Sąvokų „žemės pluta“, „litosfera“, „tektonosfera“ koreliacija. Žemės mantijos sandara ir sudėtis Slėgis ir temperatūra
D.Yu. Puščarovskis, Yu.M. Puščarovskis (Maskvos valstybinis universitetas, pavadintas M. V. Lomonosovo vardu)
Pastaraisiais dešimtmečiais giliųjų Žemės lukštų sudėtis ir struktūra tebėra viena iš labiausiai intriguojančių šiuolaikinės geologijos problemų. Tiesioginių duomenų apie giliąsias zonas skaičius yra labai ribotas. Šiuo atžvilgiu ypatingą vietą užima mineralinis agregatas iš Lesoto kimberlito vamzdžio (Pietų Afrika), kuris laikomas ~250 km gylyje susidarančių mantijos uolienų atstovu. Iš giliausio pasaulyje gręžinio, išgręžto Kolos pusiasalyje ir pasiekusi 12 262 m, atgauta šerdis gerokai praplėtė mokslinį supratimą apie giliuosius žemės plutos horizontus – ploną Žemės rutulio paviršiaus plėvelę. Tuo pačiu naujausi geofizikos duomenys ir eksperimentai, susiję su mineralų struktūrinių transformacijų tyrimais, jau dabar leidžia modeliuoti daugelį Žemės gelmėse vykstančių sandaros, sudėties ir procesų ypatybių, kurių pažinimas prisideda prie sprendimo. tokių pagrindinių problemų. šiuolaikinis gamtos mokslas tokie kaip planetos formavimasis ir evoliucija, žemės plutos ir mantijos dinamika, mineralinių išteklių šaltiniai, pavojingų atliekų šalinimo dideliame gylyje rizikos įvertinimas, Žemės energetiniai ištekliai ir kt.
Seisminis Žemės sandaros modelis
Plačiai žinomą Žemės vidinės sandaros modelį (jos padalijimą į šerdį, mantiją ir žemės plutą) dar XX amžiaus pirmoje pusėje sukūrė seismologai G. Jeffreysas ir B. Gutenbergas. Lemiamas veiksnys tuo pačiu metu paaiškėjo, kad buvo aptiktas staigus seisminių bangų judėjimo greičio sumažėjimas Žemės rutulio viduje 2900 km gylyje, kurio planetos spindulys yra 6371 km. Išilginių seisminių bangų sklidimo greitis tiesiai virš nurodytos ribos yra 13,6 km/s, o žemiau jos - 8,1 km/s. Štai kas yra mantijos šerdies riba.
Atitinkamai, šerdies spindulys yra 3471 km. Viršutinė mantijos riba yra seisminė Mohorovičiaus dalis ( Moho, M), Jugoslavijos seismologo A. Mohorovičiaus (1857-1936) identifikuotas dar 1909 m. Jis atskiria žemės plutą nuo mantijos. Ties šia riba išilginių bangų, perėjusių per žemės plutą, greičiai staigiai padidėja nuo 6,7-7,6 iki 7,9-8,2 km/s, tačiau tai vyksta skirtinguose gylio lygiuose. Po žemynais ruožo M (tai yra žemės plutos padų) gylis siekia kelias dešimtis kilometrų, o po kai kuriais kalnų statiniais (Pamyras, Andai) gali siekti 60 km, o po vandenyno baseinais, įskaitant vandens stulpelį, gylis yra tik 10-12 km. Apskritai žemės pluta šioje schemoje atrodo kaip plonas apvalkalas, o mantija tęsiasi iki 45% žemės spindulio.
Tačiau XX amžiaus viduryje į mokslą pateko idėjos apie labiau dalinę giluminę Žemės struktūrą. Remiantis naujais seismologiniais duomenimis, paaiškėjo, kad galima suskirstyti šerdį į vidinę ir išorinę, o mantiją į apatinę ir viršutinę (1 pav.). Šis populiarus modelis vis dar naudojamas ir šiandien. Jį pradėjo australų seismologas K.E. Bullenas, kuris 40-ųjų pradžioje pasiūlė Žemės padalijimo į zonas schemą, kurią jis pažymėjo raidėmis: A - žemės pluta, B - zona 33-413 km gylio intervale, C - zona 413- 984 km, D - 984-2898 km zona, D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (Žemės centras). Šios zonos skiriasi seisminėmis savybėmis. Vėliau jis padalijo D zoną į D "(984-2700 km) ir D" (2700-2900 km) zonas. Šiuo metu ši schema yra gerokai pakeista, o literatūroje plačiai naudojamas tik D "sluoksnis. Jo pagrindinė charakteristika yra seisminių greičių gradientų sumažėjimas, lyginant su dengiančia mantijos sritimi.
Ryžiai. 1. Žemės giluminės sandaros diagrama
Kuo daugiau atliekama seismologinių tyrimų, tuo daugiau atsiranda seisminių ribų. Pasaulinėmis ribomis laikomos 410, 520, 670, 2900 km, kur ypač pastebimas seisminių bangų greičių didėjimas. Kartu su jais išskiriamos ir tarpinės ribos: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 km. Be to, yra geofizikų nuorodų apie 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 km ribų egzistavimą. N.I. Pavlenkova neseniai išskyrė 100 ribą kaip pasaulinę, kuri atitinka apatinį viršutinės mantijos padalijimo į blokus lygį. Tarpinės ribos turi skirtingą erdvinį pasiskirstymą, o tai rodo fizinių mantijos savybių, nuo kurių jos priklauso, šoninį kintamumą. Pasaulinės ribos reiškia kitą reiškinių kategoriją. Jie atitinka globalius mantijos aplinkos pokyčius Žemės spinduliu.
