8/25/13  

1  

The  Earth’s  Interior  As  defined  by  its    

chemical  composi>on….  

1  

What  are  the  Crust  &  Mantle  made  of?  

•  Silicate  Rock:  – Rock  made  with  the  silicon-­‐oxygen            tetrahedron.  

•  Silicate  rocks  will  also  have          varying  amounts  of  iron:  

–  Felsic  -­‐  Less  than  31%  Fe/Mg  content.  –  Intermediate  –  32-­‐47%  Fe/Mg  content.  – Mafic  –  48-­‐54%  Fe/Mg  content.  –  Ultramafic  –  greater  than  55%  Fe/Mg  content  

2  

3  

USGS

Ocean  Crust  –  Juan  de  Fuca  Ridge  (Pacific)    Con>nental  Crust  –  Yosemite,  CA  (Half  Dome)  

Bri4le  Mantle  

NOAA  USGS  

Mohorovičić  Discon>nuity  Note:    Mojo  for  short  

Boundary  between  the  Earth’s  crust  and  the  mantle.  

4  

Crustal  Thickness  and  Depth  to  the  Mojo  

Note:  Rocks  behave  In  a  brifle  manner  Above  and  below  the    Mojo.  

•  Con7nental  Crust  •  Thickness:  30-­‐70  km  

–  Thickest  at  mountains  

•  Lightest  of  all  layers  –  Density:  2.7  g/cm3  

(Felsic)  

•  Oldest  of  all  layers  –  Up  to  3.8  billion  years  old  

•  Best  understanding  –  It’s  right  underneath  our  feet!  

•  Oceanic  Crust  •  Thickness  is  3-­‐10  km  •  Denser  

–  3.0  g/cm3  (Mafic)  

•  Very  young  –  Less  than  200  million  years  old.  

•  Primarily  Igneous  – Mid-­‐ocean  Ridge  Volcanism  

–  ~75%  of  all  volcanism  happens  here.  

5   6  South  Pacific,  2009  (NOAA)  

8/25/13  

2  

Mantle  

•  Composi>on  – Ultramafic  

•  Very  thick  – 2,883  km    – or  ~1791  miles  

•  Density  – 3.3  g/cm3  

7  

Core  

•  Composi>on  – Mostly  iron  and  nickel.  (90%)  

•  Very  thick!  – 3,486  km    – or  ~2,160  miles  

•  Density  – 11  g/cm3  

8  

The  Earth’s  Interior  As  defined  by  its  physical  proper>es...  

9  

Physical  Proper>es:    How  rocks  respond  to  stress….  

•  Liquids  – The  state  of  mafer  in  which  molecules  flow  freely  by  one  another  and  lack  crystal  structure.  

•  Solids  – Brifle  

•  Breaks  under  stress  – Duc>le  

•  Flows  under  stress,  but  not  freely  

10  

Flow  in  the  solid  state…….  

11  

Before   Aper  

Flow  in  the  solid  state  for  Earth’s  layers  is  MUCH  slower  than  clay!  

Lithosphere  

•  Earth’s  cool,  rigid  brifle  outer  layer    

•  Includes  both:  – Con>nental  and  oceanic  crust  

–  the  uppermost  cool  and  brifle  part  of  the  mantle  

12  

(also  brifle)  

Duc>le  

Reminder:    The  difference  between  the  crust  and  the  uppermost  mantle  is  composi>onal  only.    They  behave  the  same  when  stressed  (brifle).  

8/25/13  

3  

Asthenosphere  

•  Hot,  duc>le  and  slowly  flowing  solid.  

•  Moves  independently  of  the  lithosphere.  

•  Moves  very  very  slowly  compared  to  the  clay  example.  

13  

(also  brifle)  

Duc>le  

Mesosphere  (aka  Lower  Mantle)  

•  Chemical  Composi>on  is  similar  to  the  asthenosphere  –  Why?  

•  Temperature  is  hofer,  but  it  does  not  melt  –  Why?  

•  Flows  even  more  slowly  than  the  asthenosphere.  14  

Outer  Core  

•  Dense  viscous  liquid  •  Why  is  the  outer  core  liquid  even  at  these  extreme  pressures?  

•  Generates  the  Earth’s  magne>c  field  due  to  the  movement  of  metallic  iron.    

15  

Inner  Core  

•  Behaves  as  a  solid  •  Immense  pressure  strengthens  metallic  minerals  at  this  depth.  

16  

Some  important  notes  from  lecture:  •  The  lithosphere  does  not  equal  the  crust!  

–  These  two  layers  are  defined  differently  and  occupy  different  (but  overlapping)  spaces  in  Earth’s  interior.  

•  The  base  of  the  lithosphere,  the  asthenosphere  and  mesosphere  are  all  ultramafic  (and  therefore  are  all  a  part  of  the  mantle).  

•  Plates  are  made  of  the  en>re  lithosphere,  not  just  the  crust.  

•  The  asthenosphere  and  mesosphere  are  considered  solid  because  atoms  are  s>ll  bonded  together  in  a  crystalline  larce.  

17  

Evidence  for  Earth’s  Layers  

By  Physical  Proper>es  By  Composi>on  

18  

8/25/13  

4  

Evidence  for  Layering  by  Physical  Proper>es  

•  Seismicity  – Body  Waves  

•  Primary  Waves  •  Secondary  Waves  

19  

Primary  Waves  (P-­‐waves)  

•  Compressional  waves    •  Can  travel  through  both  liquid  and  solid    •  Move  faster  than  S-­‐waves    •  Travels  at  different  speeds  through  different  mediums  

20  

Secondary  Waves  (S-­‐waves)  

•  Transverse  waves    •  Only  travels  through  solids  •  Travels  at  different  speeds  through  different  mediums  

21   22  

What  waves  can  do?  

23  

The  Evidence  for  Layering  by  Composi>on  

•  Crust  – Field  observa>ons  – Ocean  floor  drilling  

24  

8/25/13  

5  

The  Evidence  for  Layering  by  Composi>on  

•  Mantle  – Volcanic  Erup>ons  – Ophiolite  Sequences  

26  

Ophiolite  Sequence  

Photos  above:    Marin  Headlands  Golden  Gate  NRA,  CA   Photo  above:    Oranheli,  Turkey  

The  Evidence  for  Layering  by  Composi>on  

•  Core  – Meteorite  Composi>on  

27