Maakera litosfääri ja astenosfääri erinevused

Meie maailm, s.o Maa, on kolmas Päikeselt pärit planeet ja ainus planeet, mis teadaolevalt elu säilitab. Seda kihti, mis maa peal elu säilitab, nimetatakse litosfääriks. Litosfäär koosneb koorikust ja kõige kindlamast vahevööst. Kui astenosfäär, mis asub litosfääri all, koosneb vahevöö kõige nõrgemast ülemisest osast. Liikudes litosfäärist astenosfääri, tõuseb temperatuur. Nii temperatuuri tõus kui ka äärmuslik rõhk muudavad kivimid plastilisteks. Aja jooksul need poolsulanud kivimid voolavad. Eelnimetatud esinemine teatud sügavusel ja temperatuuril tekitab astenosfääri kihi. Need kaks kihti on üliolulised nendes kihtides toimuvate mehaaniliste muutuste ja nende mõju tõttu ühiskonnale. Nende erinevusi ja koostoimet käsitletakse lähemalt järgmises artiklis.

Ajalugu / kujunemine

Litosfääri kontseptsioon sai alguse 1911. aastal A. E. H. Loveilt ja seda arendasid edasi teised teadlased, näiteks J. Barrell ja R. A. Daly [i]. Astenosfääri kontseptsioon pakuti välja ajaloo hilisemas etapis, st 1926. aastal, ja 1960. aastal kinnitasid seda Tšiili suurest maavärinast tulenevad seismilised lained. Nad pakkusid välja raskuse anomaaliaid mandri kooriku kohal, kus tugev ülemine kiht hõljus üle nõrga alumise kihi, st astenosfääri. Aja möödudes laienesid need ideed. Selle kontseptsiooni alus koosnes aga tugevast litosfäärist, mis puhkas nõrgal astenosfääril [ii].

Struktuur

Litosfäär koosneb koorikust ja ülemisest vahevööst (koosneb suuresti peridotiidist), mis moodustab jäika välimise kihi, mis on jagatud tektooniliste plaatidega (suured kivise materjali tahvlid). Väidetavalt põhjustab nende tektooniliste plaatide liikumine (kokkupõrge ja üksteise kohal libisemine) selliseid geoloogilisi sündmusi nagu süvamere lõhed, vulkaanid, laavavoolud ja mägede ehitamine. Litosfääri ümbritseb ülal olev atmosfäär ja allpool astenosfäär. Ehkki litosfääri peetakse kihtidest kõige jäigemaks, peetakse seda ka elastseks. Selle elastsus ja elastsus on aga palju väiksem kui astenosfääril ning sõltub stressist, temperatuurist ja maakera kumerusest. See kiht ulatub 80–250 km sügavusest pinnast ja seda peetakse jahedamaks keskkonnaks kui tema naaber (astenosfäär), umbes 400 kraadi Celsiuse järgi [iii].

Vastupidiselt litosfäärile arvatakse astenosfäär olevat palju kuumem, st vahemikus 300 kuni 500 kraadi Celsiuse järgi. See on tingitud asjaolust, et astenosfäär on enamasti tahke ja mõned piirkonnad sisaldavad osaliselt sulanud kivimit. Mis aitab kaasa sellele, et astenosfääri peetakse viskoosseks ja mehaaniliselt nõrgaks. Seega peetakse seda olemuselt vedelamaks kui litosfäär, mis on selle ülemine piir, samas kui selle alumine piir on mesosfäär. Astenosfäär võib ulatuda 700 km sügavusele maapinna alla. Mesosfääri moodustavad kuumad materjalid soojendavad astenosfääri ja põhjustavad kivide (poolvedela) sulamist astenosfääris, kui temperatuur on piisavalt kõrge. Astenosfääri poolvedelad alad võimaldavad tektooniliste plaatide liikumist litosfääris [iv].

Keemiline koostis

Litosfäär jaguneb kahte tüüpi, nimelt:

• Ookeaniline litosfäär - tihedam ookeaniline koorik, keskmise tihedusega 2,9 grammi kuupsentimeetri kohta
• Mandri litosfäär - paksem koorik, mis ulatub 200 km allapoole maapinda ja mille keskmine tihedus on 2,7 grammi kuupsentimeetri kohta

Litosfääri keemiline koostis sisaldab umbes 80 elementi ning 2000 mineraali ja ühendit, astenosfääris olev lörtsitaoline kivim aga raud-magneesiumsilikaadid. See on peaaegu identne mesosfääri kihiga. Ookeaniline koorik on mandrikoorest tumedam, kuna selles on vähem ränidioksiidi ning rohkem rauda ja magneesiumi [v].