Pažymėtos globalios seisminės ribos naudojamos kuriant geologinius ir geodinaminius modelius, o tarpinės šia prasme iki šiol beveik nesulaukė dėmesio. Tuo tarpu jų pasireiškimo masto ir intensyvumo skirtumai sukuria empirinį pagrindą hipotezėms apie planetos gelmėse vykstančius reiškinius ir procesus.
Žemiau aptariame, kaip geofizinės ribos koreliuoja su naujausiais mineralų struktūrinių pokyčių, veikiančių aukšto slėgio ir temperatūros, kurių reikšmės atitinka žemės gelmių sąlygas.
Giluminių žemės kriauklių ar geosferų sudėties, struktūros ir mineralinių asociacijų problema, žinoma, dar toli iki galutinio sprendimo, tačiau nauji eksperimentiniai rezultatai ir idėjos gerokai išplečia ir detalizuoja atitinkamas idėjas.
Pagal modernūs vaizdai, mantijos sudėtyje vyrauja palyginti nedidelė cheminių elementų grupė: Si, Mg, Fe, Al, Ca ir O. geosferos kompozicijos modeliai pirmiausia yra pagrįsti šių elementų santykių skirtumais (svyravimai Mg / (Mg + Fe) = 0,8-0,9; (Mg + Fe) / Si = 1,2Р1,9), taip pat Al ir kai kurie kiti retesni giliųjų uolienų elementai. Pagal cheminę ir mineraloginę sudėtį šie modeliai gavo savo pavadinimus: pirolitinis(pagrindiniai mineralai yra olivinas, piroksenai ir granatas santykiu 4:2:1), piklogiškas(pagrindiniai mineralai yra piroksenas ir granatas, o olivino dalis sumažėja iki 40%) ir eklogitas, kuriame kartu su eklogitams būdinga pirokseno-granato asociacija yra ir kai kurių retesnių mineralų, ypač Al turinčio kianito Al2SiO5 (aukštyn iki 10 masės %). Tačiau visi šie petrologiniai modeliai pirmiausia susiję su viršutinės mantijos uolos besitęsiantis iki ~670 km gylio. Kalbant apie tūrinę gilesnių geosferų sudėtį, daroma tik prielaida, kad dvivalenčių elementų (MO) oksidų ir silicio dioksido (MO/SiO2) santykis yra ~ 2, o tai artimesnis olivinui (Mg, Fe)2SiO4 nei piroksenui (Mg). , Fe)SiO3, o mineraluose vyrauja perovskito fazės (Mg, Fe)SiO3 su įvairiais struktūriniais iškraipymais, magniouustitas (Mg, Fe)O su NaCl tipo struktūra ir kai kurios kitos fazės daug mažesniais kiekiais.
Silikatinis Žemės apvalkalas, jos mantija, yra tarp žemės plutos pado ir žemės šerdies paviršiaus maždaug 2900 km gylyje. Paprastai pagal seisminius duomenis mantija skirstoma į viršutinį (sluoksnį B), esantį iki 400 km gylio, pereinamąjį Golicino sluoksnį (C sluoksnis) 400-1000 km gylio intervale ir apatinę mantiją ( sluoksnis D) su pagrindu maždaug 2900 km gylyje. Po vandenynais viršutinėje mantijos dalyje taip pat yra žemo seisminių bangų sklidimo greičių sluoksnis – Gutenbergo bangolaidis, dažniausiai tapatinamas su Žemės astenosfera, kuriame mantijos medžiaga yra iš dalies išlydyta. Žemynuose mažų greičių zona, kaip taisyklė, nėra išskirta arba yra silpnai išreikšta.
Į viršutinės mantijos sudėtį dažniausiai įeina ir litosferos plokščių požievės dalys, kuriose mantijos medžiaga atšaldoma ir visiškai kristalizuojasi. Po vandenynais litosferos storis svyruoja nuo nulio po plyšių zonomis iki 60–70 km po vandenynų bedugniais baseinais. Po žemynais litosferos storis gali siekti 200-250 km.
Mūsų informacija apie mantijos ir Žemės šerdies sandarą bei medžiagos būklę šiose geosferose gauta daugiausia iš seismologinių stebėjimų, interpretuojant seisminių bangų sklidimo laiko kreives, atsižvelgiant į žinomas hidrostatikos lygtis, kurie sieja tankio gradientus ir išilginių bei skersinių bangų sklidimo terpėje greičių reikšmes. Šią techniką jau ketvirtojo dešimtmečio viduryje sukūrė žinomi geofizikai G. Jeffries, B. Gutenberg ir ypač C. Bullen, o vėliau gerokai patobulino C. Bullenas ir kiti seismologai. Tankio pasiskirstymas mantijoje, sukonstruotoje naudojant šį metodą keletui populiariausių Žemės modelių, parodytas Fig. 10.
10 pav.
1 - Naimark-Sorokhtin modelis (1977a); 2 - Bullen modelis A1 (1966); 3 – Žarkovo modelis „Žemė-2“ (Žarkovas ir kt., 1971); 4 - Pankovo ir Kalinino (1975) duomenų perskaičiavimas dėl lherzolitų su adiabatiniu temperatūros pasiskirstymu sudėties.
Kaip matyti iš paveikslo, viršutinės mantijos (sluoksnio B) tankis didėja gyliui nuo 3,3-3,32 iki maždaug 3,63-3,70 g/cm 3 maždaug 400 km gylyje. Be to, Golitsyn pereinamajame sluoksnyje (C sluoksnis) tankio gradientas smarkiai padidėja ir tankis pakyla iki 4,55-4,65 g/cm 3 1000 km gylyje. Golitsino sluoksnis palaipsniui pereina į apatinę mantiją, kurios tankis palaipsniui (pagal tiesinį dėsnį) apie 2900 km gylyje prie jo pagrindo didėja iki 5,53–5,66 g/cm 3.
