Bevezetés a kőzettanba 3. A Föld belső felépítése Földtudományi BSc szak Dr. Harangi Szabolcs tanszékvezető egyetemi tanár ELTE FFI KőzettanKőzettan-Geokémiai Tanszék
0-502 szoba, e-mail: szabolcs.harangi@
[email protected] http:// petrology.geology.elte.hu// http://petrology.geology.elte.hu 20062006-2009. 2009. Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 1/78
Bevezetés Bevezetés a kőzettanba - tematika 1. Mi a kőzet? Milyen információk bújnak meg a kőzetekben? Hogyan vizsgálhatók a kőzetek? Legfontosabb kőzettípusok
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 2/78
1
Bevezetés Bevezetés a kőzettanba - tematika 2. Mióta vannak kőzetek? A Naprendszer kőzetei meteoritok A Föld kialakulása
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 3/78
Bevezetés Bevezetés a kőzettanba - tematika 3. A Föld öves szerkezete Lemeztektonikai környezetek és kőzettípusok
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 4/78
2
Utazás a Föld középpontja felé Mi van a Föld belsejében? Jules Verne könyvében Otto Lidenbrock hamburgi geológus professzor kísérelte meg unokaöccsével és izlandi vezetőjével, hogy lejusson a Föld középpontjába. Az út izgalmas volt, de nem járt sikerrel. A vállalkozó kedvű kalandozók sok megpróbáltatás után végül a Stromboli kráterén keresztül jutottak vissza a Föld felszínére…
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 5/78
A Föld Föld belső felépítése
Mit „tudunk”?
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 6/78
3
A Föld Föld belső felépítése
Forrás: http://www.compres.stonybrook.edu:8080/COMPRESImageLibrary/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 7/78
A Föld Föld belső felépítése Richard Dixon Oldham (1858 – 1936)
Elsőként azonosítja a Föld belsejében a korábban elméletileg feltételezett p- és s-típusú földrengéshullámokat A p-típusú földrengés hullámok lassabban terjednek a Föld belsejében, ami alapján feltételezi, hogy a Földnek folyékony halmazállapotú magja van (1906)
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 8/78
4
A Föld Föld belső felépítése Inge Lehmann (1888-1993)
A p-típusú földrengéshullámok elhajlanak a földmagban Mindezek alapján feltételezi, hogy a földmag két részből áll, egy belső szilárd és egy külső folyékony részből (1936)
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 9/78
A Föld belső felépítése
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 10/78
5
A Föld belső felépítése
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 11/78
Hogyan “látható” látható” a Föld belseje? belseje?
A földrengéseket követően a rengéshullámok átszelik a Föld belsejét. A longitudinális, primér (P) hullámok terjednek a leggyorsabban szilárd és folyékony anyagban egyaránt. A lassabb, transzverzális, szekunder (S) hullámok csak szilárd közegben haladnak, folyékony anyagban elnyelődnek. A földrengéshullámok sebessége elsősorban a közeg sűrűségétől függ. Sűrűbb anyagban a hullámok gyorsabban mozognak.
P hullám
S hullám
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 12/78
6
Hogyan “látható” látható” a Föld belseje? belseje?
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 13/78
Hogyan “látható” látható” a Föld belseje? belseje?
Szeizmikus reflexiók: különböző sűrűségű rétegek határáról visszaverődő hullámok.
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Szeizmikus refrakciók: különböző sűrűségű rétegek határán a szeizmikus hullámok megváltoztatják irányukat.
Földtudomány BSc – dia 14/78
7
Hogyan “látható” látható” a Föld belseje? belseje?
S-hullám árnyékzóna Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
P-hullám árnyékzóna Földtudomány BSc – dia 15/78
Hogyan “látható” látható” a Föld belseje? belseje?
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 16/78
8
Hogyan “látható” látható” a Föld belseje? belseje?
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 17/78
Hogyan “látható” látható” a Föld belseje? belseje? A földrengéshullámok terjedési sebességéből és annak változásaiból a következő lényeges megállapításokat tehetjük: tehetjük:
1.
