Käsitteiden "maankuori", "litosfääri", "tektonosfääri" korrelaatio. Maan vaipan rakenne ja koostumus Paine ja lämpötila
D.Yu. Pushcharovsky, Yu.M. Pushcharovsky (Moskovan valtionyliopisto nimetty M. V. Lomonosovin mukaan)
Maan syvien kuorien koostumus ja rakenne viime vuosikymmeninä ovat edelleen yksi modernin geologian kiehtovimmista ongelmista. Suoran tiedon määrä syvistä vyöhykkeistä on hyvin rajallinen. Tässä suhteessa erityisen paikka on Lesothon kimberliittiputkesta (Etelä-Afrikka) peräisin oleva mineraaliaggregaatti, jota pidetään ~250 km:n syvyydessä esiintyvien vaippakivien edustajana. Kuolan niemimaalla poratusta maailman syvimmästä kaivosta toipunut ydin, joka oli 12 262 metriä korkea, laajensi merkittävästi tieteellistä ymmärrystä maankuoren syvistä horisonteista - ohuesta maapallon pintaa lähellä olevasta kalvosta. Samalla geofysiikan uusimmat tiedot ja mineraalien rakennemuutosten tutkimukseen liittyvät kokeet mahdollistavat jo nyt mallintamisen monia maan syvyyksissä tapahtuvan rakenteen, koostumuksen ja prosessien piirteitä, joiden tunteminen auttaa ratkaisemaan. modernin luonnontieteen keskeisistä ongelmista, kuten planeetan muodostuminen ja evoluutio, maankuoren ja vaipan dynamiikka, mineraalivarojen lähteet, riskinarviointi vaarallisten jätteiden hävittämisestä suuriin syvyyksiin, maapallon energiavarat jne.
Maan rakenteen seisminen malli
Laajalti tunnetun mallin Maan sisäisestä rakenteesta (sen jakautuminen ytimeen, vaippaan ja maankuoreen) kehittivät seismologit G. Jeffreys ja B. Gutenberg jo 1900-luvun alkupuoliskolla. Ratkaiseva tekijä tässä oli seismisten aaltojen kulkunopeuden jyrkkä lasku maapallon sisällä 2900 km:n syvyydessä planeetan säteellä 6371 km. Pitkittäisten seismisten aaltojen etenemisnopeus suoraan määritellyn rajan yläpuolella on 13,6 km/s ja sen alapuolella - 8,1 km/s. Sitä se on vaipan ytimen raja.
Vastaavasti ytimen säde on 3471 km. Vaipan yläraja on Mohorovicin seisminen osa ( Moho, M), jonka jugoslavialainen seismologi A. Mohorovichich (1857-1936) tunnisti vuonna 1909. Se erottaa maankuoren vaipasta. Tällä rajalla maankuoren läpi kulkeneiden pitkittäisten aaltojen nopeudet nousevat äkillisesti 6,7-7,6 km/s arvosta 7,9-8,2 km/s, mutta tämä tapahtuu eri syvyystasoilla. Mannerten alla osan M (eli maankuoren pohjat) syvyys on muutamia kymmeniä kilometrejä ja joidenkin vuoristorakenteiden alla (Pamir, Andit) se voi olla jopa 60 km, kun taas valtamerten altaiden alla mukaan lukien vesipatsas, syvyys on vain 10-12 km. Yleisesti ottaen maankuori tässä kaaviossa näyttää ohuelta kuorelta, kun taas vaippa ulottuu syvyyteen 45 prosenttiin maan säteestä.
Mutta 1900-luvun puolivälissä tieteeseen tuli ajatuksia maapallon murto-osaisemmasta syvärakenteesta. Uusien seismologisten tietojen perusteella osoittautui mahdolliseksi jakaa ydin sisä- ja ulompaan ja vaippa ala- ja yläosaan (kuva 1). Tämä suosittu malli on edelleen käytössä. Sen aloitti australialainen seismologi K.E. Bullen, joka ehdotti 40-luvun alussa järjestelmää maan jakamiseksi vyöhykkeisiin, jotka hän nimesi kirjaimilla: A - maankuori, B - vyöhyke syvyysvälillä 33-413 km, C - vyöhyke 413- 984 km, D - vyöhyke 984-2898 km, D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (Maan keskipiste). Nämä vyöhykkeet eroavat toisistaan seismisiltä ominaisuuksiltaan. Myöhemmin hän jakoi alueen D vyöhykkeisiin D "(984-2700 km) ja D" (2700-2900 km). Tällä hetkellä tätä kaaviota on muutettu merkittävästi, ja kirjallisuudessa on laajalti käytetty vain D "-kerrosta. Sen pääominaisuus on seismisten nopeusgradienttien väheneminen verrattuna vaippa-alueeseen.
Riisi. 1. Kaavio maan syvärakenteesta
Mitä enemmän seismologisia tutkimuksia tehdään, sitä enemmän seismisiä rajoja ilmaantuu. Maapallon rajojen katsotaan olevan 410, 520, 670, 2900 km, missä seismisten aallon nopeuksien kasvu on erityisen havaittavissa. Niiden ohella erotetaan välirajat: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 km. Lisäksi on geofyysikkojen viitteitä rajojen 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 km olemassaolosta. N.I. Pavlenkova valitsi äskettäin rajan 100 globaaliksi rajaksi, joka vastaa ylemmän vaipan lohkoihin jakamisen alempaa tasoa. Välirajoilla on erilainen tilajakauma, mikä osoittaa vaipan fyysisten ominaisuuksien lateraalista vaihtelua, josta ne riippuvat. Globaalit rajat edustavat erilaista ilmiöluokkaa. Ne vastaavat globaaleja muutoksia vaippaympäristössä maan säteellä.
