Correlazione dei concetti "crosta terrestre", "litosfera", "tettonosfera". La struttura del mantello terrestre e la sua composizione Pressione e temperatura
D.Yu. Pushcharovsky, Yu.M. Pushcharovsky (Università statale di Mosca intitolata a MV Lomonosov)
La composizione e la struttura dei profondi gusci della Terra negli ultimi decenni continuano ad essere uno dei problemi più intriganti della geologia moderna. Il numero di dati diretti sulla questione delle zone profonde è molto limitato. A questo proposito, un aggregato minerale del tubo di kimberlite del Lesotho (Sud Africa) occupa un posto speciale, considerato un rappresentante delle rocce del mantello che si trovano a una profondità di circa 250 km. Il nucleo recuperato dal pozzo più profondo del mondo, perforato nella penisola di Kola e raggiungendo i 12.262 m, ha notevolmente ampliato la comprensione scientifica degli orizzonti profondi della crosta terrestre, un sottile film vicino alla superficie del globo. Allo stesso tempo, gli ultimi dati della geofisica e gli esperimenti relativi allo studio delle trasformazioni strutturali dei minerali consentono già ora di modellare molte caratteristiche della struttura, della composizione e dei processi che si verificano nelle profondità della Terra, la cui conoscenza contribuisce alla soluzione di problemi chiave delle moderne scienze naturali come la formazione e l'evoluzione del pianeta, la dinamica della crosta terrestre e del mantello, le fonti di risorse minerarie, la valutazione del rischio di smaltimento di rifiuti pericolosi a grande profondità, le risorse energetiche della Terra, ecc.
Modello sismico della struttura della Terra
Il modello ampiamente noto della struttura interna della Terra (la sua divisione in nucleo, mantello e crosta terrestre) è stato sviluppato dai sismologi G. Jeffreys e B. Gutenberg nella prima metà del XX secolo. Il fattore decisivo in questo è stata la scoperta di una forte diminuzione della velocità delle onde sismiche all'interno del globo a una profondità di 2900 km con un raggio del pianeta di 6371 km. La velocità di propagazione delle onde sismiche longitudinali direttamente sopra il confine specificato è 13,6 km/s, e al di sotto di esso - 8,1 km/s. Ecco cos'è confine mantello-nucleo.
Di conseguenza, il raggio centrale è 3471 km. Il limite superiore del mantello è la sezione sismica di Mohorovic ( Moho, M), identificato nel 1909 dal sismologo jugoslavo A. Mohorovichich (1857-1936). Separa la crosta terrestre dal mantello. A questo confine, le velocità delle onde longitudinali che hanno attraversato la crosta terrestre aumentano bruscamente da 6,7-7,6 a 7,9-8,2 km/s, ma ciò avviene a diversi livelli di profondità. Sotto i continenti la profondità della sezione M (cioè le suole della crosta terrestre) è di poche decine di chilometri, e sotto alcune strutture montuose (Pamir, Ande) può raggiungere i 60 km, mentre sotto i bacini oceanici, compresa la colonna d'acqua, la profondità è di soli 10-12 km. In generale, la crosta terrestre in questo schema appare come un guscio sottile, mentre il mantello si estende in profondità fino al 45% del raggio terrestre.
Ma a metà del 20° secolo, le idee su una struttura profonda più frazionata della Terra sono entrate nella scienza. Sulla base di nuovi dati sismologici, è risultato possibile dividere il nucleo in interno ed esterno e il mantello in inferiore e superiore (Fig. 1). Questo modello popolare è ancora in uso oggi. È stato avviato dal sismologo australiano K.E. Bullen, che all'inizio degli anni '40 propose uno schema per dividere la Terra in zone, che designò con le lettere: A - la crosta terrestre, B - una zona nell'intervallo di profondità di 33-413 km, C - una zona di 413- 984 km, D - una zona di 984-2898 km , D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (centro della Terra). Queste zone differiscono per caratteristiche sismiche. Successivamente, ha diviso la zona D in zone D "(984-2700 km) e D" (2700-2900 km). Allo stato attuale, questo schema è stato significativamente modificato, e solo lo strato D "è ampiamente utilizzato in letteratura. La sua caratteristica principale è una diminuzione dei gradienti di velocità sismica rispetto alla regione del mantello sovrastante.
Riso. 1. Schema della struttura profonda della Terra
Più studi sismologici vengono effettuati, più appaiono i confini sismici. I confini globali sono considerati 410, 520, 670, 2900 km, dove l'aumento delle velocità delle onde sismiche è particolarmente evidente. Insieme a loro si distinguono i confini intermedi: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 km. Inoltre, ci sono indicazioni di geofisici sull'esistenza di confini 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 km. NI Pavlenkova ha recentemente individuato il confine 100 come globale, che corrisponde al livello inferiore di divisione del mantello superiore in blocchi. I confini intermedi hanno una diversa distribuzione spaziale, che indica la variabilità laterale delle proprietà fisiche del mantello, da cui dipendono. I confini globali rappresentano una diversa categoria di fenomeni. Corrispondono ai cambiamenti globali nell'ambiente del mantello lungo il raggio della Terra.
