Dünya'nın mantosu

Manto, yer kabuğu ile çekirdek arasında yer alan, derinliğe göre değişen ısıya sahip bir yer katmanıdır. Mantonun üst kesimi yüksek sıcaklık ve basınçtan dolayı plastikimsi özellik gösterir. Alt kesimleri ise sıvı halde bulunur. Bu nedenle mantoda sürekli olarak alçalıcı-yükselici hareketler görülür. Kalınlığı 2.860 kilometreye yakındır. Ultra bazik kayaç veya ultramafik kayaçlardan oluşur. Dünya'nın en kalın katmanıdır. Ağır olup yoğunluğu 3,56 g/cm3 arasında bulunur. Bazı gezegenler, bazı asteroitler ve bazı gezegen uyduları mantoya sahiptir. Sıcaklığı 1900-3700 C arasında değişir. Yapısında silisyum, magnezyum, nikel ve demir bulunmaktadır. Okyanus ortası sırtlarında oluşan kısmi manto erimesi okyanusal kabuğu, Yitim zonlarında meydana gelen kısmi manto erimeleri ise kıtasal kabuğu oluşturmaktadır.
Bölümleri
Dünya'nın mantosu 2 kısıma ayrılır bunlar üst manto (astenosfer) ve alt mantodur.
Üst manto (astenosfer)
Litosferin altından 700 km derinliğe kadar uzanan kuşağa üst manto veya astenosfer denilir. Bu kuşağın yoğunluğu 3,3-4,3 g/cm3 arasında değişmekte olup bileşiminde ultrabazik ve ultramafik (olivinli veya piroksinli), yani fazla miktarda alkali madde ve mineral içeren magma veya ergimiş malzeme bulunur. Üst mantonun alt kısmında P dalga hızı yoğunluk artışından dolayı 10,711 km/s'yi bulur. Yer kabuğu parçaları veya plakalar, üst mantonun üzerinde yüzerler. Çünkü bu seviyelerde mantonun bir kısmı eriyebilir. Bunun için de belli bir sıcaklıkta mantonun bir miktar su içermesi yeterlidir. Bu durum gerçekleşince kısmen eriyen astenosfer, hemen hemen hiçbir direnç göstermeden biçim değiştirir.
Alt manto
7002.900 km derinlikleri arasına uzanan kısımda ise alt manto başlar. Bu kuşakta demir ve magnezyum silikatları egemen durumdadır. Bundan dolayı alt mantonun alt kısmında yoğunluk 5,5'a kadar çıkmakta ve P dalga hızı ise 13,6 km/s'ye ulaşmaktadır.
Orta manto kısmı üst ve alt manto arasında bir geçiş zonu oluşturur. Manto, yerkürenin toplam hacminin %80'den fazlasını meydana getirir ve yer kabuğu hareketleri (deniz dibi yayılması, kıtaların kayması, epirojenez, orojenez, derin depremler) ile volkanizma için gerekli enerjiyle iç kuvvetlerin kaynağını teşkil eder.
Mineralojik yapı
Mantonun üstü, ilk olarak 1909'da Andrija Mohorovičić tarafından not edilen sismik hızda ani bir artış ile tanımlanır; bu sınır şimdi Mohorovičić süreksizliği veya "Moho" olarak anılmaktadır.
Üst manto baskın olarak peridotittir, öncelikle olivin, klinopiroksen, ortopiroksen ve alüminli bir fazın değişken oranlarından oluşur. Alüminli faz, en üstteki mantoda plajiyoklazdır, daha sonra spinel ve daha sonra ~ 100 km'nin altında granattır. Yavaş yavaş üst manto boyunca, piroksenler daha az stabil hale gelir ve majoritli granat haline dönüşür.
Geçiş bölgesinin üstünde olivin, wadsleyite ve ringwoodite izokimyasal faz geçişlerinden geçer. Nominal susuz olivinden farklı olarak, bu yüksek basınçlı olivin polimorfları, kristal yapılarında su depolamak için büyük bir kapasiteye sahiptir. Bu, geçiş bölgesinin büyük miktarda suya ev sahipliği yapabileceği hipotezine yol açmıştır. geçiş bölgesinin tabanında, bridgmanite içine ringwoodite ayrıştığında (eski magnezyum silikat perovskit olarak da adlandırılır) ve ferropericlase. Garnet ayrıca geçiş bölgesinin tabanının altında veya biraz altında kararsız hale gelir.
