Съотношение на понятията "земна кора", "литосфера", "тектоносфера". Структурата на земната мантия и нейният състав Налягане и температура
Д.Ю. Пущаровски, Ю.М. Пущаровски (Московски държавен университет на името на М. В. Ломоносов)
Съставът и структурата на дълбоките черупки на Земята през последните десетилетия продължават да бъдат един от най-интригуващите проблеми на съвременната геология. Броят на преките данни по въпроса за дълбоките зони е много ограничен. В това отношение особено място заема минералният агрегат от кимберлитовата тръба на Лесото (Южна Африка), който се счита за представител на мантийните скали, намиращи се на дълбочина ~250 km. Сърцевината, възстановена от най-дълбокия кладенец в света, пробита на полуостров Кола и достигаща 12 262 m, значително разшири научното разбиране за дълбоките хоризонти на земната кора - тънък близо до повърхността филм на земното кълбо. В същото време най-новите данни на геофизиката и експерименти, свързани с изучаването на структурните трансформации на минералите, вече позволяват моделиране на много характеристики на структурата, състава и процесите, протичащи в дълбините на Земята, познаването на които допринася за решението. на такива ключови проблеми на съвременното естествознание като формирането и еволюцията на планетата, динамиката на земната кора и мантия, източниците на минерални ресурси, оценката на риска от депониране на опасни отпадъци на големи дълбочини, енергийните ресурси на Земята и др.
Сеизмичен модел на структурата на Земята
Широко известният модел на вътрешното устройство на Земята (разделянето й на ядро, мантия и земна кора) е разработен от сеизмолозите Г. Джефрис и Б. Гутенберг още през първата половина на 20 век. Решаващият фактор за това беше откриването на рязко намаляване на скоростта на преминаване на сеизмичните вълни вътре в земното кълбо на дълбочина 2900 km с радиус на планетата 6371 km. Скоростта на разпространение на надлъжните сеизмични вълни непосредствено над посочената граница е 13,6 km/s, а под нея - 8,1 km/s. Ето какво е то граница мантия-ядро.
Съответно радиусът на ядрото е 3471 km. Горната граница на мантията е сеизмичният участък на Мохорович ( Мохо, M), идентифициран от югославския сеизмолог А. Мохорович (1857-1936) още през 1909 година. Той разделя земната кора от мантията. На тази граница скоростите на надлъжните вълни, преминали през земната кора, се увеличават рязко от 6,7-7,6 до 7,9-8,2 km/s, но това се случва на различни нива на дълбочина. Под континентите дълбочината на участъка M (тоест стъпалата на земната кора) е няколко десетки километра, а под някои планински структури (Памир, Андите) може да достигне 60 km, докато под океанските басейни, включително водния стълб, дълбочината е само 10-12 км. Като цяло земната кора в тази схема изглежда като тънка обвивка, докато мантията се простира в дълбочина до 45% от земния радиус.
Но в средата на 20-ти век идеите за по-дробна дълбока структура на Земята навлизат в науката. Въз основа на нови сеизмологични данни се оказа възможно разделянето на ядрото на вътрешно и външно, а мантията на долна и горна (фиг. 1). Този популярен модел все още се използва днес. Началото му е поставено от австралийския сеизмолог К.Е. Bullen, който предлага в началото на 40-те години схема за разделяне на Земята на зони, които той обозначава с букви: A - земната кора, B - зона в дълбочинния интервал от 33-413 km, C - зона от 413- 984 km, D - зона от 984-2898 km , D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (център на Земята). Тези зони се различават по сеизмични характеристики. По-късно той разделя зона D на зони D "(984-2700 km) и D" (2700-2900 km). Понастоящем тази схема е значително модифицирана и в литературата широко се използва само слоят D ". Основната му характеристика е намаляването на градиентите на сеизмичните скорости в сравнение с горната зона на мантията.
Ориз. 1. Диаграма на дълбоката структура на Земята
Колкото повече сеизмологични изследвания се извършват, толкова повече сеизмични граници се появяват. Глобалните граници се считат за 410, 520, 670, 2900 km, където нарастването на скоростите на сеизмичните вълни е особено забележимо. Наред с тях се разграничават междинни граници: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 км. Освен това има индикации на геофизици за съществуването на граници 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 км. Н.И. Павленкова наскоро посочи граница 100 като глобална, която съответства на долното ниво на разделянето на горната мантия на блокове. Междинните граници имат различно пространствено разпределение, което показва страничната променливост на физическите свойства на мантията, от която зависят. Глобалните граници представляват различна категория явления. Те съответстват на глобалните промени в околната среда на мантията по радиуса на Земята.