I marcati confini sismici globali sono utilizzati nella costruzione di modelli geologici e geodinamici, mentre quelli intermedi in questo senso finora non hanno attirato quasi nessuna attenzione. Nel frattempo, le differenze nella scala e nell'intensità delle loro manifestazioni creano una base empirica per ipotesi riguardanti fenomeni e processi nelle profondità del pianeta.
Di seguito considereremo come i confini geofisici siano correlati ai recenti risultati dei cambiamenti strutturali nei minerali sotto l'influenza di alte pressioni e temperature, i cui valori corrispondono alle condizioni delle profondità della terra.
Il problema della composizione, della struttura e delle associazioni minerali di conchiglie o geosfere di terra profonda, ovviamente, è ancora lontano da una soluzione finale, ma nuovi risultati sperimentali e idee ampliano e descrivono in modo significativo le idee corrispondenti.
Secondo le opinioni moderne, la composizione del mantello è dominata da un gruppo relativamente piccolo di elementi chimici: Si, Mg, Fe, Al, Ca e O. La proposta modelli di composizione della geosfera si basano principalmente sulla differenza nei rapporti di questi elementi (variazioni Mg / (Mg + Fe) = 0,8-0,9; (Mg + Fe) / Si = 1,2Р1,9), nonché sulle differenze nel contenuto di Al e alcuni altri elementi più rari per rocce profonde. In accordo con la composizione chimica e mineralogica, questi modelli hanno ricevuto i loro nomi: pirolitico(i minerali principali sono olivina, pirosseni e granato in rapporto 4:2:1), piklogic(i minerali principali sono pirosseno e granato, mentre la proporzione di olivina scende al 40%) ed eclogitico, che, insieme all'associazione pirosseno-granato caratteristica delle eclogiti, contiene anche alcuni minerali più rari, in particolare la cianite Al2SiO5 (fino al 10% in peso). Tuttavia, tutti questi modelli petrologici si riferiscono principalmente a rocce del mantello superiore estendendosi fino a una profondità di circa 670 km. Per quanto riguarda la composizione in massa delle geosfere più profonde, si presume solo che il rapporto tra ossidi di elementi bivalenti (MO) e silice (MO/SiO2) ~ 2, sia più vicino all'olivina (Mg, Fe)2SiO4 che al pirosseno (Mg , Fe)SiO3 e i minerali sono dominati da fasi di perovskite (Mg, Fe)SiO3 con varie distorsioni strutturali, magnesiouustite (Mg, Fe)O con una struttura del tipo NaCl e alcune altre fasi in quantità molto minori.
Il guscio di silicato della Terra, il suo mantello, si trova tra la suola della crosta terrestre e la superficie del nucleo terrestre a una profondità di circa 2.900 km. Di solito, secondo i dati sismici, il mantello è diviso in quello superiore (strato B), ad una profondità di 400 km, lo strato di Golitsyn di transizione (strato C) nell'intervallo di profondità di 400-1000 km, e il mantello inferiore (strato D) con una base ad una profondità di circa 2900 km. Sotto gli oceani nella parte superiore del mantello, c'è anche uno strato di basse velocità di propagazione delle onde sismiche: la guida d'onda di Gutenberg, solitamente identificata con l'astenosfera terrestre, in cui la sostanza del mantello è in uno stato parzialmente fuso. Sotto i continenti, la zona delle basse velocità, di regola, non è distinta o è debolmente espressa.
La composizione del mantello superiore comprende solitamente anche le parti sottocrostali delle placche litosferiche, in cui la materia del mantello viene raffreddata e completamente cristallizzata. Sotto gli oceani, lo spessore della litosfera varia da zero sotto le zone di rift a 60-70 km sotto i bacini abissali degli oceani. Sotto i continenti, lo spessore della litosfera può raggiungere i 200-250 km.
Le nostre informazioni sulla struttura del mantello e del nucleo terrestre, nonché sullo stato della materia in queste geosfere, sono state ottenute principalmente da osservazioni sismiche, interpretando le curve del tempo di percorrenza delle onde sismiche, tenendo conto delle note equazioni dell'idrostatica, che mettono in relazione i gradienti di densità ed i valori delle velocità di propagazione delle onde longitudinali e trasversali nel mezzo. Questa tecnica è stata sviluppata dai famosi geofisici G. Jeffries, B. Gutenberg e in particolare C. Bullen a metà degli anni '40 e poi notevolmente migliorata da C. Bullen e altri sismologi. Nelle Figg. dieci.
Figura 10.
1 - Modello Naimark-Sorokhtin (1977a); 2 - Bullen modello A1 (1966); 3 - Il modello di Zharkov "Terra-2" (Zharkov et al., 1971); 4 - ricalcolo dei dati di Pankov e Kalinin (1975) per la composizione di lherzoliti con distribuzione della temperatura adiabatica.
Come si vede dalla figura, la densità del mantello superiore (strato B) aumenta con la profondità da 3,3-3,32 a circa 3,63-3,70 g/cm 3 ad una profondità di circa 400 km. Inoltre, nello strato di transizione di Golitsyn (strato C), il gradiente di densità aumenta bruscamente e la densità sale a 4,55-4,65 g/cm 3 a una profondità di 1.000 km. Lo strato di Golitsyn passa gradualmente nel mantello inferiore, la cui densità aumenta gradualmente (secondo una legge lineare) a 5,53-5,66 g/cm 3 ad una profondità di circa 2.900 km alla sua base.
