Mantel ng Daigdig

Tungkol sa isa sa mga salansan ng interyor ng Daigdig ang artikulo na ito. Para sa konsepto ng mantel sa pamplanetang heolohiya, tingnan ang Mantel.
Iskematikong ilustrasyon ng panloob na istruktura ng Daigdig:
  1. balat na kontinental
  2. balat pandagat
  3. itaas na mantel
  4. ibabang mantel
  5. Panlabas na kaibuturan
  6. Panloob na kaibuturan
  1. Discontinuity ni Mohorovicic
  2. hangganan ng kaibuturan at mantel
  3. hangganan ng panloob at panlabas na kaibuturan

Ang mantel ng Daigdig ay isang salansan ng batong silikeyt sa pagitan ng balat ng daigdig at ng panlabas na kaibuturan nito. Ito ay may masang 4.01×1024 kg (8.84×1024 lb), na katumbas ng 67% ng masa ng buong Daigdig.[1] Ito ay may kapal na 2,900 kilometro (1,800 mi), at bumubuo sa halos 84% ng bolyum ng planeta.[2] Bagaman ito ay solido, dahan-dahan itong dumadaloy sa iskala ng heolohikal na oras, na tila isang napakalapot na likido, na may pagkakawangis sa makapal na arnibal.[3][4] Ang bahagyang pagkakatunaw nito ang pinagmumulan ng balat pandagat at balat na kontinental.[5]

Istruktura

Reolohikal na istruktura

Pagdating sa katangian o kakayanan ng pagdaloy (reolohiya), mayroong dalawang bahagi ang mantel ng daigdig: ang makunat na litospera na binubuo ng balat at ng pinakataas na bahagi ng mantel, at ang mas malambot na astenospera, na dahan-dahang dumadaloy na parang luwad.[6] Ang litospera ang bumubuo sa mga plakang tektoniko, na nakapatong naman sa astenosperang dahan-dahang kumikilos.

Maaari ring hatiin ang mantel ng Daigdig sa tatlong suson batay sa kung paano nagbabago ang bilis ng alon ng lindol (o seismic waves) na dumaraan dito:[7]

  • ang itaas na mantel (na nagsisimula sa Moho, o ilalim ng balat sa lalim na 7-35 km pababa hanggang 410 km)[8]
  • ang transition zone (sa pagitan ng 410-660 km pababa, kung saan matibay na umiiral ang mga mineral na wadsleyite at ringwoodite na pawang mga uri ng mineral na olibin)
  • ang ibabang mantel (mula 660-2,891 km pababa, kung saan umiiral ang mga mineral na bridgmanite at post-perovskite)

Tinataglay naman ng ~200 km na bahagi ng ibabang mantel ang D" layer (binibigkas bilang "D-double prime"), isang rehiyon na may kakaibang katangiang seismiko.[9] Laman din ng rehiyon na ito ang mga malalaking low-shear-velocity province (LSVP), na hinihinalang mga dating tektonika plaka na nalubog sa ilalim ng mantel ilang milyong taon na ang nakalilipas.[10]

Mineralohikal na istruktura

Dayagram na nagpapakita kung paano nagbabago ang mineral na olibin habang bumaba sa mantel

Mayroong biglang pagbilis sa pagkilos ng alon ng lindol sa itaas na bahagi ng mantel na unang napansin ng siyentistang Kroatyano na si Andrija Mohorovicic noong 1909. Ang hangganan na ito ay ang siyang tinatawag sa kasalukuyan na Discontinuity ni Mohorovicic o ang "Moho".[11][12]

Ang pagbilis ng alon ng lindol sa itaas na mantel ay bunga ng komposisyon nito na peridotayt, isang bato na pangunahing binubuo ng olibin, klinopirokseno, ortopirokseno, at plagioklasa, spinel, at garnet na pawang mayayaman sa aluminyo.[13] Habang palalim nang palalim sa itaas na mantel, mas nagiging marupok ang mga pirokseno at nagiging isang uri ng garnet na majoritic garnet.[14]

