Кои се деловите на мантија и јадро? Структурата на земјината обвивка и нејзиниот состав. Мантијата и нејзината студија - видео

Планетата на која живееме е третата планета од Сонцето. природен придружник- Месечината.

Нашата планета се карактеризира со слоевит структура. Се состои од цврста силикатна обвивка - земјина кора, обвивка и метално јадро, цврсто внатре, течно надвор.

Граничната зона (површината на Мохо) ја дели Земјината кора од обвивката. Името го добила во чест на југословенскиот сеизмолог А. Мохоровичич, кој проучувајќи ги балканските земјотреси го утврдил присуството на оваа разлика. Оваа зона се нарекува долна граница на кората на земјината топка.

Следниот слој е мантија на Земјата

Ајде да го запознаеме. Обвивката на Земјата е фрагмент кој се наоѓа под кората и речиси допира до јадрото. Со други зборови, тоа е превез кој го покрива „срцето“ на Земјата. Ова е главната компонента на земјината топка.

Се состои од карпи, чија структура вклучува силикати од железо, калциум, магнезиум итн. Општо земено, научниците веруваат дека неговата внатрешна содржина е слична во составот на камените метеорити (хондрити). Во поголема мера, земјината обвивка вклучува хемиски елементи кои се во цврста форма или во цврсти хемиски соединенија: железо, кислород, магнезиум, силициум, калциум, оксиди, калиум, натриум итн.

Никогаш не бил виден со човечко око, но, според научниците, го зазема најголемиот дел од волуменот на Земјата, околу 83%, неговата маса е речиси 70% од земјината топка.

И, исто така, постои претпоставка дека кон јадрото на земјата, притисокот се зголемува, а температурата го достигнува својот максимум.

Како резултат на тоа, температурата на обвивката на Земјата се мери во повеќе од илјада степени. Во такви околности, се чини дека супстанцијата на обвивката треба да се стопи или да се трансформира во гасовита состојба, но овој процес е запрен со силен притисок.

Затоа, обвивката на Земјата е во кристално-цврста состојба. Иако е жешко.

Каква е структурата на обвивката на Земјата?

Геосферата може да се карактеризира со присуство на три слоја. Ова е горната обвивка на Земјата, по што следи астеносферата, а серијата е затворена од долната обвивка.

Обвивката се состои од горната и долната обвивка, првата се протега во ширина од 800 до 900 km, втората има ширина од 2 илјади километри. Вкупната дебелина на обвивката на Земјата (двата слоја) е приближно три илјади километри.

Надворешниот фрагмент се наоѓа под земјината кора и влегува во литосферата;

Според хипотезата на научниците, горната обвивка е формирана од силни карпи, па затоа е цврста. Но, на сегмент од 50 до 250 километри од површината на земјината кора, постои нецелосно стопен слој - астеносфера. Материјалот во овој дел од мантија наликува на аморфна или полустопена состојба.

Овој слој има мека пластилинска структура, по која се движат тврдите слоеви горе. Во врска со оваа карактеристика, овој дел од мантија има способност да тече многу бавно, за неколку десетици милиметри годишно. Сепак, ова е многу опиплив процес наспроти позадината на движењето на земјината кора.

Процесите што се случуваат во внатрешноста на обвивката имаат директно влијание врз кората на земјината топка, како резултат на што се случува движење на континентите, градење на планини, а човештвото се соочува со такви природни феномени како вулканизам, земјотреси.

Литосфера

Врвот на обвивката, сместен на жешката астеносфера, во тандем со земјината кора на нашата планета формира силно тело - литосфера. Преведено од грчки- камен. Не е цврст, туку се состои од литосферски плочи.

Нивниот број е тринаесет, иако не останува константен. Тие се движат многу бавно, до шест сантиметри годишно.

Нивните комбинирани повеќенасочни движења, кои се придружени со раседи со формирање на жлебови во земјината кора, се нарекуваат тектонски.

Овој процес се активира со постојана миграција на состојките на мантија.

Затоа се случуваат гореспоменатите потреси, има вулкани, длабоки водни вдлабнатини, гребени.

Магматизам

Оваа акција може да се опише како тежок процес. Неговото лансирање се случува поради движењата на магмата, која има посебни комори лоцирани во различни слоеви на астеносферата.