Маркираните глобални сеизмични граници се използват при изграждането на геоложки и геодинамични модели, докато междинните в този смисъл досега почти не са привличали внимание. Междувременно различията в мащаба и интензивността на техните прояви създават емпирична основа за хипотези относно явления и процеси в дълбините на планетата.
По-долу ще разгледаме как геофизичните граници корелират с последните резултати от структурни промени в минералите под въздействието на високи налягания и температури, чиито стойности съответстват на условията на земните дълбини.
Проблемът за състава, структурата и минералните асоциации на дълбоките земни черупки или геосфери, разбира се, все още е далеч от окончателно решение, но новите експериментални резултати и идеи значително разширяват и детайлизират съответните идеи.
Според съвременните възгледи съставът на мантията е доминиран от сравнително малка група химични елементи: Si, Mg, Fe, Al, Ca и O. модели на геосферния съставсе основават предимно на разликата в съотношенията на тези елементи (вариации Mg / (Mg + Fe) = 0,8-0,9; (Mg + Fe) / Si = 1,2Р1,9), както и разликите в съдържанието на Al и някои други по-редки елементи за дълбоки скали. В съответствие с химичния и минералогичния състав тези модели получиха имената си: пиролитен(основните минерали са оливин, пироксени и гранат в съотношение 4:2:1), пиклогитичен(основните минерали са пироксен и гранат, докато делът на оливин намалява до 40%) и еклогит, който наред с пироксен-гранатовата асоциация, характерна за еклогитите, съдържа и някои по-редки минерали, по-специално Al-съдържащ кианит Al2SiO5 (нагоре до 10 тегл. %). Всички тези петрологични модели обаче се отнасят преди всичко до скали на горната мантияпростираща се на дълбочини от ~670 км. По отношение на обемния състав на по-дълбоките геосфери се приема само, че съотношението на оксидите на двувалентни елементи (MO) към силициев диоксид (MO/SiO2) ~ 2, като е по-близо до оливин (Mg, Fe)2SiO4, отколкото до пироксен (Mg , Fe)SiO3 и Минералите са доминирани от перовскитни фази (Mg, Fe)SiO3 с различни структурни изкривявания, магнезиоустит (Mg, Fe)O със структура от типа NaCl и някои други фази в много по-малки количества.
Силикатната обвивка на Земята, нейната мантия, се намира между подметката на земната кора и повърхността на земното ядро на дълбочина около 2900 km. Обикновено, според сеизмичните данни, мантията е разделена на горната (слой B), на дълбочина 400 km, преходния слой Голицин (слой C) в интервала на дълбочината от 400-1000 km и долната мантия (слой Г) с база на дълбочина около 2900 км. Под океаните в горната мантия има и слой от ниски скорости на разпространение на сеизмичните вълни - Гутенберговият вълновод, обикновено идентифициран с астеносферата на Земята, в който веществото на мантия е в частично разтопено състояние. Под континентите зоната на ниските скорости като правило не се разграничава или е слабо изразена.
Съставът на горната мантия обикновено включва и подкоровите части на литосферните плочи, в които материята на мантия е охладена и напълно кристализира. Под океаните дебелината на литосферата варира от нула под рифтовите зони до 60–70 km под абисалните басейни на океаните. Под континентите дебелината на литосферата може да достигне 200-250 км.
Нашата информация за структурата на мантията и земното ядро, както и за състоянието на материята в тези геосфери, е получена главно от сеизмологични наблюдения, чрез интерпретиране на кривите на времето за пътуване на сеизмичните вълни, като се вземат предвид известните уравнения на хидростатиката, които свързват градиенти на плътност и стойностите на скоростите на разпространение на надлъжните и напречните вълни в средата. Тази техника е разработена от известните геофизици Г. Джефрис, Б. Гутенберг и особено К. Булен още в средата на 40-те години на миналия век и след това значително подобрена от К. Булен и други сеизмолози. Разпределенията на плътността в мантията, конструирани по този метод за няколко от най-популярните модели на Земята, са показани на фиг. десет.
Фигура 10.
1 - модел Наймарк-Сорохтин (1977а); 2 - Bullen модел A1 (1966 г.); 3 - моделът на Жарков "Земя-2" (Жарков и др., 1971); 4 - преизчисление на данните на Панков и Калинин (1975) за състава на лерзолити с адиабатно разпределение на температурата.
Както се вижда от фигурата, плътността на горната мантия (слой B) нараства с дълбочина от 3,3-3,32 до около 3,63-3,70 g/cm 3 на дълбочина около 400 km. Освен това в преходния слой Голицин (слой С) градиентът на плътността рязко се увеличава и плътността се повишава до 4,55-4,65 g/cm 3 на дълбочина от 1000 km. Голицинският слой постепенно преминава в долната мантия, чиято плътност постепенно (по линеен закон) нараства до 5,53-5,66 g/cm 3 на дълбочина около 2900 km в основата му.
