A Föld szerkezete

A kb. 4,6 milliárd éves Föld a kezdetekben izzó állapotú volt, majd az évmilliók alatt bolygónk különböző halmazállapotú anyagai a lehűlés, a gravitáció és a forgás következtében sűrűségüknek megfelelően gömbhéjakba (geoszférákba) rendeződtek. Mivel a legmélyebb fúrások is alig haladták meg a 10 km-t, a földszerkezet kutatásában a közvetett módszerek, pl. a földrengéshullámok nyújtanak segítséget. A földrengéshullámok terjedésének sebessége és iránya eltérő összetételű és sűrűségű anyagba érve megváltozik, így a felszínre visszaérkező hullámok tulajdonságaiból következtethetünk a Föld belső szerkezetére. Alapvetően három belső gömbhéj különböztethető meg: a földkéreg, a földköpeny és a földmag. A földkéreg Földünk legkülső, szilárd gömbhéja. A szárazföldek területén 30–70 km (átlagosan 35 km), az óceánok alatt 7–10 km vastag. A szárazföldi kéreg két fő részre osztható: a felső, fémekben szegény gránitos, illetve az alsó, fémekben gazdagabb bazaltos rétegre. Ezzel szemben az óceáni kéreg csak bazaltos rétegből áll. A kéreg alatt található a földköpeny, amely mintegy 2900 km mélységben ér véget. Ezt a gömbhéjat felső és alsó köpenyre oszthatjuk. A felső köpeny legfelső része szilárd, alsó része pedig képlékeny; 75–250 km mélység közötti része az asztenoszféra, amelynek anyaga izzón folyó kőzetolvadék, magma. A földkéreg és a földköpeny felső, szilárd része együtt alkotja a kőzetburkot vagy litoszférát. A földmag a legbelső gömbhéj. A folyadékszerűen viselkedő külső magból és a szilárd belső magból áll. Földünk külső gömbhéjai a légkör (atmoszféra), a vízburok (hidroszféra) valamint a kéreg, a vízburok és a légkör határán kialakult bioszféra. A Föld belseje felé haladva az egyes geoszférák anyagsűrűsége növekszik, különösen a határfelületeken tapasztalhatunk ugrásszerű változásokat. A nyomás értéke szintén nő a földmag felé haladva.

A Föld belső tagolódása

A Föld belsejének hőmérsékleti és nyomási viszonyai

A szárazföld felszíne néhány méter mélységig évszakosan változtatja hőmérsékletét. Ennél nagyobb mélységekben azonban a Föld belső hőmérséklete a földmag irányába haladva fokozatosan nő. A Föld belső hőmérsékletének növekedési ütemét geotermikus gradiensnek nevezzük, ez átlagosan 3 °C/100 m (1 °C/33 m), de ettől lényegesen eltérő értékek is ismeretesek. Földünk belsejében, a magban vannak olyan radioaktív elemek (pl. urán), amelyek elbomlanak (megfeleződnek) és tovább már nem bomló elemekké alakulnak, miközben hőenergia szabadul fel. A Föld belső hőmérséklete a radioaktív anyagok bomlásából származik.

A Föld leggyakoribb kémiai elemei

A Föld legfontosabb felépítő elemei, a szilícium (Si), az alumínium (Al), a vas (Fe) és az oxigén (O). A szilícium (Si) a természetben elemi állapotban nem fordul elő, vegyületei azonban igen gyakoriak, a földkéreg 97%-át a szilikátok teszik ki. A szilícium ásványai közül a legfontosabbak a kvarc, a földpát, az agyagásványok és a csillám. Ezek alapja a szilíciumdioxid (SiO2). Az elsősorban gránitkőzetben előforduló földpát kristályos ásvány, amely alumíniumoxidból, káliumoxidból és kovasavból áll. Az alumínium a földkéreg egyik leggyakoribb eleme. Elemi állapotban nem fordul elő. Fő összetevője az agyagoknak, timföldnek, bauxitnak, kriolitnak, alumino-szilikátoknak. Az alumínium puha, vágható, ezüstfehér, porrá törve szürke színű könnyűfém. A védő oxidréteg miatt passzív, tömény savak nem támadják meg. Amfoter jellegű, ebből következik, hogy lúgok és híg savak oldják aluminátok illetve alumínium-sók képződése közben. A vas (Fe) magas olvadáspontú, nagy sűrűségű fém. A levegő oxigénje és nedvessége hatására oxidálódik (rozsdásodik). A vas jól mágnesezhető, mágneses tulajdonságát a mágneses tér megszűnése után is megtartja, a jelenséget ferromágnesességnek nevezzük. A vas fontos, előnyös tulajdonsága, hogy izzó állapotban jól kovácsolható. A vas híg savakkal reagál, tömény savakkal és lúgokkal nem lép reakcióba. A vas részaránya a földkéregben 4,7%, az alumínium után a második leggyakoribb fém. Feltehetően a Föld belső magja túlnyomó részben vasból áll, ezzel van összefüggésben, hogy elemi állapotú vas csak meteoritokban fordul elő. A vasvegyületek száma jelentős, több, mint 400 vasásványt ismerünk. Földünk legnagyobb vasérclelőhelyei: Brazília, Szovjetunió utódállamai, Kanada, Ausztrália, India. A vas az egyik legfontosabb használati fém, ötvözeteit igen széles körben hasznosítják. Az oxigén (O) nem fémes elem, amely vegyületeiben mindig, mint két vegyértékű negatív gyök szerepel; kémiai jele O., atomsúlya 15,96. Az oxigén valamennyi eddig ismert elemi test között a legnagyobb mennyiségben található és a legelterjedtebb; előfordul szabad állapotban a levegőben, amelynek kerek számban 1/5 részét teszi; ezenkívül alkotó része a víznek, amelyben 88,8% oxigén van, számos ásványnak, kőzetnek, továbbá az állati és a növényi organizmusnak.

