμφωνεί με την παρατηρούμενη πυκνότητά του.

Πυρήνας γης 

   Στα όρια του φλοιού και του μανδύα παρατηρείται η ασυνέχεια Mohorovicic (ή απλά Moho), ενώ στα όρια του μανδύα με τον πυρήνα η ασυνέχεια Gutenberg (ασυνέχειες πρώτης τάξης).

   Οι ασυνέχειες δεύτερης τάξης ορίζουν τα όρια μεταξύ των διάφορων στιβάδων στα κελύφη:

η ασυνέχεια Conrad μεταξύ της γρανιτικής και βασαλτικής στιβάδας στο φλοιό, η ασυνέχεια Repetti μεταξύ του άνω και κάτω μανδύα και η ασυνέχεια Lehman μεταξύ του εξωτερικού και του εσωτερικού πυρήνα.

   Οι ταχύτητες των σεισμικών κυμάτων μεταβάλλονται στα τρία κελύφη και στις ασυνέχειες.

   Η χαρακτηριστική μείωση της ταχύτητας των σεισμικών κυμάτων στη ζώνη αμέσως κάτω από τη Moho, οφείλεται στην ύπαρξη ενός ασθενούς μηχανικά στρώματος πάχους περίπου 50-100 km που ονομάζεται ασθενόσφαιρα και σχηματίζει τον ασθενοσφαιρικό δίαυλο.

Η θερμότητα του εσωτερικού της Γης

   Η παραγόμενη στο εσωτερικό της Γης θερμότητα είναι της τάξης των 1028 erg το χρόνο. Η θερμότητα αυτή, αν και μικρή σε σύγκριση με την ηλιακή θερμότητα που φτάνει στη Γη, αποτελεί το βασικό αίτιο όλων των γεωδυναμικών φαινομένων. Το μεγαλύτερο μέρος της ακτινοβολείται στο διάστημα, αλλά ένα σημαντικό ποσοστό δαπανάται για τη δημιουργία των ηφαιστείων, τις ορογενέσεις και την πρόκληση των σεισμών. Για το λόγο αυτό, η μελέτη της θερμότητας του εσωτερικού της Γης έχει πολύ μεγάλη σημασία για τη σπουδή των ηφαιστείων και γενικά των γεωφυσικών φαινομένων.

   Πώς όμως διαπιστώνεται αυτή η θερμότητα; Βρέθηκε ότι στις στοές των ορυχείων και στις βαθιές γεωτρήσεις πέρα από τα 20 μέτρα περίπου, (αυτό είναι το όριο μέχρι το οποίο μπορεί να επιδράσει η ηλιακή ακτινοβολία), η θερμοκρασία ανεβαίνει κατά 1oC για κάθε 30 μέτρα καθόδου στο εσωτερικό της Γης, κατά μέσο όρο. Αυτό το μέτρο το ονομάζουμε γεωθερμική βαθμίδα.   Πρέπει όμως να τονιστεί στο σημείο αυτό ότι η γεωθερμική βαθμίδα διαφέρει αρκετά από τόπο σε τόπο. Στα γεωθερμικά και ηφαιστειακά πεδία, για παράδειγμα, η αύξηση της θερμοκρασίας με το βάθος είναι πολύ μεγαλύτερη.

Στο σύνορο ανάμεσα στον εσωτερικό και τον εξωτερικό πυρήνα, όπου υπάρχει ακόμα μεγαλύτερη πίεση  η θερμοκρασία πρέπει να φθάνει στους 6.000 βαθμούς Κελσίου (συν/πλην 500 βαθμούς).

   Για να απαντήσουμε στο ερώτημα, ποια είναι η θερμοκρασία των βαθύτερων τμημάτων της Γης (μανδύα, πυρήνα) θα μπορούσαμε να υποθέσουμε ότι η γεωθερμική βαθμίδα παραμένει σταθερή. Τότε, θα υπολογίζαμε τη θερμοκρασία του πυρήνα σε 200.000^o C περίπου. Αυτή η τιμή είναι φυσικά υπερβολική γιατί η γεωθερμική βαθμίδα αφορά μόνο τα επιφανειακά στρώματα.  Άλλωστε, αυτό συμπεραίνεται και από τις παρατηρήσεις των ηφαιστειακών λαβών που δεν ξεπερνούν τους 1.300° C. Το πιθανότερο είναι ότι η θερμοκρασία σε βάθος 100 Km, κυμαίνεται μεταξύ 1.500 και 2.000° C.
   Κάτω από τέτοιες υψηλές θερμοκρασίες τα υλικά του εσωτερικού της Γης θα έπρεπε να διατηρούνται σε υγρή κατάσταση. Αυτό όμως, όπως ξέρουμε, δεν συμβαίνει στην πραγματικότητα, γιατί στην αντίθετη περίπτωση η δύναμη έλξης της Σελήνης θα επηρέαζε αισθητά τον φλοιό του πλανήτη μας. Για παράδειγμα, θα μπορούσε να αποσπά υλικά από τα επιφανειακά στρώματα και να τα βυθίζει πάλι στο εσωτερικό της αρκετές φορές την ημέρα, όπως περίπου γίνεται με τις παλίρροιες. Οι μεγάλες πιέσεις, όμως, είναι εκείνες που εμποδίζουν το λιώσιμο των υλικών.

   Πράγματι, η πίεση αυξάνει επίσης με το βάθος. Πολύπλοκοι θεωρητικοί υπολογισμοί έχουν δώσει μια προσεγγιστική εκτίμηση της αύξησης της πίεσης και της πυκνότητας για τα διάφορα βάθη στο εσωτερικό της Γης. Προκύπτει έτσι τιμή πίεσης στο κέντρο του πλανήτη μας ίση με 3.9 εκατομμύρια ατμόσφαιρες. Στα 80 km περίπου, όπου τοποθετείται το όριο του φλοιού και του άνω μανδύα, η πίεση φτάνει τις 30.000 ατμόσφαιρες. Μια τέτοια πίεση ανυψώνει το σημείο τήξης των πετρωμάτων και τα διατηρεί σε στερεά κατάσταση. Ο βασάλτης, για παράδειγμα, σε κανονικές συνθήκες λιώνει στους 1.150° C, υπό πίεση όμως 30.000 ατμοσφαιρών λιώνει σε θερμοκρασία μεγαλύτερη των 1.400° C.