Увеличаването на плътността на мантията с дълбочина се обяснява с уплътняването на нейната субстанция под въздействието на постоянно нарастващото налягане на горните слоеве на мантията, което достига стойности от 1,35-1,40 Mbar в основата на мантията. Особено забележимо уплътняване на мантийните силикати се случва в дълбочинния интервал от 400-1000 km. Както показа А. Рингууд, именно на тези дълбочини много минерали претърпяват полиморфни трансформации. По-специално, най-разпространеният минерал в мантията, оливинът, придобива кристална структура на шпинел, а пироксените придобиват илменит, а след това и най-плътната структура на перовскит. На още по-големи дълбочини повечето силикати, с възможно изключение само на енстатит, се разлагат на прости оксиди с най-близка опаковка от атоми в съответните им кристалити.
Фактите за движението на литосферните плочи и дрейфа на континентите убедително свидетелстват за съществуването на интензивни конвективни движения в мантията, които многократно смесват цялото вещество на тази геосфера по време на живота на Земята. От това можем да заключим, че съставите както на горната, така и на долната мантия са средно еднакви. Съставът на горната мантия обаче е уверено определен от находки на ултраосновни скали от океанската кора и съставите на офиолитните комплекси. Изучавайки офиолитите от нагънати пояси и базалти на океанските острови, А. Рингууд още през 1962 г. предлага хипотетичен състав на горната мантия, който той нарича пиролит, получен чрез смесване на три части от алпийски тип перидотит - хабсбургит с една част от хавайски базалт. Пиролитът Ringwood е близък по състав до океанските лерцолити, проучени подробно от L.V. Дмитриев (1969, 1973). Но за разлика от пиролита, океанският лерцолит не е хипотетична смес от скали, а истинска мантийна скала, която се е издигнала от мантията в рифтовите зони на Земята и е изложена в трансформни разломи в близост до тези зони. В допълнение, L.V. Дмитриев показа взаимното допълване на океанските базалти и реститните (остатъчни след топене базалти) харцбургити спрямо океанските лерцолити, като по този начин доказа първенството на лерцолитите, от които следователно се образуват толеитовите смезалти от средните хребети и хребетите. остатъкът е запазен рестит харцбургит. По този начин, най-близкият до състава на горната мантия, а следователно и цялата мантия, съответства на океанския лерзолит, описан от L.V. Дмитриев, чийто състав е даден в табл. един.
| оксиди | Състав на континенталната кора (1) | Моделен състав на земната мантия (2) | Моделен състав на земното ядро | Съставът на първичната материя на Земята (изчисление) | Среден състав на хондрити (3) | Среден състав на въглеродните хондрити (4) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SiO2 | 59,3 | 45,5 | — | 30,78 | 38,04 | 33,0 |
| TiO2 | 0,7 | 0,6 | — | 0,41 | 0,11 | 0,11 |
| Al2O3 | 15,0 | 3,67 | — | 2,52 | 2,50 | 2,53 |
| Fe2O3 | 2,4 | 4,15 | — | — | — | — |
| FeO | 5,6 | 4,37 | 49,34 | 22,76 | 12,45 | 22,0 |
| MNO | 0,1 | 0,13 | — | 0,09 | 0,25 | 0,24 |
| MgO | 4,9 | 38,35 | — | 25,77 | 23,84 | 23,0 |
| CaO | 7,2 | 2,28 | — | 1,56 | 1,95 | 2,32 |
| Na2O | 2,5 | 0,43 | — | 0,3 | 0,95 | 0,72 |
| K2O | 2,1 | 0,012 | — | 0,016 | 0,17 | — |
| Cr2O3 | — | 0,41 | — | 0,28 | 0,36 | 0,49 |
| P2O5 | 0,2 | — | — | — | — | 0,38 |
| NiO | — | 0,1 | — | 0,07 | — | — |
| FeS | — | — | 6,69 | 2,17 | 5,76 | 13,6 |
| Fe | — | — | 43,41 | 13,1 | 11,76 | — |
| Ni | — | — | 0,56 | 0,18 | 1,34 | — |
| Сума | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 99,48 | 98,39 |
В допълнение, признаването на съществуването на конвективни движения в мантията дава възможност да се определи нейния температурен режим, тъй като по време на конвекция разпределението на температурата в мантията трябва да бъде близко до адиабатното, т.е. до такъв, при който няма топлообмен между съседни обеми на мантията, свързан с топлопроводимостта на веществото. В този случай топлинните загуби на мантията се случват само в горния й слой - през литосферата на Земята, разпределението на температурата в която вече се различава рязко от адиабатното. Но адиабатното разпределение на температурата лесно се изчислява от параметрите на материята на мантията.