Mantijos tankio padidėjimas gyliu paaiškinamas jo medžiagos sutankinimu, veikiant nuolat didėjančiam viršutinių mantijos sluoksnių slėgiui, kuris mantijos apačioje pasiekia 1,35–1,40 Mbar. Ypač pastebimas mantijos silikatų tankinimas vyksta 400-1000 km gylio intervale. Kaip parodė A. Ringwoodas, būtent šiose gelmėse daugelis mineralų patiria polimorfines transformacijas. Visų pirma, labiausiai paplitęs mantijos mineralas olivinas įgauna spinelinę kristalinę struktūrą, o piroksenai įgauna ilmenitą, o vėliau tankiausią perovskito struktūrą. Dar didesniame gylyje dauguma silikatų, išskyrus galbūt tik enstatitą, skyla į paprastus oksidus, kurių atomai yra arčiausiai jų atitinkamuose kristalituose.
Litosferos plokščių judėjimo ir žemynų dreifo faktai įtikinamai liudija, kad mantijoje egzistuoja intensyvūs konvekciniai judesiai, kurie Žemės gyvavimo metu ne kartą sumaišė visą šios geosferos substanciją. Iš to galime daryti išvadą, kad tiek viršutinės, tiek apatinės mantijos kompozicijos yra vidutiniškai vienodos. Tačiau viršutinės mantijos sudėtis užtikrintai nustatoma pagal vandenyno plutos ultrabazinių uolienų radinius ir ofiolitų kompleksų kompozicijas. Tyrinėdamas vandenyno salų sulankstytų juostų ir bazaltų ofiolitus, A. Ringwoodas dar 1962 m. pasiūlė hipotetinę viršutinės mantijos, kurią pavadino pirolitu, kompoziciją, gautą sumaišius tris dalis alpinio tipo peridotito – Habsburgito su viena dalimi Havajų. bazaltas. Žiedo pirolitas savo sudėtimi artimas vandenyno lherzolitams, kuriuos išsamiai ištyrė L. V. Dmitrijevas (1969, 1973). Tačiau, priešingai nei pirolitas, okeaninis lherzolitas yra ne hipotetinis uolienų mišinys, o tikra mantijos uoliena, iškilusi iš mantijos Žemės plyšio zonose ir atsidūrusi transformacijos lūžiuose šalia šių zonų. Be to, L. V. Dmitrijevas parodė okeaninių bazaltų ir restitinių (likusių po bazaltų lydymosi) harzburgitų papildomumą vandenyno lherzolitų atžvilgiu, taip įrodydamas lherzolitų, iš kurių, vadinasi, yra toleiitiniai bazaltai ir melioriniai kalvagūbriai, pirmenybę. likusi dalis yra išsaugotas restitas harzburgitas. Taigi, arčiausiai viršutinės mantijos, taigi ir visos mantijos, sudėtis atitinka L. V. Dmitrijevo aprašytą vandenyno lherzolitą, kurio sudėtis pateikta lentelėje. 1.
| oksidai | Žemyninės plutos sudėtis (1) | Žemės mantijos modelio sudėtis (2) | Žemės branduolio modelio kompozicija | Pirminės Žemės materijos sudėtis (skaičiavimas) | Vidutinė chondritų sudėtis (3) | Vidutinė anglies chondritų sudėtis (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 | — |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 99,48 | 98,39 |
Be to, konvekcinių judesių buvimo mantijoje atpažinimas leidžia nustatyti jo temperatūros režimą, nes konvekcijos metu temperatūros pasiskirstymas mantijoje turėtų būti artimas adiabatiniam, t.y. į tokį, kuriame nėra šilumos mainų tarp gretimų mantijos tūrių, susijusių su medžiagos šilumos laidumu. Šiuo atveju mantijos šilumos nuostoliai atsiranda tik joje viršutinis sluoksnis- per Žemės litosferą, kurios temperatūros pasiskirstymas jau smarkiai skiriasi nuo adiabatinio. Bet adiabatinį temperatūros pasiskirstymą nesunku apskaičiuoti pagal mantijos medžiagos parametrus.
Norint patikrinti hipotezę dėl tos pačios viršutinės ir apatinės mantijos sudėties, okeaninio lherzolito tankis, pakilęs dėl Carlsbergo kalnagūbrio transformacijos lūžio Indijos vandenyne, buvo apskaičiuotas naudojant silikatų smūgio suspaudimo metodą iki maždaug 1,5 Mbar slėgio. Tokiam „eksperimentui“ visiškai nebūtina suspausti paties uolienų pavyzdžio iki tokių aukštų slėgių, pakanka žinoti jo cheminę sudėtį ir ankstesnių eksperimentų, susijusių su atskirų uolienų formuojančių oksidų suspaudimo smūgiu, rezultatus. Tokio skaičiavimo, atlikto adiabatiniam temperatūros pasiskirstymui mantijoje, rezultatai buvo lyginami su žinomais tankio pasiskirstymais toje pačioje geosferoje, tačiau gauti iš seismologinių duomenų (žr. 10 pav.). Kaip matyti iš aukščiau pateikto palyginimo, okeaninio lherzolito tankio pasiskirstymas esant aukštam slėgiui ir adiabatinei temperatūrai gerai atitinka tikrąjį tankio pasiskirstymą mantijoje, gautą iš visiškai nepriklausomų duomenų. Tai liudija, kad prielaidos apie visos mantijos (viršutinės ir apatinės) lherzolito sudėtį ir adiabatinį temperatūros pasiskirstymą šioje geosferoje yra tikroviškos. Žinant medžiagos tankio pasiskirstymą mantijoje, galima apskaičiuoti ir jos masę: pasirodo, ji yra lygi (4,03-4,04) × 10 2 g, o tai sudaro 67,5% visos Žemės masės.