Merkittäviä globaaleja seismiset rajoja käytetään geologisten ja geodynaamisten mallien rakentamisessa, kun taas tässä mielessä välimuotoiset eivät ole toistaiseksi herättäneet juuri lainkaan huomiota. Samaan aikaan erot niiden ilmenemismuotojen laajuudessa ja intensiteetissä luovat empiirisen perustan hypoteeseille planeetan syvyyksissä tapahtuvista ilmiöistä ja prosesseista.
Alla tarkastellaan, kuinka geofysikaaliset rajat korreloivat viimeaikaisten tulosten kanssa mineraalien rakennemuutoksista korkeiden paineiden ja lämpötilojen vaikutuksesta, joiden arvot vastaavat maan syvyyden olosuhteita.
Syvien maankuorten tai geosfäärien koostumuksen, rakenteen ja mineraaliyhdistelmien ongelma on tietysti vielä kaukana lopullisesta ratkaisusta, mutta uudet kokeelliset tulokset ja ideat laajentavat ja tarkentavat vastaavia ideoita merkittävästi.
Nykyaikaisten näkemysten mukaan vaipan koostumusta hallitsee suhteellisen pieni ryhmä kemiallisia alkuaineita: Si, Mg, Fe, Al, Ca ja O. geosfäärin koostumusmallit perustuvat ensisijaisesti näiden alkuaineiden suhteiden eroihin (vaihtelut Mg / (Mg + Fe) = 0,8-0,9; (Mg + Fe) / Si = 1,2Р1,9) sekä eroihin Al- ja joitain muita harvinaisempia elementtejä syville kiville. Kemiallisen ja mineralogisen koostumuksen mukaisesti nämä mallit saivat nimensä: pyroliittista(päämineraalit ovat oliviini, pyrokseenit ja granaatti suhteessa 4:2:1), piklogistinen(päämineraaleja ovat pyrokseeni ja granaatti, ja oliviinin osuus laskee 40 %) ja eklogiittia, joka sisältää eklogiiteille ominaisen pyrokseeni-granaatti-assosiaation ohella myös harvinaisempia mineraaleja, erityisesti Al-pitoista kyaniittia Al2SiO5 (ylös 10 painoprosenttiin). Kaikki nämä petrologiset mallit viittaavat kuitenkin ensisijaisesti ylävaipan kiviä ulottuu ~670 km syvyyteen. Mitä tulee syvempien geosfäärien bulkkikoostumukseen, oletetaan vain, että kaksiarvoisten alkuaineiden (MO) oksidien suhde piidioksidiin (MO/SiO2) ~ 2, koska se on lähempänä oliviinia (Mg, Fe)2SiO4 kuin pyrokseenia (Mg) , Fe)SiO3 ja mineraaleja hallitsevat perovskiittifaasit (Mg, Fe)SiO3 erilaisilla rakenteellisilla vääristymillä, magnesiouustiitti (Mg, Fe)O, jonka rakenne on NaCl-tyyppinen, ja jotkut muut faasit paljon pienempinä määrinä.
Maan silikaattikuori, sen vaippa, sijaitsee maankuoren pohjan ja maan ytimen pinnan välissä noin 2 900 km:n syvyydessä. Yleensä seismisten tietojen mukaan vaippa on jaettu ylempään (kerros B), 400 km:n syvyyteen, siirtymävaiheen Golitsyn-kerrokseen (kerros C) syvyysvälillä 400-1000 km ja alempaan vaippaan ( kerros D), jonka pohja on noin 2 900 km:n syvyydessä. Ylävaipan valtamerten alla on myös matalan seismisen aallon etenemisnopeuksien kerros - Gutenberg-aaltoputki, joka yleensä tunnistetaan Maan astenosfääriin, jossa vaippaaine on osittain sulassa tilassa. Mannerten alla pienten nopeuksien vyöhykettä ei yleensä eroteta tai se ilmaistaan heikosti.
Ylävaipan koostumukseen kuuluu yleensä myös litosfäärilevyjen kuorenalaiset osat, joissa vaippaaines jäähtyy ja kiteytyy kokonaan. Valtamerten alla litosfäärin paksuus vaihtelee rift-vyöhykkeiden alla olevasta nollasta 60–70 kilometriin valtamerten syvyyksissä olevien altaiden alla. Mannerten alla litosfäärin paksuus voi olla 200-250 km.
Tietomme vaipan ja Maan ytimen rakenteesta sekä näiden geosfäärien aineen tilasta saatiin pääosin seismologisista havainnoista tulkitsemalla seismisten aaltojen kulkuaikakäyriä, ottaen huomioon tunnetut hydrostaattiset yhtälöt, jotka liittyvät tiheysgradienttiin ja pitkittäisten ja poikkiaaltojen etenemisnopeuksien arvoihin väliaineessa. Tunnetut geofyysikot G. Jeffries, B. Gutenberg ja erityisesti C. Bullen kehittivät tämän tekniikan jo 1940-luvun puolivälissä, minkä jälkeen C. Bullen ja muut seismologit paransivat sitä merkittävästi. Tällä menetelmällä konstruoidun vaipan tiheysjakaumat useille suosituimmille Maan malleille on esitetty kuvissa 1 ja 2. kymmenen.
Kuva 10.
1 - Naimark-Sorokhtin malli (1977a); 2 - Bullen malli A1 (1966); 3 - Žarkovin malli "Earth-2" (Zharkov et ai., 1971); 4 - Pankovin ja Kalininin (1975) tietojen uudelleenlaskenta adiabaattisen lämpötilajakauman omaavien lhertsoliittien koostumukselle.
Kuten kuvasta voidaan nähdä, ylemmän vaipan (kerros B) tiheys kasvaa syvyyden myötä 3,3-3,32:sta noin 3,63-3,70 g/cm3:een noin 400 km:n syvyydessä. Lisäksi Golitsynin siirtymäkerroksessa (kerros C) tiheysgradientti kasvaa jyrkästi ja tiheys nousee arvoon 4,55-4,65 g/cm3 1000 km:n syvyydessä. Golitsyn-kerros siirtyy vähitellen alempaan vaippaan, jonka tiheys kasvaa vähitellen (lineaarisen lain mukaan) 5,53–5,66 g/cm 3 noin 2900 km:n syvyydessä sen tyvestä.