За да се провери хипотезата за единичен състав на горната и долната мантия, плътността на океанския лерзолит, издигнат в трансформния разлом на хребета Карлсберг в Индийския океан, беше изчислена с помощта на метода на ударно компресиране на силикати до налягания от около 1,5 Mbar. За такъв „експеримент“ изобщо не е необходимо самата скална проба да се компресира до толкова високи налягания, достатъчно е да се знае нейният химичен състав и резултатите от предишни експерименти за ударно компресиране на отделни скалообразуващи оксиди. Резултатите от такова изчисление, извършено за адиабатното разпределение на температурата в мантията, бяха сравнени с известните разпределения на плътността в същата геосфера, но получени от сеизмологични данни (виж фиг. 10). Както може да се види от горното сравнение, разпределението на плътността на океанския лерзолит при високо налягане и адиабатна температура се доближава добре до реалното разпределение на плътността в мантията, получено от напълно независими данни. Това свидетелства в полза на реалността на направените предположения за лерзолитния състав на цялата мантия (горна и долна) и за адиабатното разпределение на температурата в тази геосфера. Познавайки разпределението на плътността на материята в мантията, може да се изчисли и нейната маса: тя се оказва равна на (4,03-4,04) × 10 2 g, което е 67,5% от общата маса на Земята.
В основата на долната мантия се откроява друг мантиен слой с дебелина около 200 km, обикновено обозначаван със символа D'', при който градиентите на скоростите на разпространение на сеизмичните вълни намаляват и се увеличава затихването на напречните вълни. Освен това, въз основа на анализа на динамичните характеристики на разпространението на вълните, отразени от повърхността на земното ядро, I.S. Берзон и нейните колеги (1968, 1972) успяха да идентифицират тънък преходен слой между мантията и ядрото с дебелина около 20 km, който ние нарекохме слой Берзон, в който скоростта на напречните вълни в долната половина намалява с дълбочина от 7,3 км/сек до почти нула. Намаляването на скоростта на напречните вълни може да се обясни само с намаляване на стойността на модула на твърдост и следователно с намаляване на коефициента на ефективния вискозитет на веществото в този слой.
Самата граница на прехода от мантията към ядрото на Земята остава доста остра. Съдейки по интензитета и спектъра на сеизмичните вълни, отразени от повърхността на ядрото, дебелината на такъв граничен слой не надвишава 1 km.
ВЪПРОС №5
Мантия и ядро на Земята. Структура, мощност, физическо състояние и състав. Съотношение на понятията "земна кора", "литосфера", "тектоносфера".
мантия:
Под земната кора се намира следващият слой, наречен мантия.Той обгражда ядрото на планетата и е дебел почти три хиляди километра. Структурата на земната мантия е много сложна и поради това изисква подробно проучване.
Името на тази черупка (геосфера) идва от гръцката дума за наметало или воал. В действителност, мантиякато воал обгръща сърцевината. Тя представлява около 2/3 от масата на Земята и приблизително 83% от нейния обем.
Температурата на черупката не надвишава 2500 градуса по Целзий. Състои се мантияот твърди кристални вещества (тежки минерали, богати на желязо и магнезий). Единственото изключение е астеносфера,който е в полуразтопено състояние.
Структурата на земната мантия:
Геосферата се състои от следните части:
горна мантия с дебелина 800-900 km;
· астеносфера;
Долната мантия е с дебелина около 2000 км.
горна мантия:
Част от черупката, която се намира под земната кора и навлиза в литосферата. От своя страна той е разделен на астеносферата и слоя Голицин, който се характеризира с интензивно увеличаване на скоростите на сеизмичните вълни. Този твърд компонент на мантията, заедно със земната кора, образува един вид твърда обвивка на Земята, наречена литосфера .
Тази част от земната мантия влияе на процеси като тектонски движения на плочите, метаморфизъм и магматизъм. Струва си да се отбележи, че структурата му се различава в зависимост от това под кой тектонски обект се намира.
астеносфера:
Името на средния слой на черупката се превежда от гръцки като "слаба топка". Геосферата, която се приписва на горната част на мантията и понякога изолирана като отделен слой, се характеризира с намалена твърдост, здравина и вискозитет.
Горната граница на астеносферата винаги е под крайната линия на земната кора: под континентите - на дълбочина 100 km, под морското дъно - 50 km.
Долната му линия се намира на дълбочина 250-300 км.
Астеносфера е основният източник на магма на планетата, а движението на аморфна и пластична материя се счита за причина за тектонски движения в хоризонтална и вертикална равнина, магматизъм и метаморфизъм на земната кора.