Apatinės mantijos apačioje išskiriamas dar apie 200 km storio mantijos sluoksnis, dažniausiai žymimas simboliu D'', kuriame seisminių bangų sklidimo greičių gradientai mažėja, o skersinių bangų slopinimas didėja. Be to, remiantis dinaminių bangų, atsispindėjusių nuo žemės šerdies paviršiaus, sklidimo ypatybių analize, I.S. Berzon ir jos kolegos (1968, 1972) sugebėjo nustatyti ploną maždaug 20 km storio pereinamąjį sluoksnį tarp mantijos ir šerdies, kurį vadinome Berzono sluoksniu, kuriame skersinių bangų greitis apatinėje pusėje mažėja didėjant gyliui nuo 7,3 km/s beveik iki nulio. Skersinių bangų greičio sumažėjimą galima paaiškinti tik standumo modulio vertės sumažėjimu, taigi ir medžiagos efektyvaus klampumo koeficiento sumažėjimu šiame sluoksnyje.
Pati perėjimo nuo mantijos iki Žemės šerdies riba išlieka gana ryški. Sprendžiant pagal seisminių bangų, atsispindėjusių nuo šerdies paviršiaus, intensyvumą ir spektrą, tokio ribinio sluoksnio storis neviršija 1 km.
KLAUSIMAS #5
Žemės mantija ir šerdis. struktūra, galia, fizinė būklė ir kompozicija. Sąvokų „žemės pluta“, „litosfera“, „tektonosfera“ koreliacija.
Mantija:
Po žemės pluta yra kitas sluoksnis, vadinamas mantija. Jis supa planetos šerdį ir yra beveik trijų tūkstančių kilometrų storio. Žemės mantijos struktūra yra labai sudėtinga, todėl ją reikia išsamiai ištirti.
Šio apvalkalo (geosferos) pavadinimas kilęs iš graikų kalbos žodžio, reiškiančio apsiaustą arba šydą. Faktiškai, mantija tarsi šydas gaubia šerdį. Jis sudaro apie 2/3 Žemės masės ir maždaug 83% jos tūrio.
Korpuso temperatūra neviršija 2500 laipsnių Celsijaus. Susideda iš mantija iš kietų kristalinių medžiagų (sunkių mineralų, kuriuose gausu geležies ir magnio). Vienintelė išimtis yra astenosfera, kuri yra pusiau išlydyta.
Žemės mantijos struktūra:
Geosfera susideda iš šių dalių:
viršutinė mantija, 800-900 km storio;
· astenosfera;
Apatinė mantija yra apie 2000 km storio.
Viršutinė mantija:
Korpuso dalis, esanti žemiau žemės plutos ir patenkanti į litosferą. Savo ruožtu jis yra padalintas į astenosferą ir Golitsyn sluoksnį, kuriam būdingas intensyvus seisminių bangų greičių padidėjimas. Šis kietas mantijos komponentas kartu su žemės pluta sudaro tam tikrą standų Žemės apvalkalą, vadinama litosfera .
Ši Žemės mantijos dalis įtakoja tokius procesus kaip plokščių tektoniniai judėjimai, metamorfizmas ir magmatizmas. Verta paminėti, kad jo struktūra skiriasi priklausomai nuo to, po kokiu tektoniniu objektu jis yra.
Astenosfera:
Vidurinio apvalkalo sluoksnio pavadinimas iš graikų kalbos išverstas kaip „silpnas rutulys“. Geosfera, kuri priskiriama viršutinei mantijos daliai, o kartais izoliuojama kaip atskiras sluoksnis, pasižymi sumažėjusiu kietumu, stiprumu ir klampumu.
Viršutinė astenosferos riba visada yra žemiau kraštutinės žemės plutos linijos: po žemynais - 100 km gylyje, po jūros dugnu - 50 km.
Jo apatinė linija yra 250-300 km gylyje.
Astenosfera yra pagrindinis magmos šaltinis planetoje, o priežastimi laikomas amorfinės ir plastikinės medžiagos judėjimas tektoniniai judesiai horizontaliai ir vertikalios plokštumos, magmatizmas ir žemės plutos metamorfizmas.
Apatinė mantija:
Mokslininkai mažai žino apie apatinę mantijos dalį. Manoma, kad ties riba su šerdimi yra specialus sluoksnis D, panašus į astenosferą. Jai būdinga aukšta temperatūra (dėl raudonai įkaitusios šerdies artumo) ir medžiagos nehomogeniškumas. Masės sudėtis apima geležį ir nikelį.
Po žemiausiu mantijos sluoksniu, maždaug 2900 km gylyje, yra dar viena ribinė sritis, kurioje seisminės bangos smarkiai keičia savo sklidimo pobūdį. Skersinės seisminės bangos čia visai nesklinda, o tai rodo ribinį sluoksnį sudarančios medžiagos kokybinės sudėties pasikeitimą.
Čia yra riba tarp mantijos ir Žemės šerdies.
Mantijos sudėtis:
Geosfera kuriama yra olivino ir ultrabazinių uolienų (peridotitai, perovskitai, dunitai), bet ir bazinių uolienų (eklogitų). Nustatyta, kad kiaute yra retų, žemės plutoje neaptinkamų atmainų (grospiditai, flogopitiniai peridotitai, karbonatitai).