Sa itaas ng transition zone, sumasailalim sa pagbabago ang olibin bilang mga mineral na wadsleyite at ringwoodite. Hindi tulad ng karaniwang uri ng olibin, ang mga polymorph o istruktural na kauri ng olibin na ito ay may kakayahang magtaglay ng tubig sa kanilang istrukturang kristal. Ito ang dahilan kung bakit may hinala na ang transition zone ay maaaring nagtataglay ng maraming tubig.[15] Sa ilalim ng transition zone, nagiging mga mineral na bridgmanite at ferropericlase ang ringwoodite. Nagiging marupok din ang garnet sa ibaba ng transition zone.[16]

Ang ibabang mantel naman ay pangunahing binubio ng bridgmanite at ferropericlase at kaunting calcium perovskite at stishovite. Sa pinakailalim na ~200 km ng mantel, nagbabagong-anyo ang bridgmanite bilang post-perovskite.[17]

Komposisyon

Isang bato mula Arizona na nagtataglay ng mga luntiang senolit (xenolith) ng peridotayt na pinalilibutan ng nanigas na itim na lava. Dinala ng magma paakyat mula sa mantel ang mga senolit na ito nang pumutok ang isang bulkan sa lugar.

Ang kemikal na komposisyon ng mantel ay mahirap matukoy nang may katiyakan dahil sa hindi ito madaling puntahan. May mga bihirang piraso ng bato ng mantel sa mga opyolita o ophiolite na mga tipak ng pandagat na litospera na pumatong sa kalupaan. May mga bato rin ng mantel na nakuha bilang mga senolit o xenolith sa mga piraso ng basalto o kimberlite.

Komposisyon ng itaas na mantel ng Daigdig (mula sa nasaid na MORB) [18][19]
Kompuwesto Porsiyento ng masa
SiO2 44.71
MgO 38.73
FeO 8.18
Al2O3 3.98
CaO 3.17
Cr2O3 0.57
NiO 0.24
MnO 0.13
Na2O 0.13
TiO2 0.13
P2O5 0.019
K2O 0.006

Karamihan sa mga pagtatantya ng komposisyon ng mantle ay batay sa mga piraso ng batong nakuha mula sa pinakataas na bahagi ng mantel. May debate kung ang natitirang bahagi ng mantel, ang mga mas malalalim nitong bahagi, ay kapareho pa rin ng komposisyon nito.[20] Dagdag pa, ang komposisyon ng mantel ay nagbago sa paglipas ng heolohikal na kasaysayan ng daigdig bunga ng paglabas ng magma at pamumuo nito ng balat pandagat at balat na kontinental.

Temperatura at presyur

Ang temperatura sa loob ng mantel ay sumasaklaw mula 500 K (227 °C; 440 °F) sa hangganan nito sa balat hanggang sa 4,200 K (3,930 °C; 7,100 °F) sa may hangganan nito sa panlabas na kaibuturan.[21] Mabilis na tumataas ang temperatura ng mantel sa itaas at ibabang mga hangganan nito habang marahan namang tumataas sa loob mismo nito.[22] Ang presyur naman sa mantel ay umaabot mula ilang daang megapascal sa rehiyon ng Moho hanggang 139 bilyong pascal sa hangganan nito sa panlabas na kaibuturan.[23]

Kahit na lampas sa punto ng pagkatunaw ng mga bato sa ibabaw ng lupa ang temperatura rito (1,500 K [1,230 °C; 2,240 °F]), solido pa rin ang kabuuang estado ng mantel[24] dahil sa napakataas na presyur sa ilalim ng daigdig.[25] Para matunaw ang anumang bagay, kailangan nito hindi lang ng mataas na temperatura kundi mababang presyur.[26]

Paggalaw

Larawan ng modelo ng kombeksyong nagaganap sa mantel; ang mga pula ay mga relatibong maiinit na lugar habang ang mga bughaw ay relatibong malalamig na lugar. Matamos lumamig ang maiinit na pitak ng mantel (o mantle plume) na umangat mula sa ibabang bahagi ng mantel, ito ay unti-unting lulubog muli at iinit sa ibabang bahagi ng mantel para sa isa na namang siklo ng kombeksyon.