Долна мантия:
Учените знаят малко за долната част на мантията. Смята се, че на границата с ядрото има специален слой D, наподобяващ астеносферата. Характеризира се с висока температура (поради близостта на нагорещеното ядро) и нехомогенност на материята. Съставът на масата включва желязо и никел.
Под най-ниския слой на мантията, на дълбочина около 2900 km, има друга гранична област, в която сеизмичните вълни драстично променят естеството на разпространението си. Тук напречните сеизмични вълни изобщо не се разпространяват, което показва промяна в качествения състав на веществото, което образува граничния слой.
Тук е границата между мантията и ядрото на Земята.
Състав на мантията:
Геосферата се създава Присъстват оливин и ултраосновни скали (перидотити, перовскити, дунити), но и основни скали (еклогити). Установено е, че черупката съдържа редки разновидности, които не се срещат в земната кора (гроспидити, флогопитови перидотити, карбонатити).
Ако говорим за химичен състав , то мантията съдържа в различни концентрации: кислород, магнезий, силиций, желязо, алуминий, калций, натрий и калий, както и техните оксиди.
мощност:
Дебелината на земната мантия е: 2800 km.
ядро:
Съществуването на ядрото на нашата планета е открито още през 1936 г., засега малко се знае за неговия състав и структура.
Дълбочина - 2900 км. Средният радиус на сферата е 3500 km.
Температурата на повърхността на твърдото ядро на Земята вероятно достига 5960 ± 500 °C, в центъра на ядрото плътността може да бъде около 12,5 t / m³, налягането е до 3,7 милиона атм. Масата на ядрото е 1,932 1024 кг.
Напълно възможно е веществата, които съставляват централните участъци на ядрото, да не преминават в течно състояние и да кристализират дори при колосални температури. Смята се, че по-голямата част от земното ядро е представена от желязо или желязо-никелови сплави, чието количество в общата маса на ядрото може да достигне една трета.
Структурата на земното ядро:
Според съвременните представи за устройството на земното ядро се разграничават неговите външни и вътрешни компоненти.
външно ядро
вътрешно ядро
Външно ядро:
Първият слой на ядрото, който е в пряк контакт с мантията е външно ядро.Горната му граница се намира на дълбочина от 2,3 хиляди километра под морското равнище, а долната е на дълбочина 2900 километра.
външно ядрое течен, съдържа голямо количество желязо и е в непрекъснато движение.
външно ядрозатопля мантията – а на места толкова много, че възходящите потоци от магма дори достигат повърхността, причинявайки вулканични изригвания.
Съществуването на магнитно поле около Земята е свързано с движението на слоевете от течния компонент на ядрото на планетата. Около проводник с ток се образува магнитно поле и тъй като съдържащият желязо течен слой на сърцевината е проводник и се движи постоянно, появата на мощни електрически потоци в него е напълно разбираема.
Този ток формира магнитното поле на нашата планета.
мощност:
Мощността на външното ядро на Земята е: 2220 км.
На дълбочина малко над 5000 км границата между течно (външно) и твърдо (вътрешно) ядро се простира.
Вътрешно ядро:
Вътре в течната обвивка е вътрешно ядро. Това е твърдото ядро на Земята, чийто диаметър е 1220 километра.
Тази част от ядрото е много плътна - средната концентрация на веществото достига 12,8–13 g / cm3, което е два пъти по-голяма от плътността на желязото, а гореща - нажежаемостта достига известните 5–6 хиляди градуса по Целзий.
Според съществуващата хипотеза твърдата фаза на материята в него се поддържа поради колосални температури и налягане. Освен желязо, сърцевината може да съдържа по-леки елементи - силиций, сяра, кислород, водород и др.
Сред учените съществува хипотеза, че под въздействието на огромен натиск тези вещества, които по природа не са метали, могат да се метализират. Напълно възможно е дори метализиран водород да присъства в твърдото ядро на нашата планета.
мощност:
Мощността на вътрешното ядро на Земята е: 1250 км.
Съотношение на понятията "земна кора", "литосфера", "тектоносфера".