Kőzetek

A kőzetburok (litoszféra) a földkéregből és a földköpeny felső, szilárd részéből áll. A kőzetburok alatt pedig a nagyobb hőmérsékletű, képlékeny asztenoszféra helyezkedik el, amelynek anyaga a hőmérséklet-különbségek hatására állandó mozgásban van. A nagyobb hőmérsékletű kőzetolvadék fölfelé áramlik, majd a litoszféra alját elérve lehűl, ezért sűrűsége nő, ekkor lesüllyed, majd újra felmelegszik. Így egy körkörös, konvekciós áramlás alakul ki, amelynek mozgatója a belső hő. A kőzetburok nem egységes, összefüggő gömbhéj, hanem hét nagyobb és mintegy húsz kisebb, önállóan mozgó kőzetlemezre tagolódik.

A kőzetlemezek többsége vegyes, azaz egy részüket vastag szárazföldi, másik részüket vékonyabb óceáni lemez alkotja. Vannak azonban tisztán szárazföldi, illetve óceáni kőzetlemezek is. Az egyes kőzetlemezek határát az óceánközépi hátságok, a mélytengeri árkok vagy a gyűrthegységek jelölik ki. Az óceánközépi hátságok az óceánok középvonalában futó, a tengerfenék szintjéből kiemelkedő vonulatok. A térképeken a világosabb kék szín árulkodik az elhelyezkedésükről, mert itt kisebb a tengervíz mélysége. A mélytengeri árkok keskeny, mély, meredek falú képződmények. A térképeken sötétkék, nagy mélységű sávokként jelennek meg. A ma általánosan elfogadott lemeztektonikai elmélet szerint a kőzetlemezek egymáshoz viszonyítva elmozdulnak, közelednek, távolodnak vagy elcsúszhatnak egymás mellett. Mozgásukat a földköpenyben lejátszódó hőkiegyenlítő (konvekciós) magmaáramlások okozzák. Az izzó kőzetolvadék, a magma állandó áramlásban van, a rá ható nyomás miatt a kőzetburok és a földkéreg repedésein felfelé mozog. Ahol eléri a felszínt, ott vulkánok keletkeznek. Ez a felszíni vulkanizmus.

A felszínre jutó magmát lávának nevezzük. A kihűlt és megszilárdult lávából vulkáni kőzetek keletkeznek. Ha a magma a mélyben reked, ott lassan kihűl, és anyagából mélységi magmás ásványok és kőzetek képződnek. Ez a folyamat a mélységi magmás tevékenység. A magma kémiai összetétele változó. Ha SiO2-tartalma – amely az egyik legfontosabb alkotója – 52%-nál kevesebb, akkor bázikus magmának, ha 52–65% közötti, semleges magmának, ha 65%-nál több, savanyú magmának nevezzük.

A bázikus magma kémiai összetétele és alacsony gáztartalma miatt hígan folyó, míg a semleges és a savanyú magma magasabb SiO2 és gáztartalma miatt sűrűn folyó. A bázikus magmából keletkező mélységi magmás kőzet a gabbró, vulkáni kiömlési kőzete a bazalt. A semleges magma mélységi magmás kőzete a diorit, vulkáni kiömlési kőzete az andezit. A savanyú magma mélységi magmás kőzete a gránit, vulkáni kiömlési megfelelője a riolit.

A távolodó kőzetlemezek között áramlik fel az asztenoszférából a magma. A felszínre jutott híg, bazaltos lávát a hideg, nagynyomású tengervíz gyorsan lehűti és gömbölyded, párnára emlékeztető párnaláva keletkezik belőle. Ez a vulkáni tevékenység nem jár robbanással. A keletkező kőzet többnyire bazalt. Ez a vulkáni tevékenység jellemzi Izlandot, és így keletkeztek pl. az Azori-szigetek kőzetei. Amikor a felfelé mozgó magma nem éri el a felszínt, megreked a kéreg üregeiben és lassan lehűl, megszilárdul, miközben mélységi magmás kőzetek és ércásványok keletkeznek. Ércnek azt a kőzetet nevezzük, amelyben fémek vagy fémvegyületek olyan mennyiségben halmozódnak fel, hogy egy adott ipari, technikai színvonalon gazdaságosan kinyerhetők.

Magma

A Föld szerkezetéről link

A kőzetek keletkezése