Mantu

Lurraren zatiketa nukleotik exosferara. Kolore hori eta laranjaz agertzen da mantua.

Mantua lurrazalaren eta nukleoaren artean dagoen geruza da. 2900 kmko sakonerara iristen da. Mantua batez ere peridotitaz osatua dago. Lurrazalaren eta Mantuaren arteko banaketa Mohorovicic etengunean ematen da. Goi mantua (biguna eta likatsua) eta behe mantua (solidoa eta elastikoa) banatu daiteke. Biak ezberdintzen diren puntua Repettiren etengunea da.

Egitura

Mantua lau zatitan banatu daiteke bere elastizitatearen arabera. Geruza hauek kanpotik barrura goi-mantua (33-410 km), trantsizio zonaldea (410-670 km), behe-mantua (670-2798 km) eta D" (2798-2998) dira.

Mantuaren goikaldean bat-bateko abiadura sismikoaren gorakada dago. Gertakari hau lehenengo aldiz Andrija Mohorovicicek ikusi zuen 1909an eta horren ondorioz Mohorovicic etengunea edo sinpleki "Moho" izena ematen zaio . 50 km. geroago mantua plastikoagoa bilakatzen da eta horregatik abiadura sismikoa txikitzen da. Hau dela eta zonalde honi, 200 bat km. dituena, Abiadura Baxuko Zona deitzen zaio, ingelesezko sigletan LVZ. Hala ere honen mugak ez dira mundu osoan aurkitzen. Trantsizio zonaldea oso konplexua da. Behe-mantuaren inguruan oso gutxi dakigu, baina sismikoki homogeneoa da. D" zonaldea Lurreko zonalderik konplexuena da, mantua eta nukleoa bereizten baititu.

Ezaugarriak

Mantua bere osagai kimikoengatik eta bere portaera mekanikoarengatik bereizten da nagusiki lurrazaletik, eta horrek, materialen propietate fisikoetan bat-bateko aldaketa bat ekartzen du. Lurrazalaren eta mantuaren arteko banaketari Mohorovicic etenunea esaten zaio, Andrija Mohorovicic, geofisikariari, omenaldi bat eginez.

Aspaldi, Mohorovicic etenunea, lurrazalaren egitura zurrunaren eta mantuaren gune plastikoenaren arteko muga zela pentsatzen zen, litosfera zurruneko plaken eta astenosfera plastikoaren arteko mugimendua gertatuko litzatekeen tokia izanik. Hala ere, ikerketa berri batzuk etenune hori askoz ere beherago kokatua dagoela frogatu dute, goiko mantuan bertan; Lurrazal ozeanikotik 70km eta kontinentaletik 150km-ra. Beraz, lurrazalaren azpian kokatzen den mantua, material nahiko hotzez (gutxi gorabehera, 600 °C), zurrunez eta lurrazalarekin bat eginez osatuta dago, nahiz eta Mohorovicic etenunearengatik Lurrazaletik banatuta egon. Horrek, frogatzen du, Mohorovicic, etenune bat besterik ez dela eta ez banantze bat.

Osaketa

Mohorovicic-eko aldaketa mekaniko nagusia uhin sismikoen abiaduran nabarmentzen da, mantuko materialen dentsitaterik handiena ematean (bibrazio bateko hedapen abiadura materialaren dentsitatearekin proportzionala da eta). Dentsitatearen handiagotzearekin, presioaren igoeraz gain, konposizio kimikoan ere desberdintasunak nabarmentzen dira, eta azken finean, lurrazal eta mantuaren arteko bereizle nagusia da: mantuko materialak oso aberatsak dira burdinezko eta magnesiozko material mafikoetan, batez ere, olibino eta piroxenoetan. Aipatutako mineral horien proportzio handiagatik, mantuko arrokak (peridotita, dunita eta eklogita), lurrazaleko arrokak baino proportzio handiagoan bereizten dira, eta silizio eta aluminioari kalte eragiten diote.

Ondorengo taulak, mantuko materialen gutxi gorabeherako konposizioaren portzentaia adierazten du, masa guztiaren artetik (%). Mantuko konposizioa ezin da izan uniformea, burdin eta magnesio proportzioan handiagotze bat espero delako; horregatik, goi mantuko 0,25a, 0,6ra aldatzea estimatzen da.

