מעטפת כדור הארץ

חקר המעטפת

לא ניתן לדגום את המעטפת ישירות, אך באמצעים עקיפים ניתן לקבל מידע חלקי המותיר אי-ודאות באשר להרכב המדויק שלה.

ניתוח של סלעים

קירוב לניתוח ישיר של סלעי המעטפת ניתן לקבל באמצעות ניתוח סלעים הנובעים ממנה, שעברו מבעד לקרום אל פני השטח.

פרידוטיט ובזלת אוקיינית

החומרים הנפלטים ממרכזי ההתפשטות האוקייניים, דוגמת בזלת ופרידוטיט, נחשבים לבלתי-מזוהמים כמעט מפני שהם מתפרצים מרבדיה השונים של המעטפת במהירות גבוהה. מסלעים אלה ניתן להסיק מידע חשוב, ודגימתם נחשבת שיטה אמינה לקבלת מידע על הרכב המעטפת עד לעומק של 300 ק"מ. פרידוטיט עשוי להתקיים בעומקים גבוהים יותר של המעטפת, ויש אף חוקרים הסבורים כי המעטפת כולה פרידוטיטית בהרכבה.

מאפיינים

המעטפת היא האמצעית משלוש השכבות הקונצנטריות הראשוניות המרכיבות את כדור הארץ, וביחד עם הגלעין מרכיבה יותר מ-99% מנפחו. המעטפת משתרעת מתחום אי הרציפות מוהורוביצ'יץ' – המצוי בתחתית הקרום בעומק של 25–35 ק"מ מתחת לקרום יבשתי ו-6–11 ק"מ מתחת לקרום אוקייני, ועד לתחום אי הרציפות וייכרט-גוטנברג בעומק של 2,890 ק"מ – בגבול עם הגלעין החיצוני.
בעומק שבין 100 ו-350 ק"מ במעטפת שוררת טמפרטורה גבוהה, בעטיה מותכים כ-2 אחוזים מסלעיה ומתאפשרת תנועה איטית מאוד של חומרים. בעומק העולה על 350 ק"מ הטמפרטורה גבוהה יותר ומגיעה עד 4,000 מעלות צלזיוס, אך הלחץ הרב מונע את התכתו של המסלע.

מבנה המעטפת

המעטפת מצויה בתחום שבין שני תחומי אי רציפות: תחום אי הרציפות מוהו בגבולה העליון ותחום אי הרציפות וייכרט-גוטנברג בגבולה התחתון, והיא נחלקת לשתי שכבות עיקריות:

המעטפת התחתונה

השכבה התחתונה של המעטפת עבה יותר ומשתרעת מתחתית המעטפת העליונה ועד לתחום אי הרציפות וייכרט-גוטנברג בעומק 2,900 ק"מ לערך. מעלייה במהירותם של גלים סייסמיים עולה כי חלק זה של המעטפת מתאפיין בעלייה חדה של כ-20% בצפיפות לעומת המעטפת העליונה.

הרכב המעטפת


המעטפת מורכבת בעיקר מסלעי סיליקט עשירים במגנזיום וברזל. חום רב גורם לסלעים לעלות אל עבר הקרום שם הם מתקררים ויורדים בחזרה אל הליבה. מאמינים כי תנועה זו (זהה למנורת לבה) היא הגורם לתנועת הלוחות הטקטוניים.
מאז קבלתה של פרדיגמת טקטוניקת הלוחות השתנו התפיסות הנוגעות להרכבה של מעטפת כדור הארץ. את האמונה הרווחת באותה עת ואת הקשר בין הרכבה של המעטפת העליונה לזה של מטאוריטים תיארו הגאוכימאי והמינרלוג הניו זילנדי בריאן מייסון (Brian Mason‏, 1917–2009), שהיה בין חלוצי המחקר המטאוריטי, והגאולוג הבריטי ארתור הולמס (Arthur Holmes‏, 1890–1965).
בשנת 1965 יצאה מהדורה שנייה לספרו של הולמס "Principles of physical geology" משנת 1944, בה ציין כי:
כבר מזמן נחשבו מטאוריטים, סלעיים וברזליים, רמזים ישירים לטבעם של המעטפת והגלעין של כדור הארץ. מטאורים סלעיים דומים לפרידוטיטים הארציים שלנו בכמה אופנים, ויותר מכך, לכמה סוגים יש הרכבים שאינם שונים מכמה מן הבזלות שלנו. מסיבות אלה ואחרות, טווח דומה של הרכבים במעטפת, הנשלט על ידי חומרים אולטרה-מאפיים, נראה כניחוש סביר. השינוי הפתאומי של מהירויות סייסמיות במוהו מצביע על שינוי בהרכב (כלומר, מסלע מאפי למעלה לאולטרה-מאפי למטה) או שינוי במצב (למשל מגברו או אמפיבוליט לשינוי בלחץ, אשר, לשם הנוחות, אנו עשויים להתייחס אליו כאל אקלוגיט), ללא שינוי רב בהרכב. סוגי פרידוטיטים עתירי אוליבין ונושאי גארנט, בטמפרטורות ובלחץ המתאימים, מניבים מהירויות סייסמיות המתאימות בערך למרבית חלקי המעטפת העליונה. גם אקלוגיט יתאים במידה שווה, והֶקשֵׁרים של סלעים יתאימו לדרישות הצפיפות והסייסמיוּת. העובדה שסלעי אקלוגיט קיימים במעטפת מוכחת באמצעות קיומם כתכלילים בצינורות יהלומים, וכמה מהם מכילים יהלומים בעצמם. ועוד, מאגמה בזלתית עולה מן המעטפת, ומקור אפשרי מאוד לאספקת בזלת יהיה התכת אקלוגיט. אפשרות אחרת, שתוסיף מגוון לסוגי הבזלת הנוצרת, תהיה התכה חלקית של פרידוטיט נושא גארנט.
אף שסלעי אקלוגיט עשויים לייצג את המעטפת הראשונית או קרום אוקייני מופחת, קיימת בעיה בהשערת המעטפת העליונה האקלוגיטית: קסנוליתים של אקלוגיט נדירים בקימברליט, ואילו תפוצתם של קסנוליתים פרידוטיטיים בו גבוהה.
גם מייסון, במהדורה השלישית של ספרו "Principles of Geochemistry" שיצאה בשנת 1966, מתייחס לקשר בין הרכבה המשוער של המעטפת העליונה – פרידוטיט וכמויות קטנות של פלגיוקלז, להרכבם של מטאוריטים כונדריטיים. עם זאת, הוא הצביע על מחלוקת הנוגעת לתחום אי הרציפות מוהורוביצ'יץ': בעוד חלק מהחוקרים ראו בו גבול פיזיקלי הנובע משינוי במהירות מעבר גלים סייסמיים, ראו בו אחרים גבול כימי בדמות הבדל בהרכב הסלעים המתבטא במודל לפיו למעטפת העליונה הרכב אולטרה-מאפי – שלושה רבעים דוניט או פרידוטיט ורבע בזלת תולאיטית.