181 2

Budowa Ziemi i pochodzenie magm

5.1.    Skład górnego płaszcza i skorupy ziemskiej

5.1.1.    Hipotezy oparte na badaniach geofizycznych

Na podstawie badań geofizycznych, a zwłaszcza sejsmicznych wiadomo, że Ziemia ma budowę strefową i istnieją powierzchnie nieciągłości wskazujące na zmieniającą się gęstość materii lub też na zmianę jej stanu skupienia. Najbardziej wyraźna nieciągłość znajduje się na głębokości 2900 km i oddziela jądro Ziemi od zewnętrznej strefy, czyli płaszcza. Druga wyraźna powierzchnia nieciągłości znajduje się na znacznie mniejszej i zmiennej głębokości — pod lądami wynosi 25—50 km (w skrajnych przypadkach pod wysokimi górami 60—70 km), średnio 30—35 km, a w strefach oceanicznych tylko 5—8 km pod dnami oceanów.-Ta powierzchnia, wykryta w 1909 roku przez Jugosłowianina Mohorovicica, zwana jest w skrócie Moho. Jest to strefa nieciągłości, którą uważa się za granicę między skorupą a płaszczem Ziemi. Jak z jej przebiegu wynika, górny płaszcz podchodzi najwyżej pod skorupę pod oceanami.

Do ważnych nieciągłości przebiegających w innych poziomach należy w niektórych regionach nieciągłość Conrada; nazwa jej wywodzi się od nazwiska austriackiego geofizyka, który odkrył ją w 1925 roku. Przebiega ona powyżej powierzchni Moho i wskazuje na zmianę składu materiału skalnego w skorupie. Powyżej niej występują skały o gęstości 2,6—2,7 • 10³ kg/m³, odpowiadającej średniej gęstości skał granitoidowych, i dlatego ta najwyższa warstwa nazwana została strefą granitową. W rozważaniach geotektonicznych określana jest ona jako skorupa kontynentalna. W Europie Środkowej miąższość jej wynosi 12—15 km, a w centralnych partiach oceanów nie występuje zupełnie. Warstwa ta znana jest od dawna pod nazwą srał (od symboli głównych pierwiastków budujących ją — Si, Al). Poniżej tej strefy gęstość skał wzrasta do 2,9—3,0 • 10³ kg/m³, czyli do gęstości skał bazytowych grupy gabra czy bazaltu. Stąd ta geosfera została określona jako warstwa bazaltowa znana pod nazwą sima (Si, Mg). Jest to skorupa oceaniczna zajmująca na kuli ziemskiej 3/4 jej powierzchni litosferycznej. Kontynentalny, lekki sial zanurzony jest, zależnie od swej miąższości, na różną głębokość w podścielającej go simie. Pomimo, że ilość wystąpień skał bazaltowych oraz formy ich występowania w wyższych strefach skorupy wskazują na ich pochodzenie z niższej strefy, czyli strefy bazaltowej, to należy dodać, że fale sejsmiczne mogą dać podobne efekty zmiany prędkości

na granicy między granitoidami a takimi skałami jak anortozyty czy chamoc-kity, które są skałami „suchymi”, nie zawierającymi żadnych uwodnionych minerałów.

Poniżej nieciągłości Moho, w górnym płaszczu występują skały, g których gęstość przekracza 3,0 • I0³ kg/m³. Powinny to być skały bogate w oli-win i inne składniki ciemne, czyli skały należące do ultrabazytów, a głównie do perydotytów. Te ostatnie, jak wiadomo, zbliżone są składem do najpospolitszych meteorytów kamiennych, czyli chondrytów. Mogą to być także skały piroksenowo-granatowe omawiane w dalszych częściach tego rozdziału.

W płaszczu notowane są także pewne strefy nieciągłości na głębokościach około 400, 680 i 1000 km. Przypuszcza się jednak, że nie chodzi tu

0    zmiany chemiczne materii, lecz o zmiany fizyczne, polegające na gęstym upakowaniu sieci przestrzennych minerałów, a więc na wzroście ich gęstości. Zachodzić to może przede wszystkim przy zmianie koordynacji krzemu względem tlenu i przejściu krzemu z koordynacji tetraedrycznej do koordynacji oktaedrycznej. Takie zmiany są możliwe przy przejściu oliwinu w strukturę spinelu, a także transformacjach polimorficznych piroksenów i kwarcu przewidzianych na podstawie teoretycznych obliczeń oraz eksperymentów. Szerzej te złożone problemy dyskutowane są w specjalistycznych pracach przedstawionych ostatnio także w polskiej literaturze (Bakun-Czubarow i Leliwa-Kopy-styński, 1979). Oprócz zmian w materii, zachodzących w pionie, uważa się ostatnio, że występują także pewne zmiany w kierunkach poziomych.

Głębokość 400 km uważana jest za dolną granicę górnego płaszcza. Według nowszych danych przesunięta jeąt ona do głębokości 600—700 km.

Strefa między 400 a 1000 km stanowi płaszcz pośredni, a strefę między 1000 a 2900 km określa się jako płaszcz dolny. Jądro zewnętrzne Ziemi to strefa od 2900 do 5000 km, a jądro wewnętrzne — od 5000 do 6300 km. Schematycznie zostało to przedstawione na rycinie 5.1.

Bardzo ważna z punktu widzenia tektoniki globalnej, jak też magmatyzmu, jest strefa występująca w górnym płaszczu na głębokości od około 100 do około 300 km, gdzie fale sejsmiczne (szczególnie fale S) zmniejszają wyraźnie swoją prędkość. Strefa ta w sejsmologii nosi nazwę strefy zmniejszonej prędkości (LVL — Iow velocity layer). Uważa się, ze względu na zmiany temperatury i ciśnienia, materiał skalny znajduje się w niej w stanie ąuasistopio-nym (stop w ilości nieco powyżej 1% objętości), który nawet przy małym obniżeniu ciśnienia może przejść w stan bardzo silnie upłynniony. Ze względu na te zmienne, niejako elastyczne właściwości substancjonalno-tektoniczne, strefa ta określana jest jako astenosfera (z greckiego asthenes — słaby, miękki, sphai-ra — kula), ponieważ właściwości te umożliwiają poruszanie się i przemieszczanie poziome i pionowe dużych kier litosfery oddzielonych głębokimi rozłamami. Strefa ta uważana jest też za źródło pierwotnych, bazytowych stopów, czyli astenolitów, które tymi głębokimi rozłamami dostają się w wyższe partie litosfery

1    dochodzą aż do jej powierzchni. Należy tu dodać; że pojęcie litosfery nie