ساختار درونی زمین
ساختار زمین شامل سه لایهٔ اصلی پوسته، گوشته و هسته و لایه‌های غیراصلی پوستهٔ قاره‌ای، پوستهٔ اقیانوسی، سنگ‌کره، سست‌کره، گوشتهٔ بالایی، گوشتهٔ پایینی، هسته درونی و هسته بیرونی است.
پوسته بیرونی‌ترین لایهٔ زمین است و بیشتر از اکسیژن و سیلیکون ساخته‌شده و تنها جایی است که زندگی بر روی آن شناخته شده‌است. گوشته بزرگ‌ترین و پهناورترین لایهٔ زمین است و از سنگ‌های نیمه‌جامد بسیار نرم و چگال و بیشتر از آهن و منیزیم ساخته شده‌است. سنگ‌کره بخش سفت و سخت زمین و به حالت جامد است و تمام سطح کرهٔ زمین از بالای کوه اورست تا انتهای درازگودال ماریانا را می‌پوشاند و از کانی‌ها ساخته شده‌است. سنگ‌کره همیشه به آرامی در حال حرکت است و به بشقاب‌های زمین‌ساختی تکه‌تکه شده‌است. جنبش زمین‌ساخت بشقابی عامل بسیاری از رویدادهای زمین‌شناسی مانند زمین‌لرزه‌ها و آتشفشان‌ها است. سست‌کره بخش نرم کرهٔ زمین است که گمان زده می‌شود که بسیار گرم‌تر و مایع‌تر از سنگ‌کره باشد. اگرچه سنگ‌های این لایه جامد و نیمه گداخته هستند، اما در پاسخ به تغییر شکل، روان و جاری می‌شوند. هسته درونی‌ترین و گرم‌ترین لایهٔ کرهٔ زمین است و به طور کامل از فلز ساخته شده‌است. هستهٔ بیرونی از فلزات ذوب‌شدهٔ آهن و نیکل و هم‌چنین گوگرد ساخته‌شده و به باور دانشمندان، میدان مغناطیسی زمین را کنترل می‌کند. جنس هستهٔ درونی زمین، جامد و از آهن است و دمای آن °۶٬۰۰۰ سانتی‌گراد (به اندازهٔ دمای سطح خورشید) و فشار آن ۴۵٬۰۰۰ پوند بر اینچ مربع است. شعاع متوسط کرهٔ زمین (از پوسته تا مرکز هسته) ۶٬۳۷۱ کیلومتر یا با نماد علمی ۱۰۳×۶٫۳۷۱ کیلومتراست.
دانسته‌های کنونی ما دربارهٔ ساختار زمین از مطالعات دربارهٔ مسیرها و ویژگی‌های امواج لرزه‌ای (امواج پی[پ ۱] و اس[پ ۲]) و آزمایش بر روی کانی‌ها و مشاهدات سنگ‌های سطحی و حرکات زمین در سامانهٔ خورشیدی به دست آمده‌است.
حدود ۲۷۰ میلیون سال پیش، ابرقاره‌ای به نام پانگه آ[پ ۳] (شامل همهٔ قاره‌های زمین) وجود داشت که یک سوم زمین را پوشش می‌داد و اقیانوس[پ ۴] جهانی پانتالاسا[پ ۵] آن را احاطه کرده‌بود. فروپاشی این ابرقاره در حدود ۲۰۰ میلیون سال پیش آغاز شد و سرانجام قاره‌های امروزی (آسیا، آفریقا، آمریکای شمالی، آمریکای جنوبی، جنوبگان، اروپا و استرالیا) پدید آمدند. اکنون علاوه بر این هفت قاره، پنج اقیانوس (اقیانوس آرام، اقیانوس اطلس، اقیانوس هند، اقیانوس منجمد جنوبی و اقیانوس منجمد شمالی) بر روی زمین وجود دارد. به عوارض سطح زمین، زمین‌چهره می‌گویند که ساخت زمین‌چهره‌ها گاهی اوقات میلیون‌ها سال طول می‌کشد.
گرانش زمین توسط آیزاک نیوتن کشف‌شد و گرانش استاندارد برابر با ۹٫۸۰۶۶۵ متر بر مجذور ثانیه (m/s۲) است. اما مقدار گرانش در همه جای زمین یکسان نیست و به چرخش زمین، ارتفاع از سطح دریا، تفاوت جرم و جزر و مد وابسته است. مقدار گرانش با افزایش ژرفای زمین، دما و فشار نیز افزایش می‌یابد. جرم زمین برابر با ۱۰۲۴×۵٬۹۷۲۲ کیلوگرم و حجم آن برابر با ۱۰۱۲×۱٫۰۸۳۲۱ کیلومتر مکعب و چگالی آن برابر با ۵٫۵۱۳ گرم بر سانتی‌متر مکعب است.