Vaipan tiheyden lisääntyminen syvyyden myötä selittyy sen aineen tiivistymisellä päällä olevien vaippakerrosten jatkuvasti kasvavan paineen vaikutuksesta, joka saavuttaa arvot 1,35-1,40 Mbar vaipan pohjalla. Erityisen huomattava vaippasilikaattien tiivistyminen tapahtuu syvyysvälillä 400-1000 km. Kuten A. Ringwood osoitti, juuri näissä syvyyksissä monet mineraalit käyvät läpi polymorfisia muutoksia. Erityisesti vaipan yleisin mineraali, oliviini, saa spinellikiderakenteen, ja pyrokseenit ilmeniitin ja sitten tiheimmän perovskiittirakenteen. Vielä suuremmissa syvyyksissä useimmat silikaatit, mahdollisesti vain enstaattia lukuun ottamatta, hajoavat yksinkertaisiksi oksideiksi, joissa on lähin atomipakkaus vastaavissa kristalliiteissa.
Faktat litosfäärilevyjen liikkeestä ja mantereiden ajautumisesta todistavat vakuuttavasti vaipan voimakkaiden konvektiivisten liikkeiden olemassaolosta, jotka sekoittivat toistuvasti kaiken tämän geosfäärin aineen Maan elämän aikana. Tästä voidaan päätellä, että sekä ylä- että alavaipan koostumukset ovat keskimäärin samat. Ylävaipan koostumus määritetään kuitenkin luotettavasti valtameren kuoren ultraemäksisten kivien löydöistä ja ofioliittikompleksien koostumuksista. Tutkiessaan valtamerten saarten taittuneiden vyöhykkeiden ja basalttien ofioliitteja A. Ringwood ehdotti vuonna 1962 hypoteettista ylemmän vaipan, jota hän kutsui pyroliitiksi, koostumusta, joka saatiin sekoittamalla kolme osaa alppityyppistä peridotiittia - Habsburgiittia yhteen osan Havaijin kanssa. basaltti. Silmupyroliitti on koostumukseltaan lähellä valtameren lhertsoliitteja, joita L.V. Dmitriev (1969, 1973). Mutta toisin kuin pyroliitti, valtamerinen lhertsoliitti ei ole hypoteettinen kiviseos, vaan todellinen vaippakivi, joka on noussut vaipasta Maan repeämävyöhykkeillä ja paljastuu näiden vyöhykkeiden lähellä olevissa muunnosvirheissä. Lisäksi L.V. Dmitriev osoitti valtamerten basalttien ja restiittien (jäännös basalttien sulatuksen jälkeen) hartsburgiittien täydentävyyden valtamerten lhertsoliitteihin nähden, mikä osoitti lhertsoliittien ensisijaisuuden, josta näin ollen ovat tholeiiittiset basaltti-, basaltti-, ja meliidiset basalttit loppuosa on säilynyt restite harzburgiitti. Siten ylemmän vaipan ja siten koko vaipan koostumusta lähinnä oleva vastaa L. V. Dmitrievin kuvaamaa valtameristä lhertsoliittia, jonka koostumus on annettu taulukossa. yksi.
| oksideja | Mannerkuoren koostumus (1) | Maan vaipan mallikoostumus (2) | Maan ytimen mallikoostumus | Maan primääriaineen koostumus (laskenta) | Kondriittien keskimääräinen koostumus (3) | Hiilipitoisten kondriittien keskimääräinen koostumus (4) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Si02 | 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 | — |
| Summa | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 99,48 | 98,39 |
Lisäksi konvektiivisten liikkeiden olemassaolon tunnistaminen vaipassa mahdollistaa sen lämpötilatilan määrittämisen, koska konvektion aikana vaipan lämpötilajakauman tulisi olla lähellä adiabaattista, ts. sellaiseen, jossa ei tapahdu lämmönvaihtoa vierekkäisten vaipan tilavuuksien välillä, mikä liittyy aineen lämmönjohtavuuteen. Tässä tapauksessa vaipan lämpöhäviö tapahtuu vain sen yläkerroksessa - Maan litosfäärin läpi, jonka lämpötilajakauma eroaa jo jyrkästi adiabaattisesta. Mutta adiabaattinen lämpötilajakauma on helppo laskea vaippa-aineen parametreista.
Ylä- ja alavaipan samasta koostumuksesta tehdyn hypoteesin testaamiseksi laskettiin Intian valtameren Carlsbergin harjanteen muunnosvirheessä kohonneen valtameren lhertsoliitin tiheys käyttämällä silikaattien iskupuristusmenetelmää noin 1,5 Mbarin paineisiin. Tällaista "kokeilua" varten ei ole ollenkaan välttämätöntä puristaa itse kivinäytettä niin korkeisiin paineisiin, riittää, kun tietää sen kemiallinen koostumus ja aikaisempien kokeiden tulokset yksittäisten kiviä muodostavien oksidien iskupuristuksessa. Tällaisen vaipan adiabaattisen lämpötilajakauman laskelman tuloksia verrattiin saman geosfäärin tunnettuihin tiheysjakaumiin, mutta ne saatiin seismologisista tiedoista (ks. kuva 10). Kuten yllä olevasta vertailusta voidaan nähdä, valtameren lhertsoliitin tiheysjakauma korkeissa paineissa ja adiabaattisessa lämpötilassa vastaa hyvin vaipan todellista tiheysjakaumaa, joka on saatu täysin riippumattomista tiedoista. Tämä todistaa koko vaipan (ylemmän ja alemman) hertsoliittikoostumuksesta ja tämän geosfäärin adiabaattisesta lämpötilajakaumasta tehtyjen oletusten todellisuuden puolesta. Tietäen aineen tiheyden jakautumisen vaipassa, voidaan myös laskea sen massa: se osoittautuu yhtä suureksi (4,03-4,04) × 10 2 g, mikä on 67,5% maan kokonaismassasta.