Jei kalbėti apie cheminė sudėtis , tada mantijoje yra skirtingos koncentracijos: deguonies, magnio, silicio, geležies, aliuminio, kalcio, natrio ir kalio, taip pat jų oksidų.
Galia:
Žemės mantijos storis: 2800 km.
Pagrindinis:
Mūsų planetos branduolio egzistavimas buvo atrastas dar 1936 m., Kol kas mažai žinoma apie jo sudėtį ir struktūrą.
Gylis - 2900 km. Vidutinis rutulio spindulys yra 3500 km.
Manoma, kad kietosios Žemės šerdies paviršiaus temperatūra siekia 5960 ± 500 °C, šerdies centre tankis gali būti apie 12,5 t/m³, slėgis iki 3,7 mln. atm. Šerdies masė yra 1,932 1024 kg.
Gali būti, kad medžiagos, sudarančios centrinius šerdies regionus, nepatenka į skystą būseną ir kristalizuojasi net esant kolosalioms temperatūroms. Manoma, kad didžiąją dalį žemės šerdies sudaro geležies arba geležies-nikelio lydiniai, kurių kiekis bendroje šerdies masėje gali siekti trečdalį.
Žemės šerdies struktūra:
Remiantis šiuolaikinėmis idėjomis apie žemės šerdies sandarą, išskiriami jos išoriniai ir vidiniai komponentai.
išorinė šerdis
vidinė šerdis
Išorinė šerdis:
Pats pirmasis šerdies sluoksnis, kuris tiesiogiai liečiasi su mantija, yra išorinė šerdis. Jo viršutinė riba yra 2,3 tūkstančio kilometrų gylyje po jūros lygiu, o apatinė – 2900 kilometrų gylyje.
išorinė šerdis yra skystas, turi didelis skaičius geležies ir nuolat juda.
išorinė šerdis sušildo mantiją – o kai kur tiek, kad kylantys magmos srautai net pasiekia paviršių, sukeldami ugnikalnių išsiveržimus.
Egzistavimas magnetinis laukas aplink Žemę. Aplink srovę tekančią laidininką susidaro magnetinis laukas, o kadangi geležies turintis skystas šerdies sluoksnis yra laidininkas ir nuolat juda, tai galingų elektros srautų atsiradimas jame visai suprantamas.
Ši srovė sudaro mūsų planetos magnetinį lauką.
Galia:
Išorinės Žemės šerdies galia: 2220 km.
Kiek daugiau nei 5000 km gylyje tęsiasi riba tarp skystos (išorinės) ir kietosios (vidinės) šerdies.
Vidinė šerdis:
Skysčio apvalkalo viduje yra vidinė šerdis. Tai kietoji Žemės šerdis, kurios skersmuo yra 1220 kilometrų.
Ši šerdies dalis yra labai tanki - vidutinė medžiagos koncentracija siekia 12,8–13 g / cm3, o tai yra dvigubai didesnė už geležies tankį, o karšta - įkaitinimas siekia garsiuosius 5–6 tūkstančius laipsnių Celsijaus.
Pagal esamą hipotezę kietoji medžiagos fazė joje išlaikoma dėl kolosalios temperatūros ir slėgio. Be geležies, šerdyje gali būti lengvesnių elementų – silicio, sieros, deguonies, vandenilio ir kt.
Tarp mokslininkų egzistuoja hipotezė, kad, veikiant didžiuliam slėgiui, šios medžiagos, kurios iš prigimties nėra metalai, gali metalizuotis. Visai įmanoma, kad kietoje mūsų planetos šerdyje yra net metalizuoto vandenilio.
Galia:
Vidinės Žemės šerdies galia yra: 1250 km.
Sąvokų „žemės pluta“, „litosfera“, „tektonosfera“ koreliacija.
| Žemės pluta | Litosfera | tektonosfera |
| Išorinis kietas mūsų planetos apvalkalas. | Viršutinis akmeninis Žemės apvalkalas, įskaitant žemės plutą ir suprastenosferos mantiją. | Žemės geosfera, apimanti litosferą ir mažo klampumo sluoksnį – astenosferą. |
| žemyninė pluta turi 35-45 km storį, kalnuotose vietovėse iki 80 km. Žemyninė pluta skirstoma į sluoksnius: Nuosėdinis sluoksnis; · Granito sluoksnis; · Bazalto sluoksnis. vandenyno pluta turi 5-10 km storį. Okeaninė pluta skirstoma į 3 sluoksnius: · Jūrinių nuosėdų sluoksnis; Vidurinis sluoksnis arba „antrasis“; · Žemiausias sluoksnis arba „okeaninis“. Taip pat yra pereinamasis žemės plutos tipas. | Litosferos struktūroje išskiriamos mobilios zonos (sulankstytos juostos) ir gana stabilios platformos. Viršutinė litosferos dalis ribojasi su atmosfera ir hidrosfera. Apatinė litosferos riba yra virš astenosferos – sumažėjusio kietumo, stiprumo ir klampumo sluoksnio viršutinėje Žemės mantijoje. | Geologine prasme pagal medžiagos sudėtį tektonosfera gali būti atsekama iki 400 km gylio, tačiau fizine, reologine prasme ji skirstoma į litosfera ir astenosfera, o litosfera, be plutos, apima tam tikrą viršutinės mantijos dalį. |
Ji turi ypatingą sudėtį, kuri skiriasi nuo ją dengiančios žemės plutos sudėties. Duomenys apie mantijos cheminę sudėtį buvo gauti remiantis giliausių magminių uolienų, kurios pateko į viršutinį Žemės horizontą dėl galingų tektoninių pakilimų pašalinus mantijos medžiagą, analizę. Šioms uolienoms priskiriamos ultrabazinės uolienos – dunitai, peridotitai, atsirandantys kalnų sistemose. Vidurinėje dalyje esančios Šv.Povilo salų uolos Atlanto vandenynas, pagal visus geologinius duomenis, remtis mantijos medžiaga. Mantijos medžiaga taip pat apima uolienų fragmentus, surinktus sovietų okeanografinių ekspedicijų metu iš Indijos vandenyno dugno Indijos vandenyno kalnagūbrio srityje. Kalbant apie mineraloginę mantijos sudėtį, dėl slėgio padidėjimo čia galima tikėtis didelių pokyčių, pradedant nuo viršutinių horizontų ir baigiant mantijos pagrindu. Viršutinę mantiją daugiausia sudaro silikatai (olivinai, piroksenai, granatai), kurie yra stabilūs ir santykinai žemas slėgis. Apatinė mantija sudaryta iš didelio tankio mineralų.