Dahil sa pagkakaiba ng temperatura sa ibabaw ng Daigdig at sa panlabas na kaibuturan at sa kakayahan ng mga batong kristal na dahan-dahang gumapang na parang malapot na likido sa loob ng milyun-milyong taon, may sirkulasyon ng kombeksyon ng materyales sa mantel.[27] Ang mainit na pitak ay umaangat habang ang mas malamig (at mas mabigat) na materyal ay lumulubog. Ang pagbaba ng pitak ng mantel ay nangyayari sa isang uri ng convergent plate boundary: ang mga sona ng paglubog (subduction zone), at ang kaakibat na bulkanismo rito. Gayunman ang bulkanismong dulot ng pag-angat ng pitak mula sa mantel ay maaari ring maipaliwanag ng pasibong pag-unat ng balat ng daigdig (sa mga divergent plate boundary) na nagpapahintulot sa magma na tumagas sa ibabaw.[28]

Ang kombeksyon ng mantel ng daigdig ay isang masalimuot na proseso, sa konteksto ng dinamika ng mga pluwido, at hinihinuhang susing bahagi ng paggalaw ng mga tektonika plaka. Ang paggalaw ng litospera at nakapailalim ditong astenospera ay magkakawing dahil ang paglubog ng litospera ay mahalagang salik ng kumbeksyon ng mantel. Ang naaobserbahang tila paggalaw ng mga kontinente ay bunga ng kumplikadong ugnayan ng mga pwersang nagtutulak sa paglubog ng pandagat na litospera at ng mga paggalaw sa loob ng mantel ng Daigdig.

Ang mga lindol sa mababaw na lalim ay bunga ng paggalaw ng mga biyak (faulting), subalit, sa lalim na higit sa 50 km, ang mainit at mataas na presyur ay nakapahihinto ng anumang aktibidad na seismiko dahil ang mantel ay malapot at hindi kayang bumiyak. Gayunman, sa mga sona ng paglubog, may mga naitalang lindol na hanggang 670 km ang lalim. Ilan sa mga mekanismong iminungkahi upang ipaliwanag ang mga obserbasyong ito ay ang pagkawala ng tubig (ng lumulubog na tektonika plaka), tuluy-tuloy na pag-iinit, at pagbabago ng estado o anyo ng mga minerales sa ilalim. Maaari kasing bumaba ang geothermal gradient sa mga lugar kung saan lumulubog pailalim ang malamig na materyal, na siya namang nagpapatikas sa nakapalibot na mantel at maaaring maging dahilan ng pagkakaroon ng lindol sa gayong mga lalim.[29]

Paggagalugad

Ang paggagalugad sa mantel ay karaniwang isinasagawa sa sahig ng dagat kaysa sa lupa dahil mas manipis ang balat pandagat kumpara sa balat na kontinental.

Ang unang tangka upang galugarin ang mantel, ang Proyektong Mohole (bigkas: MO-howl), ay itinigil noong 1966 dahil sa mga sunud-sunod na kapalpakan at paglobo ng mga gastusin. Ang pinakamalalim na nabutas ng proyekto ay 180 m lamang. Mas matagumpay ang Proyektong Deep Sea Drilling (DSDP) na umiral mula 1968 hanggang 1983 at pinatakbo ng Surian ng Osyanograpiya ng Scripps sa Unibersidad ng California, San Diego. Sinundan ito ng Ocean Drilling Program (na kalauna'y naging Integrated Ocean Drilling Program) noong 1985.[30]

Noong ika-5 ng Marso, 2007, isang pangkat ng mga siyentistang nakasakay sa submarinong RRS James Cook ang naglakbay papunta sa sahig ng Karagatang Atlantiko kung saan may nakalantad na bahagi ng mantel na walang balat na nakapatong, sa pagitan ng Cabo Verde at Dagat Karibe. Nasa tatlong kilometro sa ilalim ng dagat ang naturang lugar at sumasakop ng ilang libong kilometro kwadrado.[31][32] Tinangka ng Hapones na sasakyang pandagat na Chikyu na magbarena ng muwestra 7 km paibaba mula sa ibabaw ng sahig ng dagat, na halos tatlong beses na mas malalim kumpara sa mga nagdaang programa ng pagbabarena.