لایه‌های زمین
زمین دارای سه لایهٔ پوسته، گوشته و هسته است.[۲۷] شعاع متوسط کرهٔ زمین (از پوسته تا مرکز هسته) برابر با ۶٬۳۷۱٫۰۰ کیلومتر (۳٬۹۵۸٫۸ مایل) و با نماد علمی ۱۰۳×۶٫۳۷۱۰ کیلومتر است.[۲۸]
پوسته
پوسته خارجی‌ترین لایهٔ زمین و شامل دو نوع قاره‌ای و اقیانوسی است و تنها جایی است که زندگی بر روی آن جریان دارد. پوستهٔ قاره‌ای زیر توده‌های زمین یافت می‌شود و کم‌تر از سنگ‌های چگال مانند سنگ خارا (گرانیت)[پ ۱۳] ساخته شده‌است و ۱۰ تا ۷۵ کیلومتر (۶ تا ۴۷ مایل) ضخامت دارد (ژرفا متغیر است). پوستهٔ اقیانوسی نیز در کف اقیانوس‌ها یافت می‌شود و از سنگ‌های چگال مانند بازالت[پ ۱۴] تشکیل شده‌است و حدود ۷ کیلومتر (۴ مایل) ضخامت دارد. پوستهٔ قاره‌ای تقریباً همیشه از پوستهٔ اقیانوسی قدیمی‌تر است. برخی از قدیمی‌ترین سنگ‌های جهان را در کمربند گرین استون نیوواگیتوک[پ ۱۵] در کبک، کانادا می‌توان یافت و پوستهٔ قاره‌ای حدود ۴ میلیارد سال پیش شکل گرفته‌است. اما پوستهٔ قاره‌ای هنوز هم در جاهایی که پشتهٔ میانی اقیانوس نامیده می‌شود، تشکیل می‌شود.[۲۷] چگالی پوستهٔ قاره‌ای و اقیانوسی به ترتیب ۲٫۷ و ۳ گرم بر سانتی‌متر مکعب است. پوستهٔ قاره‌ای ۰٫۳۴۷ درصد جرم زمین و ۰٫۵۵۴ درصد جرم پوسته و گوشته و هم‌چنین پوستهٔ اقیانوسی ۰٫۰۹۹ درصد جرم زمین و ۰٫۱۴۷ درصد جرم پوسته و گوشته را تشکیل می‌دهد.[۲۹] این لایه، سنگی و شکننده است و هنگام وقوع زمین‌لرزه می‌شکند.[۳۰]
گوشته
گوشته بزرگ‌ترین لایهٔ زمین است[۳۲] که زیر پوسته واقع‌شده[۳۳] و از ژرفای ۱۰ کیلومتری (۶ مایلی) درون زمین آغاز شده و تا ژرفای ۲٬۸۹۰ کیلومتری (۱٬۸۰۶ مایلی) درون زمین ادامه می‌یابد و ضخامت آن حدود ۲٬۹۰۰ کیلومتر (۱٬۸۰۲ مایل) است. گوشته به چهار لایه تقسیم می‌شود: سنگ‌کره، سست‌کره، گوشتهٔ بالایی و گوشتهٔ پایینی. گوشته ۶۷٫۳ درصد جرم زمین را تشکیل می‌دهد و دمای آن بیش از °۱۰۰۰ سانتی‌گراد است.[۳۳] سنگ‌های نیمه جامد بسیار گرم و چگال، گوشته را می‌سازند[۳۳] و آهن، منیزیم، آلومینیم، سیلیکون، اکسیژن و ترکیبات سیلیکات[پ ۱۷] در این لایه وجود دارد.[۳۰]
از آن‌جا که زمین برای کشف مستقیم بیش از اندازه عمیق است، دانشمندان برای شناسایی گوشته از امواج لرزه‌ای استفاده می‌کنند. امواج لرزه‌ای توسط مواد گوناگون با سرعت‌ها و قدرت‌های گوناگون حرکت می‌کنند. شکافی ناگهانی میان امواج آهسته‌تر و سریع‌تر وجود دارد که این شکاف نشانهٔ مرز میان پوسته و گوشته است و ناپیوستگی موهوروویچیچ[پ ۱۸] (یا موهو)[پ ۱۹] نام دارد. در ژرفای ۲٬۹۰۰ کیلومتری (۱٬۸۰۲ مایلی) درون زمین، امواج اس که نمی‌توانند در مواد مایع به راه خود ادامه دهند، به طور ناگهانی ناپدید می‌شوند و امواج پی نیز می‌شکنند (خم می‌شوند). این بخش ناپیوستگی گوتنبرگ[پ ۲۰] نام دارد و نشانهٔ پایان گوشته و آغاز هستهٔ مایع زمین است.[۳۳]
سنگ‌کره (لیتوسفر)
