Mant terrestre
El mant és una capa intermija dels planetes terrestres o d'alguns atres cossos planetaris rocosos, com la que es troba entre el núcleu, la capa més interna, i la corfa, la més externa. Està compost principalment per silicats. Per a que es forme un mant, el cos planetari deu ser suficientment gran per a haver passat pel procés de diferenciació planetària en térmens de densitat. Els planetes terrestres (la Terra, Venus, Mart i Mercurio), la Lluna terrestre, dos dels satèlits de Júpiter (Ío i Europa) i el asteroide Vesta tenen cada u un mant rocós.
Mant
[editar | editar còdic]El mant terrestre és la capa de la Terra que es troba entre la corfa i el núcleu (supon aproximadament el 84 % del volum del planeta). El mant terrestre s'estén des de prop de 33 km de profunditat (o al voltant de 8 km en les zones oceàniques) fins als 2900 km (transició al núcleu). La diferenciació del mant es va iniciar fa prop de 3800 millons d'anys, quan la segregació gravimétrica dels components del protoplaneta Terra va produir l'actual estratificació. La pressió en la part inferior del mant ronda els 140 GPa (unes 1 400 000 atmòsfera). Es dividix en dos parts: mant intern, sòlit, elàstic; i mant extern, decorregut, viscós.
Característiques
[editar | editar còdic]El mant es diferencia principalment de la corfa per les seues característiques químiques i el seu comportament mecànic, lo que implica l'existència d'una clara alteració súbita (una discontinuidad) en les propietats físiques dels materials, que és coneguda com discontinuidad de Mohorovičić, o simplement Verdet en homenage a Andrija Mohorovičić, el geofísico que la va descobrir. Esta discontinuidad marca la frontera entre la corfa i el mant.
Durant temps es va pensar que el Verdet representava la frontera entre l'estructura rígida de la corfa i la zona més plàstica del mant, sent la zona a on tindria lloc el moviment entre les plaques de la litosfera rígida i la astenosfera plàstica. No obstant, estudis recents han demostrat que eixa frontera s'ubica molt més avall, en ple mant superior, a una profunditat de l'orde dels 70 km baix la corfa oceànica i dels 150 km baix la corfa continental. Aixina, el mant que se situa immediatament baix de la corfa està compost per materials relativament frets (aprox. 600 °C), rígit i fos en la corfa, a pesar d'estar separat d'ella per la Verdet. Això demostra que la Verdet és en realitat una discontinuidad composicional i no una zona de separació dinàmica.
Composició
[editar | editar còdic]La principal alteració mecànica en el Verdet s'evidencia en la velocitat de les ones sísmiques, que aumenta substancialment, donada la major densitat dels materials del mant (ya que la velocitat de propagació d'una vibració és proporcional a la densitat del material). Eixa major densitat resulta, ademés de l'efecte de l'aument de la pressió, de les diferències en la seua composició química, que és en do a l'aument de la proporció relativa d'eixos minerals, les rocas del mant —peridotita, dunita i eclogita— comparades en les roques de la corfa, es caracterisen per un percentage de ferro i magnesi molt major, en detriment del silici i del alumini.
El quadro següent dona una composició aproximada dels materials del mant en percentage del seu massa total (% ponderal). Note's que la composició del mant pot no ser uniforme, sent d'esperar un aument gradual de la proporció Fe/Mg en la profunditat; s'estima que varie de 0,25 en el mant superior a 0,6 en el mant inferior.
| Element | Cantitat | Nom | Compost | Cantitat | |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 44,8 | Oxigen | |||
| Si | 21,5 | Silici | SiO2 | 46 | |
| Mg | 22,8 | Magnesi | MgO | 37,8 | |
| Fe | 5,8 | Ferro | LLEIG | 7,5 | |
| Al | 2,2 | Alumini | A el2O3 | 4,2 | |
| Ca | 2,3 | Calcio | CaO | 3,2 | |
| Na | 0,3 | Sodi | Na2O | 0,4 | |
| K | 0,03 | Potassi | K2O | 0,04 | |
| 99,7 | Total | Total | 99,1 |
Característiques físiques
[editar | editar còdic]Ademés de les diferències de composició, el mant també presenta unes característiques físiques molt diferents de les de la corfa i del núcleu. En els punts següents es fa una caracterisació dels principals paràmetros físics del mant.