Поради овој процес, можеме да ја набљудуваме ерупцијата на магма на површината на Земјата. Ова се добро познати вулкани.

Обвивката содржи најголем дел од Земјината материја. Наметка се наоѓа и на други планети. Земјината обвивка е во опсег од 30 до 2.900 km.

Во нејзините граници, според сеизмичките податоци, се издвојуваат: горниот слој на обвивката ATдлабочина до 400 км и ОДдо 800-1000 km (некои истражувачи слој ОДнаречена средна мантија); долниот слој на мантијата Д преддлабочина 2700 со преоден слој Д1од 2700 до 2900 км.

Границата помеѓу кората и обвивката е границата Мохоровичичка, или скратено Мохо. На него има нагло зголемување на сеизмичките брзини - од 7 на 8-8,2 km / s. Оваа граница се наоѓа на длабочина од 7 (под океаните) до 70 километри (под преклопните појаси). Обвивката на Земјата е поделена на горната и долната обвивка. Границата меѓу овие геосфери е слојот Голицин, кој се наоѓа на длабочина од околу 670 км.

Структурата на Земјата според различни истражувачи

Разликата во составот на земјината кора и обвивка е последица на нивното потекло: првично хомогената Земја, како резултат на делумно топење, била поделена на топив и лесен дел - кора и густа и огноотпорна обвивка.

Извори на информации за мантија

Земјината обвивка е недостапна за директна истрага: не стигнува до површината на земјата и не е достигната со длабоко дупчење. Затоа, најголем дел од информациите за обвивката се добиени со геохемиски и геофизички методи. Податоците за неговата геолошка структура се многу ограничени.

Мантијата се проучува според следните податоци:

геофизички податоци. Пред сè, податоци за брзините на сеизмичките бранови, електричната спроводливост и гравитацијата.
Топи од мантија - базалти, коматити, кимберлити, лампроити, карбонатити и некои други магматски карпи се формираат како резултат на делумно топење на мантија. Составот на топењето е последица на составот на стопените карпи, интеранизмот на топењето и физичко-хемиските параметри на процесот на топење. Генерално, реконструкцијата на изворот од топењето е тешка задача.
Фрагменти од карпи од обвивка донесени на површината со топење на мантија - кимберлити, алкални базалти итн. Тоа се ксенолити, ксенокристи и дијаманти. Дијамантите заземаат посебно место меѓу изворите на информации за мантија. Во дијамантите се наоѓаат најдлабоките минерали, кои може да потекнуваат дури и од долната обвивка. Во овој случај, овие дијаманти ги претставуваат најдлабоките фрагменти од земјата достапни за директно проучување.
Мантални карпи во составот на земјината кора. Таквите комплекси се најконзистентни со мантија, но исто така се разликуваат од него. Најважната разлика е во самиот факт на нивното присуство во составот на земјината кора, што подразбира дека тие се формирани како резултат на не сосема обични процеси и, можеби, не ја одразуваат типичната обвивка. Тие се појавуваат во следните геодинамички поставки:

Хипербазитите од алпски тип се делови од мантија вградени во земјината кора како резултат на градење на планина. Најчесто на Алпите, од каде што доаѓа името.
Офиолитски хипербазити - передотити во составот на офиолитни комплекси - делови од античката океанска кора.
Абисалните перидотити се проекции на карпи од мантија на дното на океаните или пукнатините.

Овие комплекси имаат предност што во нив може да се забележат геолошки односи меѓу различни карпи.

Неодамна беше објавено дека јапонските истражувачи планираат да се обидат да дупчат океанска корадо мантија. За ова е изграден бродот Чикју. Почетокот на дупчењето е планиран за 2007 година.

Главниот недостаток на информациите добиени од овие фрагменти е неможноста да се воспостават геолошки врски помеѓу различни видови карпи. Ова се парчиња загатки. Како што рече класиката, „одредувањето на составот на мантија од ксенолити потсетува на обидите да се утврди геолошка структурапланини на камчињата што реката ги изнесе од нив.