L'aumento della densità del mantello con la profondità è spiegato dalla compattazione della sua sostanza sotto l'influenza della pressione sempre crescente degli strati del mantello sovrastanti, che raggiunge valori di 1,35-1,40 Mbar alla base del mantello. Una compattazione particolarmente evidente dei silicati del mantello si verifica nell'intervallo di profondità di 400-1000 km. Come ha mostrato A. Ringwood, è a queste profondità che molti minerali subiscono trasformazioni polimorfiche. In particolare, il minerale più comune nel mantello, l'olivina, acquisisce una struttura cristallina a spinello, ei pirosseni acquisiscono un'ilmenite, quindi la struttura più densa di perovskite. A profondità ancora maggiori, la maggior parte dei silicati, con la possibile eccezione della sola enstatite, si decompone in ossidi semplici con il più vicino impaccamento di atomi nei loro cristalliti corrispondenti.
I fatti del movimento delle placche litosferiche e della deriva dei continenti testimoniano in modo convincente l'esistenza di intensi movimenti convettivi nel mantello, che hanno ripetutamente mescolato tutta la sostanza di questa geosfera durante la vita della Terra. Da ciò possiamo concludere che le composizioni sia del mantello superiore che di quello inferiore sono mediamente le stesse. Tuttavia, la composizione del mantello superiore è determinata con sicurezza dai ritrovamenti di rocce ultrabasiche della crosta oceanica e dalle composizioni di complessi di ofiolite. Studiando ofioliti di cinture ripiegate e basalti di isole oceaniche, A. Ringwood, già nel 1962, propose un'ipotetica composizione del mantello superiore, che chiamò pirolite, ottenuta mescolando tre parti di peridotite di tipo alpino - Asburgo con una parte di hawaiana basalto. La pirolite di Ringwood ha una composizione simile alle lherzoliti oceaniche studiate in dettaglio da L.V. Dmitriev (1969, 1973). Ma a differenza della pirolite, la lherzolite oceanica non è un'ipotetica miscela di rocce, ma una vera roccia del mantello che si è sollevata dal mantello nelle zone di rift della Terra ed è esposta in faglie trasformate vicino a queste zone. Inoltre, L.V. Dmitriev ha mostrato la complementarità dei basalti oceanici e delle restite (residui dopo la fusione dei basalti) harzburgite rispetto alle lherzoliti oceaniche, dimostrando così il primato delle lherzoliti, da cui, di conseguenza, vengono fusi i basalti tholeiitici delle dorsali oceaniche il resto è conservato restite harzburgite. Pertanto, il più vicino alla composizione del mantello superiore e, di conseguenza, dell'intero mantello, corrisponde alla lherzolite oceanica descritta da L.V. Dmitriev, la cui composizione è riportata nella tabella. uno.
| ossidi | Composizione della crosta continentale (1) | Composizione del modello del mantello terrestre (2) | Composizione del modello del nucleo terrestre | La composizione della materia primaria della Terra (calcolo) | Composizione media delle condriti (3) | Composizione media delle condriti carboniose (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 | — |
| Somma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 99,48 | 98,39 |
Inoltre, il riconoscimento dell'esistenza di moti convettivi nel mantello consente di determinarne il regime di temperatura, poiché durante la convezione la distribuzione della temperatura nel mantello dovrebbe essere prossima all'adiabatica, cioè ad uno in cui non vi è scambio termico tra volumi adiacenti del mantello, associato alla conducibilità termica della sostanza. In questo caso, la perdita di calore del mantello si verifica solo nel suo strato superiore, attraverso la litosfera terrestre, la cui distribuzione della temperatura è già nettamente diversa da quella adiabatica. Ma la distribuzione della temperatura adiabatica è facilmente calcolabile dai parametri della materia del mantello.
Per verificare l'ipotesi di un'unica composizione del mantello superiore e inferiore, è stata calcolata la densità della lherzolite oceanica sollevata nella faglia trasformata della Carlsberg Ridge nell'Oceano Indiano utilizzando il metodo della compressione d'urto dei silicati a pressioni di circa 1,5 Mbar. Per un tale "esperimento" non è affatto necessario comprimere il campione di roccia stesso a pressioni così elevate, è sufficiente conoscerne la composizione chimica ei risultati di precedenti esperimenti sulla compressione d'urto dei singoli ossidi formanti roccia. I risultati di tale calcolo, effettuato per la distribuzione adiabatica della temperatura nel mantello, sono stati confrontati con le distribuzioni di densità note nella stessa geosfera, ma ricavati da dati sismologici (vedi Fig. 10). Come si può vedere dal confronto di cui sopra, la distribuzione della densità della lherzolite oceanica ad alte pressioni e temperatura adiabatica approssima bene la reale distribuzione della densità nel mantello, ottenuta da dati completamente indipendenti. Ciò testimonia a favore della realtà delle ipotesi fatte sulla composizione lherzolite dell'intero mantello (superiore ed inferiore) e sulla distribuzione della temperatura adiabatica in questa geosfera. Conoscendo la distribuzione della densità della materia nel mantello, se ne può calcolare anche la massa: risulta essere pari a (4,03-4,04) × 10 2 g, ovvero il 67,5% della massa totale della Terra.
