D1 - Ingevuld Past Paper - Earth's Interior (PDF)

D1.1 Het inwendige van de aarde 1.1.1 Hoe komt men aan gegevens over het inwendige van de aarde? 1.1.1.1 Boringen Over het inwendige van de aarde bestaat weinig directe informatie: de diepste mijnen zijn slechts 5 km diep. De diepste boring, 12,26 km, voor wetenschappelijke doelein...

D1.1 Het inwendige van de aarde 1.1.1 Hoe komt men aan gegevens over het inwendige van de aarde? 1.1.1.1 Boringen Over het inwendige van de aarde bestaat weinig directe informatie: de diepste mijnen zijn slechts 5 km diep. De diepste boring, 12,26 km, voor wetenschappelijke doeleinden werd uitgevoerd op het schiereiland Kola. Die boring duurde maar liefst 22 jaar! The deepest hole we have ever dug | The Kola Superdeep Borehole One Minute Explore Tot welk land behoort het schiereiland Kola? Rusland Duid op onderstaande wereldkaart met een 'Kola' aan. In 2008 bereikte men in Qatar een boring die 100 meter dieper was t.o.v. de diepte van de boring in Kola. Met welke reden voert men in het Midden-Oosten zulke boringen uit? D1 - Ingevuld Pagina 1 Boringen hebben tot doel om fossiele brandstoffen, zoals aardolie en aardgas, uit de geosfeer op te halen. Zou je nu zelf kunnen verklaren waarom het Midden-Oosten, naast religieus, ook politiek-economisch een instabiele regio is? Fossiele brandstoffen worden doorverkocht naar landen die er weinig bezitten. Dit levert zeer grote winsten op. Binnen de regio zijn er landen die koploper zijn in het exploiteren en van de hoeveelheid fossiele brandstoffen die ze bezitten; vb. Saoedi-Arabië. Dit wekt bij de andere landen in het MO wrevel op. Duid op de bovenstaande wereldkaart met een 'Qatar' aan. Op onderstaande kaart vormen de niet-grijze landen het 'Midden-Oosten'. Welke landen behoren tot deze regio? Turkije, Egypte, Jordanië, Israël-Palestina, Libanon, Syrië, Irak, Saoedi-Arabië, Jemen, Verenigde Arabische Emiraten, Oman, Qatar, Koeweit en Iran. 1.1.1.2 Seismische golven 1) Registratie Om het inwendige van de aarde te kennen, werkt de wetenschap met indirecte waarnemingen, namelijk via tomografieën (Grieks: 'tomos' = snede en 'graphein' = schrijven). Trillingen verspreiden zich door de aarde waar ze verderop opgevangen worden. Daar geven ze een beeld van het gebied weer waar ze door gepasseerd zijn. Die seismische golven kunnen afkomstig zijn van een aardbeving, maar ze kunnen ook kunstmatig opgewekt worden door vb. een vrachtwagen die te vol geladen is en zo je huis en je ramen even doet trillen. Definieer de volgende twee begrippen: D1 - Ingevuld Pagina 2  Seismograaf … registreert de verschillende soorten seismische golven. Seismogram… is de grafische voorstelling van deze registratie. 2) Karakteristieken ○ P-golven of primaire golven zijn snelle golven die materiaal afwisselend samendrukken en uitrekken. Een voorbeeld daarvan zijn geluidsgolven. Bij S-golven of secundaire golven verplaatsen de deeltjes zich loodrecht op de bewegingsrichting. Een voorbeeld daarvan is een golf op een touw. S-golven verplaatsen zich trager dan P-golven en kunnen zich niet door vloeistoffen bewegen. Zijn er dus op een seismogram enkel P-golven en geen S-golven aanwezig, dan betekent dit dat de seismische golven zich doorheen een vloeistof hebben voortgeplant. ○ Golven worden op hun tocht afgebogen en gebroken. Seismische golven verplaatsen zich niet langs een rechte lijn, maar worden continu afgebogen. Dat komt doordat de dichtheid (afgekort 'Rho' ) van de D1 - Ingevuld Pagina 3 ○ Golven worden op hun tocht afgebogen en gebroken. Seismische golven verplaatsen zich niet langs een rechte lijn, maar worden continu afgebogen. Dat komt doordat de dichtheid (afgekort 'Rho' ) van de materie toeneemt met de