Dažniausias mantijos komponentas yra silicio oksidas, esantis silikatų sudėtyje. Tačiau esant dideliam slėgiui, silicio dioksidas gali pereiti į tankesnę polimorfinę modifikaciją – stišovitą. Šį mineralą gavo sovietų tyrinėtojas Stishovas ir pavadino jo vardu. Jei paprasto kvarco tankis yra 2,533 r/cm 3, tai stišovito, susidariusio iš kvarco, esant 150 000 barų slėgiui, tankis yra 4,25 g/cm 3 .
Be to, apatinėje mantijoje tikėtinos ir kitų junginių tankesnės mineralinės modifikacijos. Remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, galima pagrįstai daryti prielaidą, kad didėjant slėgiui įprasti olivinų ir piroksenų geležies-magnezo silikatai skyla į oksidus, kurių tankis yra didesnis nei silikatų, kurie yra stabilūs viršutinėje mantijoje.
Viršutinę mantiją daugiausia sudaro geležies ir magnio silikatai (olivinai, piroksenai). Kai kurie aliumosilikatai čia gali virsti tankesniais mineralais, pavyzdžiui, granatais. Po žemynais ir vandenynais viršutinė mantija turi skirtingas savybes ir tikriausiai skirtingą sudėtį. Galima tik daryti prielaidą, kad žemynų srityje mantija yra labiau diferencijuota ir turi mažiau SiO 2 dėl šio komponento koncentracijos aliuminio silikato plutoje. Po vandenynais mantija yra mažiau diferencijuota. Viršutinėje mantijoje gali atsirasti tankesnių polimorfinių olivino modifikacijų su špinelio struktūra ir pan.
Mantijos pereinamasis sluoksnis pasižymi nuolatiniu seisminių bangų greičių didėjimu su gyliu, o tai rodo tankesnių polimorfinių materijos modifikacijų atsiradimą. Akivaizdu, kad čia FeO, MgO, GaO, SiO 2 oksidai atsiranda wustito, periklazės, kalkių ir stišovito pavidalu. Jų skaičius didėja didėjant gyliui, o įprastų silikatų mažėja, o žemiau 1000 km jie sudaro nereikšmingą dalį.
Apatinė mantija, esanti 1000–2900 km gylyje, beveik visiškai susideda iš tankių mineralų – oksidų – tai liudija didelis jos tankis – 4,08–5,7 g/cm 3 . Padidėjus slėgiui, tankūs oksidai suspaudžiami, dar labiau padidindami jų tankį. Geležies kiekis taip pat tikriausiai padidėja apatinėje mantijoje.
Žemės šerdis. Mūsų planetos branduolio sudėties ir fizinės prigimties klausimas yra viena įdomiausių ir paslaptingiausių geofizikos ir geochemijos problemų. Tik neseniai buvo šiek tiek nušvitęs šios problemos sprendimas.
Didžiulis centrinis Žemės branduolys, užimantis vidinį regioną giliau nei 2900 km, susideda iš didelės išorinės ir mažos vidinės šerdies. Seisminiais duomenimis, išorinė šerdis turi skysčio savybių. Jis neperduoda skersinių seisminių bangų. Sanglaudos jėgų nebuvimas tarp šerdies ir apatinės mantijos, potvynių ir atoslūgių pobūdis mantijoje ir plutoje, Žemės sukimosi ašies judėjimo erdvėje ypatumai, seisminių bangų sklidimo pobūdis giliau nei 2900 km rodo. kad išorinė Žemės šerdis yra skysta.
Kai kurie autoriai manė, kad chemiškai vienalyčio Žemės modelio šerdies sudėtis buvo silikatas, o veikiant aukštam slėgiui silikatai perėjo į „metalizuotą“ būseną, įgaudami atominę struktūrą, kurioje išoriniai elektronai yra bendri. Tačiau aukščiau išvardyti geofiziniai duomenys prieštarauja prielaidai apie „metalizuotą“ silikatinės medžiagos būseną Žemės šerdyje. Visų pirma, sanglaudos tarp šerdies ir mantijos nebuvimas negali būti suderinamas su „metalizuota“ kieta šerdimi, kaip buvo daroma Lodochnikovo-Ramsay hipotezėje. Labai svarbūs netiesioginiai duomenys apie Žemės šerdį buvo gauti atliekant eksperimentus su silikatais esant aukštam slėgiui. Šiuo atveju slėgis siekė 5 mln. atm. Tuo tarpu Žemės centre slėgis siekia 3 mln. atm., o ties šerdies riba – maždaug 1 mln. atm. Taigi eksperimentiškai pavyko blokuoti slėgį, kuris egzistuoja pačiose Žemės gelmėse. Šiuo atveju silikatams buvo stebimas tik linijinis suspaudimas be šuolio ir perėjimo į "metalizuotą" būseną. Be to, esant dideliam slėgiui ir 2900–6370 km gylyje silikatų negali būti skysta būsena kaip oksidai. Jų lydymosi temperatūra didėja didėjant slėgiui.