Alla base del mantello inferiore si distingue un altro strato di mantello dello spessore di circa 200 km, solitamente indicato con il simbolo D'', in cui diminuiscono i gradienti delle velocità di propagazione delle onde sismiche e aumenta l'attenuazione delle onde trasversali. Inoltre, sulla base dell'analisi delle caratteristiche dinamiche della propagazione delle onde riflesse dalla superficie del nucleo terrestre, I.S. Berzon e i suoi colleghi (1968, 1972) sono riusciti a identificare un sottile strato di transizione tra il mantello e il nucleo dello spessore di circa 20 km, che abbiamo chiamato strato di Berzon, in cui la velocità delle onde trasversali nella metà inferiore diminuisce con la profondità da 7,3 km/s quasi a zero. La diminuzione della velocità delle onde trasversali può essere spiegata solo da una diminuzione del valore del modulo di rigidità e, di conseguenza, da una diminuzione del coefficiente di viscosità effettiva della sostanza in questo strato.
Il confine stesso della transizione dal mantello al nucleo terrestre rimane piuttosto netto. A giudicare dall'intensità e dallo spettro delle onde sismiche riflesse dalla superficie del nucleo, lo spessore di tale strato limite non supera 1 km.
DOMANDA #5
Mantello e nucleo della Terra. Struttura, potenza, condizione fisica e composizione. Correlazione dei concetti "crosta terrestre", "litosfera", "tettonosfera".
Mantello:
Sotto la crosta terrestre c'è lo strato successivo, chiamato mantello. Circonda il nucleo del pianeta ed è spesso quasi tremila chilometri. La struttura del mantello terrestre è molto complessa e richiede quindi uno studio dettagliato.
Il nome di questa conchiglia (geosfera) deriva dalla parola greca per mantello o velo. In realtà, mantello come un velo avvolge il nucleo. Rappresenta circa 2/3 della massa della Terra e circa l'83% del suo volume.
La temperatura del guscio non supera i 2500 gradi Celsius. Consiste mantello da sostanze solide cristalline (minerali pesanti ricchi di ferro e magnesio). L'unica eccezione è astenosfera, che è in uno stato semi-fuso.
La struttura del mantello terrestre:
La geosfera è composta dalle seguenti parti:
mantello superiore, spesso 800-900 km;
· astenosfera;
Il mantello inferiore ha uno spessore di circa 2000 km.
Mantello superiore:
Parte del guscio, che si trova sotto la crosta terrestre ed entra nella litosfera. A sua volta, è suddiviso nell'astenosfera e nello strato di Golitsyn, caratterizzato da un intenso aumento delle velocità delle onde sismiche. Questa solida componente del mantello, insieme alla crosta terrestre, forma una specie di guscio rigido della Terra, chiamato litosfera .
Questa parte del mantello terrestre influenza processi come i movimenti tettonici delle placche, il metamorfismo e il magmatismo. Vale la pena notare che la sua struttura differisce a seconda dell'oggetto tettonico sotto cui si trova.
Astenosfera:
Il nome dello strato intermedio del guscio è tradotto dal greco come "palla debole". La geosfera, che è attribuita alla parte superiore del mantello, e talvolta isolata come strato separato, è caratterizzata da durezza, resistenza e viscosità ridotte.
Il limite superiore dell'astenosfera è sempre al di sotto della linea estrema della crosta terrestre: sotto i continenti - a una profondità di 100 km, sotto il fondo del mare - 50 km.
La sua linea inferiore si trova a una profondità di 250-300 km.
Astenosfera è la principale fonte di magma sul pianeta, e il movimento della materia amorfa e plastica è considerato la causa dei movimenti tettonici sui piani orizzontale e verticale, del magmatismo e del metamorfismo della crosta terrestre.
Mantello inferiore:
Gli scienziati sanno poco della parte inferiore del mantello. Si ritiene che al confine con il nucleo ci sia uno strato speciale D, simile all'astenosfera. È caratterizzato da alta temperatura (dovuta alla vicinanza del nucleo rovente) e disomogeneità della materia. La composizione della massa comprende ferro e nichel.
Sotto lo strato più basso del mantello, a una profondità di circa 2900 km, si trova un'altra regione di confine in cui le onde sismiche cambiano drasticamente la natura della loro propagazione. Le onde sismiche trasversali non si propagano affatto qui, il che indica un cambiamento nella composizione qualitativa della sostanza che forma lo strato limite.
Ecco il confine tra il mantello e il nucleo della Terra.
Composizione del mantello:
La geosfera viene creata Sono presenti rocce olivine e ultrabasiche (peridotiti, perovskiti, duniti), ma anche rocce basiche (eclogiti). È stato accertato che la conchiglia contiene varietà rare che non si trovano nella crosta terrestre (grospiditi, peridotiti flogopitiche, carbonatiti).
Se parlare Composizione chimica , quindi il mantello contiene in diverse concentrazioni: ossigeno, magnesio, silicio, ferro, alluminio, calcio, sodio e potassio, oltre ai loro ossidi.
