Samenstelling van de Aarde
Van Wikipedia
De samenstelling van de Aarde is in de laatste decennia een stuk beter bekend geworden.
Inhoud |
[bewerk] Indeling van de Aarde
 Zie opbouw van de Aarde voor het hoofdartikel over dit onderwerp. |
De Aarde wordt naar chemische samenstelling verdeeld in drie delen, van buiten naar binnen zijn dat de aardkorst, de aardmantel en de aardkern. Naar natuurkundige eigenschappen wordt een onderscheid gemaakt tussen een lithosfeer, een asthenosfeer, een mesosfeer en een binnen- en buitenkern. Voor de samenstelling is alleen de chemische indeling van belang.
[bewerk] Samenstelling van de gehele Aarde
We kennen het inwendige van de Aarde alleen langs indirecte weg. Geen enkel boorgat gaat meer dan een paar kilometer diep, zodat er bij alle uitspraken van de wetenschap over de samenstelling van de mantel en de kern een zekere slag om de arm moet worden gehouden.
Dankzij seismische waarnemingen weten we wel hoe groot de dichtheid van de diverse lagen van de Aarde is.
- De aardkorst kan direct worden waargenomen en maakt ongeveer 1 % van het volume en 0,5 % van de massa van de Aarde uit (gemiddelde dichtheid 2800 kg/m3). Er bestaan grote dichtheidsverschillen in de korst, tussen continentale en oceanische korst maar ook tussen de verschillende gesteenten waar deze uit zijn opgebouwd.
- de aardmantel ongeveer 83 % van het volume en 67,5 % van de massa van de Aarde uitmaakt (gemiddelde dichtheid 4500 kg per m3)
- de aardkern, die ongeveer 16 % van het volume en 32 % van de massa van de Aarde uitmaakt (gemiddelde dichtheid 11.000 kg per m3)
We weten ook welke mineralen (hoofdzakelijk nikkelijzer en silicaten) er voorkomen in de meteorieten, die hoogstwaarschijnlijk brokstukken zijn van hetzelfde materiaal als waaruit de Aarde 4600 miljoen jaar geleden werd gevormd.
Op grond van deze gegevens kan een vrij nauwkeurige schatting worden gemaakt van de chemische samenstelling van de Aarde, waaruit blijkt dat acht elementen tezamen ongeveer 98,5 % van de massa vormen:
- ijzer: 35 %
- zuurstof: 29 %
- silicium: 15 %
- magnesium: 13%
- nikkel: 2,5 %
- zwavel: 2,0 %
- calcium: 1,2 %
- aluminium: 1,1 %
[bewerk] Samenstelling van de korst
| Zie aardkorst voor het hoofdartikel over dit onderwerp. |
Dankzij seismologisch en geochemisch onderzoek is bekend dat de Aarde scheikundig gezien bestaat uit grofweg drie lagen. De buitenste laag wordt de aardkorst genoemd. Deze laag waarop zich al het leven op Aarde afspeelt, is met een dikte van tien kilometer de dunste en bestaat uit verschillende materialen. De oceanische korst bestaat uit zwaardere gesteenten zoals basalt (mafisch) en is dunner. De wat dikkere continentale korst bestaat uit lichtere gesteenten, zoals graniet (felsisch). Meestal vormt de korst samen met het bovenste deel van de mantel de lithosfeer. Op sommige (zeldzame) plekken op Aarde is de korst echter afwezig en komt zogenaamd mantelgesteente aan het oppervlak.
[bewerk] Samenstelling van de mantel
| Zie aardmantel en mantelconvectie voor de hoofdartikelen over dit onderwerp. |
Na 10 tot 80 kilometer diepte begint de mantel, die zowel in dikte, massa als volume vele malen groter is dan de korst. De mantel is ongeveer 2900 kilometer dik en kan in twee lagen worden ingedeeld. De buitenmantel heeft een temperatuur van tussen de 1400 en 3000 graden. In de binnenmantel is het 3000 graden, maar door de hoge druk verkeert het materiaal daar in vaste toestand. In de mantel vindt door convectie warmtestroming plaats, waarmee de Aarde haar inwendige warmte kwijtraakt. Deze stroming drijft de platentektoniek in de bovenliggende korst aan. Andere plekken waar heet materiaal omhoog stroomt zijn de zogenaamde hotspots. De mantelstromingen hebben snelheden van enkele centimeters per jaar.
Het feit dat zgn. "transversale" trillingen zich door de mantel verplaatsen, bewijst dat de mantel vast is. Het lijkt vreemd dat er "stromingen" plaats vinden in het vaste materiaal van de mantel. Vaste stoffen zijn bij hoge temperatuur en druk echter flexibeler dan bij lage, ze gaan dan plastisch gedrag vertonen.
De mantel bestaat uit ultramafisch gesteente, dat peridotiet wordt genoemd. Men neemt aan dat peridotiet normaal gesproken de samenstelling van lherzoliet heeft. Waar de convectiestroming omhoog beweegt, zal de lherzoliet door het wegvallen van de druk partiëel smelten, waarbij kristalfractionatie plaats vindt. De smelt kan een mafische samenstelling hebben en onder mid-oceanische ruggen magmareservoirs vormen. De achterblijvende peridotiet wordt "verarmd" genoemd, dit gesteente heet harzburgiet.
Volgens de platentektoniek zinken op sommige plekken (subductiezones) stukken oceanische korst de mantel in. Dankzij tomografie kan dit proces tegenwoordig ook in beeld gebracht worden. Daarbij is gebleken dat de subducerende (mafische) slabs op geologische tijdschalen tot aan de bovengrens van de kern kunnen doordringen, hoewel dit niet altijd met zekerheid gebeurt. Eenmaal in de mantel verontreinigen de slabs het mantelmateriaal. In de mantel vormt de gabbro en basalt om tot eclogiet. Bovenaan de subducerende plaat bevinden zich sedimenten en veel vluchtige bestanddelen zoals water of gassen. Als dit materiaal op diepte komt zal het voor partieel smelten zorgen. De smelt stijgt op, dwars door de bovenliggende mantel (de mantelwig heen, waarbij door metasomatisme grote volumes mantelmateriaal kunnen worden omgezet.
[bewerk] Samenstelling van de kern
| Zie aardkern voor het hoofdartikel over dit onderwerp. |
Na zo'n 2900 kilometer (de zogenaamde Wiechert-Gutenbergdiscontinuïteit) begint het eigenlijke binnenste gedeelte van de Aarde, ook wel de kern genaamd. Deze kern bestaat vooral uit ijzer, nikkel en nog wat andere elementen en heeft ook weer een binnen- en buitenkern. De buitenkern is vloeibaar en ongeveer 2200 kilometer dik en de binnenkern is vast en zo'n 1250 kilometer dik. Doordat de Aarde draait, spint de buitenkern om de binnenkern en dat heeft dan weer het magnetisme van de Aarde tot gevolg. Dit magnetisme wordt al duizenden jaren door zeelui gebruikt om door middel van een kompas de weg te vinden op Aarde. Het beïnvloedt ook de elektrisch geladen deeltjes buiten de atmosfeer van de Aarde, tot meer dan 60.000 kilometer in de ruimte!