Už nugaros pastaraisiais metais Gauti labai įdomūs tyrimų rezultatai apie labai aukštų slėgių poveikį metalų lydymosi temperatūrai. Paaiškėjo, kad nemažai metalų esant aukštam slėgiui (300 000 atm. ir daugiau) gana žemoje temperatūroje pereina į skystą būseną. Remiantis kai kuriais skaičiavimais, geležies lydinys su nikelio ir silicio priemaiša (76% Fe, 10% Ni, 14% Si) 2900 km gylyje, veikiamas aukšto slėgio, jau turėtų būti skystos būsenos. temperatūra 1000 ° C. Tačiau temperatūra šiuose gyliuose, remiantis konservatyviausiais geofizikų vertinimais, turėtų būti daug aukštesnė.
Todėl, atsižvelgiant į šiuolaikinius geofizikos ir aukšto slėgio fizikos duomenis, taip pat į kosmochemijos duomenis, rodančius pagrindinį geležies, kaip gausiausio metalo kosmose, vaidmenį, reikėtų daryti prielaidą, kad Žemės šerdį daugiausia sudaro skystoji geležis. nikelio priemaiša. Tačiau amerikiečių geofiziko F.Bircho skaičiavimai parodė, kad esant šerdyje vyraujančiai temperatūrai ir slėgiui, žemės šerdies tankis yra 10% mažesnis nei geležies-nikelio lydinio. Iš to išplaukia, kad metalinėje Žemės šerdyje turi būti nemažas kiekis (10-20%) kokio nors plaučių. Iš visų lengviausių ir labiausiai paplitusių elementų labiausiai tikėtini yra silicis (Si) ir siera (S) | Vieno ar kito buvimas gali paaiškinti pastebėtą fizines savybesžemės šerdis. Todėl klausimas, kas yra žemės šerdies – silicio ar sieros – priemaiša, pasirodo ginčytinas ir yra susijęs su mūsų planetos formavimosi būdu praktikoje.
A. Ridgwoodas 1958 m. padarė prielaidą, kad žemės šerdyje yra silicio kaip lengvojo elemento, argumentuodamas šią prielaidą tuo, kad kai kurių redukuotų chondrito meteoritų (enstatito) metalinėje fazėje randama kelių svorio procentų elementinio silicio. Tačiau nėra jokių kitų argumentų, patvirtinančių silicio buvimą žemės šerdyje.
Prielaida, kad Žemės šerdyje yra sieros, išplaukia palyginus jos pasiskirstymą meteoritų chondritinėje medžiagoje ir Žemės mantijoje. Taigi, palyginus kai kurių lakiųjų elementų elementarius atomų santykius plutos ir mantijos mišinyje ir chondrituose, matyti, kad sieros trūksta. Mantijos ir plutos medžiagoje sieros koncentracija yra trimis dydžiais mažesnė nei vidutinėje medžiagoje. saulės sistema, kuriam imami chondritai.
Sieros praradimo galimybė esant aukštai primityvios Žemės temperatūrai pašalinama, nes kiti lakesni elementai nei siera (pavyzdžiui, H2 H2O pavidalu), kurių trūkumas yra daug mažesnis, būtų prarasti daug didesniam kiekiui. apimtis. Be to, kai saulės dujos atvėsta, siera chemiškai susijungia su geležimi ir nustoja būti lakiuoju elementu.
Šiuo atžvilgiu visiškai įmanoma, kad dideli kiekiai sieros patenka į žemės šerdį. Reikėtų pažymėti, kad jei kiti dalykai yra vienodi, Fe-FeS sistemos lydymosi temperatūra yra daug mažesnė nei geležies arba mantijos silikato lydymosi temperatūra. Taigi, esant 60 kbar slėgiui, sistemos (eutektinio) Fe-FeS lydymosi temperatūra bus 990 ° C, o grynos geležies - 1610 °, o mantijos pirolito - 1310. Todėl, padidėjus temperatūrai žarnyne iš pradžių vienalytės Žemės pirmiausia susiformuos siera praturtintas geležies lydalas, kuris dėl mažo klampumo ir didelio tankio lengvai nutekės į centrines planetos dalis, sudarydamas geležies ir sieros branduolį. Taigi, sieros buvimas nikelio-geležies aplinkoje veikia kaip srautas, sumažinantis jos lydymosi temperatūrą apskritai. Hipotezė apie didelį sieros kiekį žemės šerdyje yra labai patraukli ir neprieštarauja visiems žinomiems geochemijos ir kosmochemijos duomenims.
Taigi šiuolaikinės idėjos apie mūsų planetos vidaus prigimtį atitinka chemiškai diferencijuotą gaublį, kuris, kaip paaiškėjo, buvo padalintas į dvi skirtingas dalis: galingą kietą silikato oksido mantiją ir skystą, daugiausia metalinę šerdį. Žemės pluta yra lengviausias viršutinis kietas apvalkalas, susidedantis iš aliuminio silikatų ir turintis sudėtingiausią struktūrą.
Apibendrinant tai, kas išdėstyta pirmiau, galime padaryti tokias išvadas.
- Žemė turi sluoksniuotą zoninę struktūrą. Jį sudaro du trečdaliai kieto silikato oksido apvalkalo – mantijos ir trečdalio metalinės skystos šerdies.
