Bên trong Trái Đất là gì?

Lột bỏ các lớp

Nếu bạn có thể cắt Trái Đất làm đôi, bạn sẽ nhìn thấy bốn lớp chính:

Vỏ địa cầu — lớp ngoài cùng. Nó mỏng — mỏng hơn tỷ lệ so với da một quả táo. Vỏ đại dương chỉ dày khoảng 7 km. Vỏ lục địa trung bình dày 35 km. Điều đó nghe có vẻ rất nhiều, nhưng Trái Đất dày 12.742 km.

Manti — dưới lớp vỏ, dày khoảng 2.900 km. Nó được tạo thành từ đá nóng, dày đặc. Phần manti phía trên bị tan chảy một phần và chảy rất chậm — như mật ong dày được nung nóng trên bếp. Lớp chảy này được gọi là asthenosphere.

Lõi ngoài — một lớp gồm sắt và niken lỏng, dày khoảng 2.200 km. Nó rất nóng (4.500–5.500°C) đến nỗi kim loại được tan chảy. Kim loại chảy này tạo ra từ trường của Trái Đất.

Lõi trong — một quả cầu rắn từ sắt và niken ở rất giữa, bán kính khoảng 1.220 km. Nó là phần nóng nhất của Trái Đất — trên 5.400°C, nóng hơn bề mặt Mặt Trời.

Vỏ bị nứt

Một quả trứng bị nứt

Vỏ Trái Đất không phải là một vỏ liên tục. Nó bị nứt thành khoảng 15 mảng kiến tạo chính (và nhiều mảng nhỏ hơn) khớp với nhau như một quả trứng bị nứt.

Những mảng này không mỏng — chúng bao gồm vỏ và phần trên cùng của manti, gọi chung là lithosphere. Lithosphere cứng, dày 70–150 km, và nó nổi trên asthenosphere mềm hơn, bị tan chảy một phần dưới nó.

Một số mảng mang lục địa (các mảng lục địa). Một số mảng mang đáy đại dương (các mảng đại dương). Nhiều mảng mang cả hai.

Mảng lớn nhất là Pacific Plate, gần như hoàn toàn là đáy đại dương. Bạn có thể đang ngồi trên North American Plate, kéo dài từ Mid-Atlantic Ridge đến bờ biển phía tây của Hoa Kỳ.

Điều gì làm cho chúng chuyển động?

Đối lưu: Động cơ

Sâu trong manti, đá gần lõi rất nóng. Đá nóng ít dày đặc hơn, vì vậy nó nổi lên. Khi nó tiến gần bề mặt, nó nguội đi, trở nên dày đặc hơn, và chìm lại xuống. Điều này tạo ra một dòng chảy tròn chậm được gọi là dòng đối lưu.

Hãy nghĩ về một nồi nước được làm nóng trên bếp: nước ở phía dưới được làm nóng, nổi lên, nguội ở bề mặt, và chìm lại. Manti làm điều tương tự — ngoại trừ là với đá, và chậm đến không thể tin được.

Các dòng đối lưu này kéo theo các mảng kiến tạo giống như các đối tượng nổi trên một dây chuyền chuyển động chậm.

Quá trình này chậm — các mảng chuyển động từ 2 đến 15 cm mỗi năm — nhưng trong hàng triệu năm, nó định hình lại toàn bộ bề mặt hành tinh.

Ba loại biên giới

Nơi các mảng gặp nhau

Địa chất kịch tính nhất trên Trái Đất xảy ra nơi các mảng gặp nhau — ở biên giới của chúng. Có ba loại:

Biên giới phân kỳ — các mảng chuyển động tách biệt. Magma tăng từ manti để lấp đầy khoảng trống, tạo ra vỏ mới. Mid-Atlantic Ridge là một biên giới phân kỳ chạy xuống giữa Đại Tây Dương. Iceland ngồi ngay trên nó — bạn có thể đứng trên biên giới giữa Mảng Bắc Mỹ và Mảng Eurasian.

Biên giới hội tụ — các mảng chuyển động lại gần nhau. Khi một mảng đáy đại dương gặp một mảng lục địa, mảng đáy đại dương dày đặc hơn lao xuống dưới trong một quá trình gọi là subduction. Khi hai mảng lục địa va chạm, không có mảng nào chìm dưới — chúng nhăn nheo hướng lên thành dãy núi. Himalaya được hình thành theo cách này, nơi Mảng Ấn Độ đâm vào Mảng Eurasian.

Biên giới biến đổi — các mảng trượt qua nhau theo phương ngang. San Andreas Fault ở California là một biên giới biến đổi nơi Mảng Thái Bình Dương và Mảng Bắc Mỹ mài qua nhau. Điều này gây ra các trận động đất thường xuyên.

Những ngọn núi đang phát triển

Himalaya: Một vụ va chạm trong chuyển động chậm

Khoảng 50 triệu năm trước, Mảng Ấn Độ — đã chạy về phía bắc với tốc độ địa chất nhanh — đâm vào Mảng Eurasian.

Không có mảng nào có thể chìm dưới cái kia vì cả hai đều là vỏ lục địa — dày, nổi, và quá nhẹ để chìm.

Vì vậy vỏ nhăn nheo, uốn cong, và được đẩy lên. Vụ va chạm tạo ra Himalaya, bao gồm Mount Everest — điểm cao nhất trên Trái Đất ở độ cao 8.849 mét.

Và vụ va chạm chưa kết thúc. Mảng Ấn Độ vẫn đang đẩy vào châu Á với tốc độ khoảng 1 cm mỗi năm, và Himalaya vẫn đang phát triển.

