Zemes garoza: viss, kas jums jāzina

Zemes garoza ir ārkārtīgi plāns klinšu slānis, kas veido mūsu planētas visattālāko cieto apvalku. Relatīvā izteiksmē tā biezums ir tāds pats kā ābola ādai. Tas sastāda mazāk nekā pusi no 1 procenta planētas kopējās masas, bet tam ir būtiska loma lielākajā daļā Zemes dabisko ciklu.

Dažās vietās garoza var būt biezāka par 80 kilometriem, bet citās - garāka par vienu kilometru. Zem tā slēpjas mantija, apmēram 2700 kilometru biezs silikāta iežu slānis. Apvalks veido lielāko daļu Zemes.

Garoza sastāv no daudziem dažādiem iežu veidiem, kurus iedala trīs galvenajās kategorijās: svešs, metamorphic un nogulumiežu. Tomēr vairums šo iežu radās kā granīts vai bazalts. Mantija zemāk ir izgatavota no peridotīta. Bridgmanīts, visizplatītākais minerāls uz Zemes, ir atrodams dziļajā mantijā.

Mēs nezinājām, ka Zemei ir garoza līdz 1900. gadu sākumam. Līdz tam viss, ko mēs zinājām, bija tas, ka mūsu planēta šķetina debesis tā, it kā tai būtu liels, blīvs kodols - vismaz tā teica astronomiskie novērojumi. Pēc tam nāca seismoloģija, kas mums no jauna atnesa jauna veida pierādījumus:

Seismiskais ātrums mēra ātrumu, ar kādu zemestrīces viļņi izplatās pa dažādiem materiāliem (t.i., klintīm) zem virsmas. Ar dažiem svarīgiem izņēmumiem seismiskajam ātrumam Zemei ir tendence pieaugt līdz ar dziļumu.

1909. gadā seismologa Andrija Mohorovicic rakstā tika atklātas pēkšņas seismiskā ātruma izmaiņas - kaut kāda veida pārtraukums - apmēram 50 kilometru dziļumā Zemes virsmā. Seismiskie viļņi atlec no tā (atstaro) un saliec (refrakcijas), ejot tam cauri, tāpat kā gaisma uzvedās ar pārtraukumu starp ūdeni un gaisu. Šis pārtraukums, kas nosaukts par Mohorovicic pārtraukumu vai "Moho", ir pieņemtā robeža starp garoza un mantiju.

Garoza un tektoniskās plāksnes nav vienādi. Plāksnes ir biezākas par garoza un sastāv no garozas un seklās mantijas tieši zem tās. Šo stīvo un trauslo divslāņu kombināciju sauc parlitosfēra ("akmeņu slānis" zinātniskajā latīņu valodā). Litosfēras plāksnes atrodas uz mīkstākas, plastiskākas mantijas ieža slāņa, ko sauc par asthenosfēru ("vājais slānis"). Astenosfēra ļauj plāksnēm lēnām pārvietoties pa to kā plosts biezos dubļos.

Mēs zinām, ka Zemes ārējais slānis ir veidots no divām lielām iežu kategorijām: bazalta un granīta. Bazaltu ieži ir jūras grīdu pamatā, un kontinentus veido granīta ieži. Mēs zinām, ka šo iežu tipu seismiskie ātrumi, izmērot laboratorijā, atbilst tiem, kas redzami garozā līdz pat Moho. Tāpēc mēs esam pārliecināti, ka Moho iezīmē reālas pārmaiņas klinšu ķīmijā. Moho nav perfekta robeža, jo daži garozas un mantijas ieži var maskēties kā citi. Tomēr visi, kas runā par garoza, gan seismoloģiskā, gan petroloģiskā ziņā, par laimi, nozīmē to pašu.

Kopumā tad ir divu veidu garoza: okeāna garoza (bazalta) un kontinentālā garoza (granīta).

Okeāna garoza pārklāj apmēram 60 procentus no Zemes virsmas. Okeānijas garoza ir plāna un jauna - ne vairāk kā 20 km bieza un ne vecāks par apmēram 180 miljoniem gadu. Visu, kas vecāks, ir izvilcis zem kontinentiem pakļaušana. Okeāna garoza rodas pie vidējiem okeāna grēdām, kur plāksnes tiek atdalītas. Kad tas notiek, spiediens uz pamatā esošo apvalku tiek atbrīvots, un tur esošais peridotīts reaģē, sākot kausēt. Frakcija, kas izkūst, kļūst par bazalta lavu, kas paceļas un izvirdās, kamēr atlikušais peridotīts noārda.