Estat del material
[editar | editar còdic]El material del que es compon el mant pot presentar-se en estat sòlit o com una pasta viscosa, com a resultat de les elevades pressiones. No obstant, al contrari de lo que es puga imaginar, la tendència en àrees d'alta pressió és que les roques es mantinguen sòlides, puix aixina ocupen menys espai físic que els líquits resultants de la fusió. Ademés d'això, la constitució dels materials de cada capa del mant determina l'estat físic local. Aixina, l'interior de la Terra, incloent el núcleu intern, tendix a ser sòlit perque, a pesar de les altíssimes temperatures, està subjecte a pressions tan elevades que els àtoms, en ser compactar, obliguen a que les forces de repulsió entre els àtoms siguen vençudes per la pressió externa. En resultat, a pesar de la temperatura, la substància es manté sòlida.
Temperatura
[editar | editar còdic]Les temperaturas del mant varien entre els 600 °C (873 K) en la zona de contacte en la corfa, fins als 3500 °C (3773 K) en la zona de contacte en el núcleu, aproximadament. Este aument de temperatura reflectix al mateix temps la major dificultat de les capes profundes en perdre calor per conducció a la superfície i la major capacitat endógena de produir calor en profunditat (per l'aument de la desintegració radioactiva i per fricció en els materials decorreguts en moviment en el núcleu extern).
Viscosidad
[editar | editar còdic]La viscosidad en el mant superior (la astenosfera) varia entre 1021 i 1024 Pa*s, depenent de la profunditat.[1] Per lo tant, el mant superior es desplaça molt llentament, comportant-se simultàneament com un sòlit i com un líquit d'alta viscosidad. Això explica el llent moviment de les plaques tectónicas i els moviments isostáticos d'afonament i realzamiento (rebound) de les plaques tectónicas quan s'altera el seu pes (per eixemple, en la formació de masses de gèl i el seu posterior desgel).
Densitat
[editar | editar còdic]La densitat en esta regió aumenta linealmente de 3,4 a 4,6 (en el mant superior) i de 4,6 a 5,5 (en el mant inferior). En el mant superior, la presència de la astenosfera marca zones de fusió parcial. Aparentment, en el mant inferior no ocorre cap canvi de fase important, a pesar de que es donen menuts gradient en la velocitat de propagació de les ones sísmiques als 1230 km i 1540 km de profunditat. D'esta forma, es creu que l'aument en la velocitat de les ones sísmiques deu ocórrer principalment com a resultat de la compactación d'un material de composició uniforme.
S'han propost varis models que sugerixen que el mant inferior conté més ferro que el mant superior. En este cas, la raó Fe/Mg variaria de 0,25 en el mant superior a 0,6 en el mant inferior. L'aument en la massa atòmica mija aumentaria la densitat fins als valors observats, sense necessitat de recórrer a estructures moleculars complexes.
Estos models han generat moltes discussions, puix si el mant inferior és més dens que el superior seria difícil l'existència de moviments de convecció. Per un atre costat, existint una convecció generalisada en el mant seria difícil mantindre l'heterogeneïtat de la composició química durant grans intervals de temps. No obstant, estes aparents incoherències es poden llimar si considerem l'existència de celes de convecció independents en el mant.
Subdivisions del mant
[editar | editar còdic]Si ben no existixen diferències marcades ni discontinuidades òbvies en l'interior del mant, pero sí gradient que reflectixen l'aument de la pressió i de la temperatura, és comuna dividir el mant en dos capes:
- el mant superior (de la discontinuidad de Mohorovičić als 665 km de profunditat es troba el final i medix 630 km).
