Κεφάλαιο 2 ΟΜΗ ΤΟΥ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ ΤΗΣ ΓΗΣ

Transcript

1 Κεφ.2 οµή του εσωτερικού της γης 10 Κεφάλαιο 2 ΟΜΗ ΤΟΥ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ ΤΗΣ ΓΗΣ 2.1 ΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΤΗΣ ΓΗΣ Οι βαθύτερες δειγµατοληψίες που έχουν γίνει στο φλοιό της γης φτάνουν µέχρι το βάθος των 12 χιλιοµέτρων. Κάτω από το βάθος αυτό αναγνωρίστηκε κυρίως µε βάση τη διαδροµή των σεισµικών κυµάτων η στρωµάτωση της γης σε φλοιό, µανδύα και πυρήνα καθώς και η πιο ρεολογική διάρθρωση του εξωτερικού περιβλήµατος της γης σε λιθόσφαιρα και ασθενόσφαιρα ΙΑ ΟΣΗ ΤΩΝ ΣΕΙΣΜΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ Τα σεισµικά κύµατα διαδίδονται ευθύγραµµα και µε την ίδια ταχύτητα δια µέσου οµοιογενών σωµάτων σταθερής θερµοκρασίας και πίεσης (Εικ. 2.1). Αν συγκρίνουµε όµως τα σεισµογράµµατα από διάφορους σταθµούς στην επιφάνεια της γης παρατηρούµε ότι η ταχύτητα τους διαφέρει κατά περίπτωση. Η διαφορά των ταχυτήτων αυτών δείχνει ότι τα κύµατα διαδίδονται δια µέσου υλικών ποικίλης σύστασης, δοµής, καθώς και συνθηκών πίεσης και θερµοκρασίας. Μερικά χαρακτηριστικά των σεισµικών κυµάτων αναφέρονται παρακάτω. Εικ.2.1 Η διάδοση των σεισµικών κυµάτων στο εσωτερικό της γης. ιακρίνεται η διάθλαση και ανάκλαση των κυµάτων καθώς και η χαρακτηριστική σκιερή ζώνη των P σεισµικών κυµάτων. α) Η ταχύτητα των σεισµικών κυµάτων εξαρτάται από την πυκνότητα και ελαστικότητα του µέσου διάδοσης. ιαδίδονται πιο γρήγορα σε συµπαγή (π.χ. περιδοτίτες) από ότι σε χαλαρά πετρώµατα (π.χ. άργιλοι, µάργες). β) Σε ένα δεδοµένο στρώµα η ταχύτητα των σεισµικών κυµάτων αυξάνεται µε το βάθος επειδή η λιθοστατική πίεση είναι µεγαλύτερη και τα πετρώµατα σε αυτό το βάθος είναι πιο συµπαγή και ελαστικά. γ) Τα κύµατα Ρ διαδίδονται σε όλες τις φάσεις της ύλης ενώ τα S κύµατα δεν διαδίδονται στα υγρά και αέρια. δ) Σε όλα τα σώµατα τα Ρ κύµατα διαδίδονται ταχύτερα από ότι τα S κύµατα. Καθώς τα σεισµικά κύµατα διαδίδονται από το ένα στρώµα στο άλλο υφίστανται ανάκλαση ή και διάθλαση (Εικ. 2.1). Κατά την ανάκλαση τα σεισµικά κύµατα ανακλώνται επί των επιφανειών που διαχωρίζουν υλικά διαφορετικής πυκνότητας, τους ανακλαστήρες, και επιστρέφουν στην επιφάνεια της γης. Από το χρόνο διαδροµής τους µπορεί να υπολογιστεί το βάθος του ανακλαστήρα. Κατά τη διάθλαση, η διεύθυνση διάδοσης του σεισµικού κύµατος αλλάζει αναλόγως της πυκνότητας των