Alt manto esas bridgmanite ve oluşan ferropericlase olarak az miktarda, kalsiyum izotop, kalsiyum-ferrit yapılandırılmış oksit ve sistovit. Mantonun en alt 200 ~ km'sinde, bridgmanit izokimyasal olarak post-perovskite dönüşür.
Kompozisyon
Mantonun kimyasal bileşimini, büyük ölçüde erişilemediğinden, yüksek bir kesinlik ile belirlemek zordur. Okyanus litosferinin bölümlerinin bir kıtaya yayıldığı ofiyolitlerde nadiren manto kayaçları ortaya çıkar. Manto kayaçları ayrıca bazaltlar veya kimberlitler içinde ksenolit olarak örneklenir.
Manto kompozisyonunun çoğu tahmini, yalnızca en üst mantoyu örnekleyen kayalara dayanmaktadır. Mantonun geri kalanının, özellikle alt mantonun aynı toplu bileşime sahip olup olmadığı konusunda tartışma vardır. Mantonun kompozisyonu, okyanus kabuğu ve kıtasal kabuk oluşturmak için katılaşan magmanın çıkarılması nedeniyle Dünya tarihi boyunca değişmiştir.
Sıcaklık ve basınç
Mantoda, sıcaklıklar kabuğun üst sınırında yaklaşık 200 C (392 F) ile çekirdek manto sınırında yaklaşık 4.000 C (7.230 F) arasında değişir. jeotermal gradyan manto hızlı termal artışların sınır tabakalarının yavaş yavaş mantonun iç kısmı boyunca manto üst ve alt ve artar. Her ne kadar yüksek sıcaklıklar yüzeydeki manto kayalarının erime noktalarını aşsa da (temsili peridotit için yaklaşık 1200 C), manto neredeyse tamamen katıdır. Muazzam litostatik basınç, manto üzerine uygulanan erimeyi önler, çünkü erimenin başladığı sıcaklık (solidus) basınçla artar.
Mantodaki basınç Moho'daki birkaç kbar'dan çekirdek manto sınırında 1390 kbar'a (139 GPa) yükselir.
Hareket
Ana madde: Manto konveksiyonu
Bu şekil, manto konveksiyon modelinde bir zaman adımının bir anlık görüntüsüdür. Kırmızıya yakın renkler sıcak, maviye yakın renkler soğuktur. Bu şekilde, çekirdek-manto sınırında alınan ısı, modelin altındaki malzemenin termal genleşmesi ile sonuçlanır, yoğunluğunu azaltır ve sıcak malzeme tüylerini yukarı göndermesine neden olur. Aynı şekilde, malzemenin yüzeyde soğutulması da batmasına neden olur.
Dünya yüzeyi ve dış çekirdek arasındaki sıcaklık farkı ve yüksek basınç ve sıcaklıktaki kristal kayaların milyonlarca yıl boyunca yavaş, sürünen, viskoz benzeri deformasyona uğrama kabiliyeti nedeniyle, mantoda konvektif bir malzeme dolaşımı vardır. Sıcak malzeme yukarı kalkar, daha soğuk (ve daha ağır) malzeme aşağı düşer. Malzemenin aşağı doğru hareketi, batma bölgeleri adı verilen yakınsak plaka sınırlarında meydana gelir. Tüylerin üzerinde yer alan yüzeydeki konumların yüksek bir yüksekliğe sahip olduğu (altındaki daha sıcak, daha az yoğun tüylerin kaldırma kuvveti nedeniyle) ve sıcak nokta volkanizması sergilediği tahmin edilmektedir.. Genellikle derin manto tüylerine atfedilen volkanizma alternatif olarak kabuğun pasif olarak genişlemesi ile magmanın yüzeye sızmasına izin verir ("Plaka" hipotezi).
Konveksiyon Dünya mantonun a, kaotik plakalarının hareketinin bir parçası olduğu düşünülmektedir (akışkan dinamiği anlamında) işlemi. Plaka hareketi, yalnızca kıtaların kabuk bileşenlerinin hareketi için geçerli olan kıta kayması ile karıştırılmamalıdır. Litosferin ve alttaki mantonun hareketleri birleştirilir, çünkü inen litosfer mantodaki konveksiyonun temel bir bileşenidir. Gözlenen kıtaların kayması, okyanus litosferinin batmasına neden olan kuvvetler ile Dünya'nın mantosundaki hareketler arasında karmaşık bir ilişkidir.
