Structura internă a Terrei

Pământul nu este alcătuit din același material de la suprafață până la centru. Partea pe care locuim este scoarța terestră, un înveliș de roci. Sub ea se află mantaua, mult mai groasă. Spre centru se află nucleul. O comparație cu un fruct tăiat ajută doar să ne imaginăm straturi concentrice; materialele din interiorul Pământului sunt foarte diferite de coajă și pulpă.

Învelișul exterior rigid se numește litosferă. El cuprinde scoarța și partea de sus a mantalei și este împărțit în plăci litosferice care se mișcă foarte încet. La marginile lor se pot produce cutremure și se pot forma munți ori vulcani. De aceea, nu spunem că numai scoarța este împărțită în plăci.

Sub continente, scoarța este mai groasă decât sub oceane. Rocile din mantaua profundă se pot deforma lent sub presiunea și temperatura mari; mantaua nu este un ocean de lavă lichidă. Nucleul are o parte exterioară lichidă și una interioară solidă. Deși oamenii nu au forat până acolo, undele seismice produse de cutremure își schimbă viteza și traseul la întâlnirea dintre straturi. Tocmai aceste schimbări oferă informații despre interiorul Terrei.

Temperatura și presiunea cresc cu adâncimea: în mine adânci, roca este mai caldă decât la suprafață, iar în centrul planetei temperatura depășește 5 000 °C. Nucleul este alcătuit mai ales din fier și nichel, de aceea Pământul are o densitate medie (aproximativ 5 500 kg/m³) mult mai mare decât a rocilor de la suprafață. Aceleași straturi se găsesc sub toate continentele și oceanele, dar grosimea lor diferă de la un loc la altul.

Exemplu rezolvat. Cât de mare este raza nucleului, dacă limita lui se află la 2 900 km adâncime și raza Pământului este de 6 371 km?

1. Raza Pământului este distanța de la suprafață până la centru: 6 371 km.
2. Nucleul începe la 2 900 km sub suprafață, deci raza lui este diferența: $6371-2900=3471$ km.
3. Valoarea este aproape de cea măsurată de NASA, 3 485 km; mica diferență apare fiindcă adâncimea de 2 900 km este rotunjită.

Scoarța oceanică are aproximativ 5–10 km, iar cea continentală aproximativ 30–70 km. Limita dintre scoarță și manta este discontinuitatea Mohorovičić sau Moho. Mantaua ajunge până la circa 2 900 km adâncime. La discontinuitatea Gutenberg începe nucleul extern lichid, întins până la aproximativ 5 100 km; nucleul intern solid continuă până la centrul planetei, la circa 6 371 km. Aceste limite sunt valori aproximative, determinate prin studierea undelor seismice.

Structura se deduce din undele seismice. Undele P (longitudinale) se propagă prin solide și lichide, undele S (transversale) numai prin solide. Faptul că undele S nu traversează nucleul extern arată că el este lichid. Viteza undelor crește brusc la Moho și scade la limita nucleului, ceea ce permite localizarea acestor limite. Temperatura crește cu adâncimea, în scoarță cu circa 25–30 °C la fiecare kilometru (gradient geotermic), dar creșterea încetinește mai jos.

În schema școlară, scoarța continentală cuprinde un înveliș sedimentar la suprafață, unul superior numit tradițional granitic și unul inferior numit bazaltic. Limita seismică dintre scoarța superioară și cea inferioară este numită discontinuitatea Conrad; cercetările moderne arată că nu este la fel de clară peste tot. Limita dintre nucleul extern și cel intern, la circa 5 100 km, este asociată descoperirii lui Inge Lehmann și este numită în multe manuale discontinuitatea Lehmann.

Litosfera se comportă rigid pe scara proceselor tectonice, iar astenosfera de dedesubt se poate deforma lent. Plăcile includ și scoarță continentală, și scoarță oceanică. Proprietățile mecanice și compoziția nu sunt aceeași clasificare: „scoarță, manta, nucleu” se referă la straturi, în timp ce „litosferă, astenosferă” se referă la comportamentul lor.

Discontinuitatea Moho a fost descoperită în 1909 de seismologul croat Andrija Mohorovičić, care a observat că undele seismice ale unui cutremur ajung mai repede la stațiile îndepărtate decât ar fi de așteptat dacă Pământul ar fi omogen.

Exemplu rezolvat 1 — grosimea scoarței față de rază. Dacă scoarța continentală are 40 km într-un loc, ea reprezintă $40/6371\times 100\approx 0,63\%$ din raza Pământului. De aceea este un înveliș subțire la scara întregii planete, chiar dacă 40 km sunt mult pentru o călătorie omenească.

Exemplu rezolvat 2 — dimensiunea nucleului intern. Nucleul intern începe la 5 100 km adâncime, deci raza lui este $6371-5100=1271$ km, iar grosimea nucleului extern este $5100-2900=2200$ km. Raza Lunii este de 1 737 km, deci nucleul intern are aproximativ $1271/1737\approx 0,73$, adică aproape trei sferturi din raza Lunii.

Exemplu rezolvat 3 — temperatura la adâncime. Într-o mină, dacă temperatura la suprafață este de 10 °C și crește cu 30 °C pe kilometru, la 2 km adâncime roca are $10+2\cdot 30=70$ °C. Extrapolarea la adâncimi mari nu este corectă, fiindcă gradientul scade în manta.

Greșeli frecvente

• Greșit: Plăcile sunt făcute numai din scoarță.
  Corect: Plăcile sunt litosferice și cuprind scoarța și partea superioară rigidă a mantalei.
• Greșit: Toată mantaua este lavă lichidă.
  Corect: Este alcătuită în principal din roci solide care se pot deforma lent.
• Greșit: Nucleul este în întregime lichid.
  Corect: Nucleul extern este lichid, cel intern este solid.
• Greșit: Interiorul Pământului se cunoaște din foraje până la centru.
  Corect: Cele mai adânci foraje nu ajung nici măcar la baza scoarței; structura se deduce din undele seismice.

Înainte și după