Mantuko osaketa (%)

Elementua	Kopurua		Elementua	Kopurua
O	44,8
Si	21,5		SiO2	46
Mg	22,8		MgO	37,8
Fe	5,8		FeO	7,5
Al	2,2		Al2O3	4,2
Ca	2,3		CaO	3,2
Na	0,3		Na2O	0,4
K	0,03		K2O	0,04
Total	99,7		Total	99,1

Ezaugarri fisikoak

Konposizioan dauden desberdintasunez gain, mantuak ezaugarri fisiko desberdinak azaltzen ditu beste geruzekin konparatuz gero. Hurrengo puntuek mantuaren ezaugarri fisiko nagusiei buruz hitz egiten dute.

Materialaren egoera

Normalean, mantuaren osaketan parte hartzen duten materialak solido egoeran egoten dira edo bestela, pasta likatsu baten moduan, presio altuen eraginez. Hala ere, imajina dezakegunaren kontran, normalean horrelako presioa altuetako guneetan, tendentzia nagusia arrokak solido egoeran mantentzea da, horrela fusioaren ondorioz sortutako likidoak baino espazio gutxiago hartzen dute. Horretaz gain, mantuko geruza bakoitzeko materialen konposizioak egoera fisiko lokala determinatzen du. Horrela, Lurraren barnealdeak, nukleoa barne, solido egoeran egoteko tendentzia dauka, tenperatura altuak izan harren, bertako presioa hain da handia, atomoak konpaktatu egiten direla, eta horrela kanpo presioak  atomoen arteko repulsio-indarrak gainditzen ditu. Horren ondorioz, nahiz eta tenperatura altua izan, sustantzia solido egoeran mantentzen da.

Tenperatura

Mantuko tenperaturak aldakorrak dira; lurrazalarekin kontaktuan dagoen guneetan, tenperatura 600 °C-koa (873 K) da, eta nukleoarekin kontaktuan dagoen guneetan berriz, 3.500 °C-koa (3.773 K) gutxi gorabehera.

Tenperatura gorakada honek, sakonera handitan dauden geruzek beroa galtzeko duten zailtasuna isladatzen du, izan ere, sakon dauden geruzek zailtasunak dauzkate kondukzio bidez beroa galtzeko eta horrez gain, beroa ekoizteko kapazitate endogeniko handiagoa dute (desintegrazio radiaktiboaren eta kanpo nukleoko material fluidoekin daukaten frikzioaren ondorio).

Biskositatea

Goi mantuko (astenosfera) biskositatea 10²¹ y 10²⁴ Pa*s artean dago, sakoneraren arabera. Beraz, goi mantua oso mantso desplazatzen da, solido eta likido likatsu bat bezala jokatuz aldi berean. Honek esplikatzen du plaka tektonikoen mugimendu mantsoa eta, plaka tektonikoen ondoratze eta berraltxatze mugimendu isostatikoak, hauen pisua aldatzean (adibidez, izotz masen sorrerarekin eta hauen urtze prozesuarekin).

Dentsitatea

Dentsitatea linealki gorakorra da eremu honetan; 3,4-tik 4,6-ra (goi mantuan) eta 4,6-tik 5,5-ra (behe mantuan). Goi mantuan, astenosferaren presentziak fusio partzialaren guneak markatzen ditu. Itxuraz, behe mantuan ezta horrelako fase aldaketa garrantzitsurik gertatzen, nahiz eta 1.230km eta 1.540km-ko sakoneretan, uhin sismikoek abiaduran aldaketa txikiak jasaten dituzten.

Honela, uhin sismikoen abiaduraren handitzea, konposizio uniformeko materialen konpaktazioaren ondorioa dela uste da.

 Manturen zenbait modelo desberdin proposatu dira, modelo hauek behe mantuak  goi mantuak baino burdin gehiago duela diote. Kasu honetan, goi mantuko burdin eta magnesioa kopurua (Fe/Mg) 0,25-ko izango litzateke eta behe mantuarena berriz, 0,6-koa. Bataz besteko masa atomikoaren gorakadak, dentsitatearen balioa handituko zuen lehen aipatutako balioetaraino, estruktura molekular konplexuetara jotzeko beharra izan gabe.

