Af hverju er hafsbotnsskorpa málmríkari en meginlandsskorpa?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

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
Skorpa	Meginlandsskorpa	40	2,2	70	14	1
	Hafsbotnsskorpa	8	2,7	50	15	9
Möttull	Efri möttull	700	3,4	42	4	31
	Neðri möttull	2900	4,4
Kjarni	Ytri 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.).

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.

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.

...