Plaaditektoonika / aktiivsus

Litosfäär sisaldab 15 peamist tektoonilist plaati, nimelt:

1. Põhja-ameeriklane
2. Nazca
3. Šotimaa
4. Kariibi meri
5. Antarktika
6. Euraasia
7. Aafrika
8. Indiaanlane
9. Austraallane
10. Vaikse ookeani piirkond
11. Juan de Fuca
12. Filipiinide
13. Araablane
14. Lõuna-Ameerika
15. Kookospähklid

Maa madalamate kihtide kuumuse põhjustatud konvektsioon juhib astenosfääri voolu, mis põhjustab litosfääri tektooniliste plaatide liikumist. Tektooniline aktiivsus toimub enamasti nimetatud plaatide piiridel, põhjustades kokkupõrkeid, libisedes üksteise vastu ja isegi rebides. Maavärinate, vulkaanide, orogeneeside ja ookeanikaevikute tekitamine. Tegevus astenosfääris ookeanilise maakoore all loob uue kooriku. Sundides astenosfääri pinnale, ookeani servade keskosas. Kui sula kivim ekstrudeerib, see jahtub, moodustades uue kooriku. Konvektsioonijõud põhjustab ka ookeani servade litosfääri plaatide eraldumist [vi].

Litosfääri - astenosfääri piir (LAB)

LAB võib leida jaheda litosfääri ja sooja astenosfääri vahel. Seega tähistab reoloogilist piiri, st sisaldab selliseid reoloogilisi omadusi nagu soojuslikud omadused, keemiline koostis, sula ulatus ja terade suurus. LAB kujutab üleminekut astenosfääri kuumast vahevööst külmemasse ja jäigemasse litosfääri. Litosfääri iseloomustab juhtiv soojusülekanne, astenosfääri aga advektiivse soojusülekandega piir [vii].

LAB kaudu liikuvad seismilised lained liiguvad litosfäärist kiiremini kui astenosfäär. Seetõttu väheneb lainekiirus mõnes piirkonnas 5–10%, 30–120 km (ookeani litosfäär). Selle põhjuseks on astenosfääri erinevad tihedused ja viskoossus. Piirjoont (kus seismilised lained aeglustuvad) tuntakse Gutenbergi katkendusena, mis arvatakse olevat LAB-iga seotud nende ühise sügavuse tõttu. Ookeanilises litosfääris võib LAB-i sügavus olla vahemikus 50–140 km, välja arvatud ookeani keskosas asuvatel servadel, kus see pole sügavamal kui moodustuv uus koorik. Mandri litosfääri LAB sügavused on vaidluse allikad, teadlaste hinnangul võib sügavus ulatuda 100 km kuni 250 km. Lõppkokkuvõttes on mandriosa litosfäär ja mõnes vanemas osas LAB nii paksem kui ka sügavam. Arvestades, et nende sügavus sõltub vanusest [viii].

Litosfääri ja astenosfääri võrdlus

Litosfäär	Astenosfäär
Litosfääri kontseptsioon pakuti välja 1911. aastal	Astenosfääri kontseptsioon pakuti välja 1926. aastal
Litosfäär koosneb koorikust ja kõige kindlamast vahevööst	Astenosfäär koosneb vahevöö kõige nõrgemast ülemisest osast
Asub atmosfääri all ja astenosfääri kohal	Asub litosfääri all ja mesosfääri kohal
Füüsiline struktuur koosneb jäigast väliskihist, mis on jagatud tektooniliste plaatidega. Seda peetakse jäigaks, rabedaks ja elastseks.	Füüsikaline struktuur on enamasti tahke, mõnedes piirkondades on osaliselt sulanud kivim, millel on plastilised omadused
Iseloomustatud kui elastsed ja vähem elastsed	Tal on suurem elastsusaste kui litosfääril
Ulatub 80km sügavusest ja 200 km maapinnast madalamale	Laius ulatub 700 km sügavusele maapinnast madalamale
Ligikaudne temperatuur 400 kraadi Celsiuse järgi	Ligikaudne temperatuur vahemikus 300 kuni 500 kraadi Celsiuse järgi
Selle tihedus on madalam kui astenosfääril	Astenosfäär on tihedam kui litosfäär
Võimaldab juhtivat soojusülekannet	Võimaldab soodsat soojusülekannet
Seismilised lained liiguvad kogu litosfääri suurema kiirusega	Seismilised lained liiguvad astenosfääris 5–10% aeglasemalt kui litosfääris
Kivimid on palju vähem survejõude	Kivimid on tohutu survejõudude all
Keemiline koostis koosneb 80 elemendist ja umbes 2000 mineraalist	Astenosfäär koosneb peamiselt raud-magneesiumsilikaatidest

Järeldus

Maa koosneb viiest füüsilisest kihist, nimelt; litosfäär, astenosfäär, mesosfäär, välimine tuum ja sisemine tuum. See artikkel keskendus kahele esimesele kihile ja nende erinevustele. Mis moodustab osa geoloogiast; teadus, mis tegeleb maakera struktuuri, ajaloo ja selle protsessidega. Geoloogia hõlbustab uurimistööd, mis ümbritsevad mõnda humanitaarteaduste jaoks murettekitavat, näiteks kliimamuutused, loodusõnnetused (tsunamid, maavärinad, vulkaanipursked, maalihked jne), samuti ressursside (vesi, energia, mineraal) ammendumist. Meie praeguste keskkonnaprobleemide lahendamiseks on vaja teadmisi meie maapinna struktuuridest ja süsteemidest. See maailm on meie kodu. Oleme oma ellujäämiseks täielikult maa peal sõltuvad. Seetõttu on jätkusuutliku eluviisi edendamiseks meie keskkonna mõistmine ainult loogiline.