Alemman vaipan juurella erottuu toinen, noin 200 km paksuinen vaippakerros, jota yleensä merkitään symbolilla D'', jossa seismisten aaltojen etenemisnopeuksien gradientit pienenevät ja poikkiaaltojen vaimennus kasvaa. Lisäksi, perustuen maan ytimen pinnalta heijastuneiden aaltojen etenemisen dynaamisten piirteiden analyysiin, I.S. Berzon ja hänen kollegansa (1968, 1972) onnistuivat tunnistamaan ohuen, noin 20 km paksuisen vaipan ja ytimen välisen siirtymäkerroksen, jota kutsuimme Berzon-kerrokseksi, jossa poikittaisaaltojen nopeus alaosassa laskee syvyyden myötä 7,3:sta. km/s lähes nollaan. Poikittaisaaltojen nopeuden lasku voidaan selittää vain jäykkyysmoduulin arvon pienenemisellä ja siten tämän kerroksen aineen tehokkaan viskositeetin kertoimen pienenemisellä.
Vaipan ja maan ytimeen siirtymisen raja on edelleen melko terävä. Ytimen pinnasta heijastuneiden seismisten aaltojen intensiteetistä ja spektristä päätellen tällaisen rajakerroksen paksuus ei ylitä 1 km.
KYSYMYS #5
Maan vaippa ja ydin. Rakenne, teho, fyysinen kunto ja koostumus. Käsitteiden "maankuori", "litosfääri", "tektonosfääri" korrelaatio.
Vaippa:
Maankuoren alla on seuraava kerros, ns vaippa. Se ympäröi planeetan ydintä ja on lähes kolme tuhatta kilometriä paksu. Maan vaipan rakenne on hyvin monimutkainen ja vaatii siksi yksityiskohtaista tutkimusta.
Tämän kuoren nimi (geosfääri) tulee kreikan sanasta, joka tarkoittaa viitta tai huntu. Todellisuudessa, vaippa kuin verho kietoo ytimen. Sen osuus on noin 2/3 Maan massasta ja noin 83 % sen tilavuudesta.
Kuoren lämpötila ei ylitä 2500 celsiusastetta. Koostuu vaippa kiinteistä kiteisistä aineista (raskaita mineraaleja, joissa on runsaasti rautaa ja magnesiumia). Ainoa poikkeus on astenosfääri, joka on puolisulassa tilassa.
Maan vaipan rakenne:
Geosfääri koostuu seuraavista osista:
ylempi vaippa, 800-900 km paksu;
· astenosfääri;
Alavaippa on noin 2000 km paksu.
Ylävaippa:
Osa kuoresta, joka sijaitsee maankuoren alapuolella ja menee litosfääriin. Se puolestaan jaetaan astenosfääriin ja Golitsyn-kerrokseen, jolle on ominaista seismisten aallonopeuksien voimakas kasvu. Tämä vaipan kiinteä komponentti muodostaa yhdessä maankuoren kanssa eräänlaisen jäykän maan kuoren, jota kutsutaan litosfääriksi .
Tämä osa Maan vaipana vaikuttaa prosesseihin, kuten levytektonisiin liikkeisiin, metamorfismiin ja magmatismiin. On syytä huomata, että sen rakenne vaihtelee riippuen siitä, minkä tektonisen kohteen alla se sijaitsee.
Astenosfääri:
Kuoren keskikerroksen nimi on käännetty kreikasta "heikoksi palloksi". Geosfäärille, joka liitetään vaipan yläosaan ja joka on joskus eristetty erillisenä kerroksena, on ominaista alentunut kovuus, lujuus ja viskositeetti.
Astenosfäärin yläraja on aina maankuoren ääriviivan alapuolella: mantereiden alla - 100 km:n syvyydessä, merenpohjan alla - 50 km.
Sen alalinja sijaitsee 250-300 kilometrin syvyydessä.
Astenosfääri on planeetan pääasiallinen magman lähde, ja amorfisen ja plastisen aineen liikettä pidetään syynä tektonisiin liikkeisiin vaaka- ja pystytasoissa, maankuoren magmatismiin ja metamorfointeihin.
Alempi vaippa:
Tiedemiehet tietävät vähän vaipan alaosasta. Uskotaan, että ytimen rajalla on erityinen kerros D, joka muistuttaa astenosfääriä. Sille on ominaista korkea lämpötila (johtuen kuuman ytimen läheisyydestä) ja aineen epähomogeenisuus. Massan koostumus sisältää rautaa ja nikkeliä.
Vaipan alimman kerroksen alla, noin 2900 km:n syvyydessä, on toinen raja-alue, jossa seismiset aallot muuttavat dramaattisesti etenemisensä luonnetta. Poikittaiset seismiset aallot eivät leviä täällä ollenkaan, mikä viittaa muutokseen rajakerroksen muodostavan aineen laadullisessa koostumuksessa.
Tässä on raja vaipan ja maan ytimen välillä.
Vaipan koostumus:
Geosfääriä luodaan Oliviini- ja ultraemäksisiä kiviä (peridotiitti, perovskiitti, duniitti), mutta myös peruskiviä (eklogiitteja) esiintyy. On todettu, että kuori sisältää harvinaisia lajikkeita, joita ei löydy maankuoresta (grospidiitit, flogopiittiperidotiitit, karbonatiitit).
Jos puhutaan kemiallinen koostumus , silloin vaippa sisältää eri pitoisuuksina: happea, magnesiumia, piitä, rautaa, alumiinia, kalsiumia, natriumia ja kaliumia sekä niiden oksideja.