στρωµάτων που έρχονται σε επαφή. Όταν το κατώτερο είναι πυκνότερο από το ανώτερο στρώµα τότε η διεύθυνση διάδοσης κλίνει πιο ήπια σε σχέση µε την επιφάνεια της γης, ενώ όταν το κατώτερο στρώµα είναι λιγότερο πυκνό από το ανώτερο στρώµα η διεύθυνση διάδοσης κλίνει πιο απότοµα. Αν η γήινη σφαίρα ήταν ένα οµοιογενές σώµα τότε τα σεισµικά κύµατα θα διαδίδονταν ευθύγραµµα και µε την ίδια ταχύτητα δια µέσου αυτής. Παρατηρήθηκε όµως αύξηση της ταχύτητας των σεισµικών κυµάτων καθώς και της διάθλασης τους µε αύξηση του βάθους. Αν αυτό οφείλονταν µόνο στην αύξηση της πίεσης µε το βάθος τότε οι αλλαγές αυτές θα ήταν βαθµιαίες (Εικ. 2.2). Επειδή όµως καταγράφονται απότοµες αλλαγές πρέπει να υποθέσουµε την παρουσία στο εσωτερικό της γης ασυνεχειών. Αυτές, είτε διαχωρίζουν υλικά διαφορετικής σύστασης που διαφοροποιήθηκαν

2 Κεφ.2 οµή του εσωτερικού της γης 11 αναλόγως της πυκνότητάς τους κατά την αρχική περίοδο του σχηµατισµού της γης, είτε διαχωρίζουν υλικά της ίδιας σύστασης που βρίσκονται όµως σε διαφορετική φάση. Αλλαγή φάσης συµβαίνει για παράδειγµα µεταξύ υλικών µερικώς ή ολικώς τηγµένων ή όταν τα άτοµα των ορυκτών αναδιοργανώνονται σχηµατίζοντας πιο πυκνό πλέγµα σαν συνέπεια υψηλότερων πιέσεων. Η σύσταση όµως της γης δεν προσδιορίστηκε µόνο µε την ταχύτητα των σεισµικών κυµάτων. Προσδιορίστηκε έµµεσα µε ερευνητικά πειράµατα κατά τα οποία µετρήθηκαν οι ταχύτητες των σεισµικών κυµάτων σε γνωστής σύστασης υλικά που υποβάλλονταν σε θερµοκρασίες και πιέσεις ανάλογες µ αυτές που αναµένονται στο εσωτερικό της γης. Επιπλέον ξενόλιθοι που βρίσκονταν σαν εγκλείσµατα µέσα σε πυριγενή πετρώµατα δίνουν πληροφορίες για την σύσταση των πετρωµάτων βάθους µέχρι και 200 χιλιοµέτρων Ο ΦΛΟΙΟΣ Ο όρος φλοιός προέρχεται από τους γεωλόγους του προηγούµενου αιώνα οι οποίοι θεωρούσαν ότι το εξωτερικό περίβληµα της γης επέπλεε επί του υγρού µανδύα. Είναι το πιο προσιτό τµήµα της γης µια και σε πολλές περιοχές εµφανίζονται πλήρης τοµές ολόκληρου του φλοιού. Εικ. 2.2 Οι ταχύτητες των σεισµικών κυµάτων µε το βάθος. Το κατώτερο όριο του φλοιού αποτελεί µια σπουδαία ασυνέχεια εκατέρωθεν της οποίας η µέση ταχύτητα των σεισµικών κυµάτων αυξάνεται απότοµα από 6 σε 8 km/sec. Η ασυνέχεια αυτή καταγράφηκε από τον Κροάτη σεισµολόγο Mohorovicic ο οποίος διαπίστωσε ότι σε σταθµούς µε απόσταση από το επίκεντρο ενός σεισµού ~ 200 χιλιοµέτρων τα Ρ κύµατα φτάνουν νωρίτερα από ότι σε κοντινότερους στο επίκεντρο