diepte. Bij de scherp begrensde overgangen in het inwendige van de aarde, tussen korst en mantel en tussen mantel en kern, treden plotse veranderingen op in het gedrag van de golven. Ze veranderen van richting en van snelheid: dat zijn de belangrijke fysisch-chemische discontinuïteiten van Gütenberg, Mohorovecic (MOHO). --> De Conrad-discontinuïteit wordt door heel wat geologen betwist, omdat ze nooit wetenschappelijk kon aangetoond worden. ○ Golven versnellen en vertragen Telkens als een eigenschap van de materie verandert (T, , p), gaan de golven versnellen of vertragen. Al die waarnemingen laten wetenschappers toe om de samenstelling en diepte van de lagen in de geosfeer te kennen. D1 - Ingevuld Pagina 4  3) Resultaten van het onderzoek: opbouw aarde = schilvormig Indeling volgens chemische samenstelling De belangrijkste samenstellende chemische elementen van de continentale korst zijn silicium en aluminium. Afgekort: SiAl. Deze korst is 25 tot 70 km diep. De oceanische korst is veel dunner: ze is gemiddeld slechts 7 km dik. Ze behoort chemisch tot de mantel en bestaat uit silicium en magnesium (SiMa). Zowel in de korst als in de mantel is er heel veel zuurstof aanwezig. Tussen korst en mantel bevindt zich de Mohorovicic-discontinuïteit (MOHO). Hoe meer de golven zich bewegen richting het aardoppervlak, hoe minder druk en temperatuur (en dus andere chemische elementen die zich in de aarde bevinden). De snelheid van de seismische golven zal dus afnemen richting het aardoppervlak. Fysisch-chemische discontinuïteiten geven dus een verandering weer in richting en snelheid van de seismische golven ten gevolge van de veranderende samenstelling van de geosfeer. In de kern bevindt er zich voornamelijk nikkel (Ni) en ijzer (Fe). Deze metalen veroorzaken het magnetische veld rond de aarde. In de kern is de druk enorm groot, waardoor de wrijving tussen de chemische elementen Ni en Fe sterk toeneemt, zodat ze radio-actief worden en warmte (= energie) produceren van +/- 5000 °C. Indeling volgens fysische samenstelling De korst en het bovenste deel van de mantel zijn allebei vast. Samen vormen ze de vaste lithosfeer. Op een diepte van 125 km onder de continenten en 70 km onder de oceanen, verandert de aggregatietoestand. De onderliggende laag is dan namelijk plastisch: de asthenosfeer (Grieks: 'zonder kracht'). De grens tussen beide sferen ligt op de plaats waar de temperatuur 1280 °C wordt. Bij die temperatuur worden sommige mineralen plastisch. Door de toenemende druk dieper in de mantel verandert de aggregatietoestand opnieuw: ze wordt vast. Aan de buitenkern is de Gütenbergdiscontinuitëit te lokaliseren. Daar vallen de S-golven weg. Dit betekent dus dat de buitenkern vloeibaar is. De dichtheid van de kern werd door fysici berekend: 11 g/cm³. Dit is ook de dichtheid van Ni en Fe. 1.1.2 Besluit D1 - Ingevuld Pagina 5 1.1.2 Besluit Bekijk ook het samenvattende filmpje: D1 - Ingevuld Pagina 6 1.1.3 Toepassing: Scandinavië Welk verband bestaat er tussen de dikte van de lithosfeer en het reliëf? Hoe dikker de lithosfeer, hoe hoger het reliëf. Hoe zal de lithosfeer reageren op een eventuele reliëfverlaging? Door erosie zal het gebergte afslijten en verlagen. Hierdoor zal de lithosfeer traag opstijgen uit de asthenosfeer. Zoek de definitie van 'erosie' op in de woordenlijst in het vademecum. Proces (in de gesteentecyclus) dat bestaat uit opname, transport en afzetting (sedimentatie) van materiaal (= gesteente). We passen dit toe op Scandinavië. Bekijk onderstaande kaart: Welke landen behoren tot het gebied 'Scandinavië'. IJsland, Noorwegen, Zweden, Finland en Denemarken D1 - Ingevuld Pagina 7 Wat gebeurde er toen Scandinavië door een ijskap bedekt werd tijdens de laatste