A Föld belseje szilárd, kivéve a 2900 km és 5100 km közötti mélységet, ahol folyékony (külső mag; itt az S hullámok nem terjednek.
2.
A Föld belsejében legalább 5 jelentős, ún. diszkontinuitási felület van, ahol a hullámsebesség hirtelen változik meg. Ez éles sűrűségváltozást jelent.
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 18/78
9
A Földköpeny kétdimenziós képe Szeizmikus tomográfia
Alábukó kőzetlemez (kék) az Égei-tenger térségében (Wortel és Spakman, 2000). Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 19/78
A Földköpeny kétdimenziós képe Szeizmikus tomográfia
Feláramló forró köpenyanyag (piros) Izland alatt.
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 20/78
10
A Föld belső belső felépítése
Kellog et al. (1999) Forrás: http://www.compres.stonybrook.edu:8080/COMPRESImageLibrary/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 21/78
A nyomás változása a Föld belsejében belsejében Nyomás változása: litosztatikus nyomás (P = ρgh) => földkéreg kontinentális kéreg: sűrűsége: 2,7 g/cm3 nyomásnövekedés: 270 bar/km óceáni kéreg: sűrűsége: 3,0 g/cm3 nyomásnövekedés: 330 bar/km földköpeny: közel lineáris növekedés (~ 30 MPa/km) A földköpeny alján a nyomás értéke kb. 140 Gpa földmag: gyorsabb növekedés, mert a Fe-Ni ötvözet nagyobb sűrűségű A földmag belsejében a nyomás eléri már a 380 Gpa értéket!
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 22/78
11
A hőmérséklet változása a Föld belsejében belsejében
A hőmérséklet egyre növekszik a Föld belseje felé, azonban nem egyenletesen. A litoszférában és a földköpeny-földmag határán lévő D”-rétegben a hőmérséklet gyorsan változik (km-ként 2030oC emelkedés) a mélység növekedésével, aminek az az oka, hogy itt a hő kondukcióval, vagyis a szilárd anyagi részecskék rezgése során átadott energiával terjed. A litoszféra alatti földköpenyben a hőmérséklet-emelkedés lassú (átlagosan 0,5oC), mivel itt a hő konvekcióval azaz anyagáramlással terjed. Az asztenoszférában az átlagos hőmérséklet 1300oC. A földköpeny és földmag határán 2500oC-ról közel 4000oC-ra ugrik a hőmérséklet. A Föld belső magjában 5000-6000oC uralkodik.
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 23/78
A hőmérséklet változása a Föld belsejében belsejében • kondukció - termális gradiens - hőfluxus/hőáram - geotermikus gradiens (geoterma) átlag 20-30 oC/km • konvekció - földköpeny áramlása - geotermikus gradiens (geoterma) átlag 0,3 oC/km
Tp = potenciális hőmérséklet ≈ az asztenoszféra hőmérséklete felszíni nyomásviszonyokra vonatkoztatva
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 24/78
12
A hőmérséklet változása a Föld belsejében belsejében A Föld belső hője nagyobb részt instabil izotópok radioaktív bomlásából ered, míg kb. 1/3 része a Föld keletkezése, akkréciója során képződött. A Föld belső hője a földkérgen keresztül távozik. Legnagyobb hőáram az óceáni hátságok mentén tapasztalható.
Radioaktív bomlás: például 40K
→ 40Ar – β
40K
→ 40Ca + β
238U
→ 206Pb + 8 42He + 6β
235U
→ 207Pb + 7 42He + 4β
232Th
→ 208Pb + 6 42He + 4β
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 25/78
A Föld belső belső felépítése
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 26/78
13
Indulás a Föld belsejébe! belsejébe! – a földkéreg Óceáni kéreg: 6-10 km vastag bazalt-gabbró (ofiolit sorozatok) Kontinentális kéreg: átlag 35 km vastag mafikus alsó kéreg, felzikus felső kéreg
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 27/78
Indulás a Föld belsejébe! belsejébe! – a földkéreg Óceáni kéreg: 6-10 km vastag bazalt-gabbró (ofiolit sorozatok)
Információforrás: ofiolitok, mélytengeri fúrások Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 28/78
14
Indulás a Föld belsejébe! belsejébe! – a földkéreg Óceáni kéreg: 6-10 km vastag bazalt-gabbró (ofiolit sorozatok) Ofiolitok: egykori óceáni medencealjzat maradványok, amelyek kőzetlemezek ütközése során tolódnak fel a kontinentális kőzetlemezre.