Состав на мантија

Обвивката е составена главно од ултрабазични карпи: перидотити, (лерзолити, харцбургити, верлити, пироксенити), дунити и во помала мера основни карпи - еклогити.

Исто така, меѓу карпите од обвивката, идентификувани се ретки сорти на карпи кои не се наоѓаат во земјината кора. Тоа се различни флогопитни перидотити, гроспидити и карбонатити.

Содржината на главните елементи во обвивката на Земјата во маса проценти

Елемент	Концентрација	Оксид	Концентрација
	44.8
	21.5	SiO2	46
	22.8	MgO	37.8
	5.8	FeO	7.5
	2.2	Al2O3	4.2
	2.3	CaO	3.2
	0.3	Na2O	0.4
	0.03	К2О	0.04
Збир	99.7	Збир	99.1

Структурата на мантија

Процесите што се случуваат во обвивката имаат најдиректно влијание врз земјината кора и површината на земјата, се причина за движење на континентите, вулканизам, земјотреси, планинско градење и формирање на рудни наоѓалишта. Има се повеќе докази дека самата мантија е под активно влијание на металното јадро на планетата.

Конвекција и столбови

Библиографија

Пушчаровски Д.Ју., Пушчаровски Ју.М.Состав и структура на земјината обвивка // Сорос образовен весник, 1998 година, бр. 11, стр. 111–119.
Ковтун А.А.Електрична спроводливост на Земјата // Сорос образовен весник, 1997 година, бр. 10, стр. 111–117

Извор: Короновски Н.В., Јакушова А.Ф. „Основи на геологијата“, М., 1991 г

Врски

Слики од Земјината кора и горната обвивка // Меѓународна програма за геолошка корелација (IGCP), проект 474

Атмосфера
Биосфера

Земјината обвивка е дел од геосферата сместен помеѓу кората и јадрото. Содржи голем дел од целата супстанција на планетата. Проучувањето на обвивката е важно не само од гледна точка на разбирање на внатрешната обвивка, туку може да фрли светлина врз формирањето на планетата, да овозможи пристап до ретки соединенија и карпи, да помогне во разбирањето на механизмот на земјотресите итн. добивањето информации за составот и карактеристиките на мантија не е лесно. Луѓето сè уште не знаат како да дупчат бунари толку длабоки. Обвивката на Земјата сега главно се проучува со помош на сеизмички бранови. И, исто така, со моделирање во лабораторија.

Структура на Земјата: мантија, јадро и кора

Според современите концепти, внатрешната структура на нашата планета е поделена на неколку слоеви. Горниот слој е кората, по што следат обвивката и јадрото на Земјата. Кората е тврда обвивка поделена на океанска и континентална. Обвивката на Земјата е одвоена од неа со таканаречената граница Мохоровичиќ (наречена по хрватскиот сеизмолог кој ја утврдил нејзината локација), која се карактеризира со нагло зголемување на брзините на надолжните сеизмички бранови.

Обвивката сочинува околу 67% од масата на планетата. Според современите податоци, може да се подели на два слоја: горен и долен. Во првата, се разликува и слојот Голицин или средната мантија, што е преодна зона од горниот кон долниот. Општо земено, обвивката се протега на длабочина од 30 до 2900 km.

Јадрото на планетата, според современите научници, главно се состои од легури на железо-никел. Исто така е поделена на два дела. Внатрешното јадро е цврсто, неговиот радиус се проценува на 1300 km. Надворешен - течен, има радиус од 2200 km. Помеѓу овие делови се разликува преодна зона.

Литосфера

Кората и горната обвивка на Земјата се обединети со концептот на „литосфера“. Тоа е тврда обвивка со стабилни и подвижни области. Цврстата обвивка на планетата се состои од која, очекувано, се движи низ астеносферата - прилично пластичен слој, веројатно вискозна и многу загреана течност. Тоа е дел од горната мантија. Треба да се напомене дека постоењето на астеносферата како континуирана вискозна обвивка не е потврдено со сеизмолошките студии. Проучувањето на структурата на планетата ни овозможува да идентификуваме неколку слични слоеви лоцирани вертикално. Во хоризонтална насока, астеносферата, очигледно, постојано е прекината.