Mga sanggunian

  1. ↑ Lodders, Katharina (1998). The planetary scientist's companion. Fegley, Bruce. New York: Oxford University Press. ISBN 1-4237-5983-4. OCLC 65171709.{cite book}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  2. ↑ Lodders, Katharina (1998). The planetary scientist's companion. Fegley, Bruce. New York: Oxford University Press. ISBN 1-4237-5983-4. OCLC 65171709.{cite book}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  3. ↑ "PDS/PPI Home Page". pds-ppi.igpp.ucla.edu. Nakuha noong 2021-01-29.{cite web}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  4. ↑ "In Depth | Earth". NASA Solar System Exploration. Inarkibo mula sa ang orihinal noong 2021-02-12. Nakuha noong 2021-01-29.{cite web}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  5. ↑ "What is the Earth's Mantle Made Of? - Universe Today". Universe Today (sa wikang Ingles). 2016-03-26. Nakuha noong 2018-11-24.{cite news}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  6. ↑ Stephen, Marshak (2015). Earth: Portrait of a Planet (ika-5th (na) edisyon). New York: W. W. Norton & Company. ISBN 9780393937503. OCLC 897946590.{cite book}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  7. ↑ Helffrich, George R.; Wood, Bernard J. (Agosto 2001). "The Earth's mantle". Nature. 412 (6846): 501–507. doi:10.1038/35087500. PMID 11484043. S2CID 4304379.{cite journal}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  8. ↑ Ang lokasyon ng ilalim ng balat ay nag-iiba-iba mula 10 hanggang 70 km. Sa pangkalahatan, mas manipis ang balat pandagat, na wala pang 10 km ang karaniwang kapal. Ang balat na kontinental naman ay may karaniwang kapal na 35 km bagaman ang pinakamakapal na bahagi nito, tulad ng sa ilalim ng talampas ng Tibet ay maaaring umabot ng 70 km ang lalim.
  9. ↑ https://www.science.org/content/article/d-layer-demystified
  10. ↑ Fan, An; Sun, Xinlei; Zhang, Zhou; Zhang, Peng; Zong, Jianye (2022-01). "From Subduction to LLSVP: The Core‐Mantle Boundary Heterogeneities Across North Atlantic". Geochemistry, Geophysics, Geosystems (sa wikang Ingles). 23 (1). doi:10.1029/2021GC009879. ISSN 1525-2027. {cite journal}: Check date values in: |date= (tulong)
  11. ↑ "Istria on the Internet – Prominent Istrians – Andrija Mohorovicic". 2007. Nakuha noong 2007-12-25.{cite web}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  12. ↑ "Layers of the Earth—What is the Moho?- Incorporated Research Institutions for Seismology". www.iris.edu. Nakuha noong 2023-08-24.{cite web}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  13. ↑ McDonough, William F.; Rudnick, Roberta L. (1998-12-31). Hemley, Russell J (pat.). "Chapter 4. Mineralogy and composition of the upper mantle". Ultrahigh Pressure Mineralogy: 139–164. doi:10.1515/9781501509179-006. ISBN 9781501509179.{cite journal}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  14. ↑ van Mierlo, W. L.; Langenhorst, F.; Frost, D. J.; Rubie, D. C. (Mayo 2013). "Stagnation of subducting slabs in the transition zone due to slow diffusion in majoritic garnet". Nature Geoscience. 6 (5): 400–403. Bibcode:2013NatGe...6..400V. doi:10.1038/ngeo1772.{cite journal}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  15. ↑ Bercovici, David; Karato, Shun-ichiro (Setyembre 2003). "Whole-mantle convection and the transition-zone water filter". Nature (sa wikang Ingles). 425 (6953): 39–44. Bibcode:2003Natur.425...39B. doi:10.1038/nature01918. ISSN 0028-0836. PMID 12955133. S2CID 4428456.{cite journal}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  16. ↑ Anderson, Don L.; Bass, Jay D. (Marso 1986). "Transition region of the Earth's upper mantle". Nature. 320 (6060): 321–328. Bibcode:1986Natur.320..321A. doi:10.1038/320321a0. S2CID 4236570.