Troodos Ofiolit, Ciprus Párnaláva összlet függőleges telérsorozattal
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 29/78
Indulás a Föld belsejébe! belsejébe! – a földkéreg Óceáni kéreg: 6-10 km vastag bazalt-gabbró (ofiolit sorozatok) Jelenleg is képződik óceánközépi hátságok mentén!
Megszilárdult párnaláva a Közép-Atlanti hátság mentén
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 30/78
15
Indulás a Föld belsejébe! belsejébe! – a földkéreg Óceáni kéreg: 6-10 km vastag bazalt-gabbró (ofiolit sorozatok) Jelenleg is képződik óceánközépi hátságok mentén!
Minster et al. (1974) Geophys. J. Roy. Astr. Soc., 36, 541-576 nyomán Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 31/78
Indulás a Föld belsejébe! belsejébe! – a földkéreg Kontinentális kéreg: átlag 35 km vastag mafikus alsó kéreg, felzikus felső kéreg Bonyolultabb kőzetfelépítés! Magmás, metamorf és üledékes kőzetek egyaránt Átlagos összetétel: andezites Jelenleg is képződik, például közeledő kőzetlemezek zónájában (szubdukciós területek)
Wilson (1989) Igneous Petrogenesis, Allen Unwin/Kluwer nyomán Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 32/78
16
Indulás a Föld belsejébe! belsejébe! – a földkéreg Kontinentális kéreg: átlag 35 km vastag mafikus alsó kéreg, felzikus felső kéreg Bonyolultabb kőzetfelépítés! Magmás, metamorf és üledékes kőzetek egyaránt Átlagos összetétel: andezites Jelenleg is képződik, például közeledő kőzetlemezek zónájában (szubdukciós területek)
Merapi Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 33/78
Indulás a Föld belsejébe! belsejébe! – a földkéreg Kontinentális kéreg: átlag 35 km vastag mafikus alsó kéreg, felzikus felső kéreg Bonyolultabb kőzetfelépítés! Magmás, metamorf és üledékes kőzetek egyaránt Átlagos összetétel: andezites …és pusztul a kiemelt területeken! ⇓ Üledékes kőzetek
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 34/78
17
Indulás a Föld belsejébe! belsejébe! – a földkéreg Óceáni kéreg: 6-10 km vastag bazalt-gabbró (ofiolit sorozatok) Kontinentális kéreg: átlag 35 km vastag mafikus alsó kéreg, felzikus felső kéreg Keletkezésben közös vonás: magmás tevékenység (elsősorban a földköpeny felső részének részleges olvadásával képződött magmák megszilárdulásával)
Legidősebb földkéreg kőzetek: 3,8-4 milliárd évesek (Grönland, Ny-Ausztrália) (vannak azonban 4,4 milliárd éves cirkon kristályok is, amelyek arra utalnak, hogy már igen korán megjelent az első kontinentális kéregkezdemény) Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 35/78
Indulás a Föld belsejébe! belsejébe! – a földkéreg Kontinentális kéreg: átlag 35 km vastag Kárpát (Pannon) - medence
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 36/78
18
Diszkontinuitási felületek a Föld belsejében belsejében Földkéreg és földköpeny határa: Mohorovičic (MOHO) felület P-hullám sebesség 7,9-8,1 km/s-ra ugrik S-hullám sebesség 5,9-6,2 km/s-ra ugrik
Andrija Mohorovičic (1857-1936) Kőzettani kéregköpeny határ Szeizmikus kéregköpeny határ
A szeizmikus MOHO Ausztrália alatt Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 37/78
Földkéreg – Földköpeny határ Földkéreg és földköpeny határa: Mohorovičic (MOHO) felület Kőzettani határ: az uralkodóan bázisos összetételű alsókéreg és az uralkodóan ultrabázisos összetételű felsőköpeny találkozása Alsókéreg: granulit fáciesű, egykori bazaltos (gabbró) kőzetek, kisebb mennyiségben egykori savanyú magmás kőzetek és üledékes eredetű kőzetek Felső köpeny: peridotit kőzetek (lherzolit, harzburgit, dunit)