Teho:
Maan vaipan paksuus on: 2800 km.
Ydin:
Planeettamme ytimen olemassaolo löydettiin jo vuonna 1936, toistaiseksi sen koostumuksesta ja rakenteesta tiedetään vähän.
Syvyys - 2900 km. Pallon keskisäde on 3500 km.
Maan kiinteän ytimen pinnan lämpötila on oletettavasti 5960 ± 500 °C, ytimen keskellä tiheys voi olla noin 12,5 t / m³, paine jopa 3,7 miljoonaa atm. Ytimen massa on 1,932 1024 kg.
On täysin mahdollista, että ytimen keskusalueet muodostavat aineet eivät siirry nestemäiseen tilaan ja kiteytyvät jopa kolossaalissa lämpötiloissa. Uskotaan, että suurinta osaa maan ytimestä edustavat rauta- tai rauta-nikkeliseokset, joiden määrä ytimen kokonaismassassa voi olla kolmasosa.
Maan ytimen rakenne:
Nykyaikaisten käsitysten mukaan maan ytimen rakenteesta erotetaan sen ulkoiset ja sisäiset komponentit.
ulkoinen ydin
sisempi ydin
Ulompi ydin:
Ytimen ensimmäinen kerros, joka on suorassa kosketuksessa vaipan kanssa, on ulkoinen ydin. Sen yläraja sijaitsee 2,3 tuhannen kilometrin syvyydessä merenpinnan alla ja alaraja on 2900 kilometrin syvyydessä.
ulkoinen ydin on nestemäistä, sisältää suuren määrän rautaa ja on jatkuvassa liikkeessä.
ulkoinen ydin lämmittää vaippaa - ja paikoin niin paljon, että nousevat magmavirrat pääsevät jopa pintaan aiheuttaen tulivuorenpurkauksia.
Magneettikentän olemassaolo Maan ympärillä liittyy planeetan ytimen nestekomponentin kerrosten liikkeeseen. Magneettikenttä muodostuu virtaa kuljettavan johtimen ympärille, ja koska ytimen rautaa sisältävä nestekerros on johdin ja liikkuu jatkuvasti, voimakkaiden sähkövirtojen esiintyminen siinä on täysin ymmärrettävää.
Tämä virta muodostaa planeettamme magneettikentän.
Teho:
Maan ulkoytimen teho on: 2220 km.
Hieman yli 5000 km:n syvyydessä nestemäisen (ulkoisen) ja kiinteän (sisä) ytimen välinen raja ulottuu.
Sisempi ydin:
Nestekuoren sisällä on sisempi ydin. Tämä on Maan kiinteä ydin, jonka halkaisija on 1220 kilometriä.
Tämä ytimen osa on erittäin tiheä - aineen keskimääräinen pitoisuus saavuttaa 12,8–13 g / cm3, mikä on kaksi kertaa raudan tiheys, ja kuuma - hehkutus saavuttaa kuuluisan 5–6 tuhatta celsiusastetta.
Olemassa olevan hypoteesin mukaan aineen kiinteä faasi säilyy siinä kolosaalisten lämpötilojen ja paineen vuoksi. Raudan lisäksi ydin voi sisältää kevyempiä alkuaineita - piitä, rikkiä, happea, vetyä jne.
Tiedemiesten keskuudessa on hypoteesi, että valtavien paineiden vaikutuksesta nämä aineet, jotka eivät ole luonteeltaan metalleja, pystyvät metalloitumaan. On täysin mahdollista, että jopa metalloitua vetyä on planeettamme kiinteässä ytimessä.
Teho:
Maan sisäisen ytimen teho on: 1250 km.
Käsitteiden "maankuori", "litosfääri", "tektonosfääri" korrelaatio.
| Maankuori | Litosfääri | tektonosfääri |
| Planeettamme ulompi kova kuori. | Maan ylempi kivikuori, mukaan lukien maankuori ja suprasthenosfäärin vaippa. | Maan geosfääri, johon kuuluu litosfääri ja matalaviskositeettinen kerros, astenosfääri. |
| mannermainen kuori sen paksuus on 35-45 km, vuoristoalueilla jopa 80 km. Mannerkuori on jaettu kerroksiin: Sedimenttikerros; · Graniittikerros; · Basalttikerros. valtameren kuori sen paksuus on 5-10 km. Merikuori on jaettu kolmeen kerrokseen: · Meren sedimenttien kerros; Keskimmäinen kerros tai "toinen"; · Alin kerros eli "valtameri". On myös maankuoren siirtymätyyppinen tyyppi. | Litosfäärin rakenteessa erotetaan liikkuvat alueet (taitetut vyöt) ja suhteellisen vakaat alustat. Litosfäärin yläosa rajoittuu ilmakehään ja hydrosfääriin. Litosfäärin alaraja sijaitsee astenosfäärin yläpuolella - kerros, jonka kovuus, lujuus ja viskositeetti on vähentynyt maan ylävaippassa. | Geologisessa mielessä materiaalikoostumuksen mukaan tektonosfääri voidaan jäljittää 400 kilometrin syvyyteen, mutta fysikaalisessa, reologisessa mielessä se jakautuu litosfääri ja astenosfääri, ja litosfääri sisältää kuoren lisäksi osan ylemmästä vaipasta. |
Sillä on erityinen koostumus, joka eroaa sitä peittävän maankuoren koostumuksesta. Tiedot vaipan kemiallisesta koostumuksesta saatiin syvimpien magmaisten kivien analyysien perusteella, jotka tulivat Maan ylähorisontteihin voimakkaiden tektonisten nousujen seurauksena vaippamateriaalin poistamisen seurauksena. Näitä kiviä ovat ultraemäksiset kivet - duniitit, vuoristojärjestelmissä esiintyvät peridotitit. Pyhän Paavalin saarten kivet Atlantin valtameren keskiosassa kuuluvat kaikkien geologisten tietojen mukaan vaippamateriaaliin. Vaippamateriaalissa on myös Neuvostoliiton valtameren tutkimusmatkojen keräämiä kivikappaleita Intian valtameren pohjalta Intian valtameren harjanteen alueelta. Vaipan mineralogisen koostumuksen osalta tässä on odotettavissa merkittäviä muutoksia, alkaen ylemmistä horisonteista ja päättyen vaipan pohjaan paineen nousun vuoksi. Ylävaippa koostuu pääasiassa silikaateista (oliviinit, pyrokseenit, granaatit), jotka ovat stabiileja ja suhteellisen alhaisissa paineissa. Alempi vaippa koostuu tiheästi mineraaleista.