ijstijd? De lithosfeer werd dieper in de asthenosfeer geduwd. Wat gebeurde er met Scandinavië sedert het afsmelten van de ijskap? De lithosfeer duwde minder hard op de asthenosfeer, waardoor ze opnieuw begon op te stijgen uit de asthenosfeer. Het gedeelte van vast gesteente dat zich boven de lithosfeer bevindt (en dus ook onderdeel is van de korst), is geen aaneengesloten stuk gesteente. Het is opgedeeld in aardplaten. Wanneer er beweging plaatsvindt van de vaste lithosfeer op de plastische asthenosfeer bewegen de aardplaten. Dit kan waarneembaar zijn in de vorm van aardbevingen, vulkaanuitbarstingen of miljoenen jaren geleden door de vorming van gebergten en zeeën. Uiteraard is dit een niet- stabiele toestand. De stabiele toestand wordt isostasie genoemd. Zoek de definitie van 'isostasie' op in de woordenlijst in het vademecum. D1 - Ingevuld Pagina 8 Het drijvende evenwicht van de vaste lithosfeer op de plastische asthenosfeer. Op de onderstaande afbeelding wordt de opdeling in aardplaten afgebeeld. Zoek de definitie van 'platentektoniek' op in de woordenlijst in het vademecum. De studie van de bewegingen van de aardplaten, zowel horizontaal als verticaal. De toepassing die we bespraken bij Scandinavië is een voorbeeld van een verticale beweging. De bewegingen rugduwkracht en subductietrekkracht zijn voorbeelden van horizontale bewegingen. 1.1.4 Toepassing 2: Venetië Los de volgende oefening zelfstandig op. Volg de instructies. Om de oefening te kunnen oplossen, maken we gebruik van de begrippen 'erosie', 'sedimentatie' en 'verwering'. We definieerden al de begrippen 'erosie' en 'verwering'. Zoek nu ook nog de definitie van 'sedimentatie' op in de woordenlijst van het vademecum. Proces (in de gesteentecyclus) waarbij materiaal wordt afgezet door bijvoorbeeld: rivieren, wind of gletsjers. Schrap wat niet past. Enerzijds wordt er door erosie gesteente weggenomen en zal het gebied oprijzen/dalen. Anderzijds komt er door sedimentatie gesteente in de vorm van slib bij en zal het gebied oprijzen/dalen. Dit is een voorbeeld van het verticaal/horizontaal verplaatsen van de aardplaten. Zo zakt Venetië onder andere door afzetting van slib in de Podelta. D1 - Ingevuld Pagina 9 MAAR… er zijn nog andere redenen waarom (kust)steden zinken! Lees het onderstaande artikel en los daarna de vragen op bij OP1 in OneNote. Waarom zinken steden? D1 - Ingevuld Pagina 10 Schema D1 - Ingevuld Pagina 11 D1 - Ingevuld Pagina 12 D1.2 Platentektoniek 1.2.1 Continentendrift Al sinds de 16de eeuw, toen de eerste wereldkaarten getekend werden, viel de merkwaardige gelijkvormigheid van de kustvormen langs weerszijden van de Atlantische Oceaan op. Heel wat theorieën over continenten die uit elkaar zouden zijn gedreven, zagen sindsdien het daglicht. Alfred Wegener (1880-1930) formuleerde de bekendste theorie: de theorie van de continentendrift. Die theorie werd toen als onzin afgedaan, omdat in die tijd niemand kon verklaren welke krachten het verschuiven van de continenten konden veroorzaken. In de tweede helft van de 20e eeuw werd door verder wetenschappelijk onderzoek en door het gebruik van de computer zijn theorie bewezen. Al heet het denkmodel nu niet meer 'continentdrift', maar 'platentektoniek'. Continental Drift from Pangea to Today ArcGIS 1.2.2 De lithosfeer is opgebroken in aardplaten De lithosfeer bestaat uit vijftien grote stukken gesteente: de aardplaten of de tektonische platen. Omdat de dunne aardkorst op de plastische aardmantel drijft, zijn de platen voortdurend in beweging. Zoek de definitie van 'gesteente' op in de woordenlijst in het vademecum. Natuurlijk materiaal (= mineralen) waaruit de geosfeer is opgebouwd. Vloeibaar: magma. De aardplaten kunnen we als volgt