σταθµούς. Το γεγονός αυτό οδήγησε τον Mohorovicic να υποθέσει, ότι σε ένα βάθος που υπολογίστηκε περίπου στα 30 χιλ. υπάρχει ένα στρώµα µε φυσικές ιδιότητες πολύ διαφορετικές από ότι το εξωτερικό περίβληµα της γης. Έκτοτε η επαφή µεταξύ των δύο αυτών στρωµάτων ονοµάστηκε ασυνέχεια Moho, αποδείχτηκε δε ότι διατρέχει όλη τη γη και θεωρήθηκε ότι χωρίζει τον φλοιό από τον µανδύα της γης. Σεισµικώς λοιπόν ο φλοιός ορίζεται ως το εξωτερικό περίβληµα της γης που έχει ταχύτητες Ρ κυµάτων <7,6 και ταχύτητες S κυµάτων <4,4. Από εκτεταµένες δειγµατοληψίες πετρωµάτων προσδιορίστηκε ότι ο φλοιός έχει µια µέση γρανοδιοριτική σύσταση µε µέση πυκνότητα 3,1 gr/cm 3. ιαχωρίζεται στον ωκεάνιο φλοιό, στον ηπειρωτικό φλοιό και στον ενδιάµεσο φλοιό, έκαστος µε διαφορετικά χαρακτηριστικά: Ο ωκεάνιος φλοιός έχει πάχος που κυµαίνεται από 5-15 χιλ., αποτελεί το 60% της συνολικής έκτασης του φλοιού, παρουσιάζει µέση ταχύτητα σεισµικών κυµάτων ~7 km/sec και αποτελείται από ιζήµατα πάχους ~1 χιλ.ιοµέτρου, ενώ το υπόλοιπο τµήµα του αποτελείται από γάββρους, βασάλτες και περιδοτίτες. Σε µερικές περιοχές, κυρίως κοντά στις επιµήκης ωκεάνιες ζώνες διάρρηξης, ο ωκεάνιος φλοιός έχει πολύ µικρό πάχος που µπορεί να φτάσει και τα 3 χιλιόµετρα. Ο ηπειρωτικός φλοιός έχει πάχος που κυµαίνεται από χιλ., αλλά σε περιοχές σύγκλισης µπορεί να φτάσει και τα 80 χιλ., όπως συµβαίνει κάτω από τις µεγάλες οροσειρές των Άλπεων και των Ιµαλάϊων. Αντίθετα, προς τους ωκεανούς λεπταίνει σηµαντικά έως ότου φτάσει ένα πάχος 5 χιλ. που είναι και το τυπικό πάχος ενός ωκεάνιου φλοιού. Έχει µέση ταχύτητα σεισµικών κυµάτων ~ 6 km/sec και αποτελείται από ιζήµατα, γνευσίους, γρανίτες, (ανώτερος φλοιός) καθώς και

3 Κεφ.2 οµή του εσωτερικού της γης 12 γρανοδιορίτες, γάββρους, αµφιβολίτες και γρανουλίτες (κατώτερος φλοιός). Εικ. 2.3 Η διάρθρωση του εσωτερικού φλοιού της γης. Στην τοµή του φλοιού διακρίνεται και ο ρεολογικός διαχωρισµός σε λιθόσφαιρα, ασθενόσφαιρα και µεσόσφαιρα. Ο ηπειρωτικός φλοιός έιναι πλουσιότερος σε SiO 2, TiO 2, Al 2 O 3, Na 2 O και K 2 O από ότι ο ωκεάνιος φλοιός. Αυτό σηµαίνει ότι ο ηπειρωτικός φλοιός είναι πλουσιότερος σε χαλαζία και αστρίους και για αυτό είναι λιγότερο πυκνός από τον ωκεάνιο. Ο τρίτος τύπος του ενδιάµεσου φλοιού αναφέρεται κυρίως σε περιοχές νησιωτικών τόξων και ηπειρωτικών περιθωρίων, έχει κοινά χαρακτηριστικά και µε τους δυο προηγούµενους τύπους φλοιού και φτάνει σε πάχος που κυµαίνεται