- el mant inferior (dels 3548 km de profunditat al final i medix 2883 km).
Mant superior
[editar | editar còdic]El mant superior (o mant extern) s'inicia en la discontinuidad de Mohorovičić, que està a una profunditat mija de 6 km baix la corfa oceànica i a una profunditat mija de 35,5 km baix la corfa continental, encara que pot alcançar en esta última profunditats superiors a 400 km en les zones de subducción.
Les velocitats de les ones sísmiques mides en esta capa són típicament de 8,0 a 8,2 km/s, que són majors que les registrades en la corfa inferior (6,5 a 7,8 km/s). Les senyes geofísicos demostren que entre 50 i 200 km (o més en les zones d'subducción) de profunditat ocorre una disminució en la velocitat de les ones P (llongitudinals) i una forta atenuació de les ones S (travesseres), d'ahí que esta regió siga coneguda com a zona de baixa velocitat.
Evidències basades en senyes geofísicos, geològics i petrológicos, i la comparació en cossos extraterrestres, indiquen que la composició del mant superior és peridotítica. Les peridotita són una família de roques ultrabásicas, majoritàriament compostes per olivino magnésico (aprox. un 80 %) i piroxeno (aprox. un 20 %). Encara que són rares en la superfície, les peridotita afloren en algunes illas oceàniques, en capes alçades per la orogénesis i en rares kimberlitas.
Experiències de fusió de peridotita mostren que la seua fusió parcial pot originar els basalts oceànics en les condicions de pressió i temperatura existents en el mant superior. Este procés ocorre provablement en la zona de baixa velocitat, lo que explica la reducció de les velocitats sísmiques per la fusió parcial dels materials.
Els estudis efectuats en ofiolitas i en la litosfera oceànica demostren que la formació de la corfa oceànica (en els seus escassos 5 km de gruixa mija) s'efectua a partir de la porció més superficial del mant superior. El grau de fusió parcial deu alcançar un 25 %, lo que empobrix a esta zona en components de temperatura de fusió baixa. Existixen proves indirectes de que el mant es torna menys empobrit en silicat en l'aument de la profunditat.
Les peridotita del tipo granate-lherzolitas (60 % olivino, 30 % orto i clinopiroxenos, i 10 % espinelas, granates i plagioclasas), representen provablement les peridotita del mant primitiu, que en sofrir fusió parcial, originen magmas basálticos, deixant com a residus harzburgitas (80 % olivino, 20 % ortopiroxenos) i dunitas (olivino). Tenint en conte les relacions de pressió i temperatura, la conclusió és que en profunditats menors la mineralogia està dominada pel complex plagioclasa-lherzolita (que es troba freqüentment en ofiolitas) i que, en l'aument de la pressió, passarà a dominar el complex espinela-lherzolita (que forma a voltes nòduls en basalt alcalinos). En pressions majors, la mineralogia més estable és la del complex granate-lherzolita (que forma nòduls en kimberlita).
Mant inferior
[editar | editar còdic]El mant inferior s'inicia prop dels 665 km de profunditat i s'estén fins a la discontinuidad de Gutenberg, situada a 3548 km de profunditat, en la transició al núcleu. El mant inferior està separat de la astenosfera per la discontinuidad de Repetti, sent puix una zona essencialment sòlida i de molt baixa plasticidad.
La densitat en esta regió aumenta linealmente de 4,6 a 5,5. Aparentment, en el mant inferior no ocorre cap canvi de fase important, a pesar de que es donen menuts gradient en la velocitat de propagació de les ones sísmiques als 1230 km i 1540 km de profunditat. D'esta forma, es creu que l'aument en la velocitat de les ones sísmiques deu ocórrer principalment com a resultat de la compactación d'un material de composició uniforme. S'han propost varis models que sugerixen que el mant inferior conté més ferro que el mant superior.