| земната кора | литосфера | тектоносферата |
| Външната твърда обвивка на нашата планета. | Горната каменна обвивка на Земята, включително земната кора и супрастеносферната мантия. | Геосферата на Земята, която включва литосферата и слой с нисък вискозитет, астеносферата. |
| континентална кора има дебелина 35-45 км, в планинските райони до 80 км. Континенталната кора е разделена на слоеве: Седиментен слой; · Гранитен слой; · Базалтов слой. океанска кора има дебелина 5-10 км. Океанската кора е разделена на 3 слоя: · Слой от морски седименти; Средният слой или "вторият"; · Най-ниският слой или "океански". Съществува и преходен тип земна кора. | В структурата на литосферата се разграничават подвижни зони (сгънати пояси) и относително стабилни платформи. Горната част на литосферата граничи с атмосферата и хидросферата. Долната граница на литосферата се намира над астеносферата - слой с намалена твърдост, здравина и вискозитет в горната мантия на Земята. | В геоложки смисъл, според материалния състав, тектоносферата може да се проследи до 400 км дълбочина, но във физически, реологичен смисъл, тя се разделя на литосфера и астеносфера, а литосферата включва освен кората и част от горната мантия. |
Той има специален състав, различен от състава на покриващата го земна кора. Данните за химичния състав на мантията са получени от анализи на най-дълбоките магмени скали, навлезли в горните хоризонти на Земята в резултат на мощни тектонски повдигания с отстраняване на мантийния материал. Тези скали включват ултраосновни скали - дунити, перидотити, срещащи се в планинските системи. Скалите на островите Сейнт Пол в средната част на Атлантическия океан според всички геоложки данни принадлежат към материала на мантията. Материалът на мантията включва и скални фрагменти, събрани от съветските океанографски експедиции от дъното на Индийския океан в района на хребета на Индийския океан. По отношение на минералогичния състав на мантията тук могат да се очакват значителни промени, като се започне от горните хоризонти и завършва с основата на мантията, поради повишаване на налягането. Горната мантия е съставена предимно от силикати (оливин, пироксени, гранати), които са стабилни и в рамките на относително ниско налягане. Долната мантия е съставена от минерали с висока плътност.
Най-често срещаният компонент на мантията е силициевият оксид в състава на силикатите. Но при високо налягане силициевият диоксид може да премине в по-плътна полиморфна модификация - стишовит. Този минерал е получен от съветския изследовател Стишов и е кръстен на него. Ако обикновеният кварц има плътност 2,533 r/cm 3 , тогава стишовитът, образуван от кварц при налягане от 150 000 bar, има плътност от 4,25 g/cm 3 .
Освен това в долната мантия са вероятни и по-плътни минерални модификации на други съединения. Въз основа на гореизложеното може разумно да се предположи, че с увеличаване на налягането обичайните желязо-магнезиеви силикати на оливини и пироксени се разлагат на оксиди, които поотделно имат по-висока плътност от силикатите, които се оказват стабилни в горната мантия.
Горната мантия се състои главно от железо-магнезиеви силикати (оливин, пироксен). Някои алумосиликати могат да се трансформират тук в по-плътни минерали като гранати. Под континентите и океаните горната мантия има различни свойства и вероятно различен състав. Може само да се предположи, че в областта на континентите мантията е по-диференцирана и има по-малко SiO 2 поради концентрацията на този компонент в алумосиликатната кора. Под океаните мантията е по-малко диференцирана. В горната мантия могат да възникнат по-плътни полиморфни модификации на оливина със структура на шпинел и др.
Преходният слой на мантията се характеризира с постоянно увеличаване на скоростите на сеизмичните вълни с дълбочина, което показва появата на по-плътни полиморфни модификации на материята. Тук очевидно FeO, MgO, GaO, SiO 2 оксиди се появяват под формата на вустит, периклаз, вар и стишовит. Броят им нараства с дълбочината, докато количеството на обикновените силикати намалява и под 1000 km те съставляват незначителна част.
Долната мантия в дълбочини от 1000-2900 km почти изцяло се състои от плътни разновидности на минерали - оксиди, което се доказва от високата й плътност в диапазона от 4,08-5,7 g/cm 3 . Под въздействието на повишено налягане плътните оксиди се компресират, като допълнително увеличават тяхната плътност. Съдържанието на желязо също вероятно се увеличава в долната мантия.
Ядрото на Земята. Въпросът за състава и физическата природа на ядрото на нашата планета е един от най-вълнуващите и мистериозни проблеми на геофизиката и геохимията. Едва наскоро имаше малко просветление в решаването на този проблем.
Огромното централно ядро на Земята, което заема вътрешната област, по-дълбока от 2900 km, се състои от голямо външно ядро и малко вътрешно. Според сеизмичните данни външното ядро има свойствата на течност. Не пропуска напречни сеизмични вълни. Липсата на кохезионни сили между ядрото и долната мантия, естеството на приливите и отливите в мантията и кората, особеностите на движението на оста на въртене на Земята в космоса, естеството на преминаване на сеизмични вълни по-дълбоко от 2900 km показват че външното ядро на Земята е течно.