{cite journal}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  17. ↑ Tsuchiya, Taku; Tsuchiya, Jun; Umemoto, Koichiro; Wentzcovitch, Renata M. (Agosto 2004). "Phase transition in MgSiO3 perovskite in the earth's lower mantle". Earth and Planetary Science Letters. 224 (3–4): 241–248. Bibcode:2004E&PSL.224..241T. doi:10.1016/j.epsl.2004.05.017.{cite journal}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  18. ↑ Workman, Rhea K.; Hart, Stanley R. (Pebrero 2005). "Major and trace element composition of the depleted MORB mantle (DMM)". Earth and Planetary Science Letters. 231 (1–2): 53–72. Bibcode:2005E&PSL.231...53W. doi:10.1016/j.epsl.2004.12.005. ISSN 0012-821X.{cite journal}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  19. ↑ Anderson, D.L. (2007). New Theory of the Earth. Cambridge University Press. p. 301. ISBN 9780521849593.{cite book}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  20. ↑ Murakami, Motohiko; Ohishi, Yasuo; Hirao, Naohisa; Hirose, Kei (Mayo 2012). "A perovskitic lower mantle inferred from high-pressure, high-temperature sound velocity data". Nature (sa wikang Ingles). 485 (7396): 90–94. Bibcode:2012Natur.485...90M. doi:10.1038/nature11004. ISSN 0028-0836. PMID 22552097.{cite journal}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  21. ↑ Katharina., Lodders (1998). The planetary scientist's companion. Fegley, Bruce. New York: Oxford University Press. ISBN 978-1423759836. OCLC 65171709.{cite book}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  22. ↑ Turcotte, DL; Schubert, G (2002). "4". Geodynamics (ika-2nd (na) edisyon). Cambridge, England, UK: Cambridge University Press. pp. 136–7. ISBN 978-0-521-66624-4.{cite book}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  23. ↑ Katharina., Lodders (1998). The planetary scientist's companion. Fegley, Bruce. New York: Oxford University Press. ISBN 978-1423759836. OCLC 65171709.{cite book}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  24. ↑ Louie, J. (1996). "Earth's Interior". University of Nevada, Reno. Inarkibo mula sa ang orihinal noong 2011-07-20. Nakuha noong 2007-12-24.{cite web}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  25. ↑ Webb, Paul. "3.2 Structure of Earth" (sa wikang Ingles). {cite journal}: Cite journal requires |journal= (tulong)
  26. ↑ P.E, Charlie Young (2023-03-20). "How Does Pressure Affect Melting Point?". EngineerExcel (sa wikang Ingles). Nakuha noong 2023-08-24.{cite web}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  27. ↑ Schubert, Gerald (1997), "MANTLE CONVECTIONMantle convection", Encyclopedia of Planetary Science, Encyclopedia of Earth Science (sa wikang Ingles), Dordrecht: Springer Netherlands, pp. 416–421, doi:10.1007/1-4020-4520-4_233, ISBN 978-1-4020-4520-2, nakuha noong 2023-08-24{citation}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  28. ↑ Foulger, G.R. (2010). Plates vs. Plumes: A Geological Controversy. Wiley-Blackwell. ISBN 978-1-4051-6148-0.{cite book}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  29. ↑ Stern, Robert J. (2002), "Subduction zones", Reviews of Geophysics, 40 (4): 1012, Bibcode:2002RvGeo..40.1012S, doi:10.1029/2001RG000108, S2CID 15347100{citation}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  30. ↑ "About DSDP". Deep Sea Drilling Project.
  31. ↑ Than, Ker (2007-03-01). "Scientists to study gash on Atlantic seafloor". NBC News. Nakuha noong 2008-03-16. A team of scientists will embark on a voyage next week to study an "open wound" on the Atlantic seafloor where the Earth's deep interior lies exposed without any crust covering.{cite news}: CS1 maint: date auto-translated (link)
  32. ↑ "Earth's Crust Missing In Mid-Atlantic". Science Daily. 2007-03-02. Nakuha noong 2008-03-16. Cardiff University scientists will shortly set sail (March 5) to investigate a startling discovery in the depths of the Atlantic.{cite news}: CS1 maint: date auto-translated (link)