Kőzettani és szeizmikus „Moho” sokszor nem esik egybe OK: a kőzettani változás olykor nem éles, hanem folyamatos (a földkéreg és földköpeny határán gyakoriak a megrekedt bazaltos magmák, amelyek piroxenit telérek formájában jelennek meg, mind az alsókéregben, mind a felsőköpenyben). A szeizmikus Moho a telérraj alsó határát jelöli ki, míg az ultrabázisos peridotit kőzetek már feljebb kezdenek uralkodóvá válni! Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 38/78
19
Földkéreg – Földköpeny határ Földkéreg és földköpeny határa: Mohorovičic (MOHO) felület A Moho mélység tehát nem jelenti automatikusan a földkéreg vastagságát!
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 39/78
Diszkontinuitási felületek a Föld belsejében belsejében Litoszféra és asztenoszféra határa A merev litoszféra (kőzetlemez) alatt a szeizmikus hullámok sebessége lecsökken
Litoszféra (kőzetburok) LVZ
• a Föld külső merev rétege = ‘kőzetlemezek’
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 40/78
20
Litoszféra (kőzetburok) • a Föld külső merev rétege = ‘kőzetlemezek’ • földkéreg + földköpeny legfelső része • átlagos vastagsága 100-150 km… a Pannon-medence alatt, viszont:
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 41/78
Litoszféra (kőzetburok) • a Föld külső merev rétege = ‘kőzetlemezek’ • földkéreg + földköpeny legfelső része • átlagos vastagsága 100-150 km • alsó határa – termikus határ – szeizmikus határ – reológiai határ – geokémiai határ
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 42/78
21
Litoszféra (kőzetburok) • a Föld külső merev rétege = ‘kőzetlemezek’ • földkéreg + földköpeny legfelső része • átlagos vastagsága 100-150 km • alsó határa – termikus határ – szeizmikus határ – reológiai határ – geokémiai határ
Kőzettanilag a litoszféra alsó - földköpeny – része nem különbözik jelentősen a kőzetburok alatti felső köpenytől! Hogyan néz ki?
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 43/78
olivin
ortopiroxén
klinopiroxén
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 44/78
22
Litoszféra (kőzetburok) Kőzettanilag a litoszféra alsó - földköpeny - része nem különbözik jelentősen a kőzetburok alatti felső köpenytől! Uralkodó kőzet a peridotit, ami olivinből, ortopiroxénből, klinopiroxénből és Al-tartalmú ásványból (spinell vagy gránát) áll.
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 45/78
Litoszféra (kőzetburok) Kőzettanilag a litoszféra alsó - földköpeny - része nem különbözik jelentősen a kőzetburok alatti felső köpenytől! Uralkodó kőzet a peridotit… …de honnan tudjuk?
Szentbékkálla
Bondoró
Bazaltos magma által felhozott földköpeny-kőzetzárványok (xenolitok) Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 46/78
23
Diszkontinuitási felületek a Föld belsejében belsejében Litoszféra és asztenoszféra határa A merev litoszféra (kőzetlemez) alatt a szeizmikus hullámok sebessége lecsökken: Kis-sebességű öv (LVZ=Low-Velocity Zone) Asztenoszféra felső része LVZ
LVZ
S-hullám sebesség profil ÉszakAmerika különböző területei alatt Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 47/78
LVZ és Asztenoszféra Kis-sebességű öv (LVZ=Low-Velocity Zone) Asztenoszféra felső része
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 48/78
24
LVZ és Asztenoszféra Először Beno Gutenberg ismerte fel 1959-ben
Korábban – az izosztázia jelenségének ismeretében már feltételezték, hogy egy gyenge kőzetzóna található az erős litoszféra alatt, amit asztenoszférának neveztek.