Някои автори приемат, че съставът на ядрото за химически хомогенен модел на Земята е силикатен и под въздействието на високо налягане силикатите преминават в „метализирано“ състояние, придобивайки атомна структура, в която външните електрони са общи. Изброените по-горе геофизични данни обаче противоречат на предположението за „метализирано“ състояние на силикатния материал в земното ядро. По-специално, липсата на кохезия между ядрото и мантията не може да бъде съвместима с "метализирано" твърдо ядро, което се предполагаше в хипотезата на Лодочников-Рамзи. Много важни косвени данни за ядрото на Земята са получени по време на експерименти със силикати под високо налягане. В този случай налягането достигна 5 милиона атм. Междувременно в центъра на Земята налягането е 3 милиона атм., а на границата на ядрото - приблизително 1 милион атм. Така експериментално беше възможно да се блокират наляганията, които съществуват в самите дълбини на Земята. В този случай за силикатите се наблюдава само линейна компресия без скок и преход в „метализирано“ състояние. Освен това при високо налягане и на дълбочини от 2900-6370 km силикатите не могат да бъдат в течно състояние, подобно на оксидите. Тяхната точка на топене се увеличава с увеличаване на налягането.
През последните години бяха получени много интересни резултати за влиянието на много високите налягания върху точката на топене на металите. Оказа се, че редица метали при високи налягания (300 000 атм. и повече) преминават в течно състояние при относително ниски температури. Според някои изчисления сплав от желязо с примес на никел и силиций (76% Fe, 10% Ni, 14% Si) на дълбочина от 2900 km под въздействието на високо налягане трябва да бъде в течно състояние вече при температура от 1000 ° C. Но температурата на тези дълбочини, според най-консервативните оценки на геофизиците, тя трябва да бъде много по-висока.
Следователно, в светлината на съвременните данни от геофизиката и физиката на високото налягане, както и данните от космохимията, показващи водещата роля на желязото като най-разпространения метал в космоса, трябва да се приеме, че ядрото на Земята е съставено основно от течно желязо с примес на никел. Изчисленията на американския геофизик Ф. Бърч обаче показаха, че плътността на земното ядро е с 10% по-ниска от тази на желязо-никелова сплав при температури и налягания, преобладаващи в ядрото. От това следва, че металното ядро на Земята трябва да съдържа значително количество (10-20%) някакъв вид бял дроб. От всички най-леки и често срещани елементи, силиций (Si) и сяра (S) са най-вероятни | Наличието на едното или другото може да обясни наблюдаваните физически свойства на земното ядро. Затова въпросът какво е примес на земното ядро – силиций или сяра, се оказва дискусионен и е свързан с начина, по който на практика се формира нашата планета.
А. Риджууд през 1958 г. приема, че земното ядро съдържа силиций като лек елемент, аргументирайки това предположение с факта, че елементарен силиций в количество от няколко тегловни процента се намира в металната фаза на някои редуцирани хондритни метеорити (енстатит). Други аргументи в полза на наличието на силиций в земното ядро обаче няма.
Предположението, че в ядрото на Земята има сяра, следва от сравнението на нейното разпределение в хондритния материал на метеоритите и земната мантия. По този начин сравнението на елементарните атомни съотношения на някои летливи елементи в смес от кора и мантия и в хондрити показва рязка липса на сяра. В материала на мантията и кората концентрацията на сяра е с три порядъка по-ниска, отколкото в средния материал на Слънчевата система, който се приема за хондрити.
Възможността за загуба на сяра при високите температури на примитивната Земя е елиминирана, тъй като други по-летливи елементи от сярата (например H2 под формата на H2O), за които е установено, че имат много по-малко дефицит, биха били загубени в много по-голямо количество. степен. Освен това, когато слънчевият газ се охлади, сярата се свързва химически с желязото и престава да бъде летлив елемент.
В тази връзка е напълно възможно големи количества сяра да попаднат в земното ядро. Трябва да се отбележи, че при равни други условия, точката на топене на системата Fe-FeS е много по-ниска от точката на топене на желязото или мантийния силикат. Така че, при налягане от 60 kbar, температурата на топене на системата (евтектичен) Fe-FeS ще бъде 990 ° C, докато чистото желязо - 1610 °, а мантийният пиролит - 1310. Следователно, с повишаване на температурата в червата от първоначално хомогенната Земя, първо ще се образува желязна стопилка, обогатена със сяра, която, поради ниския си вискозитет и висока плътност, лесно ще се отцеди в централните части на планетата, образувайки железо-серно ядро. По този начин, наличието на сяра в никел-желязната среда действа като поток, понижавайки точката на топене като цяло. Хипотезата за наличието на значителни количества сяра в земното ядро е много привлекателна и не противоречи на всички известни данни на геохимията и космохимията.
Така съвременните представи за природата на вътрешността на нашата планета отговарят на химически диференциран глобус, който се оказва разделен на две различни части: мощна твърда силикатно-оксидна мантия и течно, предимно метално ядро. Земната кора е най-леката горна твърда обвивка, състояща се от алумосиликати и имаща най-сложна структура.
Обобщавайки горното, можем да направим следните изводи.