Okeāna vidienes grēdas migrē virs Zemes tāpat kā Roombas, ekstrahējot šo bazaltisko komponentu no mantijas peridotīta, kad tās aiziet. Tas darbojas kā ķīmiskās rafinēšanas process. Bazalta ieži satur vairāk silīcija un alumīnija nekā palikušais peridotīts, kurā ir vairāk dzelzs un magnija. Arī bazalta ieži ir mazāk blīvi. Minerālu ziņā bazaltam ir vairāk laukšpata un amfibola, mazāk olivīna un piroksēna nekā peridotītam. Ģeologa vārdiem runājot, okeāna garoza ir neliela, bet okeāna mantija - ultramaza.

Okeānijas garoza, būdama tik plāna, ir ļoti maza Zemes daļa - apmēram 0,1 procenta -, bet tās dzīvība cikls kalpo augšējās mantijas satura atdalīšanai smagā atlikumā un vieglākā bazalta savienojumā klintis. Tas arī ekstrahē tā sauktos nesavienojamos elementus, kas neiederas mantijas minerālos un pārvietojas šķidrā kausējumā. Tie, savukārt, plākšņu tektonikā pārvietojas kontinentālajā garozā. Tikmēr okeāna garoza reaģē ar jūras ūdeni un daļu no tā novieto mantijā.

Kontinentālā garoza ir bieza un veca - vidēji apmēram 50 km bieza un apmēram 2 miljardus gadu veca - un tā aptver apmēram 40 procentus planētas. Kamēr gandrīz visa okeāna garoza ir zemūdens, lielāko daļu kontinentālās garozas pakļauj gaisam.

Kontinenti ģeoloģiskā laika gaitā lēnām aug, jo zemūdens okeāna garoza un jūras dibena nogulumi tiek pakļauti subdukcijai. Dilstošajos basaltātos no tiem tiek izspiests ūdens un nesaderīgi elementi, un šis materiāls paaugstinās, lai tā sauktajā subdukcijas rūpnīcā izraisītu lielāku kausēšanu.

Kontinentālā garoza ir veidota no granīta iežiem, kuriem ir vēl vairāk silīcija un alumīnija nekā bazaltā okeāna garozā. Viņiem ir arī vairāk skābekļa, pateicoties atmosfērai. Granīta ieži ir pat mazāk blīvi nekā bazalts. Minerālu ziņā granīts tajā ir pat vairāk laukšpata un mazāk amfibolu nekā bazaltā un gandrīz nav piroksēna vai olivīna. Tas ir arī bagātīgs kvarca. Ģeologa izpratnē kontinentālā garoza ir felsiska.

Kontinentālā garoza veido mazāk nekā 0,4 procentus no Zemes, bet tā ir divkāršas attīrīšanas procesa rezultāts, pirmkārt, okeāna vidusdaļas vidusdaļā un, otrkārt, subdukcijas zonās. Kopējais kontinentālās garozas daudzums lēnām aug.

Nesaderīgie elementi, kas nonāk kontinentos, ir svarīgi, jo tie ietver galvenos radioaktīvos elementus urāns, torijs un kālijs. Tie rada siltumu, kas kontinentālajai garozai liek darboties kā elektriska sega virs mantijas. Karstums mīkstina arī biezas vietas garozā, piemēram Tibetas plato, un liek tiem izplatīties uz sāniem.

Kontinentālā garoza ir pārāk strauja, lai atgrieztos mantijā. Tāpēc tas ir vidēji tik vecs. Kontinentu sabrukšanas laikā garoza var sabiezēt līdz gandrīz 100 km, bet tas ir īslaicīgi, jo tas drīz atkal izplatās. Kaļķakmens un citu nogulumiežu relatīvi plānā āda mēdz palikt kontinentos vai okeānā, nevis atgriezties mantijā. Pat jūrā izskalotās smiltis un māli atgriežas kontinentos uz okeāna garozas konveijera lentes. Kontinenti ir patiesi pastāvīgas, Zemes virsmas pašpietiekamas iezīmes.

Garoza ir plāna, bet svarīga zona, kur sausais, karstais iezis no dziļās Zemes reaģē ar virsmas ūdeni un skābekli, veidojot jauna veida minerālus un ieži. Tas ir arī tas, kur plate-tektoniskā aktivitāte sajauc un kodina šos jaunos iežus un injicē tos ar ķīmiski aktīviem šķidrumiem. Visbeidzot, garoza ir dzīves mājvieta, kas spēcīgi ietekmē iežu ķīmiju un kurai ir savas minerālu pārstrādes sistēmas. Visas interesantās un vērtīgās ģeoloģijas daudzveidības, sākot ar metāla rūdām un beidzot ar biezām māla un akmens kārtām, atrod savas mājas garozā un nekur citur.

Jāatzīmē, ka Zeme nav vienīgais planētas ķermenis ar garoza. Venērai, Merkuram, Marsam un Zemes Mēnesim ir arī viens.

Rediģēja Brūka Mitčela