από χλµ Ο ΜΑΝ ΥΑΣ Ο µανδύας είναι το τµήµα της γης που ορίζεται από την ασυνέχεια Moho και την ασυνέχεια Gutenberg που βρίσκεται σε βάθος 2900 χιλ. και η οποία πήρε το όνοµα της από τον οµώνυµο Γερµανό γεωφυσικό. Κάτω από αυτήν η ταχύτητα των Ρ κυµάτων ελαττώνεται απότοµα ενώ τα S κύµατα δεν διαδίδονται. Ο µανδύας αποτελεί το 80% του όγκου του πλανήτη µας, είναι περίπου στερεός µια και διατρέχεται από τα S κύµατα και έχει µέση ταχύτητα Ρ κυµάτων >7,6 km/sec. Σε ορισµένες περιοχές της γης ο µανδύας έχει ανέλθει σηµαντικά προς την επιφάνεια, λόγω ορογενετικών κινήσεων σε παλαιοτέρες γεωλογικές περιόδους, ώστε µπορούµε να τον µελετήσουµε πετρογραφικά, όπως συµβαίνει χαρακτηριστικά στην Ivrea ζώνη των Άλπεων. Με την βοήθεια της πειραµατικής πετρογραφίας και σε συνδυασµό µε τις τιµές ταχύτητας των Ρ κυµάτων µπορούµε να πούµε όµως ότι αυτός συνίστανται από υπερβασικά πετρώµατα, όπως περιδοτίτες και εκλογίτες. Τα πετρώµατα αυτά αποτελούνται κυρίως από ολιβίνη, πυρόξενους και γρανάτες. Μια ακόµη σηµαντική ανακάλυψη που έκανε ο Gutenberg το 1926 ήταν η διαπίστωση ότι τα σεισµικά κύµατα από εστίες που βρίσκονται σε βάθη µεταξύ 100 και 300 χιλ. έφθαναν αργότερα στους σεισµογράφους από ότι αναµένονταν. Πιστοποίησε έτσι την παρουσία ενός στρώµατος χαµηλής ταχύτητας που στη συνέχεια ονοµάστηκε ασθενόσφαιρα (Εικ. 2.3). Θεωρείται ότι τα υλικά στην περιοχή είναι σε µια περισσότερο πλαστική κατάσταση λόγω του ότι βρίσκονται πολύ κοντά στο σηµείο τήξεως τους.. Το πάχος της ασθενόσφαιρας αυξάνει από τις ηπείρους προς τους ωκεανούς Βαθµιαία προς τα πάνω αναπτύσσεται η λιθόσφαιρα που έχει πιο ελαστική συµπεριφορά και περιλαµβάνει τον ανώτερο µανδύα και το φλοιό. Η αναγνώριση της ασθενόσφαιρας και της λιθόσφαιρας ήταν σηµαντικότατες για την εδραίωση της θεωρίας των λιθοσφαιρικών πλακών. Στο βάθος των 400 χιλ. παρατηρείται µια απότοµη αύξηση της ταχύτητας των σεισµικών κυµάτων (Εικ. 2.2) που φαίνεται ότι αντιστοιχεί σε µια αλλαγή φάσης το ορυκτό ολιβίνης µετατρέπεται κάτω από υψηλότερες πιέσεις στο ορυκτό σπινέλιος. Σε βάθος 670 χιλ. µια άλλη ασυνέχεια αντιπροσωπεύει µια περισσότερο χηµική αλλαγή. Το ορυκτό σπινέλιος φαίνεται ότι µετατρέπεται σε περοβσκίτη (Mg, Fe) 2 SiO 3. Η ασυνέχεια αυτή διαχωρίζει τον κατώτερο από τον ανώτερο µανδύα. Ο ανώτερος µανδύας µαζί το φλοιό αποτελούν την τεκτονόσφαιρα ή σχιστόσφαιρα και είναι το τµήµα της γης όπου παράγεται η σεισµική δραστηριότητα.