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 49/78
LVZ és Asztenoszféra A sebességcsökkenés oka: 1.
Magas hőmérséklet (a nagy hőmérséklet gradiens miatt a nyomás befolyásoló szerepe csökken)
2.
Illók (H2O, CO2) jelenléte
3.
<1% kis térfogatú kőzetolvadék Emiatt a szilárd asztenoszféra anyag plasztikus deformációra képes; a hőátadás konvektív módon történik!
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 50/78
25
LVZ és Asztenoszféra Kőzettani jellemzők: Uralkodó kőzet a peridotit, ami olivinből, ortopiroxénből, klinopiroxénből és Al-tartalmú ásványból (spinell vagy gránát) áll.
A magmaképződés fő területe!
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 51/78
Diszkontinuitási felületek a Föld belsejében belsejében Átmeneti öv (‘Transition Zone’) A felsőköpeny alján, 400 és 650 km mélység között fokozatosan megemelkedik a szeizmikus hullámok sebessége
TZ
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 52/78
26
Átmeneti öv (400(400-650 km) Ásványok stabilitása a felső köpenyben
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 53/78
Átmeneti öv (400(400-650 km) A felsőköpeny alján, 400 és 650 km mélység között fokozatosan megemelkedik a szeizmikus hullámok sebessége
Oka: 400 km mélységben az olivin szerkezete némileg módosul: olivin Î β-spinell szerkezetű olivin (wadsleyit) majd még nagyobb nyomáson (mélységben): olivin Î γ-spinell szerkezetű olivin (ringwoodit) Az ortopiroxén 400 km mélységben gránát szerkezetű fázissá alakul ortopiroxén Î majorite (Mg,Fe)SiO3
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 54/78
27
Átmeneti öv (400(400-650 km) A felsőköpeny alján, 400 és 650 km mélység között fokozatosan megemelkedik a szeizmikus hullámok sebessége 670 km: Jelentős fázisátalakulási öv! γ-spinel, majorit Î perovszkit + magnesiowüstit (Mg,Fe,Ca)SiO3 + (Mg,Fe)O 11%-os sűrűségnövekedés! A felsőköpeny és alsóköpeny határa
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 55/78
Átmeneti öv (400(400-650 km) A felsőköpeny alján, 400 és 650 km mélység között fokozatosan megemelkedik a szeizmikus hullámok sebessége
Átmeneti Zóna vastagsága függ a hőmérséklettől is!
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 56/78
28
Átmeneti öv (400(400-650 km) Kőzettanilag az Átmeneti Zóna jelentős részt eklogitból (piroxén és gránát) áll, azaz az olivin tartalom jelentős csökken 400 km alatt Alábukó (szubdukálódó) óceáni kőzetlemezek felhalmozódási helye?