Proposatutako modelo hauek zenbait eztabaida sortu dituzte, izan ere, behe mantua goi mantua baino dentsoagoa balitz, oso zaila izango litzateke konbekzio mugimenduen existentzia. Bestalde, periodo luzeetan, mantuko konposizio kimikoaren hetereogenetasuna mantentzea zaila izango litzateke bertan konbekzio jeneralizatu bat balego. Hala ere, inkoherentzia hauek hobeto ulertu ditzakegu mantuan dauden konbekzio independenteko gelaxkak kontuan hartuta.

Mantuaren banaketa

Mantuaren barnealdeari dagokionez, ez da desberdintasun handirik nabaritzen eta barneko etenunerik erez. Aitzitik, presioa eta tenperatura handiagotzea islatzen duten gradienteak daude. Horregatik, mantua bi zatitan banatu ohi da.

• goi mantua (Mohorovičić etenunetik 650km-ko sakoneraraino.)

• behe mantua (650km sakoneratik kanpo nukleoaren limiteraino.)

Goi mantua

Goi mantua Mohorovičić etenunean hasten da, lurrazal ozeanoarekiko batez besteko 6km-ko sakoneran dagoena eta lurrazal kontinentalarekiko 35,5km sakoneran dagoena (nahiz eta subdukzio eremuetan 400km-ko sakonerara iristea posible den.)

Uhin sismikoen abiadura 8,0-8,2km artekoa da, behe mantukoarenak baino handiagoak direla kontuan hartuz (6,5-7,8km artekoa). Datu geofisikoek frogatzen dutenez, P uhinen abiadura jeitsi egiten da 50-200km arteko sakonerara iristean (sakonera handiagoa subdukzio eremuetan aurkituz gero), eta, baita S uhinak gogorki arindu ere. Horregatik, eskualde honi abiadura baxuko eremua deritzo.

Datu geofisiko, geologiko eta petrologiko ebidentzietan eta lur kapoko gorputzen konparaketan oinarrituta, goi mantuaren konposizioa peridotita dela esaten da. Periotitak arroka ultrabasikoen familia bat da non batez ere olibino magnesikoarekin eta eta piroxenoarekin osatuta dagoen. Nahiz eta lurrazalean bitxiak izan, isla ozeaniko batzuetan azaleratzen dira, orogenesiaren ondorioz igotako guneetan.

Peridotiten fusio esperimentalek erakusten digute euren fusio partzialak basalto ozeanikoa sorrarazteko gai direla. Hau, seguruenik, abiadura baxuko eremuetan gertatuko da, zeinetan bertako abiadura sismiko murrizketaren azalpena izango den, materialen fusio partziala dela eta.

Ofiolitan eta litosfera ozeanikoaren ikerkuntzek lurrazal ozeanikoaren sorkuntza goi mantuko goikalde zatitik aurrera hasten dela adierazten dute. Fusio partzialaren maila %25a izatera iritsi behar da, fusio baxuko osagaiak txirotzea ekartzen duelarik. Sakonago joan ahala, silikatoaren gehiagotzea ematen dela frogatzen dute froga ez-zuzen batzuek.

Granate iherzolita peridotitek seguraski peridotita primitiboak irudikatuko dituzte. Hauek fusio partziala pairatzean magma basaltikoa sortzen dute, hondar bezala harzburgitak (%80 olibinoz osatua dagoena) eta dunitak (olibinoak) utziz. Presio eta tenperatura harremana kontuan hartuz, sakonera handietan mineralogia plagioklasa-harzburgitaz (ofiolitetan aurkitua batez ere) menderatua dagoela eta presio igoerarekin espinela-lherzolitak (noizbehinka basalto alkalinoetan noduluak sortuko dituenak) gailenduko duenaren konklusioa atera da. Presio handiagoetan, mineralogia egonkorrena granate-lherzolita (kimberlitan noduluak sortzen dituena) konplexuarena izango delarik.