Начини за проучување на мантија

Слоевите што лежат под кората се недостапни за проучување. Огромната длабочина, постојаното зголемување на температурата и зголемувањето на густината се сериозен проблем за добивање информации за составот на обвивката и јадрото. Сепак, сè уште е можно да се замисли структурата на планетата. При проучување на обвивката, геофизичките податоци стануваат главни извори на информации. Брзината на сеизмичките бранови, карактеристиките на електричната спроводливост и гравитацијата им овозможуваат на научниците да направат претпоставки за составот и другите карактеристики на основните слоеви.

Покрај тоа, некои информации може да се добијат од фрагменти од карпи од мантија. Последните вклучуваат дијаманти, кои можат да кажат многу дури и за долната мантија. Карпите од мантија се наоѓаат и во земјината кора. Нивната студија помага да се разбере составот на мантија. Сепак, тие нема да ги заменат примероците добиени директно од длабоките слоеви, бидејќи како резултат на различни процеси што се случуваат во кората, нивниот состав е различен од оној на мантија.

Обвивка на Земјата: состав

Друг извор на информации за тоа каква е мантија се метеоритите. Според современите концепти, хондритите (најчестата група метеорити на планетата) по состав се блиску до земјината обвивка.

Се претпоставува дека содржи елементи кои биле во цврста состојба или влегле во цврсто соединение за време на формирањето на планетата. Тие вклучуваат силициум, железо, магнезиум, кислород и некои други. Во мантија се комбинираат со силикати. Магнезиумските силикати се наоѓаат во горниот слој, количината на железен силикат се зголемува со длабочината. Во долната обвивка, овие соединенија се распаѓаат на оксиди (SiO 2, MgO, FeO).

Од особен интерес за научниците се карпите кои не се наоѓаат во земјината кора. Се претпоставува дека има многу такви соединенија (гроспидити, карбонатити и така натаму) во мантија.

Слоеви

Дозволете ни да се задржиме подетално на обемот на слоевите на мантија. Според научниците, горниот дел од нив зафаќа опсег од околу 30 до 400 километри оттаму, а потоа има преодна зона, која оди подлабоко во уште 250 километри. Следниот слој е дното. Нејзината граница се наоѓа на длабочина од околу 2900 km и е во контакт со надворешното јадро на планетата.

притисок и температура

Како што се движите подлабоко во планетата, температурата се зголемува. Обвивката на Земјата е под исклучително висок притисок. Во зоната на астеносферата, ефектот на температурата е поголем, така што овде супстанцијата е во таканаречена аморфна или полустопена состојба. Подлабоко под притисок, станува цврсто.

Студии за мантија и границата на Мохоровичиќ

Обвивката на Земјата ги прогонува научниците долго време. Во лабораториите се вршат експерименти на карпи кои се претпоставува дека се дел од горните и долните слоеви, што ни овозможува да го разбереме составот и карактеристиките на обвивката. Така, јапонските научници откриле дека долниот слој содржи голема количина силициум. Горната обвивка содржи резерви на вода. Доаѓа од земјината кора, а од тука продира и до површината.

Од особен интерес е површината на Мохоровичиќ, чија природа не е целосно разбрана. Сеизмолошките студии сугерираат дека на ниво од 410 km под површината се јавува метаморфна промена на карпите (тие стануваат погусти), што се манифестира со нагло зголемување на брзината на брановите. Се претпоставува дека базалтните карпи во областа се трансформирани во еклогит. Во овој случај, густината на мантија се зголемува за околу 30%. Постои и друга верзија, според која, причината за промената на брзината на сеизмичките бранови лежи во промената на составот на карпите.

Чикју Хакен

Во 2005 година, во Јапонија беше изграден специјално опремен брод Чикју. Неговата мисија е да направи рекорд длабок бунар на дното на Тихиот Океан. Научниците предлагаат да земат примероци од карпите на горната обвивка и границата на Мохоровичик за да добијат одговори на многу прашања поврзани со структурата на планетата. Имплементацијата на проектот е предвидена за 2020 година.

Треба да се напомене дека научниците не само што го свртеа своето внимание кон океанските утроба. Според студиите, дебелината на кората на дното на морињата е многу помала отколку на континентите. Разликата е значајна: под водената колона во океанот, потребно е да се надминат само 5 километри до магмата во некои области, додека на копно оваа бројка се зголемува на 30 километри.