- Земята има слоеста зонална структура. Състои се от две трети от твърда силикатно-оксидна обвивка - мантията и една трета от метално течно ядро.
- Основните свойства на Земята показват, че ядрото е в течно състояние и само желязото от най-разпространените метали с примес на някои леки елементи (най-вероятно сяра) е в състояние да осигури тези свойства.
- В горните си хоризонти Земята има асиметрична структура, покриваща кората и горната мантия. Океанското полукълбо в горната мантия е по-малко диференцирано от противоположното континентално полукълбо.
Задачата на всяка космогонична теория за произхода на Земята е да обясни тези основни характеристики на нейната вътрешна природа и състав.
Планетата, на която живеем, е третата от Слънцето, с естествен спътник – Луната.
Нашата планета се характеризира със слоеста структура. Състои се от твърда силикатна обвивка - земна кора, мантия и метално ядро, твърдо отвътре, течно отвън.
Граничната зона (повърхността на Мохо) разделя земната кора от мантията. Той получи името си в чест на югославския сеизмолог А. Мохорович, който, изучавайки балканските земетресения, установи наличието на това разграничение. Тази зона се нарича долна граница на кората на земното кълбо.
Следващият слой е мантията на Земята
Да го опознаем. Мантията на Земята е фрагмент, който се намира под земната кора и почти достига до ядрото. С други думи, това е воал, който покрива „сърцето“ на Земята. Това е основният компонент на земното кълбо.
Състои се от скали, чиято структура включва силикати на желязо, калций, магнезий и др. Като цяло учените смятат, че вътрешното му съдържание е подобно по състав на каменните метеорити (хондрити). В по-голяма степен земната мантия включва химични елементи, които са в твърда форма или в твърди химични съединения: желязо, кислород, магнезий, силиций, калций, оксиди, калий, натрий и др.
Никога не е бил виждан от човешкото око, но според учените той заема по-голямата част от обема на Земята, около 83%, масата му е почти 70% от земното кълбо.
И също така има предположение, че към земното ядро налягането се увеличава и температурата достига своя максимум.
В резултат на това температурата на земната мантия се измерва в повече от хиляда градуса. При такива обстоятелства изглежда, че веществото на мантията трябва да се стопи или да се превърне в газообразно състояние, но този процес се спира от силен натиск.
Следователно мантията на Земята е в кристално-твърдо състояние. Въпреки че е горещо.
Каква е структурата на мантията на Земята?
Геосферата може да се характеризира с наличието на три слоя. Това е горната мантия на Земята, следвана от астеносферата, а поредицата е затворена от долната мантия.
Мантията се състои от горна и долна мантия, като първата се простира в ширина от 800 до 900 km, а втората има ширина от 2 хиляди километра. Общата дебелина на земната мантия (и двата слоя) е приблизително три хиляди километра.
Външният фрагмент се намира под земната кора и навлиза в литосферата, долният е изграден от астеносферата и Голицинския слой, който се характеризира с увеличаване на скоростите на сеизмичните вълни.
Според хипотезата на учените, горната мантия е образувана от здрави скали, поради което е твърда. Но на сегмент от 50 до 250 километра от повърхността на земната кора има ненапълно разтопен слой - астеносферата. Материалът в тази част на мантията наподобява аморфно или полуразтопено състояние.
Този слой има мека пластилинова структура, по която се движат твърдите слоеве отгоре. Във връзка с тази особеност тази част от мантията има способността да тече много бавно, с няколко десетки милиметра годишно. Независимо от това, това е много осезаем процес на фона на движението на земната кора.
Процесите, протичащи вътре в мантията, оказват пряко въздействие върху кората на земното кълбо, в резултат на което се случва движението на континентите, изграждането на планини и човечеството е изправено пред такива природни явления като вулканизъм, земетресения.
литосфера
Върхът на мантията, разположен върху горещата астеносфера, в тандем със земната кора на нашата планета образува силно тяло - литосферата. В превод от гръцки - камък. Тя не е твърда, а се състои от литосферни плочи.
Броят им е тринадесет, въпреки че не остава постоянен. Те се движат много бавно, до шест сантиметра годишно.
Техните комбинирани многопосочни движения, които са придружени от разломи с образуване на жлебове в земната кора, се наричат тектонски.
Този процес се активира от постоянната миграция на съставните части на мантията.
Следователно се появяват гореспоменатите трусове, има вулкани, дълбоководни депресии, хребети.
магматизъм
Това действие може да се опише като труден процес. Изстрелването му се случва поради движенията на магма, която има отделни камери, разположени в различни слоеве на астеносферата.
Благодарение на този процес можем да наблюдаваме изригването на магма на повърхността на Земята. Това са добре познати вулкани.