Behe mantua

Behe mantua 670km-ko sakoneran hasten da eta Gutenberg etenuneraino iritsi, hau 2.700-2.900km sakoneraraino iristen delarik (nukleoa hasi aurretiko etenuneraino). Behe mantua eta astenosferaren banaketa Repetti etenuneak markatzen du, eremu solido eta plastikotasun oso baxukoa dena.

Eskualde honetako dentsitateak 4,6tik 5,5eko igoera jasaten du. Itxuraz, behe mantu honetan ez da fase aldaketa garrantzitsurik ematen. Hainbat eredu propasatu dira behe mantuaren burdin kantitatea goi mantuarena baino handiagoa dela baieztatzen dutenak.

Tenperaturari dagokionez, 1.000 °C eta 3.000 °C bitartean aldatzen da, faktore frankorekin, hala nola, sakonerarekin eta desintegrazio erreaktiboek sortutako beroarekin igotzen dena.

Mantuko konbekzioa eta puntu beroak

Lurrazalaren eta kanpoko nukleoaren arteko tenperatura desberdintasunengatik dago mantu guztia bere gain hartzen duen konbekzio korrontearen eraketaren aukera. Hala ere, ahalmen hau, behe mantuko materialen plastikotasun baxuak eta dentsitatearen handiagotzeak (konposizioko eta presioko desberdintasunagatik) eragiten dute.

Hala ere, horrek ez du eragozten isolatutako diaparo plutonikoak azalera igo eta lurrazaleko zati hotzago eta dentsoagoak subdukzio guneetan hondoratzea, bir-fusioko gune zabalak eratuz lurrazaleko materialetan. Plastikotasun baxuak, mila edo milioika urtetan zehar irautera behartzen die mugimenduei.

Diaparoak irauten duten guneetan eta lurrazalera hurbiltzen direnean, gorakadak presioa gutxitzea eragiten du eta horrek materialak urtzea, puntu beroak eratuz. Subdukzio guneetan dauden material beroaren igoerak eta mantuko ur kantitate handiak, arku bolkanikoak (Japonia) eta kate bolkanikoak (Andeetako mendikatea) sortarazten dituzte.

Mantuko konbekzioa fluidoen inguruko dinamikaren prozesu kaotiko bat da, plaka tektonikoen mugimenduak zehaztea dirudirelako, eta horren harira, kontineneteenak baita ere. Testuinguru honetan, komeni da jakitea kontinenteen mugimendua plaka tektonikoen lekualdatze prozesuaren parte dela soilik, duen zurruntasunak eta subdukzioetan ematen diren suntsipenak eta riftetan sortutako lurrazal berriek, oso izaera konplexua ematen baitie.

Bestalde, litosferako mugimendua astenosferakotik bereizita dago; mantuan, plakak abiadura desberdinetan mugiaraztea dakar horrek. Hori dela eta, puntu beroek jatorria eman dezakete uharte kateetan (Hawaiiko eta Azoreseko artxipielakoak bezala, non uharte edo sumendi bakoitzak puntu bero baten posizioa zehazten duen plaka litosferiko baten inguruan, denbora zehatz batean).

Konbekzioari lotutako fenomenoen konplexutasuna dela eta, ezinegon handiak sortu dira bere modelatzea dela medio. Mantuan, konbekzioa gelaxka desberdinak daudela ere onartu da, gelaxka hauek nukleoaren eta lurrazalaren artean dagoen geruzaz osatutako sistema bat sortzen dute.

Sakonera handitu ahala, biskositatea ere handitzen dela esaten duen tendentzia jenerala dago zabaldua. Harreman hau ez da lineala eta gainera, dirudienez, goi mantuan eta kanpo nukleoko trantsizio gunean, espero baina likatsuagoak diren geruzak existitzen dira.