Potenza:
Lo spessore del mantello terrestre è: 2800 km.
Nucleo:
L'esistenza del nucleo del nostro pianeta è stata scoperta nel 1936, finora si sa poco sulla sua composizione e struttura.
Profondità - 2900 km. Il raggio medio della sfera è di 3500 km.
La temperatura sulla superficie del nucleo solido della Terra raggiunge presumibilmente 5960 ± 500 °C, al centro del nucleo la densità può essere di circa 12,5 t/m³, la pressione arriva fino a 3,7 milioni di atm. La massa del nucleo è 1.932 1024 kg.
È del tutto possibile che le sostanze che compongono le regioni centrali del nucleo non passino allo stato liquido e cristallizzino anche a temperature colossali. Si ritiene che la maggior parte del nucleo terrestre sia rappresentata da leghe di ferro o ferro-nichel, la cui quantità nella massa totale del nucleo può raggiungere un terzo.
La struttura del nucleo terrestre:
Secondo le idee moderne sulla struttura del nucleo terrestre, si distinguono i suoi componenti esterni e interni.
nucleo esterno
nucleo interno
Nucleo esterno:
Il primo strato del nucleo che è a diretto contatto con il mantello è nucleo esterno. Il suo confine superiore si trova a una profondità di 2,3 mila chilometri sotto il livello del mare e quello inferiore a una profondità di 2900 chilometri.
nucleo esternoè liquido, contiene una grande quantità di ferro ed è in continuo movimento.
nucleo esterno riscalda il mantello - e in alcuni punti così tanto che i flussi di magma ascendenti raggiungono persino la superficie, provocando eruzioni vulcaniche.
L'esistenza di un campo magnetico attorno alla Terra è associata al movimento degli strati della componente liquida del nucleo del pianeta. Un campo magnetico si forma attorno a un conduttore che trasporta corrente e poiché lo strato liquido contenente ferro del nucleo è un conduttore ed è in costante movimento, il verificarsi di potenti flussi di elettricità al suo interno è abbastanza comprensibile.
Questa corrente forma il campo magnetico del nostro pianeta.
Potenza:
La potenza del nucleo esterno della Terra è: 2220 km.
A una profondità di poco più di 5000 km si estende il confine tra il nucleo liquido (esterno) e quello solido (interno).
Nucleo interno:
All'interno del guscio liquido c'è nucleo interno. Questo è il nucleo solido della Terra, il cui diametro è di 1220 chilometri.
Questa parte del nucleo è molto densa: la concentrazione media della sostanza raggiunge 12,8–13 g / cm3, che è il doppio della densità del ferro, e calda: l'incandescenza raggiunge i famosi 5–6 mila gradi Celsius.
Secondo l'ipotesi esistente, la fase solida della materia al suo interno viene mantenuta a causa di temperature e pressioni colossali. Oltre al ferro, il nucleo può contenere elementi più leggeri: silicio, zolfo, ossigeno, idrogeno, ecc.
C'è un'ipotesi tra gli scienziati che sotto l'influenza di enormi pressioni, queste sostanze, che non sono metalli per loro natura, siano in grado di metallizzazione. È del tutto possibile che anche l'idrogeno metallizzato sia presente nel nucleo solido del nostro pianeta.
Potenza:
La potenza del nucleo interno della Terra è: 1250 km.
Correlazione dei concetti "crosta terrestre", "litosfera", "tettonosfera".
| la crosta terrestre | Litosfera | tettonosfera |
| Il guscio duro esterno del nostro pianeta. | Il guscio sassoso superiore della Terra, compresa la crosta terrestre e il mantello soprastenosferico. | La geosfera terrestre, che comprende la litosfera e uno strato a bassa viscosità, l'astenosfera. |
| crosta continentale ha uno spessore di 35-45 km, in zone montuose fino a 80 km. La crosta continentale è suddivisa in strati: strato sedimentario; · Strato di granito; · Strato di basalto. crosta oceanica ha uno spessore di 5-10 km. La crosta oceanica è suddivisa in 3 strati: · strato di sedimenti marini; Lo strato intermedio o "secondo"; · Lo strato più basso o "oceanico". Esiste anche un tipo di transizione della crosta terrestre. | Nella struttura della litosfera si distinguono aree mobili (cinghie piegate) e piattaforme relativamente stabili. La parte superiore della litosfera confina con l'atmosfera e l'idrosfera. Il limite inferiore della litosfera si trova sopra l'astenosfera, uno strato di ridotta durezza, resistenza e viscosità nel mantello superiore della Terra. | In senso geologico, secondo la composizione del materiale, la tettonosfera può essere fatta risalire a una profondità di 400 km, ma in senso fisico, reologico, è suddivisa in litosfera e astenosfera, e la litosfera comprende, oltre alla crosta, parte del mantello superiore. |
Ha una composizione speciale, diversa dalla composizione della crosta terrestre che lo ricopre. I dati sulla composizione chimica del mantello sono stati ottenuti dalle analisi delle rocce ignee più profonde che sono entrate negli orizzonti superiori della Terra a seguito di potenti sollevamenti tettonici con la rimozione del materiale del mantello. Queste rocce includono rocce ultrabasiche - dune, peridotiti che si trovano nei sistemi montuosi. Le rocce delle Isole St. Paul nella parte centrale dell'Oceano Atlantico, secondo tutti i dati geologici, appartengono al materiale del mantello. Il materiale del mantello comprende anche frammenti di roccia raccolti dalle spedizioni oceanografiche sovietiche dal fondo dell'Oceano Indiano nella regione dell'Oceano Indiano Ridge. Per quanto riguarda la composizione mineralogica del mantello, qui si possono prevedere cambiamenti significativi, a partire dagli orizzonti superiori e terminando con la base del mantello, per un aumento della pressione. Il mantello superiore è composto principalmente da silicati (olivine, pirosseni, granati), che sono stabili ed entro pressioni relativamente basse. Il mantello inferiore è composto da minerali ad alta densità.