Сега бродот веќе работи: добиени се примероци од длабоки шевови од јаглен. Имплементацијата на главната цел на проектот ќе овозможи да се разбере како е поставена обвивката на Земјата, кои супстанции и елементи ја сочинуваат нејзината преодна зона, а исто така да се дознае долната граница на ширење на животот на планетата.

Нашето разбирање за структурата на Земјата сè уште е далеку од целосно. Причината за тоа е тешкотијата на пенетрација во цревата. Сепак, технолошкиот напредок не стои. Напредокот на науката сугерира дека во блиска иднина ќе знаеме многу повеќе за карактеристиките на мантија.

Мантијата на Земјата -ова е силикатна обвивка на Земјата, составена главно од перидотити - карпи кои се состојат од силикати на магнезиум, железо, калциум итн. Делумното топење на карпите од мантија доведува до базалт и слични топи, кои ја формираат земјината кора при издигнување на површината .

Обвивката сочинува 67% од вкупната маса на Земјата и околу 83% од вкупниот волумен на Земјата. Се протега од длабочини од 5-70 километри под границата со земјината кора, до границата со јадрото на длабочина од 2900 километри. Обвивката се наоѓа во огромен опсег на длабочини, а со зголемен притисок во супстанцијата, се случуваат фазни транзиции, во кои минералите добиваат сè погуста структура. Најзначајната трансформација се случува на длабочина од 660 километри. Термодинамиката на оваа фазна транзиција е таква што материјата од обвивката под оваа граница не може да навлезе во неа, и обратно. Над границата од 660 километри е горната обвивка, а подолу, соодветно, долната. Овие два дела на мантија имаат различен состав и физички својства. Иако информациите за составот на долната обвивка се ограничени, а бројот на директни податоци е многу мал, може со сигурност да се тврди дека неговиот состав е многу помалку променет од формирањето на Земјата отколку горната обвивка, што доведе до земјината кора.

Преносот на топлина во обвивката се случува со бавна конвекција, преку пластична деформација на минералите. Стапките на движење на материјата за време на конвекцијата на обвивката се од редот на неколку сантиметри годишно. Оваа конвекција ги придвижува литосферските плочи. Конвекцијата во горната обвивка се јавува посебно. Постојат модели кои претпоставуваат уште посложена структура на конвекција.

Сеизмички модел на структурата на земјата

Составот и структурата на длабоките обвивки на Земјата во последните децении продолжуваат да бидат еден од најинтригантните проблеми на модерната геологија. Бројот на директни податоци за материјата на длабоките зони е многу ограничен. Во овој поглед, посебно место зазема минералниот агрегат од цевката од Лесото кимберлит (Јужна Африка), која се смета за претставник на карпите од обвивката што се појавуваат на длабочина од ~250 km. Јадрото извлечено од најдлабокиот бунар во светот, издупчен на полуостровот Кола и достигнувајќи 12.262 m, значително го прошири научното разбирање за длабоките хоризонти на земјината кора - тенок близок површински филм на земјината топка. Во исто време, најновите податоци од геофизиката и експериментите поврзани со проучувањето на структурните трансформации на минералите веќе сега овозможуваат моделирање на многу карактеристики на структурата, составот и процесите што се случуваат во длабочините на Земјата, чие знаење придонесува за решението на вакви клучни проблеми. модерна природна наукакако што се формирањето и еволуцијата на планетата, динамиката на земјината кора и обвивка, изворите на минерални ресурси, проценката на ризикот од депонирање на опасниот отпад на големи длабочини, енергетските ресурси на Земјата итн.

познат модел внатрешна структураЗемјата (нејзината поделба на јадрото, обвивката и земјината кора) беше развиена од сеизмолозите Г. Џефрис и Б. Гутенберг во првата половина на 20 век. Одлучувачки фактор во ова беше откривањето на нагло намалување на брзината на минување на сеизмичките бранови во внатрешноста на земјината топка на длабочина од 2900 km со радиус на планетата од 6371 km. Брзината на ширење на надолжните сеизмички бранови директно над наведената граница е 13,6 km/s, а под неа - 8,1 km/s. Ова е границата помеѓу мантија и јадрото.