indelen: D1 - Ingevuld Pagina 13 Noteer twee voorbeelden van oceanische platen (= OC-platen). Nazcaplaat en de Pacifische plaat Noteer twee voorbeelden van continentale platen (= CO-platen). Afrikaanse plaat en de Zuid-Amerikaanse plaat Zoals we al eerder besproken hebben (D1.1) is de wrijving in de buitenkern énorm groot, waardoor de elementen Fe en Ni radio-actief worden en daardoor warmte vrijgeven. Warmte is een vorm van energie. Energie is een grootheid die in de fysica gedefinieerd wordt als: 'het vermogen om arbeid te verrichten'. Waar arbeid verricht wordt, is er ook steeds een verplaatsing van de materie te vinden. Materie die de mogelijkheid bezit om arbeid te verrichten, bezit potentiële energie ( ); materie die zich effectief verplaatst, is in beweging = kinetische energie ( ). Dus hoe verder van de kern, hoe kleiner de … : snelheid (v) druk (p) massadichtheid ( ) temperatuur (T) zwaartekracht ( ) 1.2.3 Gevolgen van het ontstaan van de energieproductie in de kern 1. De warmte vanuit de kern plant zich continu lineair verder (sinusgolf) richting de ondermantel. Idem van de ondermantel richting de asthenosfeer. Sinusgolf: 2. In de asthenosfeer zal de warmte zich continu circulair (sinusgolf) verplaatsen doorheen de magma. We spreken van convectiestromingen. De stromingen die zich het dichtst bij de ondermantel bevinden, zullen veel warmer zijn dan de stromingen die zich dichter bij het aardoppervlak bevinden. D1 - Ingevuld Pagina 14  Convectiestromingen kunnen als volgt ingedeeld worden: 3. De aardplaten liggen op de asthenosfeer en zullen dus ook meebewegen wanneer de convectiestromingen door vb. een aardbeving, vulkaan, … uit hun evenwichtssituatie gehaald worden. 4. De zwaartekracht zal de aardplaten die door een verstoring in de evenwichtssituatie van de convectiestromingen omhoog geduwd werden, terug naar omlaag trekken. De zwaartekracht kan ingrijpen door middel van de subductietrekkracht of de rugduwkracht. 1.2.4 Mechanisme van de platentektoniek en bijhorende reliëfvormen 1.2.4.1 Divergerende beweging (divergentie) Vorming van OC-korst (plaat) CO-plaat is veel dikker dan een OC-plaat. Hierdoor kan de warmte uit de asthenosfeer niet zo gemakkelijk weg, waardoor de warmte zich ophoopt. Door de warmte zet de magma in de asthenosfeer uit. Onder de CO- korst ontstaat er een 'bult' en kan de CO breken. De zwaartekracht zal de twee gebroken stukken van elkaar doen wegglijden. Dit wordt de 'rugduwkracht' genoemd. D1 - Ingevuld Pagina 15  Uit de opening die is ontstaan, kan er magma omhoog komen en aan het oppervlak stollen (basalt). De nieuwe gestolde korst zal zich lager bevinden dan de oorspronkelijke korst. Het water zal zich op die manier in de opening kunnen opstapelen. Wanneer de platen verder uit elkaar blijven gaan, wordt de oppervlakte aan water steeds groter. Zo ontstaat er oceanische korst. De afkoeling van die korst gebeurt heel langzaam (omwille van haar samenstelling). Door de afkoeling neemt de dichtheid van de OC-korst toe, alsook de ouderdom ervan. Divergerende plaatbewegingen gaan gepaard met aardbevingen. Reliëfvormen Het breken van de CO-plaat zorgt voor het ontstaan van een rift. Dit is een vallei die ontstaat ter hoogte van de breukgrens. Voorbeeld: De Rio Grande Rift in Noord-Amerika De platen blijven verder uit elkaar bewegen, waardoor de rift een slenk wordt. Een slenk is een langgerekt gebied dat omlaag is gezakt langs de breukgrens. Voorbeeld: De Oost-Afrikaanse slenk (ook Oost-Afrikaans riftsysteem genoemd) D1 - Ingevuld Pagina 16  Wanneer de slenken met water gevuld worden, ontstaan er slenkmeren. Voorbeeld: Malawimeer dat zich in het Oost-Afrikaanse riftsysteem bevindt Wanneer de slenk nog breder wordt, ontstaat een