Daha büyük derinlikte daha büyük viskozite eğilimi olmasına rağmen, bu ilişki doğrusal olmaktan uzaktır ve özellikle üst mantoda ve çekirdekle sınırda viskozitesi önemli ölçüde azalmış tabakalar gösterir. Çekirdek-manto sınırının yaklaşık 200 km (120 mil) üzerindeki manto biraz daha sığ derinliklerde mantodan belirgin şekilde farklı sismik özelliklere sahip gibi görünmektedir; çekirdeğin hemen üzerindeki bu alışılmadık manto bölgesine, 50 yıl önce jeofizikçi Keith Bullen tarafından getirilen bir isimlendirme olan D ′′ ("D double-prime") denir. D sub, işlenmiş levhalardan elde edilen malzemeden oluşabilir perovskitte post-perovskite adı verilen perovskitte bulunan çekirdek-manto sınırında ve / veya yeni bir mineral polimorftan aşağı inip dinlenmeye başladı.
Sığ derinliklerde meydana gelen depremler doğrultu atımlı faylanmanın bir sonucudur; bununla birlikte, yaklaşık 50 km'nin (31 mi) altında, sıcak, yüksek basınç koşulları daha fazla depremliliği engellemelidir. Manto viskoz ve kırılgan faylanma yapamaz. Bununla birlikte, batma bölgelerinde, 670 km'ye (420 mi) kadar depremler gözlenmektedir. Bu olguyu açıklamak için dehidrasyon, termal kaçak ve faz değişimi gibi bir dizi mekanizma önerilmiştir. Jeotermal gradyan, yüzeydeki serin malzemenin aşağıya doğru battığı, çevredeki mantonun gücünü artırdığı ve depremlerin 400 km (250 mi) ve 670 km (420 mi) derinliğe kadar düşmesine izin verdiği durumlarda azaltılabilir.
Mantonun altındaki basınç ~ 136 G Pa'dır (1,4 milyon atm ). Derinlik arttıkça basınç artar, çünkü altındaki malzeme üstündeki tüm malzemenin ağırlığını desteklemek zorundadır. Bununla birlikte, tüm mantonun mantoyu oluşturan katı kristaller boyunca nokta, çizgi ve / veya düzlemsel kusurların hareketi ile barındırılan kalıcı plastik deformasyon ile uzun zaman aralıklarında bir sıvı gibi deforme olduğu düşünülmektedir. Üst manto viskozitesi için tahminler, derinliğe bağlı olarak, 10 19 ve 10 24 Pa s arasındadır, sıcaklık, bileşim, stres durumu ve diğer birçok faktör. Böylece, üst manto çok yavaş akabilir. Bununla birlikte, en üst mantoya büyük kuvvetler uygulandığında, zayıflayabilir ve bu etkinin, tektonik plaka sınırlarının oluşumuna izin vermede önemli olduğu düşünülmektedir.
Keşif
Mantonun keşfi, okyanus kabuğunun göreceli olarak daha kalın kıtasal kabuğa kıyasla göreceli inceliğinden dolayı genellikle karadan ziyade deniz yatağında gerçekleştirilir.
Project Mohole olarak bilinen ilk manto keşif girişimi, 1966'da tekrarlanan arızalar ve aşırı maliyetlerden sonra terk edildi. En derin penetrasyon yaklaşık 180 m'dir (590 ft). 2005 yılında bir okyanus sondajı, okyanus sondaj gemisi JOIDES Resolution'dan deniz tabanının 1.416 metre (4.646 ft) altına ulaştı.