Vaipan yleisin komponentti on silikaattien koostumuksessa piioksidi. Mutta korkeissa paineissa piidioksidi voi muuttua tiheämmäksi polymorfiseksi modifikaatioksi - stishoviitiksi. Neuvostoliiton tutkija Stishov hankki tämän mineraalin ja nimesi hänen mukaansa. Jos tavallisen kvartsin tiheys on 2,533 r/cm 3, niin stisoviitin, joka on muodostettu kvartsista 150 000 baarin paineessa, tiheys on 4,25 g/cm 3 .
Lisäksi muiden yhdisteiden tiheämmät mineraalimodifikaatiot ovat todennäköisiä myös alemmalla vaipalla. Edellä olevan perusteella voidaan kohtuudella olettaa, että paineen noustessa tavalliset oliviinien ja pyrokseenien rauta-magnesiosilikaatit hajoavat oksideiksi, joiden tiheys on yksittäin suurempi kuin silikaateilla, jotka ovat stabiileja ylävaipassa.
Ylävaippa koostuu pääasiassa rauta-magnesiisilikaateista (oliviinit, pyrokseenit). Jotkut alumiinisilikaatit voivat muuttua täällä tiheämmiksi mineraaleiksi, kuten granaateiksi. Mantereiden ja valtamerten alla ylemmällä vaipalla on erilaisia ominaisuuksia ja luultavasti erilainen koostumus. Voidaan vain olettaa, että mantereiden alueella vaippa on erilaistuneempi ja siinä on vähemmän SiO 2:ta tämän komponentin pitoisuuden vuoksi alumiinisilikaattikuoressa. Valtamerten alla vaippa on vähemmän erilaistuva. Ylävaipassa voi esiintyä tiheämpiä polymorfisia oliviinin muunnelmia, joilla on spinellirakenne jne..
Vaipan siirtymäkerrokselle on ominaista seismisten aallonopeuksien jatkuva kasvu syvyyden myötä, mikä osoittaa tiheämpien polymorfisten aineen muunnelmien ilmaantumista. Tässä ilmeisesti FeO-, MgO-, GaO-, Si02-oksidit esiintyvät wustiitin, periklaasin, kalkin ja stisoviitin muodossa. Niiden määrä kasvaa syvyyden myötä, kun taas tavallisten silikaattien määrä vähenee, ja alle 1000 km: n päässä ne muodostavat merkityksettömän osan.
Alempi vaippa 1000-2900 km syvyydessä koostuu lähes kokonaan tiheistä mineraalien - oksidien lajikkeista, mistä on osoituksena sen suuri tiheys välillä 4,08-5,7 g/cm 3 . Lisääntyneen paineen vaikutuksesta tiheät oksidit puristuvat kokoon, mikä lisää niiden tiheyttä entisestään. Rautapitoisuus todennäköisesti myös kasvaa alavaipassa.
Maan ydin. Kysymys planeettamme ytimen koostumuksesta ja fysikaalisesta luonteesta on yksi jännittävimmistä ja salaperäisimmistä geofysiikan ja geokemian ongelmista. Vasta äskettäin tämän ongelman ratkaisemisessa on saatu hieman valaistusta.
Maan laaja keskiydin, joka sijaitsee yli 2900 km syvemmällä sisäalueella, koostuu suuresta ulkoytimestä ja pienestä sisäytimestä. Seismisten tietojen mukaan ulkoytimellä on nesteen ominaisuuksia. Se ei lähetä poikittaisia seismisä aaltoja. Koheesiovoimien puuttuminen ytimen ja alemman vaipan välillä, vaipan ja kuoren vuorovesien luonne, Maan pyörimisakselin liikkeen piirteet avaruudessa, seismisten aaltojen kulkemisen luonne yli 2900 km:n syvyydessä osoittavat että maan ulkoydin on nestemäistä.
Jotkut kirjoittajat olettivat, että kemiallisesti homogeenisen Maan mallin ytimen koostumus oli silikaattia, ja korkean paineen vaikutuksesta silikaatit siirtyivät "metallisoituneeseen" tilaan, jolloin ne saivat atomirakenteen, jossa ulkoiset elektronit ovat yleisiä. Yllä luetellut geofysikaaliset tiedot ovat kuitenkin ristiriidassa sen oletuksen kanssa, että maapallon ytimessä oleva silikaattimateriaali on "metallisoitunut". Erityisesti ytimen ja vaipan välisen koheesion puuttuminen ei voi olla yhteensopiva "metallisoidun" kiinteän ytimen kanssa, mikä oletettiin Lodochnikov-Ramsayn hypoteesissa. Erittäin tärkeää epäsuoraa tietoa maan ytimestä saatiin korkeapaineisissa silikaateilla tehdyissä kokeissa. Tässä tapauksessa paine saavutti 5 miljoonaa atm. Samaan aikaan Maan keskustassa paine on 3 miljoonaa atm ja ytimen rajalla - noin 1 miljoonaa atm. Siten kokeellisesti oli mahdollista estää paineet, jotka vallitsevat maan syvyyksissä. Tässä tapauksessa silikaateilla havaittiin vain lineaarinen puristus ilman hyppyä ja siirtymistä "metallisoituun" tilaan. Lisäksi korkeissa paineissa ja 2900-6370 km:n syvyyksissä silikaatit eivät voi olla nestemäisessä tilassa, kuten oksidit. Niiden sulamispiste kohoaa paineen noustessa.