Vòng lửa

Nơi thảm họa xảy ra

Nếu bạn vẽ trên bản đồ mỗi trận động đất lớn và vụ phun trào núi lửa, một khuôn mẫu sẽ nổi bật ngay: chúng tập trung dọc theo các biên giới của mảng.

Ví dụ nổi bật nhất là Vòng lửa — một dải hình móng ngựa xung quanh Thái Bình Dương nơi Mảng Thái Bình Dương gặp một số mảng khác. Khoảng 75% núi lửa hoạt động trên thế giới và 90% các trận động đất trên thế giới xảy ra dọc theo Vòng lửa.

Đây không phải là巧合. Động đất xảy ra khi các mảng suddenly slip past each other, tạo ra accumulated stress. Núi lửa hình thành nơi magma tìm thấy một con đường tới bề mặt — thường ở các vùng subduction, nơi một mảng chìm tan chảy và đá nóng chảy tăng lên.

Thang Richter đo cường độ động đất — năng lượng được giải phóng. Mỗi tăng số nguyên đại diện cho khoảng 32 lần năng lượng nhiều hơn. Một trận động đất cường độ 7 giải phóng khoảng 1.000 lần năng lượng hơn một trận cường độ 5.

Tại sao là các biên giới?

Kết nối các điểm

Phần bên trong của một mảng kiến tạo tương đối ổn định. Đá là rắn, mảng chuyển động như một đơn vị, và không có lý do gì để vỏ bị nứt hoặc tan chảy.

Nhưng ở các biên giới, các mảng đang mài, kéo riêng, hoặc va chạm. Đó là nơi stress tích tụ, vỏ bị nứt, và magma tìm thấy con đường thoát.

Hãy suy nghĩ nó như một tấm kính: phần giữa mạnh, nhưng các cạnh và góc là nơi các vết nứt hình thành.

Làm thế nào chúng ta biết?

Bằng chứng ở khắp nơi

Wegener đề xuất sự chuyển động của lục địa vào năm 1912, nhưng ông không thể giải thích cơ chế. Bằng chứng hiện đại đã chứng minh anh ta đúng nhiều lần:

Phân bố hóa thạch — những hóa thạch giống nhau của Mesosaurus (một loài bò sát nước ngọt) được tìm thấy ở cả Brazil và Tây Phi, nhưng không ở đâu khác. Nó không thể bơi qua Đại Tây Dương. Các lục địa phải được kết nối.

Các loại đá phù hợp — các dãy núi ở Scotland khớp hoàn hảo với Appalachian Mountains ở phía đông Hoa Kỳ khi bạn đẩy các lục địa quay trở lại. Những tảng đá giống nhau, cùng tuổi, cùng hình thành — tách biệt bởi một đại dương.

Vết trầy xước do sông băng — các dấu vết sông băng cổ đại được tìm thấy ở châu Phi, Ấn Độ, Nam Mỹ, và Úc tất cả đều chỉ đến một tảng băng duy nhất có tâm ở Nam Cực — chính xác là nơi các lục địa đó sẽ ở trong Pangaea.

Các phép đo GPS — ngày nay, chúng ta có thể đo chuyển động của mảng trực tiếp bằng các vệ tinh GPS. Bắc Mỹ chuyển động ra xa Châu Âu với tốc độ khoảng 2,5 cm mỗi năm. Chúng ta có thể xem nó xảy ra trong thời gian thực.

Trái Đất trong tương lai

Chúng ta đang hướng tới đâu?

Nếu các mảng tiếp tục chuyển động với tốc độ hiện tại của chúng, các nhà địa chất có thể dự đoán nơi các lục địa sẽ ở trong tương lai.

Trong khoảng 250 triệu năm, dự kiến các lục địa sẽ va chạm lại thành một siêu lục địa mới. Các nhà khoa học đã đặt cho nó nhiều tên khác nhau — Pangaea Ultima, Amasia, hoặc Novopangaea — tùy thuộc vào mô hình nào mà họ sử dụng.

Đại Tây Dương sẽ đóng lại. Châu Phi sẽ sát nhập với Châu Âu. Úc sẽ trôi dạt về phía bắc vào Đông Nam Á.

Điều này đã xảy ra trước đây. Pangaea không phải là siêu lục địa đầu tiên — đã có nhiều siêu lục địa, quay trở lại hàng tỷ năm. Chu kỳ tách và tập hợp lại mất khoảng 400–500 triệu năm. Các nhà địa chất gọi nó là chu kỳ siêu lục địa.

Bạn sẽ nhớ điều gì?

Bức tranh toàn cảnh

Trái Đất không tĩnh. Nó là một hành tinh năng động, rối loạn — một vỏ mỏng nổi trên một biển đá chuyển động chậm.

Mọi thứ đều kết nối: các dòng đối lưu thúc đẩy chuyển động của mảng; các biên giới của mảng tạo ra động đất, núi lửa, và dãy núi; bằng chứng được viết trong hóa thạch, đá, và dữ liệu GPS.

Alfred Wegener đã nhìn thấy các mảnh ghép một thế kỷ trước. Phải mất thế giới hàng chục năm để bắt kịp. Ngày nay, kiến tạo mảng là một trong những khuôn khổ mạnh nhất trong tất cả khoa học — nó giải thích mọi thứ từ lý do tại sao Nhật Bản có động đất đến tại sao bạn có thể tìm thấy vỏ sò trên đỉnh núi.