4 Κεφ.2 οµή του εσωτερικού της γης 13 Κάτω από αυτό το βάθος δεν έχουν παρατηρηθεί σεισµοί. Η πυκνότητα του µανδύα κυµαίνεται µεταξύ 3-5,5 gr/cm Ο ΠΥΡΗΝΑΣ Όπως είδαµε ο πυρήνας της γης διαχωρίζεται από τον κατώτερο µανδύα µε την ασυνέχεια Gutenberg. Εξαιτίας αυτής σεισµικά κύµατα που προκαλούνται κατά τη διάρκεια ενός µεγάλου σεισµού δεν διαδίδονται από την εκ διαµέτρου αντίθετη πλευρά της γης (Εικ. 2.1). Ένα µέρος των Ρ κυµάτων ανακλάται µέχρι τις 103 ο του τόξου, ενώ ένα άλλο διαθλάται και αναδύεται από τις 142 ο και µετά, σχηµατίζοντας έτσι τη σκιερή ζώνη των Ρ κυµάτων. Επειδή τα S κύµατα δεν διαδίδονται στα ρευστά, θεωρήθηκε αρχικά ότι ολόκληρος ο πυρήνας βρίσκεται σε ρευστή κατάσταση. Όµως σε µια απόσταση 1250 χιλ. από το κέντρο της γης ανακαλύφθηκε από την γεωφυσικό Lehman µια ασυνέχεια η ασυνέχεια Lehman κάτω από την οποία αυξάνεται απότοµα η ταχύτητα των Ρ κυµάτων. Αυτό σηµαίνει ότι αντίθετα προς τον εξωτερικό πυρήνα που βρίσκεται σε ρευστή κατάσταση ο εσωτερικός πυρήνας βρίσκεται σε στερεά κατάσταση (Εικ. 2.3). Υπολογίστηκε ότι οι θερµοκρασίες στον πυρήνα της γης κυµαίνονται µεταξύ ο C, ενώ η πίεση είναι περίπου 3 εκατοµµύρια φορές µεγαλύτερη της ατµοσφαιρικής. Η µέση πυκνότητα του πυρήνα κυµαίνεται µεταξύ gr/cm 3 και αντιστοιχεί στο σίδηρο που είναι άφθονος στο ηλιακό µας σύστηµα. Φαίνεται ότι ο σίδηρος στον πυρήνα της γης είναι αρκετά εµπλουτισµένος σε σχέση µε την µικρή περιεκτικότητα του φλοιού σε σίδηρο. Στη σύσταση του εξωτερικού πυρήνα φαίνεται ότι παίρνουν µέρος και µικρότερης πυκνότητας στοιχεία όπως S, O, τα οποία χαµηλώνουν το σηµείο τήξεως του υλικού ΣΥΝΟΨΗ ΤΩΝ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΜΕΘΟ ΩΝ ΓΙΑ ΤΗ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΛΙΘΟΣΦΑΙΡΑΣ Οι µετρήσεις των φυσικών ή προκαλούµενων ιδιοτήτων της λιθόσφαιρας γίνονται συνήθως στην επιφάνεια της γης. (για παράδειγµα µέτρηση της επιτάχυνσης της βαρύτητας). Η εφαρµοσµένη γεωφυσική ερµηνεύει τις παρατηρήσεις αυτές σύµφωνα µε τις ιδιότητες του φλοιού στο εσωτερικό του (π.χ. κατανοµή πυκνοτήτων που επηρεάζει τοπικά τις αλλαγές της επιτάχυνσης της βαρύτητας). Οι γεωφυσικές τεχνικές που εφαρµόζονται στην επιφάνεια ή κοντά στην επιφάνεια της γης αποσκοπούν στη µέτρηση α) των σεισµικών ταχυτήτων, β) του δυναµικού πεδίου και γ) της θερµικής ροής Σεισµικά Οι σχετικά µικρές και απότοµες κινήσεις της επιφάνειας της γης, είτε κατά την κατακόρυφη, είτε κατά την οριζόντια διεύθυνση, µετρούνται µε τη βοήθεια των σεισµοµέτρων και σχετίζονται µε τη διέλευση των σεισµικών κυµάτων µέσα από το εσωτερικό της γης. Η εδαφική κίνηση (µετατόπιση, ταχύτητα ή επιτάχυνση) αποκαλύπτει τις ιδιότητες του υλικού διαµέσου των κυµάτων. Ο χρόνος που χρειάζεται το σεισµικό κύµα για να φτάσει από την πηγή στο σεισµόµετρο είναι συνάρτηση της ταχύτητας του κύµατος που περνά σε µια περιοχή της γης. Το ποσό και ο τύπος της εδαφικής κίνησης αποκαλύπτει πόσο εύκολα η περιοχή απορροφά ή διαχέει την σεισµική ενέργεια (εξασθένηση κυµάτων). Τα σεισµικά κύµατα δηµιουργούνται φυσικά µε τους σεισµούς. Ταξιδεύουν µέσα στην γη ως κύµατα χώρου ή ακολουθούν την εξωτερική επιφάνεια της γης ως κύµατα επιφανείας. Σεισµικά κύµατα µπορούν να δηµιουργηθούν και τεχνητά είτε µε εκρήξεις είτε µε ελεγχόµενες πηγές βοηθώντας έτσι τις τεχνικές µέτρησης της διάθλασης των κυµάτων καθώς συναντούν περιοχές διαφορετικής ταχύτητας ή της ανάκλασης των κυµάτων λόγω της αλλαγής της ακουστικής αγωγιµότητας υναµικά πεδία Τα δυναµικά πεδία, όπως αυτά λόγω της βαρυτικής έλξης και του µαγνητικού πεδίου της γης, αλλάζουν σε ένταση και διεύθυνση ανάλογα µε τη θέση παρατήρησης του πεδίου. Βαρυτικό πεδίο:

5 Κεφ.2 οµή του εσωτερικού της γης 14 Βαρύτητα είναι η δύναµη µε την οποία η γη έλκει τα σώµατα προς το κέντρο της. Στο ύψος της θάλασσας η τιµή της βαρύτητας εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος µιας περιοχής και είναι µικρότερη στον Ισηµερινό από ότι στους πόλους. Επί πλέον η τιµή της βαρύτητας ποικίλει για δυο ακόµη λόγους : 1) Με αυξανόµενο υψόµετρο η βαρύτητα ελαττώνεται η διαφορά της από την αναµενόµενη βαρύτητα της περιοχής λέγεται ανωµαλία αέρος. 2) Τα πετρώµατα πάνω από το επίπεδο της θάλασσας αναλόγως της πυκνότητάς τους εξασκούν µια πρόσθετη έλξη η οποία πρέπει να αφαιρεθεί από τη µετρούµενη τιµή ώστε να βρεθεί η αναµενόµενη βαρύτητα στο επίπεδο της θάλασσας. Η διόρθωση που πρέπει να γίνει στη δεύτερη περίπτωση λέγεται διόρθωση Bouguer, ενώ η διόρθωση που πρέπει να γίνει και στις δυο περιπτώσεις λέγεται βαρυτική ανωµαλία. συχνά εµφανίζουν αρνητικές βαρυτικές ανωµαλίες επειδή σ αυτές συγκεντρώνεται µεγάλο πάχος ιζηµάτων, ελαφρότερων από τα γειτονικά πυριγενή πετρώµατα. Μαγνητικό πεδίο: Η γη περιβάλλεται από ένα µαγνητικό πεδίο του οποίου οι πόλοι βρίσκονται κοντά στο Βόρειο και Νότιο πόλο. Η θέση των πόλων αυτών, όπως προκύπτει και από παρατηρήσεις των τελευταίων αιώνων δεν είναι σταθεροί µετατοπίζονται γύρω από τους γεωγραφικούς πόλους σχηµατίζοντας µια µέγιστη γωνία ~ 12 ο µ αυτούς. Το µαγνητικό πεδίο φαίνεται ότι παράγεται από ηλεκτρικά ρεύµατα που βρίσκονται στο υγρό τµήµα του πυρήνα Εικ. 2.4 Η ένδειξη ενός βαρυτόµετρου επηρεάζεται από την πυκνότητα των πετρωµάτων του υποβάθρου. Ένα βαρυτόµετρο που µετρά τη βαρυτική έλξη που εξασκεί η γη σε µια µάζα µέσα σε αυτό, παρουσιάζει αύξηση ή µείωση της ένδειξης του αναλόγως αν τα πετρώµατα κοντά στην επιφάνεια της γης έχουν µεγάλη ή µικρή πυκνότητα. Έτσι λοιπόν συχνά εντοπίζονται θετικές και αρνητικές βαρυτικές ανωµαλίες που οδηγούν σε συµπεράσµατα για τη δοµή και σύσταση ενός γεωλογικού υποβάθρου. Για παράδειγµα µεταλλικά κοιτάσµατα προκαλούν θετικές βαρυτικές ανωµαλίες, ενώ σπήλαια αρνητικές βαρυτικές ανωµαλίες. Επίσης µεγάλες τεκτονικές ενότητες όπως ζώνες καταβύθισης, οροσειρές κτλ. Εικ. 2.5 Μαγνήτιση λαβών στο σηµερινό µαγνητικό πεδίο Τα µαγνητόµετρα είναι όργανα που µετρούν την ένταση αυτού του µαγνητικού πεδίου. Όπως και στη βαρύτητα η απόκλιση από µια µέση τιµή έντασης λέγεται µαγνητική ανωµαλία. Παρατηρούνται δυο ειδών µαγνητικές ανωµαλίες : α) µια µεγάλης κλίµακας ανωµαλία που οφείλεται στα ρεύµατα του εξωτερικού πυρήνα και β) µια µικρής κλίµακας ανωµαλία που υπερτίθεται επί µεγαλύτερων ανωµαλιών και αντικατοπτρίζει τοπικές αλλαγές στους τύπους των πετρωµάτων. Αυτό συµβαίνει