Viime vuosina on saatu erittäin mielenkiintoisia tuloksia erittäin korkeiden paineiden vaikutuksesta metallien sulamispisteeseen. Kävi ilmi, että monet metallit korkeissa paineissa (300 000 atm ja enemmän) menevät nestemäiseen tilaan suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa. Joidenkin laskelmien mukaan nikkelin ja piin (76 % Fe, 10 % Ni, 14 % Si) seoksen 2900 km syvyydessä korkean paineen alaisena olevan raudan seoksen tulisi olla nestemäisessä tilassa jo n. lämpötila on 1000 ° C. Mutta lämpötila näissä syvyyksissä, geofyysikkojen konservatiivisimpien arvioiden mukaan, sen pitäisi olla paljon korkeampi.
Siksi nykyaikaisten geofysiikan ja korkeapainefysiikan tietojen sekä kosmokemian tietojen valossa, jotka osoittavat raudan johtavan roolin avaruudessa esiintyvimpänä metallina, on syytä olettaa, että maapallon ydin koostuu pääasiassa nestemäisestä raudasta ja nikkelin seos. Amerikkalaisen geofyysikon F. Birchin laskelmat osoittivat kuitenkin, että maan ytimen tiheys on 10 % pienempi kuin rauta-nikkeliseoksen ytimessä vallitsevissa lämpötiloissa ja paineissa. Tästä seuraa, että maapallon metallisen ytimen täytyy sisältää merkittävä määrä (10-20 %) jonkinlaista keuhkoa. Kaikista kevyimmistä ja yleisimmistä alkuaineista pii (Si) ja rikki (S) ovat todennäköisimpiä | Jommankumman läsnäolo voi selittää maan ytimen havaitut fysikaaliset ominaisuudet. Siksi kysymys siitä, mikä on maapallon ytimen - piin tai rikin - seos, osoittautuu kiistanalaiseksi ja liittyy siihen, miten planeettamme muodostuu käytännössä.
A. Ridgwood vuonna 1958 oletti, että maapallon ydin sisältää piitä kevyenä alkuaineena, perustellen tätä oletusta sillä tosiasialla, että alkuainepiitä löytyy useiden painoprosenttien määrä joidenkin pelkistettyjen kondriittimeteoriittien (enstatiitti) metallifaasissa. Ei kuitenkaan ole muita argumentteja piin läsnäolon puolesta maan ytimessä.
Oletus, että maan ytimessä on rikkiä, johtuu sen jakautumisesta meteoriittien kondriittimateriaaliin ja Maan vaippaan. Näin ollen joidenkin haihtuvien alkuaineiden alkeisatomisuhteiden vertailu kuoren ja vaipan seoksessa ja kondriiteissa osoittaa terävän rikin puutteen. Vaipan ja kuoren materiaalissa rikkipitoisuus on kolme suuruusluokkaa pienempi kuin aurinkokunnan keskimääräisessä kondriiteiksi otetussa materiaalissa.
Mahdollisuus rikin häviämiseen primitiivisen Maan korkeissa lämpötiloissa on eliminoitu, koska muut haihtuvammat alkuaineet kuin rikki (esimerkiksi H2 H2O:n muodossa), joiden todetaan olevan paljon vähemmän puutteellisia, häviävät paljon suuremmalle. laajuus. Lisäksi kun aurinkokaasu jäähtyy, rikki sitoutuu kemiallisesti rautaan ja lakkaa olemasta haihtuva alkuaine.
Tässä suhteessa on täysin mahdollista, että suuria määriä rikkiä pääsee maan ytimeen. On huomattava, että muiden asioiden ollessa samat Fe-FeS-järjestelmän sulamispiste on paljon alhaisempi kuin raudan tai vaippasilikaatin sulamispiste. Joten 60 kbarin paineessa järjestelmän (eutektisen) Fe-FeS:n sulamislämpötila on 990 °C, kun taas puhtaan raudan - 1610 ° ja vaippapyroliitin - 1310. Siksi suoliston lämpötilan noustessa alunperin homogeenisesta maapallosta muodostuu ensin rikillä rikastettu rautasula, joka pienen viskositeetin ja suuren tiheytensä vuoksi valuu helposti planeetan keskiosiin muodostaen rauta-rikkipitoisen ytimen. Siten rikin läsnäolo nikkeli-rautaympäristössä toimii virtauksena, mikä alentaa sen sulamispistettä kokonaisuudessaan. Hypoteesi merkittävien määrien rikkipitoisuudesta maan ytimessä on erittäin houkutteleva, eikä se ole ristiriidassa kaikkien geokemian ja kosmokemian tunnettujen tietojen kanssa.
Siten nykyaikaiset ajatukset planeettamme sisätilojen luonteesta vastaavat kemiallisesti erilaista maapalloa, joka osoittautui jaetuksi kahteen eri osaan: voimakkaaseen kiinteään silikaattioksidivaippaan ja nestemäiseen, enimmäkseen metalliseen ytimeen. Maankuori on kevyin ylempi kiinteä kuori, joka koostuu alumiinisilikaateista ja jolla on monimutkaisin rakenne.
Yhteenvetona edellä olevasta voimme tehdä seuraavat johtopäätökset.
- Maapallolla on kerrostettu vyöhykerakenne. Se koostuu kahdesta kolmasosasta kiinteästä silikaattioksidikuoresta - vaipasta ja yhdestä kolmasosasta metallista nestemäistä ydintä.
