Minerały i Kamienie szlachetne

Dawniej sądzono powszechnie, że budowa Ziemi jest jednolita  i że jedynie pod wpływem ciśnienia warstw nadległych zmienia się jej stan skupienia, przechodząc początkowo w ciekły, a na­stępnie w gazowy. Było to związane ze znanym już dawno faktem, że w miarę posuwania się w głąb Ziemi temperatura ulega pod­wyższeniu, wskutek czego już na głębokości kilkuset metrów pra­ca górnika jest trudna i bardzo uciążliwa.

Na podstawie obserwacji wzrostu temperatury wraz z głę­bokością wysunięto przypuszczenie, że zewnętrzna część skorupy ziemskiej, zwana litosferą (od greckiego litos — kamień i sfaira kula), spoczywa na ciekłym wnętrzu. Późniejsze badania dowiod­ły jednak, że błędnie przyjmowano istnienie płynnego wnętrza Ziemi na niewielkiej głębokości pod skorupą. Z przebiegu drgań sprężystych powstających wskutek trzęsień ziemi, a przenoszo­nych przez fale sejsmiczne, wynika, że powyżej głębokości 2900 km materia ziemska znajduje się w stanie stałym.

Bezpośrednim badaniom dostępna jest jedynie zewnętrzna część skorupy ziemskiej. Porównując głębokość otworów wiert­niczych, które osiągnęły niemal 10 km głębokości, z promieniem Ziemi, mającym długość 6370 km, można stwierdzić, że człowiek bezpośrednio poznał budowę Ziemi do głębokości wynoszącej za­ledwie nieco ponad 1/1000 części jej promienia. Informacje o głęb­szych jej częściach oparte są tylko na hipotetycznych przypuszczeniach i na wynikach badań geofizycznych.

Jednym z najważniejszych osiągnięć geofizyki jest stwierdze­nie nieciągłości budowy Ziemi. Obserwacje zachowania się wy­wołanych trzęsieniami ziemi fal sejsmicznych wykazały, że Zie­mia jest zbudowana z kilku koncentrycznych stref o odmiennych własnościach sprężystych oraz znajdującego się w środku jądra.

Fale sejsmiczne składają się z drgań poprzecznych, rozchodzących się jedynie w ciałach stałych, oraz z drgań podłużnych. Prędkość rozchodzenia się fal sejsmicznych jest różna, zależna od własności sprężystych i gęstości środowiska, w którym fale się rozchodzą. Powierzchnie, na których następują zmiany zachowania się fal sej­smicznych, nazywane są powierzchniami nieciągłości Najwyraźniejsza z nich znajduje się na głębokości 2900 km. Na głębokości tej prędkość fal sejsmicznych zmniejsza się gwałtownie z 13 do 8 km/s. Również na tej głębokości zatrzymują się fale poprzeczne, co może świadczyć, że środkowa część Ziemi duje się w ciekłym stanie skupienia.

Już na początku bieżącego stulecia wysunięto przypuszczenie, że powierzchniowa część kuli ziemskiej składa się z dwóch stref o różnym składzie i gęstości. Zewnętrzną strefę, złożoną ze skał bogatych w tlenek krzemu — krzemionkę Si0₂ i tlenek glinu glinkę A1₂0₃ nazwano od symboli krzemu Si i glinu Al sialem, natomiast strefę dolną, bogatą w krzemianowe związki magnezu Mg, nazwano simą. Sial złożony jest ze skał, których głównymi składnikami są skalenie (glinokrzemiany potasu, sodu i wapnia), a w skład simy wchodzą skały utworzone głównie z piroksenów i oliwinów (krzemiany magnezu i żelaza). Ponieważ prędkość roz­chodzenia się fal sejsmicznych w sialu odpowiada ich prędkości w granitach, a w simie prędkości w bazaltach, strefy te nazwano warstwą granitową i warstwą bazaltową.

Na głębokości 80—150 km zakłada się istnienie astenosfery (od greckiego astenos — słaby), którą tworzy szklisty bazalt oliwinowy, zachowujący się pod działaniem długotrwałych nacisków jak ciało plastyczne. Niżej leży strefa pośrednia, czyli mezosfera(z greckiego młsos — średni, środkowy), zwana również płasz­czem. Jej górna część składa się ze skał zwanych perydotytami, których głównym składnikiem jest oliwin. Występują one przy­puszczalnie do głębokości około 413 km, na której kończy się si­ma. Niżej znajdują się zapewne również perydotyty, lecz z do­datkiem chromu Cr i żelaza Fe — crofesima, a głębiej i niklu Ni — nifesima. Gęstość mezosfery zwiększa się do 5—6 g/cm³.

Poniżej wyraźnej powierzchni nieciągłości na głębokości 2900 km znajduje się jądro Ziemi, zwane od dużego ciężaru właściwe­go — bary sferą (z greckiego barys — ciężki), a od głównych skład­ników: stopionego żelaza Fe i niklu Ni — nife. Gęstość jądra wy­nosi około 8 g/cm³. Od głębokości 5100 km jądro znajduje się prawdopodobnie w stanie stałym.