La temperatura varia de 1000 °C a 3000 °C, aumentant en la profunditat i en la calor produïda per la desintegració radioactiva i per conducció a partir del núcleu extern (a on la producció de calor per fricció que experimenten els fluix que generen el geomagnetismo és gran).
Convecció en el mant i punts calents
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Convecció del mant.
Per les diferències de temperatura entre la corfa terrestre i el núcleu extern existix la possibilitat tèrmica de formació d'una corrent convectiva que comprenga tot el mant. No obstant, esta capacitat es veu mermada per la bajísima plasticidad dels materials del mant inferior i pel gradual aument de la densitat (per la diferència de composició i de la pressió).
No obstant, això no impedix que pugen en direcció a la superfície diapiros plutónicos aïllats i que fragments de corfa més freda i densa s'afonen en les zones d'subducción, formant extenses zones de re-fusió de materials de la corfa. La baixa plasticidad força a estos moviments a una extrema llentitut, fent-los durar centenars de mills, o inclús millons, d'anys.
En les zones a on els diapiros persistixen i s'aproximen de la superfície, lo que du a la fusió dels materials a mida que la pressió disminuïx en l'ascens, es formen punts calents (de l'anglés, hot espots) que despuix es traduïxen, en la superfície, en formacions intrusivas, en vulcanisme persistent o en una eixamplada de la corfa oceànica. En les zones d'subducción, la pujada dels materials fosos i l'efecte de l'introducció d'enormes cantitats d'aigua en el mant duen al sorgiment d'arcs insulars (com les Antilles o Japó) i de cadenes volcàniques (com la Cordillera dels Vages).
La convecció en el mant terrestre és un procés caòtic de dinàmica de decorreguts que sembla determinar el moviment de les plaques tectónicas i, per eixa via, a la deriva dels continents. En este context convé tindre present que la deriva dels continents és solament partix del procés de desplaçament de les plaques tectónicas, ya que la rigidea d'estes i els fenomens de generació de nova corfa que ocorren a lo llarc dels rifts i de destrucció a lo llarc de les regions d'subducción, donen a est un caràcter molt complex.
Per un atre costat, el moviment de la litosfera està necessàriament deslligat del de la astenosfera, lo que fa que les plaques es desplacen en velocitats relatives diferents sobre el mant. D'ahí que els hot-espots puguen donar orige a cadenes d'illes (com els archipèlecs d'Hawái i de les Azores, en els que cada illa o volcà marca la posició relativa del hot-espot en relació en la placa litosférica en un determinat temps).
Donada la complexitat dels fenomens de convecció del mant existixen grans incertituts en la seua modelación, admetent-se inclús que existixquen diferents celes convectivas en capes distintes del mant, creant un sistema en múltiples capes entre el núcleu i la corfa.
A pesar de que existix una tendència general d'aument de la viscosidad en la profunditat, esta relació no és llineal i sembla que existixen capes en una viscosidad molt major que l'esperada en el mant superior i junt a la zona de transició al núcleu extern.
Per la baixa viscosidad de la astenosfera, seria d'esperar que no existiren seismes en hipocentros situats a més de 300 km de profunditat. Això és en general verdader, ya que els seismes que es donen en les zones oceàniques rarament tenen la seua hipocentro per baix dels 25 km, i els seismes en les zones continentals tenen el seu foc a 30-35 km de profunditat. No obstant, en les zones d'subducción, el gradient geotèrmic pot ser substancialment reduït, lo que aumenta la rigidea del material del mant en el seu entorn. D'ahí que ya s'hagen registrat en estes regions seismes en profunditats focals de 400 km a 670 km, si be són casos molt rars.
La pressió en les capes inferiors del mant alcança els 140 GPa (1,4 Matm). A pesar d'estes jagantesques pressions, que aumenten en la profunditat, es pensa que, aixina i tot, és possible que tot el mant es deforme com un decorregut molt viscós quan es consideren llarcs periodos de temps. La viscosidad del mant superior varia entre 1021 i 1024 Pas, depenent de la profunditat.[1] D'ahí que qualsevol moviment en el mant tinga que ser necessàriament hiperlento.