Според тоа, радиусот на јадрото е 3471 km. Горната граница на обвивката е сеизмичкиот дел на Мохоровичиќ (Мохо, М), идентификуван од југословенскиот сеизмолог А. Мохоровичиќ (1857-1936) уште во 1909 година. Ја одвојува земјината кора од обвивката. На оваа граница, брзините на надолжните бранови кои поминале низ земјината кора нагло се зголемуваат од 6,7-7,6 на 7,9-8,2 km/s, но тоа се случува на различни нивоа на длабочина. Под континентите, длабочината на делот М (односно стапалата на земјината кора) е неколку десетици километри, а под некои планински структури (Памир, Андите) може да достигне 60 km, додека под океанските басени, вклучувајќи го и водениот столб, длабочината е само 10-12 км. Генерално, земјината кора во оваа шема се појавува како тенка обвивка, додека обвивката се протега во длабочина до 45% од земјиниот радиус.

Но, во средината на 20 век, идеите за пофракционална длабока структура на Земјата влегоа во науката. Врз основа на новите сеизмолошки податоци, беше можно да се подели јадрото на внатрешно и надворешно, а обвивката на долна и горна. Овој популарен модел и денес се користи. Ја започнал австралискиот сеизмолог К.Е. Булен, кој во раните 40-ти предложил шема за поделба на Земјата на зони, кои ги назначил со букви: А - земјината кора, Б - зона во длабочински интервал од 33-413 км, Ц - зона од 413- 984 km, D - зона од 984-2898 km , D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (центар на Земјата). Овие зони се разликуваат по сеизмички карактеристики. Подоцна, тој ја подели зоната Д на зоните D "(984-2700 km) и D" (2700-2900 km). Во моментов, оваа шема е значително изменета, а само слојот D" е широко користен во литературата. главна карактеристика- намалување на градиентите на сеизмичката брзина во споредба со прекривниот регион на обвивката.

Внатрешното јадро, со радиус од 1225 km, е цврсто и има висока густина - 12,5 g/cm 3 . Надворешното јадро е течно, неговата густина е 10 g/cm 3 . На границата помеѓу јадрото и обвивката, постои остар скок не само во брзината на надолжните бранови, туку и во густината. Во мантија се намалува на 5,5 g/cm 3 . Слој D", кој е во директен контакт со надворешното јадро, е под негово влијание, бидејќи температурите во јадрото значително ги надминуваат температурите на обвивката. На некои места, овој слој генерира огромна топлина и масовни текови насочени кон површината на Земјата низ обвивката топлина и масовни текови, наречени облаци.Тие можат да се манифестираат на планетата во форма на големи вулкански региони, како на Хавајските острови, Исланд и други региони.

Горната граница на слојот D" е неодредена; неговото ниво од површината на јадрото може да варира од 200 до 500 km или повеќе. Така, може да се заклучи дека овој слој рефлектира нерамномерен и различен интензитет на прилив на јадрото на јадрото во мантија регион.

Границата на долната и горната обвивка во шемата што се разгледува е сеизмичкиот дел кој лежи на длабочина од 670 km. Има глобална дистрибуција и се оправдува со скок на сеизмичките брзини кон нивно зголемување, како и зголемување на густината на материја од долната обвивка. Овој дел е и граница на промени во минералниот состав на карпите во обвивката.

Така, долната обвивка, затворена помеѓу длабочините од 670 и 2900 km, се протега по радиусот на Земјата за 2230 km. Горната обвивка има добро фиксиран внатрешен сеизмички дел кој минува на длабочина од 410 km. При преминување на оваа граница од врвот до дното, сеизмичките брзини нагло се зголемуваат. Овде, како и на долната граница на горната обвивка, се случуваат значајни минерални трансформации.