6 Κεφ.2 οµή του εσωτερικού της γης 15 επειδή τα πετρώµατα διαφέρουν µεταξύ τους ως προς την ικανότητα τους να µαγνητίζονται (µαγνητική επιδεκτικότητα χ ) ή την µαγνήτιση που έχουν υποστεί κατά το σχηµατισµό τους (παραµένουσα µαγνήτιση, J rem ) (Εικ.). Θετικές µαγνητικές ανωµαλίες είναι αυτές που υπερβαίνουν τη µέση τιµή έντασης µιας περιοχής. Για παράδειγµα µια φλέβα γάββρου µέσα σε γρανίτες µπορεί να εντοπιστεί από τις θετικές µαγνητικές ανωµαλίες που καταγράφονται επειδή ο γάββρος περιέχει περισσότερα σιδηροµαγνησιούχα ορυκτά από ότι ο γρανίτης, ώστε ο µαγνητισµός αυτών να προστίθεται στο µαγνητικό πεδίο της γης. Αρνητικές µαγνητικές ανωµαλίες είναι αυτές που υπολείπονται της µέσης έντασης µιας περιοχής. Για παράδειγµα τα ιζήµατα που γεµίζουν µια τεκτονική τάφρο έχουν µικρότερη περιεκτικότητα σε σιδηρούχα ορυκτά από ότι ο γάββρος στα περιθώρια της τάφρου και γι αυτό παράγουν αρνητική µαγνητική ανωµαλία. Εικ. 2.6 Καταγραφή θετικών και αρνητικών ανωµαλιών του µαγνητικού πεδίου στον ωκεάνιο φλοιό Θερµική ροή Η θερµότητα συνεχώς ρέει προς την επιφάνεια της γης προερχόµενη από τις θερµότερες περιοχές στο εσωτερικό της. Η αλλαγή στη θερµοκρασία µπορεί να µετρηθεί µέσα από γεωτρήσεις. Για να αποφευχθεί η επίδραση των κλιµατικών παραγόντων επί των µετρήσεων κατασκευάζονται γεωτρήσεις βάθους 300µ για τις ηπείρους και 6µ για τους ωκεάνιους πυθµένες, όπου τοποθετούνται ειδικά θερµόµετρα. Οι µετρήσεις της θερµικής ροής βασίζονται στην διεργασία της θερµικής αγωγιµότητας του φλοιού της γης. Σύµφωνα µε το νόµο του Fourier q x = -k (dt/dz), η θερµική ροή qx σε µια διεύθυνση z είναι ανάλογη της µεταβολής της θερµοκρασίας στη µονάδα µήκους επί αυτής της διευθύνσεως. Η σταθερά k είναι η θερµική αγωγιµότητα χαρακτηριστική για τα πετρώµατα στα οποία γίνεται η µέτρηση. Οι µετρήσεις αυτές έδειξαν ότι υπάρχουν εκτεταµένες περιοχές µεγάλης θερµικής ροής που οφείλονται στην ανύψωση του µανδύα. Τέτοιες περιοχές είναι οι περιθωριακές λεκάνες που αναπτύσσονται πίσω από ενεργά τόξα (π.χ. περιοχή του Αιγαίου) καθώς και οι θερµές κηλίδες. Αυτές είναι αναθολώσεις διαµέτρου της τάξης των 100 χιλ. στο κέντρο των οποίων αναπτύσσονται συνήθως µεγάλα ηφαίστεια και αποτελούν τις επιφανειακές εµφανίσεις των µανδυακών αναβρυσµάτων (ανερχόµενοι κλάδοι των κυκλοτερών ρευµάτων). Υψηλή θερµική ροή όµως µπορεί να καταγραφή και σε µικρότερες περιοχές του φλοιού όπως για παράδειγµα πάνω από ένα γρανιτικό σώµα που ψύχεται ή πάνω από µια παλαιότερη διείσδυση που είναι πλούσια σε ραδιενεργά ισότοπα. Ως µια βέβαιη πηγή θερµότητας θεωρείται σήµερα η σχάση ραδιενεργών ισοτόπων (ουράνιο, θόριο, κάλιο κτλ.) στο εσωτερικό της γης. Επί πλέον υπάρχει και η δυνατότητα της προέλευσης της θερµότητας από τα πρώτα στάδια σχηµατισµού της γης. Η διάδοση της θερµότητας στην περιοχή του µανδύα γίνεται µε τη βοήθεια των κυκλοτερών ρευµάτων. Εικ. 2.7 Κυκλοτερή ρεύµατα στο εσωτερικό του µανδύα Η κίνηση στα κυκλοτερή ρεύµατα γίνεται λόγω διαφορών της πυκνότητας που συνδέεται µε διαφορές θερµοκρασίας. Υλικά υψηλότερης

