Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Af hverju er hafsbotnsskorpa málmríkari en meginlandsskorpa?

Öll spurningin hljóðaði svona:
Af hverju er hafsbotnsskorpa málmríkari, og þar af leiðandi með meiri eðlismassa, en meginlandsskorpa?

Réttara væri að snúa spurningunni við: Af hverju er meginlandsskorpa málmsnauðari og þess vegna eðlisléttari en hafsbotnsskorpa? Einfalda svarið er tvíþætt: léttara efni leitast við að fljóta upp yfir þyngra, og „afleidd bráð“ er ævinlega léttari en efnið sem hún var brædd úr – hér kísilrík bráð úr vötnuðu basalti og seti.

Jörðin er lagskipt eftir eðlismassa (sjá töflu hér fyrir neðan) og þrátt fyrir 4.500 milljón ára þróun fer því ferli ennþá fram - meginlandsskorpa heldur áfram að myndast. Jarðkjarninn, frá 2900 km dýpi til miðju jarðar (6370 km), er úr nikkel-járni, fljótandi hið ytra en í föstu formi hið innra. Hann er talinn hafa orðið til samtímis myndun jarðarinnar sjálfrar við það að geimryk og loftsteinar söfnuðust saman að vaxandi þyngdarmiðju. Sú loftsteinahríð breytti hreyfiorku í varma sem hitaði upp jörðina þannig að hún tók að bráðna og bráðið járn seig niður í átt til jarðarmiðju (sjá til dæmis svar sama höfundar við spurningunni Hversu stór hluti jarðar er járn?).

Tafla 1: Lagskipting jarðar.

Dýpt á neðri
mót (km)
ρ
g/cm3

SiO2

Al2O3

MgO
SkorpaMeginlandsskorpa
40
2,2
70
14
1
Hafsbotnsskorpa
8
2,7
50
15
9
MöttullEfri möttull
700
3,4
42
4
31
Neðri möttull
2900
4,4
KjarniYtri kjarni
5160
9,9
Innir kjarni
6370
12,8

Hafsbotnsskorpa

Ólíkt kjarnanum, sem er úr hreinum málmi, er jarðmöttullinn samsettur úr efnasamböndum, frumefnum tengdum súrefni (O). Í efri möttli er bergtegundin peridótít, steindirnar ólivín Mg2SiO4, pýroxenin díopsít CaMgSi2O6 og enstatít MgSiO3, og spínill MgAl2O4 sem með vaxandi dýpi hvarfast í granat Mg3Al2Si3O12. Vegna sífelldrar varmahreyfingar í möttlinum er efnasamsetning efri og neðri möttuls sennilega svipuð þótt steindasamsetning sé önnur: háþrýstisteindir, eðlisþyngri og með þéttari kristalgrind, taka við í neðri möttli í samræmi við ofurþrýsting neðan við 700 km dýpi.

Varmi myndast í möttlinum af völdum geislavirkra efna en auk þess streymir varmi frá kjarnanum upp í neðsta lag möttulsins. Varmi berst frá heitari stað til kaldari með hitaleiðni, hitageislun, og loks efnisflutningi og sennilega hefur möttullinn frá upphafi verið nægilega heitur til að iðustraumar — og þar með flekahreyfingar á yfirborði — ættu sér stað. Í jarðmöttlinum rís heitt efni djúpt úr iðrum jarðar í (möttul)strókum og þar kemur að efnið tekur að bráðna við tiltekinn þrýsting — bráðin er basaltísk að samsetningu og myndar úthafseyjar og hafsbotnsskorpu jarðar.

Meginlandsskorpa

Hafsbotnsskorpan myndast sem sagt við hlutbráðnun peridótíts efst í jarðmöttlinum. En hvernig stendur á kísilríku bergi (graníti) meginlandanna? Lengi stóð um það styrr meðal jarðfræðinga hvernig granít meginlandanna (og um leið súra bergið á Íslandi) hafi orðið til. Þar tókust einkum á tvær kenningar: súrt berg þróast úr basaltbráð við aðskiljun kísilsnauðra kristalla, og súrt berg myndast við hlutbráðnun úr eldra (set)bergi. Bæði ferli geta átt við staðbundnar granítmyndanir en fyrir víðáttumikil granítsvæði dugir myndun úr basalti ekki því of mikið basalt þyrfti til: við „bestu aðstæður“ þarf 10 rúmmetra af basalti til að mynda einn rúmmetra af graníti.