سنگ‌کره (لیتوسفر)[پ ۲۱] بخش خارجی سفت و سخت[۳۶] زمین است و جنس آن جامد است. سنگ‌کره حدود ۱۰۰ کیلومتر (۶۰ مایل) در بیشتر نقاط عمیق زمین نفوذ می‌کند و شامل بخش‌های بالایی شکنندهٔ گوشته و پوسته است.[۳۷] سنگ‌کره تمام سطح کرهٔ زمین از بالای کوه اورست تا انتهای درازگودال ماریانا را پوشش می‌دهد و از کانی‌ها تشکیل شده‌است.[۳۸] ضخامت سنگ‌کره به سن آن بستگی دارد (سنگ‌کرهٔ قدیمی‌تر، ضخیم‌تر است). سنگ‌کره در زیر پوسته به اندازه‌ای شکننده است که در برخی مناطق مانند یک بشقاب اقیانوسی فرورانده می‌تواند توسط گسل، زمین‌لرزه ایجاد کند.[۳۹] زمین به طور کلی دارای دو نوع سنگ‌کرهٔ اقیانوسی و قاره‌ای است.[۴۰]
سنگ‌کره همیشه به آرامی در حال حرکت است و به صفحات زمین‌ساختی تکه‌تکه شده‌است. بخش گوشتهٔ سنگ‌کره، جنبش صفحات را آسان‌تر می‌کند. جنبش سنگ‌کره (زمین‌ساخت بشقابی) عامل بسیاری از رویدادهای چشمگیر زمین‌شناسی است و وقتی که یک بشقاب (صفحه) زیر بشقابی دیگر حرکت می‌کنند یا دو بشقاب به یک‌دیگر مالش داده می‌شوند، می‌توانند زمین‌لرزه و آتشفشان ایجاد کنند.[۳۷] شش صفحهٔ بزرگ در قاره‌ها (به ویژه آمریکای شمالی، آفریقا و قطب جنوب) وجود دارد. اگرچه صفحه‌های کوچک برای شکل‌دادن به زمین مهم نیستند، اما صفحهٔ کوچکی مانند صفحهٔ خوآن دو فوکا[پ ۲۲] مسئول آتشفشان‌های اقیانوس آرام در شمال‌غربی ایالات متحده آمریکا است.[۴۱]
سست‌کره (استنوسفر)
سست‌کره (استنوسفر)[پ ۲۳] بخش نرم کرهٔ زمین که زیر سنگ‌کره واقع‌شده و بخش‌هایی مانند گوشتهٔ بالایی را دربر می‌گیرد.[۴۷] این لایه از حدود ۱۰۰ کیلومتری (۶۰ مایلی) درون زمین آغاز شده و تا ۷۰۰ کیلومتری (۴۵۰ مایلی) درون زمین گسترش می‌یابد و تصور می‌شود که این لایه بسیار گرم‌تر از سنگ‌کره و به حالت مایع باشد.[۴۸]
اگرچه سنگ‌های سست‌کره جامد هستند، اما در پاسخ به تغییر شکل، روان و جاری می‌شوند. دلیل روان شدن این سنگ‌ها نیز دمای بالاتر از °۱۳۰۰ درجهٔ سانتی‌گرادی در اعماق زمین است. از دیدگاه ترکیب شیمیایی، اگر بخش‌های بالایی سست‌کره سرد شود، جزئی از سنگ‌کره به شمار می‌رود.[۴۹] تصور می‌شود که سست‌کره از سنگ‌های چگال مانند پریدوتیت‌ها[پ ۲۴] ساخته شده‌باشد. این گمانه‌زنی از آن‌جا ریشه می‌گیرد که گدازه در فعالیت‌های آتشفشانی سست‌کره را ذوب می‌کند و به سطح زمین می‌رسد. گدازه‌ای با ترکیب مشابه این نوع گدازه می‌تواند از ذوب پریدوتیت‌ها به دست آمده‌باشد.[۵۰]
در سست‌کره، تعادل میان دما و فشار به گونه‌ای است که سنگ‌ها دارای استحکام کمی باشند. در گوشته، امواج لرزه‌ای سرعت و شتاب سست‌کره را می‌کاهند تا بتوانند از آن بگذرند و به این دلیل، سست‌کره را با «شتاب کم» نیز می‌شناسند. این ویژگی نشان می‌دهد که سست‌کره از سنگ‌های نیمه گداخته ساخته‌شده و مانند ماده‌ای است که از ذرات جامدی ساخته شده‌است که در میان آن‌ها فضاهای مایع وجود دارد.[۵۱]
هسته
بخش مرکزی زمین هسته‌است. هستهٔ زمین دارای دو بخش است: هسته درونی و هسته بیرونی. هسته داخلی به دلیل فشار بسیار زیاد جامد و هسته خارجی، مایع است. قطر آن ۲۵۶۰ کیلومتر و دمای آن ۸۰۰ درجه سانتی گراد است. فاصله آن از سطح زمین ۶۳۳۶ کیلومتر است. مواد هسته به علت فشار زیادی که بر آن وارد می‌شود بسیار متراکم تراز سایر اجزای زمین است. هسته بیشتر از آهن و نیکل تشکیل شده‌است.[۵۲]
هستهٔ بیرونی
میدان مغناطیسی زمین که به باور دانشمندان توسط هستهٔ بیرونی زمین کنترل می‌شود، از زمین در برابر ذرات باردار منظومهٔ خورشیدی محافظت می‌کند.