Alábukó kőzetlemez (kék) az itáliai félsziget mentén (Wortel és Spakman, 2000). Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 57/78
A Föld belső belső felépítése: alsó földköpeny
• a Föld legnagyobb tömegű része (49,2%) • perovszkit + magnesiowüstit +/- Ca-perovszkit, korund, stishovit • homogén, primitív? összetétel
A Föld belsejének talán legkevésbé ismert része…
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 58/78
29
A Föld belső belső felépítése: a földköpeny és földmag határán
Meredeken emelkedő geoterma! ⇓ Termikus határ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 59/78
A Föld belső belső felépítése: a földköpeny és földmag határán
Kisebb változás a szeizmikus hullámok sebességében ⇓ Összetételbeli változás? Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 60/78
30
A Föld belső belső felépítése: a földköpeny és földmag határán D”-réteg A név Keith Bullen, új-zélandi matematikustól ered, aki matematikai modellel írta le a Föld belsejét és alfabetikus jelekkel látta el a Föld belső rétegeit. A földkéreg kapta az A jelet, a belső mag a G jelet, 1942-es publikációjában az egész alsó köpeny D rétegként szerepelt. 1950-ben már úgy látta, hogy az alsó köpeny két részre osztható. A felső rész 1800 km vastag részt D’ rétegnek, míg az alsó kb. 200 km vastag területet D” rétegnek nevezte. Más – kevéssé elterjedt - elnevezés: Gutenberg diszkontinuitás Köpeny-Mag határ (CMB)
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 61/78
A D” réteg A földmag és földköpeny határán elhelyezkedő réteg szabálytalan vastagságú, helyenként csupán néhány tíz-, máshol akár 200-300 km vastag. A hő kondukcióval terjed, ezért a hőmérséklet gyorsan változik. Sűrűsége instabil, ezért anyaga olykor felfele áramlik (ún. köpenycsóvák). Egyes helyeken - például a Csendes-óceán déli fele alatt - a D”-réteg alsó része részben olvadt állapotban lehet (ULVZ=ultra kis sebességű zóna). Sok kutató úgy véli, hogy a D”-réteg anyaga ősi szubdukált (földköpenybe alábukó) kőzetlemezek maradványaiból épül fel és innen indulnak ki a forró foltok alatti földköpeny feláramlások.
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 62/78
31
A D” réteg Post-perovszkit fázis
2004-ben fedezte fel egy japán (Tokyio Institute of Technology) és egy svájcijapán (ETH Zurich és JAM-EST) kutatócsoport MgSiO3 nagy nyomáson (>120 GPa), nagy hőmérsékleten (>2500 oK) stabil változata CaIrO3 kristályszerkezet, rombos rendszer, Cmcm illeszkedés (SiO6 oktaéder síkok a b-tengely mentén)
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 63/78
A D” réteg
Grand et al. 1997 nyomán
Szeizmikus tomográfia modell az alsó köpeny legalsó rétegéről Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 64/78
32
A D” réteg
Gernero és McNamara, 2008, Science
Szeizmikus tomográfia modell az alsó köpeny legalsó rétegéről Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 65/78
A D” réteg
Tronnes, 2009, Min. Pet. Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 66/78
33
A D” réteg
Vörös foltok: ULVZ jelenléte Kék foltok: nincs ULVZ
Korreláció a Forró Folt területekkel?
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Garnero 2000 nyomán
Földtudomány BSc – dia 67/78
Mi lehet a D” réteg? réteg? Mag-köpeny határom jelentős összetételbeli és termális változás: elvezet-e ez egy kémiai és termális határréteghez? Úgy tűnik korreláció tapasztalható a D”-réteg vastagság és a geoid anomáliák között Szubdukált kőzetlemezmaradványok? Forró köpenycsóvák kiindulási helye?
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 68/78
34
A földmag A Föld össztömegének kb. 1/3-a, azonban a legnagyobb sűrűségű része. Fő alkotóelemei a vas és a nikkel (Fe/Ni=kb. 17). Két részre osztható: a szilárd belső magra és a folyékony külső magra. Az utóbbiban könnyű elemek, mint például oxigén és kén is előfordulhat (5-15%). A külső magban zajló konvektív áramlás hozza létre a Föld mágneses terét.
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 69/78
Magma: keletkezés
Hol keletkezik a magma?
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 70/78
35
Miért van vulkáni működés a Földön?
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 71/78
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 72/78
36
Magma: keletkezés Potenciális hőmérséklet
Hogyan képződhet magma a földköpenyben? Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 73/78
Magma: keletkezés
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 74/78
37
Magma: keletkezés
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 75/78
Magma: keletkezés
Óceánközépi hátság területek, kontinentális riftek
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 76/78
38
Magma: keletkezés
Forró-folt területek: pl. egyes óceáni szigetek
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 77/78
Magma: keletkezés
Szubdukciós zónák
Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 3
Földtudomány BSc – dia 78/78
39