Esta situació d'alta viscosidad contrasta fortament en la fluïdea del núcleu extern, encara que estiga somés a una pressió major. Tal contrast resulta la composició fèrrica del núcleu, el punt del qual de fusió és molt inferior al dels composts del ferro existents en el mant. Aixina, els composts del ferro del mant inferior, a pesar d'estar somesos a una pressió inferior, estan en estat sòlit (encara que, si prenem grans escales de temps com a referència, actuen com un decorregut d'una viscosidad extrema), mentres que el núcleu extern, de ferro casi pur, està en estat líquit. El núcleu intern està en estat sòlit donades les pressions extremes a les que està somés.
Les implicacions d'esta diferència entre el mant i el núcleu extern (i entre est i l'intern) són determinants per a la vida en la Terra, puix d'ací que naix el camp magnètic terrestre que funciona com un escut electromagnètic que protegix la vida en la superfície terrestre de les radiacions ionizantes de l'espai exterior i dels vents solars.
Exploració
[editar | editar còdic]El coneiximent que es té del mant es basa essencialment en estudis geofísicos indirectes, en especial en l'estudi de la propagació de les ones sísmiques, i en l'estudi de mostres de roques de gran profunditat que són dutes cap a la superfície per la orogènia o pel vulcanisme (ofiolitas, kimberlita i xenolitas). D'ahí l'interés per obtindre mostres directes del mant, lo que es va intentar, en va, en el proyecte de perforació oceànica denominat proyecte Mohole, que pretenia fer una perforació que alcançara la discontinuidad de Mohorovičić. La major profunditat alcançada en este proyecte, abandonat pel seu enorme cost en 1966 va ser de 180 m baixe el sol marí. En 2005 la tercera més profunda prospecció va alcançar 1416 m baixe el fondo marí des del barco de perforació JOIDES Resolution. Una nova tentativa es va portar a terme en 2007. Esta volta es va usar l'navío japonés Chikyu[2] per a perforar 7000 m en la corfa oceànica, prop del triple de la profunditat màxima alcançada en els fondos oceànics, en l'objectiu d'obtindre materials de la discontinuidad i de les capes del mant superior situades immediatament davall.
En març de 2007 una expedició composta per una dotzena de científics liderada pel professor Roger C. Searle (Universitat de Durham, Regne Unit) va explorar una regió submarina d'uns 4000 metros de diàmetro, ubicada a 4900 metros de profunditat en l'oceà Atlàntic a mig camí entre les costes d'Àfrica i Sudamérica. La zona va cridar l'atenció dels científics per creure's que en la mateixa el mant terrestre es troba expost, no existint corfa detectable en este particular lloc. Amprant un robot explorador dirigit per control remot, es varen realisar perforació en tres zones distintes de l'àrea exposta del mant. Estava previst que les perforació tingueren 4 cm de diàmetro i 1 metro de profunditat. La missió va durar unes sis semanes i va estar composta per geólogos i oceanógrafos del Centre Oceanogràfic Nacional (NOC, en les seues sigles en anglés) de la ciutat anglesa de Southampton. Varen viajar a bordo del buc "RRS James Cook", cridat aixina en honor del célebre explorador britànic de el XVIII.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 Mantle Viscosity and the Thickness of the Convective Downwellings. Universitat de Jena, Alemània.
- ↑ Artícul de Physorg.com del 15/12/2005
Enllaços externs
[editar | editar còdic]- Estructura de l'interior de la Terra - Finestres a l'univers.
- El mant i el núcleu en AstroMía.
- L'Interior de la Terra i la tectónica de plaques.
- Més prop del mant de la Terra. [1] archivat en Wayback Machine.
- Informació en el Proyecte Mohole.
Referències
[editar | editar còdic]- Este artícul conté una traducció derivada de «Manto terrestre» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.