zee, nog breder een oceaan. In het midden ontstaat er een Mid-Oceanische Rug (MOR) waar er voortdurend magma uit opwelt. Voorbeeld: de Mid-Atlantische Rug Op sommige plaatsen aan de rug is de opwaartse stroming van magma zo sterk, dat de rug boven water uitsteekt en er zo een vulkanisch eiland wordt gevormd. Voorbeeld: Surtsey (IJsland) D1 - Ingevuld Pagina 17  1.2.4.2 Convergerende bewegingen (convergentie) Vorming van CO-plaat (korst) We zagen al dat bij de vorming van OC-platen (divergerende platen), de gebroken platen door de rugduwkracht uit elkaar glijden. Tijdens het wegglijden, koelt de OC-korst af. Hierdoor zal de dichtheid van de OC-plaat toenemen en wordt ze dus zwaarder. Massadichtheid: OC > CO. Een OC-plaat = basaltgesteente (Fe en Mg) bevat zwaardere deeltjes dan een CO- plaat (graniet: Si, Al). --> Het volgende gebeurt: Subductietrekkracht: zwaarste plaat wordt naar beneden getrokken = OC --> ontstaan subductiezone CO kan zich niet verder bewegen door het bewegen van de OC --> de plaat hoopt zich op en wordt geplooid. OC zal opwarmen en uiteindelijk smelten op een diepte van 100 km + toename druk. Verandering aggregatietoestand van vast --> plastisch. Hierbij komen er gassen vrij die zich een weg naar boven zoeken. Er ontstaat een chemische kettingreactie, waardoor de bovenliggende lithosfeer van de CO smelt. Deze magma zoekt zich een weg naar het aardoppervlak via magmakamers. Zo ontstaan er aardbevingen en vulkanen op de plaat die niet wegduikt ( = CO). D1 - Ingevuld Pagina 18  de plaat die niet wegduikt ( = CO). De platen bewegen dus naar elkaar toe = convergerende beweging --> er ontstaan steeds nieuwe vulkanen en oudere vulkanen doven uit. Hoe ouder de vulkaan, hoe verder hij van de huidige hotspot ligt. Hotspot onder een continentale plaat De magmabel zal duwen tegen de continentale plaat en waar de magma de CO-plaat zal scheuren, ontstaat er ofwel een geiser, warmwaterbron of een mudspot. Zoek de definities van 'geiser' en 'mudspot' op in de woordenlijst in het vademecum. Geiser = Een warmwaterbron die wordt gekarakteriseerd door het met tussenpozen de lucht in spuiten van water en stoom. Synoniem: springbron. D1 - Ingevuld Pagina 25  Mudspot = Een kegelvormige krater waaruit gassen en slijk worden uitgestoten. Synoniem: slijkvulkaan. Voorbeeld: De hotspot van Yellowstone (Noord-Amerika) Los de oefening in Bookwidgets op: 6 AA Atlasoefening platentektoniek (bookwidgets.com) 1.2.5 Gebergtevorming of orogenese 1.2.5.1 Gebergten in het model van de platentektoniek Gebergten ontstaan op de plaats waar gesteente wordt geplooid of samengedrukt. Dat gebeurt op de plaats waar twee platen met elkaar botsen. 1.2.5.2 Geologische tijdschaal Herhaling vijfde jaar! Doorheen de geologische tijd vonden er verschillende gebergtevormingsfases plaats. Op die manier kan men 'een ouderdom' op gebergten plaatsen. Dat gebeurt niet door ze te dateren in miljoenen jaren, maar door middel van plooiingsfasen. De vorming van gebergten is dus een langzaam proces. De plooiingsfases worden genoemd naar een geografische streek waar ze het eerst werden bestudeerd en dus typisch zijn voor die streek. We onderscheiden drie plooiingsfases: D1 - Ingevuld Pagina 26 We onderscheiden drie plooiingsfases: 1.2.5.3 Gebergtevorming doorheen de geologische tijd op de Europese kaart Los OP2 op --> zie Opdrachten in OneNote + uitgeprinte versie. Loste je de opdracht op, dien ze vervolgens bij de leerkracht in! Los de oefening in Bookwidgets op: Herhalingsoefening Platentektoniek (bookwidgets.com) D1 - Ingevuld Pagina 27 Schema 1: divergentie D1 - Ingevuld Pagina 28 Schema 2: convergentie D1 - Ingevuld Pagina 29 D1 - Ingevuld Pagina 30 Schema 3: overzicht D1 - Ingevuld Pagina 31