7 Κεφ.2 οµή του εσωτερικού της γης 16 θερµοκρασίας έχουν µικρότερη πυκνότητα λόγω θερµικής διαστολής. Σε ένα βαρυτικό πεδίο όπως αυτό της γης, µικρής πυκνότητας υλικά έχουν την τάση να ανυψώνονται σε σχέση µε µεγαλύτερης πυκνότητας υλικά µε αποτέλεσµα να µεταφέρεται θερµότητα από τα βαθύτερα προς τα ανώτερα τµήµατα του µανδύα. Στην επιφάνεια τα υλικά αυτά ψύχονται γίνονται πυκνότερα και βυθίζονται πάλι πίσω προς το εσωτερικό της γης όπου επαναθερµαίνονται. Ο µηχανισµός αυτός µεταφοράς της θερµότητας θεωρείται σήµερα ως η πηγή των τεκτονικών κινήσεων που περιλαµβάνει την κίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών, το σχηµατισµό των οροσειρών, την ηφαιστειότητα και τους σεισµούς. Η ταχύτητα µετατόπισης του υλικού στα κυκλοτερή ρεύµατα κυµαίνεται από 1-15 εκ/χρόνο και είναι περίπου όµοια µε την κίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΕΛΛΗΝΟΓΛΩΣΣΗ Παπαζάχος Β., Εισαγωγή στη σεισµολογία, εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη, Papazachos B., Papazachou C., The earthquakes of Greece, editions Ziti, Thessaloniki, Tarburck E.J., Lutgens K.F., The Earth: An introduction to Physical Geology, Macmillan Publishing Company, New York, Tarburck E.J., Lutgens K.F., Earth Science, Prentice-Hall Inc.,1997. Yeats R., Sieh K., Allen C., The geology of earthquakes, Oxford university press, 1997 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Βασικές έννοιες Α) Βασικό µάγµα (ωκεάνιες λεκάνες/θερµές κηλίδες) Βασάλτης-Γάββρος (Pyroxene+Ca-Plag) Silica content:45-52% ΞΕΝΟΓΛΩΣΣΗ Blundell D., Freeman R., Mueller S., A continental revealed, the European geotraverse, Cambridge university press, Cambridge, Bolt B., Earthquakes and geological discovery, Scientific American Library, New York, Hancock P.L., Continental deformation, Pergamon Press, Oxford, Keller E., Pinter N., Active tectonics, Prentice Hall, New Jersey, McGeary D., Plummer C.C., Physical Geology, Wm. C. Brown Publishers, Meissner R., The continental crust: a geophysical approach, Academic press Inc, San Diego, Nicolas A., The mid-oceanic ridges, Springer-Verlag, Berlin, Β) Οξινο µάγµα Ρυόλιθος και Γρανίτης (ηφαιστειακά τόξα και ηπειρωτικός φλοιός) Quartz+ortho+Na-plag Silica content:>63% Γ) Υπερβασικό µάγµα ουνίτης και περιδοτίτης (µανδύας) Ολιβίνης, Πυρόξενος Silica content:<45%

8 Κεφ.2 οµή του εσωτερικού της γης 17 ) Κλασµατική κρυστάλλωση του µάγµατος Ε) ΣΕΙΡΑ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΣΗΣ ΚΑΤΑ BOWEN

9 Κεφ.2 οµή του εσωτερικού της γης 18 ΣΤ) ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΣ ΧΡΟΝΟΣ