Meðfylgjandi kort (1. mynd) sýnir aldursdreifingu berggrunns N-Ameríku byggt á aldursgreiningum með geislavirkum samsætum. Áður en slíkar greiningar komu til skjalanna snemma á 20. öld var afstæður aldur jarðmyndana greindur út frá steingervingum; greinanlegir steingervingar koma fyrst fram í jarðmyndunum frá kambríum-tímabilinu sem hófst fyrir um 550 milljón árum (m.á). Eldri jarðmyndanir voru ósundurgreinanlegar eftir aldri og nefnast einu nafni forkambríum (eldra en kambríum). Á kortinu eru gulu svæðin þrír misgamlir fellingafjallgarðar yngri en kambríum: á vesturströndinni Klettafjöll (Laramide- eða Alpafelling, 70-40 m.á.) en á austurströndinni Appalachian- eða Harz-fellingin (325-260 m.á.) og Kaledóníska-fellingin (490-390 m.á.).

Mynd 1. Aldursdreifing forkambrískra myndana meginlandsskjaldar Norður-Ameríku, byggð á aldursgreiningum með geislavirkum samsætum. Gulu svæðin eru yngri myndanir.

Fellingafjöll hlaðast upp yfir sökkbeltum þar sem hafsbotnsskorpa sekkur niður í jarðmöttulinn. Yfir sökkbeltum safnast gríðarþykkir staflar af seti sem hitna upp og myndbreytast af völdum geislavirkra efna og varmastreymis að neðan. Þar kemur, við 500-600°C neðarlega í setbunkanum, að efnið tekur að bráðna og granítbráð myndast. Bráðin skilst frá torbræddara efni og stígur, líkt og saltstólpar (eða möttulstrókar), í átt til yfirborðsins uns hún storknar sem gríðarstórir graníthleifar (2. mynd). Eftir situr hinn torbræddi hluti sem bergtegundin granúlít og myndar neðri hluta meginlandsskorpunnar. Í tímans rás rofna fellingafjöllin og granít, og með dýpra rofi granúlít, opnast á yfirborði. Á kortinu (1. mynd) sést að fyrrnefndir þrír fjallgarðar hafa myndað kraga sem bættust við meginland Norður-Ameríku, líkt og árlög utan á trjástofn. Lituðu svæðin á kortinu eru leifar af slíkum „krögum“ sem bættust á ýmsum tímum utan á eldri kjarna jafnframt því sem meginlandið hefur ýmist rifnað sundur eða við það bæst brot úr öðrum áttum.

Mynd 2. Einfaldað snið yfir sökkbelti framan við meginlandsbrún. Örvar tákna streymi bergbráðar og kvikuvökva. (Athugið fimmfaldan lóðréttan kvarða miðað við láréttan).

Sem sagt: Hafsbotnsskorpan myndast á rekhryggjum sem basaltísk hlutbráð úr peridótíti möttulsins. Meginlandsskorpa myndast yfir sökkbeltum sem granitísk hlutbráð úr myndbreyttu setbergi. Hinn eðlislétti granitíski hluti skilst frá torbræddu granúlíti þannig að úr verður tví-lagskipt skorpa.[1]

Tilvísun:
  1. ^ Áhugasömum er bent á grein höfundar „Myndun meginlandsskorpu“ í Náttúrufræðingnum 70 (2001).

Myndir:
  • Hamblin, W.K. & Christiansen, E.H. 2001. Earth’s Dynamic Systems. Ninth Edition. Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J., U.S.A.
  • Wilson, M. 2001. Igneous Petrogenesis. A Global Tectonic Approach. Chapman & Hall. Íslenskur texti settur inn af ritstjórn Vísindavefsins.

Útgáfudagur

20.2.2019

Spyrjandi

Ísold Egla Guðjónsdóttir

Höfundur

Sigurður Steinþórsson

prófessor emeritus

Tilvísun

Sigurður Steinþórsson. „Af hverju er hafsbotnsskorpa málmríkari en meginlandsskorpa?“ Vísindavefurinn, 20. febrúar 2019. Sótt 23. mars 2019. http://visindavefur.is/svar.php?id=76858.

Sigurður Steinþórsson. (2019, 20. febrúar). Af hverju er hafsbotnsskorpa málmríkari en meginlandsskorpa? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=76858

Sigurður Steinþórsson. „Af hverju er hafsbotnsskorpa málmríkari en meginlandsskorpa?“ Vísindavefurinn. 20. feb. 2019. Vefsíða. 23. mar. 2019. <http://visindavefur.is/svar.php?id=76858>.

Chicago | APA | MLA

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

Kristín M. Jóhannsdóttir

1969

Kristín M. Jóhannsdóttir er lektor við kennaradeild Háskólans á Akureyri. Rannsóknir hennar snúa að merkingarfræði íslensku og vesturíslensku, sérstaklega hvað varðar tíð og horf.