- Pagrindinės Žemės savybės rodo, kad šerdis yra skystos būsenos ir šias savybes gali suteikti tik geležis iš labiausiai paplitusių metalų su kai kurių lengvųjų elementų priemaiša (greičiausiai siera).
- Viršutiniuose horizontuose Žemė turi asimetrinę struktūrą, dengiančią plutą ir viršutinę mantiją. Viršutinėje mantijoje esantis vandenyno pusrutulis yra mažiau diferencijuotas nei priešingas žemyninis pusrutulis.
Bet kurios kosmogoninės Žemės kilmės teorijos uždavinys yra paaiškinti šiuos pagrindinius jos vidinės prigimties ir sudėties bruožus.
Planeta, kurioje gyvename, yra trečioji nuo Saulės, turinti natūralų palydovą – Mėnulį.
Mūsų planetai būdinga sluoksniuota struktūra. Jis susideda iš kieto silikatinio apvalkalo – žemės plutos, mantijos ir metalinės šerdies, viduje kieta, išorėje skysta.
Ribinė zona (Moho paviršius) atskiria Žemės plutą nuo mantijos. Jis gavo savo pavadinimą Jugoslavijos seismologo A. Mohorovichičiaus garbei, kuris, tyrinėdamas Balkanų žemės drebėjimus, nustatė šio skirtumo buvimą. Ši zona vadinama apatine Žemės rutulio plutos riba.
Kitas sluoksnis yra Žemės mantija
Susipažinkime su juo. Žemės mantija yra fragmentas, esantis po pluta ir beveik pasiekiantis šerdį. Kitaip tariant, tai šydas, dengiantis Žemės „širdį“. Tai yra pagrindinis Žemės rutulio komponentas.
Jį sudaro uolienos, kurių struktūra apima geležies, kalcio, magnio ir kt. silikatus. Apskritai mokslininkai mano, kad jo vidinis turinys yra panašus į akmens meteoritų (chondritų) sudėtį. Didesniu mastu žemės mantija apima cheminiai elementai, kurie yra kieto pavidalo arba kietuose cheminiuose junginiuose: geležyje, deguonyje, magnyje, silicyje, kalcyje, oksiduose, kalyje, natrio ir kt.
Žmogaus akis jo niekada nematė, tačiau, pasak mokslininkų, jis užima didžiąją dalį Žemės tūrio, apie 83%, jo masė sudaro beveik 70% Žemės rutulio.
Taip pat yra prielaida, kad link žemės šerdies slėgis didėja, o temperatūra pasiekia maksimumą.
Dėl to Žemės mantijos temperatūra matuojama daugiau nei tūkstančiu laipsnių. Tokiomis aplinkybėmis atrodytų, kad mantijos medžiaga turėtų išsilydyti arba virsti dujine, tačiau šį procesą sustabdo stiprus slėgis.
Todėl Žemės mantija yra kristalinės kietos būsenos. Nors ir karšta.
Kokia yra Žemės mantijos sandara?
Geosferą galima apibūdinti trijų sluoksnių buvimu. Tai yra viršutinė Žemės mantija, po kurios seka astenosfera, o seriją uždaro apatinė mantija.
Mantija susideda iš viršutinės ir apatinės mantijos, pirmoji tęsiasi nuo 800 iki 900 km, antroji yra 2 tūkstančių kilometrų pločio. Bendras Žemės mantijos (abiejų sluoksnių) storis yra maždaug trys tūkstančiai kilometrų.
Išorinis fragmentas yra po žemės pluta ir patenka į litosferą;
Remiantis mokslininkų hipoteze, viršutinė mantija yra suformuota iš tvirtų uolienų, todėl yra kieta. Tačiau atkarpoje nuo 50 iki 250 kilometrų nuo žemės plutos paviršiaus yra nepilnai ištirpęs sluoksnis – astenosfera. Medžiaga šioje mantijos dalyje primena amorfinę arba pusiau išlydytą būseną.
Šis sluoksnis turi minkšto plastilino struktūrą, kuria juda aukščiau esantys kieti sluoksniai. Dėl šios savybės ši mantijos dalis gali tekėti labai lėtai, keliasdešimt milimetrų per metus. Nepaisant to, tai labai apčiuopiamas procesas žemės plutos judėjimo fone.
Mantijos viduje vykstantys procesai daro tiesioginę įtaką Žemės rutulio plutai, dėl to žemynų judėjimas, kalnų statyba, žmonija susiduria su tokiais gamtos reiškiniais kaip ugnikalnis, žemės drebėjimai.
Litosfera
Mantijos viršūnė, esanti karštoje astenosferoje, kartu su mūsų planetos žemės pluta sudaro tvirtą kūną - litosferą. Iš graikų kalbos išvertus – akmuo. Jis nėra kietas, bet susideda iš litosferos plokščių.
Jų skaičius – trylika, nors ir nelieka pastovus. Jie juda labai lėtai, iki šešių centimetrų per metus.
Jų kombinuoti daugiakrypčiai judesiai, kuriuos lydi gedimai dėl griovelių susidarymo žemės plutoje, vadinami tektoniniais.
Šį procesą suaktyvina nuolatinė mantijos sudedamųjų dalių migracija.
Todėl atsiranda minėti drebėjimai, yra ugnikalnių, giliavandenių įdubų, kalnagūbrių.
Magmatizmas
Šį veiksmą galima apibūdinti kaip sudėtingą procesą. Jo paleidimas įvyksta dėl magmos, turinčios atskiras kameras, esančias skirtinguose astenosferos sluoksniuose, judesių.
Dėl šio proceso galime stebėti magmos išsiveržimą Žemės paviršiuje. Tai gerai žinomi ugnikalniai.