Il componente più comune del mantello è l'ossido di silicio nella composizione dei silicati. Ma ad alte pressioni, la silice può subire una modifica polimorfica più densa: la stishovite. Questo minerale è stato ottenuto dal ricercatore sovietico Stishov e ha preso il suo nome. Se il quarzo ordinario ha una densità di 2,533 r/cm 3 , allora la stishovite, formata da quarzo a una pressione di 150.000 bar, ha una densità di 4,25 g/cm 3 .
Inoltre, nel mantello inferiore sono probabili anche modificazioni minerali più dense di altri composti. Sulla base di quanto sopra, si può ragionevolmente presumere che all'aumentare della pressione, i consueti silicati ferro-magnesiaci delle olivine e dei pirosseni si decompongano in ossidi, che singolarmente hanno una densità maggiore rispetto ai silicati, che risultano stabili nel mantello superiore.
Il mantello superiore è costituito principalmente da silicati ferruginoso-magnesiaci (olivine, pirosseni). Alcuni alluminosilicati possono trasformarsi qui in minerali più densi come i granati. Sotto i continenti e gli oceani, il mantello superiore ha proprietà diverse e probabilmente una composizione diversa. Si può solo supporre che nell'area dei continenti il mantello sia più differenziato e abbia meno SiO 2 per la concentrazione di questo componente nella crosta di alluminosilicato. Sotto gli oceani, il mantello è meno differenziato. Nel mantello superiore possono verificarsi modificazioni polimorfiche più dense dell'olivina con struttura a spinello, ecc.
Lo strato di transizione del mantello è caratterizzato da un aumento costante delle velocità delle onde sismiche con la profondità, che indica la comparsa di modificazioni polimorfiche più dense della materia. Qui, ovviamente, gli ossidi di FeO, MgO, GaO, SiO 2 appaiono sotto forma di wustite, periclasi, calce e stishovite. Il loro numero aumenta con la profondità, mentre diminuisce la quantità di silicati ordinari, e al di sotto dei 1000 km costituiscono una frazione insignificante.
Il mantello inferiore entro la profondità di 1000-2900 km è quasi completamente costituito da varietà dense di ossidi minerali, come dimostra la sua alta densità nell'intervallo 4,08-5,7 g/cm 3 . Sotto l'influenza dell'aumento della pressione, gli ossidi densi vengono compressi, aumentando ulteriormente la loro densità. Il contenuto di ferro probabilmente aumenta anche nel mantello inferiore.
Il nucleo della Terra. La questione della composizione e della natura fisica del nucleo del nostro pianeta è uno dei problemi più eccitanti e misteriosi della geofisica e della geochimica. Solo di recente c'è stata una piccola illuminazione nel risolvere questo problema.
Il vasto nucleo centrale della Terra, che occupa la regione interna più profonda di 2900 km, è costituito da un grande nucleo esterno e da un piccolo nucleo interno. Secondo i dati sismici, il nucleo esterno ha le proprietà di un liquido. Non trasmette onde sismiche trasversali. L'assenza di forze coesive tra il nucleo e il mantello inferiore, la natura delle maree nel mantello e nella crosta, le peculiarità del movimento dell'asse di rotazione terrestre nello spazio, la natura del passaggio delle onde sismiche più profonde di 2900 km indicano che il nucleo esterno della Terra è liquido.
Alcuni autori presumevano che la composizione del nucleo per un modello chimicamente omogeneo della Terra fosse silicato e, sotto l'influenza dell'alta pressione, i silicati passavano in uno stato "metallizzato", acquisendo una struttura atomica in cui gli elettroni esterni sono comuni. Tuttavia, i dati geofisici sopra elencati contraddicono l'ipotesi di uno stato "metallizzato" del materiale silicato nel nucleo terrestre. In particolare, l'assenza di coesione tra nucleo e mantello non può essere compatibile con un nucleo solido "metallizzato", come ipotizzato nell'ipotesi di Lodochnikov-Ramsay. Dati indiretti molto importanti sul nucleo della Terra sono stati ottenuti durante esperimenti con silicati ad alta pressione. In questo caso la pressione ha raggiunto i 5 milioni di atm. Nel frattempo, al centro della Terra, la pressione è di 3 milioni di atm., e al confine del nucleo - di circa 1 milione di atm. Così, sperimentalmente, è stato possibile bloccare le pressioni che esistono nelle profondità della Terra. In questo caso, per i silicati, è stata osservata solo la compressione lineare senza salto e transizione allo stato "metallizzato". Inoltre, ad alte pressioni ed entro una profondità di 2900-6370 km, i silicati non possono essere allo stato liquido, come gli ossidi. Il loro punto di fusione aumenta con l'aumentare della pressione.