Daha başarılı oldu Derin Deniz Sondaj Projesi 1968'den tarafından koordine 1983 için ameliyat (DSDP) Scripps Oşinografi Enstitüsü'ndeki at California, San Diego Üniversitesi, DSDP desteklemek için önemli veriler sağlamıştır deniz dibi yayılması hipotezini ve teoriyi kanıtlamak için yardımcı bir levha tektoniği. Glomar Challenger sondaj operasyonlarını gerçekleştirdi. DSDP, 40 yılı aşkın bir süredir faaliyet gösteren üç uluslararası bilimsel okyanus sondaj programından ilkiydi. Derinlemesine Örnekleme için Ortak Oşinografi Kurumlarının himayesinde bilimsel planlama yapıldı. Danışma grubu dünyanın dört bir yanından akademik kurumlardan, devlet kurumlarından ve özel sektörden 250 seçkin bilim insanından oluşan (JOIDES). Okyanus Sondaj Programı o yerini zaman (ODP) 2003 1985 ila araştırmaya devam etti Entegre Okyanus Sondaj Programı (IODP).
5 Mart 2007 tarihinde, RRS James Cook'taki bir grup bilim insanı, Cape Verde Adaları ve Karayip Denizi arasında, kabuğun örtüsüz olarak kabuğun maruz kaldığı Atlantik deniz tabanındaki bir bölgeye yolculuk başlattı. Maruz kalan yer okyanus yüzeyinin yaklaşık üç kilometre altındadır ve binlerce kilometrekareyi kaplar. Dünya'nın mantosundan örnek almak için nispeten zor bir girişim 2007'de daha sonra planlandı. Chikyu Hakken misyonu Japon gemisi Chikyū'yı kullanmaya çalıştı. deniz tabanının 7.000 m (23.000 ft) altına kadar delmek için. Bu, önceki okyanus sondajlarının neredeyse üç katıdır.
2005 yılında dünyanın en üst yüzlerce kilometresini keşfetmek için, konumu ve ilerlemesi üretilen akustik sinyaller ile kabuk ve mantodan aşağıya eriyen küçük, yoğun, ısı üreten bir probdan oluşan yeni bir yöntem önerildi. kayalarda. prob bir dış çevrede oluşur tungsten bir çapında bir metre kobalt-60, bir radyoaktif ısı kaynağı olarak iç hareket. Böyle bir prob okyanus ulaşacağı hesaplanmıştır Moho az 6 ayda hem altına birkaç on yıl içerisinde 100'ün üzerinde km (62 mil) minimum derinlikleri elde okyanus ve kıta litosfer.
Araştırma, mantonun evriminin bilgisayar simülasyonları ile de yardımcı olabilir. 2009 yılında bir süper bilgisayar uygulaması, mantonun 4,5 milyar yıl önce geliştiği andan itibaren, özellikle demir izotopları olmak üzere mineral yataklarının dağılımına yeni bir bakış sağlamıştır.
Diğer gezegenlerde manto
Merkür 490 kilometre kalınlığında silikat yapılı bir mantoya sahiptir. Bu manto, Merkür'ün ağırlığının %28'idir. Venüs, Merkür gibi silikat yapıdan oluşan 2800 kilometre kalınlığında bir mantoya sahiptir. Bu manto Venüs'ün ağırlığının %70'ini oluşturur. Mars'ın mantosu da silikat özellik taşıyan 1600 kilometre kalınlıkta olan bir mantodur. Mars'ın ağırlığının %74-%88'ini oluşturmaktadır.
Gezegen uydularında manto
Jüpiter'in uyduları olan Io, Europa ve Ganymede silikat yapılı mantolara sahiplerdir. Io uydusunun mantosu 1100 kilometre kalınlığında olup Volkanik bir kabuk tarafından üstü kapanmıştır. Europa uydusunun mantosu ise silikat yapıda olup,1165 kilometre kalınlığındadır. Üstü 85 kilometre kalınlığında buz ve muhtemelen su kütlesi ile kaplıdır. Ganymede'nin mantosu ise diğer 2 uydu gibi silikat yapıda olup 1315 kilometre kalınlığındadır. Üstü ise 835 kilometre kalınlığında buzla örtülüdür.
Gezegenimizin uydusu olan Ay silikat yapıda bir mantoya sahiptir. Kalınlığı 1300 - 1400 kilometre olup ay bazaltlarına ev sahipliği yapmaktadır. Satürn gezegeninin uydusu olan Titan ve Neptün gezegenin uydusu olan Triton mantoya sahip uydulardır. Mantoları buz ya da benzeri sert maddelerden oluşmaktadır.
Asteroitlerde manto
Bazı en büyük asteriotlerde manto bulunur. Örnek olarak Vesta Asteroiti, silikat yapılı bir mantoya sahiptir.