- Maan tärkeimmät ominaisuudet osoittavat, että ydin on nestemäisessä tilassa ja vain rauta yleisimmistä metalleista joidenkin kevyiden alkuaineiden (todennäköisimmin rikki) sekoituksella pystyy tarjoamaan nämä ominaisuudet.
- Maan ylähorisontissa on epäsymmetrinen rakenne, joka peittää kuoren ja ylemmän vaipan. Ylävaipan sisällä oleva valtameren pallonpuolisko on vähemmän erilaistunut kuin vastakkainen mannermainen pallonpuolisko.
Minkä tahansa Maan alkuperän kosmogonisen teorian tehtävänä on selittää nämä sen sisäisen luonteen ja koostumuksen peruspiirteet.
Planeetta, jolla elämme, on kolmas Auringosta, ja siinä on luonnollinen satelliitti - Kuu.
Planeetallemme on ominaista kerrosrakenne. Se koostuu kiinteästä silikaattikuoresta - maankuoresta, vaipasta ja metalliytimestä, kiinteä sisältä, nestemäinen ulkopuolella.
Rajavyöhyke (Moho-pinta) erottaa maankuoren vaipasta. Se sai nimensä Jugoslavian seismologin A. Mohorovichichin kunniaksi, joka tutkiessaan Balkanin maanjäristyksiä totesi tämän eron olemassaolon. Tätä vyöhykettä kutsutaan maapallon kuoren alarajaksi.
Seuraava kerros on Maan vaippa
Tutustutaan häneen. Maan vaippa on fragmentti, joka sijaitsee kuoren alla ja saavuttaa melkein ytimen. Toisin sanoen se on verho, joka peittää maan "sydämen". Tämä on maapallon pääkomponentti.
Se koostuu kivistä, joiden rakenne sisältää raudan, kalsiumin, magnesiumin jne. silikaatteja. Yleensä tutkijat uskovat, että sen sisäinen sisältö on koostumukseltaan samanlainen kuin kivimeteoriitit (kondriitit). Suuremmassa määrin maan vaippa sisältää kemiallisia alkuaineita, jotka ovat kiinteässä muodossa tai kiinteissä kemiallisissa yhdisteissä: rauta, happi, magnesium, pii, kalsium, oksidit, kalium, natrium jne.
Ihmissilmä ei ole koskaan nähnyt sitä, mutta tutkijoiden mukaan se vie suurimman osan maapallon tilavuudesta, noin 83%, sen massa on lähes 70% maapallosta.
Ja on myös oletus, että maan ydintä kohti paine nousee ja lämpötila saavuttaa maksiminsa.
Tämän seurauksena Maan vaipan lämpötilaa mitataan yli tuhannessa asteessa. Tällaisissa olosuhteissa näyttäisi siltä, että vaipan aineen pitäisi sulaa tai muuttua kaasumaiseen tilaan, mutta voimakas paine pysäyttää tämän prosessin.
Siksi Maan vaippa on kiteisessä-kiinteässä tilassa. Vaikka on kuuma.
Mikä on Maan vaipan rakenne?
Geosfääriä voidaan luonnehtia kolmen kerroksen läsnäololla. Tämä on Maan ylempi vaippa, jota seuraa astenosfääri, ja sarjan sulkee alavaippa.
Vaippa koostuu ylä- ja alavaipasta, joista ensimmäinen ulottuu leveydeltään 800 - 900 km, toisen leveys on 2 tuhatta kilometriä. Maan vaipan (molempien kerrosten) kokonaispaksuus on noin kolme tuhatta kilometriä.
Ulompi fragmentti sijaitsee maankuoren alla ja tulee litosfääriin;
Tiedemiesten hypoteesin mukaan ylempi vaippa muodostuu vahvoista kivistä, joten se on kiinteä. Mutta segmentillä, joka on 50–250 kilometrin päässä maankuoren pinnasta, on epätäydellisesti sulanut kerros - astenosfääri. Tämän vaipan osan materiaali muistuttaa amorfista tai puolisulaa tilaa.
Tässä kerroksessa on pehmeä muovailuvaharakenne, jota pitkin yläpuolella olevat kovat kerrokset liikkuvat. Tämän ominaisuuden yhteydessä tämä vaipan osa pystyy virtaamaan hyvin hitaasti, useita kymmeniä millimetrejä vuodessa. Siitä huolimatta tämä on hyvin konkreettinen prosessi maankuoren liikkeen taustalla.
Vaipan sisällä tapahtuvat prosessit vaikuttavat suoraan maapallon kuoreen, minkä seurauksena maanosien liikkeet, vuoristorakentaminen ja ihmiskunta kohtaavat sellaisia luonnonilmiöitä kuin tulivuoret, maanjäristykset.
Litosfääri
Kuumassa astenosfäärissä sijaitseva vaipan yläosa muodostaa yhdessä planeettamme maankuoren kanssa vahvan rungon - litosfäärin. Käännetty kreikasta - kivi. Se ei ole kiinteä, vaan koostuu litosfäärilevyistä.
Heidän lukumääränsä on kolmetoista, vaikka se ei pysy vakiona. Ne liikkuvat hyvin hitaasti, jopa kuusi senttimetriä vuodessa.
Niiden yhdistettyjä monisuuntaisia liikkeitä, joihin liittyy virheitä maankuoren urien muodostumisesta, kutsutaan tektoniseksi.
Tämä prosessi aktivoituu vaipan ainesosien jatkuvalla vaelluksella.
Siksi esiintyy edellä mainittuja vapinaa, on tulivuoria, syvänmeren painaumia, harjuja.
Magmatismi
Tätä toimintaa voidaan kuvata vaikeaksi prosessiksi. Sen laukaisu johtuu magman liikkeistä, jolla on erilliset kammiot, jotka sijaitsevat astenosfäärin eri kerroksissa.
Tämän prosessin ansiosta voimme tarkkailla magman purkausta Maan pinnalla. Nämä ovat tunnettuja tulivuoria.