Risultati molto interessanti sono stati ottenuti negli ultimi anni sull'effetto di pressioni molto elevate sul punto di fusione dei metalli. Si è scoperto che un certo numero di metalli ad alte pressioni (300.000 atm. e oltre) passano allo stato liquido a temperature relativamente basse. Secondo alcuni calcoli, una lega di ferro con una miscela di nichel e silicio (76% Fe, 10% Ni, 14% Si) a una profondità di 2900 km sotto l'influenza dell'alta pressione dovrebbe trovarsi allo stato liquido già a una temperatura di 1000°C. Ma la temperatura a queste profondità, secondo le stime più prudenti dei geofisici, dovrebbe essere molto più alta.
Pertanto, alla luce dei moderni dati della geofisica e della fisica delle alte pressioni, nonché dei dati cosmochimici che indicano il ruolo principale del ferro come metallo più abbondante nello spazio, si dovrebbe presumere che il nucleo terrestre sia composto principalmente da ferro liquido con un miscela di nichel. Tuttavia, i calcoli del geofisico americano F. Birch hanno mostrato che la densità del nucleo terrestre è del 10% inferiore a quella di una lega ferro-nichel alle temperature e alle pressioni prevalenti nel nucleo. Ne consegue che il nucleo metallico della Terra deve contenere una quantità significativa (10-20%) di qualche tipo di polmone. Tra tutti gli elementi più leggeri e comuni, il silicio (Si) e lo zolfo (S) sono i più probabili | La presenza dell'uno o dell'altro può spiegare le proprietà fisiche osservate del nucleo terrestre. Pertanto, la domanda su quale sia una miscela del nucleo terrestre - silicio o zolfo, risulta discutibile ed è collegata al modo in cui si forma in pratica il nostro pianeta.
A. Ridgwood nel 1958 presumeva che il nucleo terrestre contenesse silicio come elemento leggero, sostenendo questa ipotesi dal fatto che il silicio elementare in una quantità di diverse percentuali in peso si trova nella fase metallica di alcuni meteoriti di condrite ridotta (enstatite). Tuttavia, non ci sono altri argomenti a favore della presenza di silicio nel nucleo terrestre.
L'ipotesi che ci sia zolfo nel nucleo terrestre deriva da un confronto della sua distribuzione nel materiale condritico dei meteoriti e nel mantello terrestre. Pertanto, un confronto dei rapporti atomici elementari di alcuni elementi volatili in una miscela di crosta e mantello e nelle condriti mostra una netta mancanza di zolfo. Nel materiale del mantello e della crosta, la concentrazione di zolfo è di tre ordini di grandezza inferiore rispetto al materiale medio del sistema solare, che è preso come condriti.
Viene eliminata la possibilità di perdita di zolfo alle alte temperature della Terra primitiva, poiché altri elementi più volatili rispetto allo zolfo (ad esempio H2 sotto forma di H2O), risultati molto meno carenti, andrebbero persi in misura molto maggiore estensione. Inoltre, quando il gas solare si raffredda, lo zolfo si lega chimicamente al ferro e cessa di essere un elemento volatile.
A questo proposito, è del tutto possibile che grandi quantità di zolfo entrino nel nucleo terrestre. Va notato che, a parità di altre condizioni, il punto di fusione del sistema Fe-FeS è molto inferiore al punto di fusione del ferro o del silicato del mantello. Quindi, a una pressione di 60 kbar, il punto di fusione del sistema (eutettico) Fe-FeS sarà 990 ° C, mentre il ferro puro - 1610 ° e la pirolite del mantello - 1310. Pertanto, con un aumento della temperatura nelle viscere della Terra inizialmente omogenea, si formerà dapprima un fuso ferroso arricchito di zolfo che, per la sua bassa viscosità e alta densità, drenerà facilmente nelle parti centrali del pianeta, formando un nucleo ferruginoso-sulfureo. Pertanto, la presenza di zolfo nell'ambiente nichel-ferro agisce come un flusso, abbassando il suo punto di fusione nel suo insieme. L'ipotesi della presenza di significative quantità di zolfo nel nucleo terrestre è molto allettante e non contraddice tutti i dati noti di geochimica e cosmochimica.
Pertanto, le idee moderne sulla natura dell'interno del nostro pianeta corrispondono a un globo chimicamente differenziato, che si è rivelato diviso in due parti diverse: un potente mantello di ossido di silicato solido e un nucleo liquido, per lo più metallico. La crosta terrestre è il guscio solido superiore più leggero, costituito da alluminosilicati e avente la struttura più complessa.
Riassumendo quanto sopra, possiamo trarre le seguenti conclusioni.
- La terra ha una struttura zonale a strati. Consiste per due terzi di un guscio di ossido di silicato solido - il mantello e un terzo di un nucleo liquido metallico.