نوشتار اصلی: هسته بیرونی
هستهٔ بیرونی زمین از ژرفای ۲٬۸۹۰ کیلومتری (۱٬۸۰۶ مایلی) آغاز شده و تا ژرفای ۵٬۱۵۰ کیلومتری (۳٬۲۱۹ مایلی) زمین ادامه می‌یابد و ۳۰٫۸ درصد از جرم زمین را شامل می‌شود[۳۰] و در حال حرکت است.[۵۲] در ژرفای حدود ۲٬۸۸۰ کیلومتری (۱٬۸۰۰ مایلی)، ساختار درونی زمین به طور ناگهانی از سنگ‌های جامد گوشته به چرخش آهن مذاب هستهٔ بیرونی تغییر می‌کند.[۵۳] دمای هستهٔ بیرونی به اندازه‌ای زیاد است که فلزات را در این لایه به شکل مایع درآورده‌است و این لایه از فلزات ذوب‌شدهٔ آهن و نیکل ساخته شده‌است.[۵۴] آهن و نیکل دو فلز مهم هستند که در همه جای کرهٔ زمین یافت می‌شوند (در سطح زمین به حالت جامد یافت می‌شوند) که این فلزات آلیاژ (مخلوطی از عناصر فلزی) بسیار گرمی در هستهٔ بیرونی می‌سازند که دمای آن حدود °۴٬۰۰۰ تا °۵٬۰۰۰ سانتی‌گراد است.[۵۲] علاوه بر آهن و نیکل، مقدار چشم‌گیری گوگرد نیز در این لایه وجود دارد.[۵۵]
از آن جا که زمین، توپی فلزی (هسته) در وسط خود دارد، همهٔ این سیاره مغناطیسی است و دانشمندان بر این باورند که هستهٔ بیرونی همان چیزی است که میدان مغناطیسی زمین را کنترل می‌کند. میدان مغناطیسی زمین مانند یک حباب عمل می‌کند و از زمین در برابر ذرات باردار شناور پیرامون منظومهٔ خورشیدی مانند ذرات بارداری که از خورشید می‌آیند، محافظت می‌کند.[۵۲]
هستهٔ درونی
هستهٔ درونی زمین از حدود ۶٬۶۴۰ کیلومتر (۴٬۰۰۰ مایل) زیر پوسته آغاز شده و حدود ۱٬۲۸۰ کیلومتر (۸۰۰ مایل) ادامه می‌یابد. در هستهٔ زمین، دما و فشار به اندازه‌ای زیاد است[۵۶] (دمای °۶٬۰۰۰ سانتی‌گراد[۵۷][ب] و فشار ۴۵٬۰۰۰ پوند بر اینچ مربع) که فلزات فشرده می‌شوند و می‌توانند مانند یک مایع حرکت‌کنند و در جاهایی که به شکل جامد هستند، وادار به لرزش هستند.[۵۶]
هستهٔ درونی عمدتاً از آهن ساخته شده‌است. اگرچه دما در هستهٔ درونی بسیار زیاد است، اما به دلیل فشار بسیار زمین، آهن نمی‌تواند ذوب شود و جنس هستهٔ درونی جامد است. هسته به طور منظم در حال حرکت است و می‌چرخد و دانشمندان بر این باورند که هستهٔ درونی سریع‌تر از بقیهٔ بخش‌های زمین می‌چرخد.[۵۲]
تاکنون هر آنچه که دربارهٔ هستهٔ درونی زمین مشخص شده‌است، از مطالعات ردیابی امواج لرزه‌ای (امواجی که از سطح زمین به درون زمین رفته‌اند) به دست آمده‌است. این مطالعات نشان داده‌اند که سفر به هستهٔ درونی از هر راستایی یکسان نیست و این نشان می‌دهد که جاهای مختلف هستهٔ درونی نیز یکسان نیست.[۵۸]