Astenosferaren biskositate baxua dela eta, sinestezina da bertan seismoak gertatzea eta seismo hauen hepizentruak 300 km-ko sakoneretan kokatuta egotea. Orokorrean kasu hau egiazko da, zonalde ozeanikoetan ematen diren seismoek oso kasu gutxitan edukitzen dituztelako hipozentruak 25km-tik behera, eta zonalde kontinentaletan ematen diren seismoek gutxitan edukitzen dituzte hipozentruen fokuak 30-35 km-tik behera. Hala ere, subdukzio guneetan, gradiante geotermikoa substantzialki txikitua izan daiteke eta honek mantuaren inguruan dauden materialen zurruntasuna handitzen du. Hortik, hepizentrua 400 km eta 670 km-tara duten seismoak erregistratu izana, nahiz eta aparteko kasuak izan.

Mantuko beheko geruzetako presioa ~140 GPa (1,4 Matm) irits daiteke. Nahiz eta presioa altua izan (sakonerarekin handitzen dena), luzera, mantua, oso likatsua den likido batekin deforma daitekela pentxatzen da. Goi mantuaren biskositatea 10²¹ eta 10²⁴ Pas artean dago, sakoneraren arabera. Horregatik mantuko mugimendu guztiak oso motelak izan behar dute.

Biskositate altuko egoera honek kanpo nukleoren jariakortasunarekin kontrastatzen du, presio handiagoen menpe egon arren. Horrelako kontrastea nukleoaren konposizio ferrikoaren ondorioa da, bere fusio puntua mantuko burdin konposatuena baina baxuagoa delako. Horrela, behe mantuko burdin konposatuak, nahiz eta presio altuagoen menpe egon, solido egoeran daude, kanpo nukleokoan berriz, likido egoeran. Barne nukleoa solido egoeran dago bertako muturreko presioa dela eta.

Mantuaren eta  kanpo nukleoaren arteko desberdintasunak (eta honen eta barne nukleoaren artekoak) determinanteak dira Lurreko bizitzarako, honen ondorioa baita Lurreko eremu magnetikoa, ezkutu elektromagnetiko bezala jokatzen du, Lurreko bizia eta lurrazala erradiazio ionizakorretatik eta eguzkiaren eraginetatik babestuz.

Miaketa

Mantuari buruzko ezagutza ikerketa geofisiko ez-zuzenetik lortua da batez ere, eta horren barnean, uhin sismikoaren hedapenaren ikerketek eta sakontasun handiko arroken ikerketek (orogenesi edo bolkanismo baten bidez lurrazalera ekarriak diren arrokak: ofilolitak, kimberlitak...) dute pisu edo garratzi handiena. Hortik, beraz, mantuaren aztarna zuzenak lortzearen nahia azaldu zen, non zulaketa ozeanikoaren proiektua egiteko saiakera bat egin zen, Mohole proiektu bezala ezagutua. Alferrik egin zen, baina hona hemen proiektuaren helburua: Mohorovičić etenuneraino zulaketa egitea. Proiektu honetan lortutako sakonera handiera 180m-koa izan zen. 2005. urtean, hirugarren prospekzio sakonena egin zen, 1416m-ko zulaketa egin zelarik. 2007an beste proiektu bati heldu zioten, oraingo hontan Chikyu japonerasen itsasontziarekin bete zena. 7.000m-ko zulaketa egin zen, ordura arte hondo ozeanikoetan egindako zulaketa handiena, askogatik gainera. Etenuneko materiala lortzea zuen helburu.

Urte berdineko martxoan, Roger C. Searle izeneko irakaslea buruzagi zelarik, dozena bat zientifikok itsaspeko eskualde bat miatu zuten, ozeano Atlantikoaren erdian aurkitzen zena eta 4.900m-ko sakonera zuena. Toki zehatz horretan, mantua ikusgai zegoen, azal babesgarririk gabe eta hori izan zen zientzialariei gehien harritu ziena. Miaketa robot baten bidez, hiru zulaketa burutu ziren bertako hiru gune desberdinetan, zulaketek 4cm diametroa eta 1m sakonera izan behar zutelarik. Sei aste behar izan ziren eginkizuna betetzeko, eta proiektua geologo desberdinez eta ozeanografoz osatuta egon zen.

Ikus, gainera

• Lurra
• Peridotita

Kanpo estekak

• Datuak: Q101949
• Multimedia: Structure of the Earth / Q101949