- Le principali proprietà della Terra indicano che il nucleo è allo stato liquido e solo il ferro dei metalli più comuni con una miscela di alcuni elementi leggeri (molto probabilmente zolfo) è in grado di fornire queste proprietà.
- Nei suoi orizzonti superiori, la Terra ha una struttura asimmetrica, che copre la crosta e il mantello superiore. L'emisfero oceanico all'interno del mantello superiore è meno differenziato rispetto all'emisfero continentale opposto.
Il compito di qualsiasi teoria cosmogonica sull'origine della Terra è di spiegare queste caratteristiche fondamentali della sua natura interna e della sua composizione.
Il pianeta su cui viviamo è il terzo dal Sole, con un satellite naturale: la Luna.
Il nostro pianeta è caratterizzato da una struttura a strati. È costituito da un solido guscio di silicato: la crosta terrestre, il mantello e un nucleo metallico, solido all'interno, liquido all'esterno.
La zona di confine (superficie Moho) separa la crosta terrestre dal mantello. Ha preso il nome in onore del sismologo jugoslavo A. Mohorovichich, che, studiando i terremoti nei Balcani, stabilì la presenza di questa distinzione. Questa zona è chiamata il limite inferiore della crosta del globo.
Lo strato successivo è il mantello terrestre
Conosciamolo. Il mantello terrestre è un frammento che si trova sotto la crosta e raggiunge quasi il nucleo. In altre parole, è un velo che copre il "cuore" della Terra. Questa è la componente principale del globo.
È costituito da rocce, la cui struttura comprende silicati di ferro, calcio, magnesio, ecc. In generale, gli scienziati ritengono che il suo contenuto interno sia simile nella composizione ai meteoriti di pietra (condriti). In misura maggiore, il mantello terrestre comprende elementi chimici che sono in forma solida o in composti chimici solidi: ferro, ossigeno, magnesio, silicio, calcio, ossidi, potassio, sodio, ecc.
Non è mai stato visto dall'occhio umano, ma, secondo gli scienziati, occupa la maggior parte del volume della Terra, circa l'83%, la sua massa è quasi il 70% del globo.
E si presume anche che verso il nucleo terrestre la pressione aumenti e la temperatura raggiunga il suo massimo.
Di conseguenza, la temperatura del mantello terrestre viene misurata in più di mille gradi. In tali circostanze, sembrerebbe che la sostanza del mantello debba fondersi o trasformarsi in uno stato gassoso, ma questo processo viene interrotto da una forte pressione.
Pertanto, il mantello terrestre è in uno stato solido cristallino. Anche se fa caldo.
Qual è la struttura del mantello terrestre?
La geosfera può essere caratterizzata dalla presenza di tre strati. Questo è il mantello superiore della Terra, seguito dall'astenosfera, e la serie è chiusa dal mantello inferiore.
Il mantello è costituito da un mantello superiore ed inferiore, il primo esteso in larghezza da 800 a 900 km, il secondo ha una larghezza di 2mila chilometri. Lo spessore totale del mantello terrestre (entrambi gli strati) è di circa tremila chilometri.
Il frammento esterno si trova sotto la crosta terrestre ed entra nella litosfera, quello inferiore è costituito dall'astenosfera e dallo strato di Golitsyn, che è caratterizzato da un aumento delle velocità delle onde sismiche.
Secondo l'ipotesi degli scienziati, il mantello superiore è formato da rocce forti, quindi è solido. Ma su un segmento compreso tra 50 e 250 chilometri dalla superficie della crosta terrestre, c'è uno strato non completamente fuso: l'astenosfera. Il materiale in questa parte del mantello ricorda uno stato amorfo o semifuso.
Questo strato ha una struttura morbida di plastilina, lungo la quale si muovono gli strati duri sopra. In connessione con questa caratteristica, questa parte del mantello ha la capacità di scorrere molto lentamente, di diverse decine di millimetri all'anno. Tuttavia, questo è un processo molto tangibile sullo sfondo del movimento della crosta terrestre.
I processi che si verificano all'interno del mantello hanno un impatto diretto sulla crosta del globo, a seguito del quale si verificano il movimento dei continenti, la costruzione di montagne e l'umanità si trova ad affrontare fenomeni naturali come il vulcanismo, i terremoti.
Litosfera
La parte superiore del mantello, situata sull'astenosfera calda, in tandem con la crosta terrestre del nostro pianeta forma un corpo forte: la litosfera. Tradotto dal greco - pietra. Non è solido, ma è costituito da placche litosferiche.
Il loro numero è tredici, sebbene non rimanga costante. Si muovono molto lentamente, fino a sei centimetri all'anno.
I loro movimenti multidirezionali combinati, che sono accompagnati da faglie con formazione di solchi nella crosta terrestre, sono chiamati tettonici.
Questo processo è attivato dalla costante migrazione dei costituenti del mantello.
Pertanto, si verificano i tremori sopra menzionati, sono presenti vulcani, profonde depressioni, creste.
Magmatismo
Questa azione può essere descritta come un processo difficile. Il suo lancio avviene a causa dei movimenti del magma, che ha camere separate situate in diversi strati dell'astenosfera.
A causa di questo processo, possiamo osservare l'eruzione del magma sulla superficie della Terra. Questi sono famosi vulcani.