Горниот дел од горната обвивка и земјината кора се споени заедно како литосфера, која е горната цврста обвивка на Земјата, за разлика од хидро и атмосферата. Благодарение на теоријата на тектониката на литосферските плочи, терминот „литосфера“ стана широко распространет. Теоријата го претпоставува движењето на плочите долж астеносферата - омекнат, делумно, можеби, течен длабок слој со намален вискозитет. Сепак, сеизмологијата не покажува астеносфера одржлива во вселената. За многу области, идентификувани се неколку астеносферски слоеви лоцирани по вертикалата, како и нивниот дисконтинуитет по хоризонталата. Нивната алтернација е особено одредена во рамките на континентите, каде што длабочината на појавата на астеносферните слоеви (леќи) варира од 100 km до многу стотици. Под океанските бездна вдлабнатини, астеносферскиот слој лежи на длабочини од 70-80 km или помалку. Соодветно на тоа, долната граница на литосферата е всушност неодредена, а тоа создава големи тешкотии за теоријата на кинематиката на литосферските плочи, која е забележана од многу истражувачи.

Современи податоци за сеизмичките граници

Со спроведувањето на сеизмолошките студии, постојат предуслови за идентификување на нови сеизмички граници. Глобалните граници се сметаат за 410, 520, 670, 2900 км, каде што особено е забележливо зголемувањето на брзините на сеизмичките бранови. Заедно со нив, се разликуваат и средните граници: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 км. Дополнително, постојат индиции на геофизичарите за постоење на граници 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 км. Н.И. Павленкова неодамна ја издвои границата 100 како глобална, што одговара на пониското ниво на поделба на горната обвивка на блокови. Средните граници имаат различна просторна распределба, што укажува на странична варијабилност физички својстванаметки од кои зависат. Глобалните граници претставуваат различна категорија на феномени. Тие одговараат на глобалните промени во околината на обвивката долж радиусот на Земјата.

Означените глобални сеизмички граници се користат при конструкција на геолошки и геодинамички модели, додека средните во оваа смисла досега не привлекоа речиси никакво внимание. Во меѓувреме, разликите во обемот и интензитетот на нивните манифестации создаваат емпириска основа за хипотези за феномени и процеси во длабочините на планетата.

Составот на горната мантија

Проблемот со составот, структурата и минералните асоцијации на длабоки земјени школки или геосфери, се разбира, сè уште е далеку од конечно решение, но новите експериментални резултати и идеи значително ги прошируваат и детализираат соодветните идеи.

Според современите погледи, во составот на обвивката доминира релативно мала група хемиски елементи: Si, Mg, Fe, Al, Ca и O. Предложените модели за составот на геосферите првенствено се засноваат на разликата во соодносите на овие елементи (варијации Mg/(Mg + Fe) = 0 ,8-0,9; (Mg + Fe)/Si = 1,2Р1,9), како и разликите во содржината на Al и некои други поретки елементи за длабоки карпи. Во согласност со хемискиот и минералошкиот состав, овие модели ги добија своите имиња: пиролит (главните минерали се оливин, пироксени и гранат во сооднос 4: 2: 1), пиклогитски (главните минерали се пироксен и гранат, а пропорцијата оливинот е намален на 40%) и еклогичен, кој, заедно со асоцијацијата пироксен-гранат, карактеристична за еклогитите, содржи и некои поретки минерали, особено ал-носечки кианит Al 2 SiO 5 (до 10 wt %). Сепак, сите овие петролошки модели се однесуваат првенствено на карпите од горната обвивка кои се протегаат до длабочини од ~ 670 km. Во однос на масовниот состав на подлабоките геосфери, само се претпоставува дека односот на оксидите на двовалентни елементи (MO) со силициум диоксид (MO / SiO 2) ~ 2, што е поблиску до оливин (Mg, Fe) 2 SiO 4 отколку до пироксен (Mg, Fe) SiO 3 , а меѓу минералите преовладуваат перовскитни фази (Mg, Fe)SiO 3 со различни структурни нарушувања, магнезиовустит (Mg, Fe)O со структура од типот NaCl и некои други фази во многу помали количини. .

Сите предложени модели се многу генерализирани и хипотетички. Пиролитскиот модел на горната обвивка во која доминира оливин сугерира дека неговиот хемиски состав е многу поблизок до оној на целата подлабока мантија. Напротив, пиклогитичкиот модел претпоставува постоење на одреден хемиски контраст помеѓу горниот и остатокот од мантија. Поконкретен еклогичен модел овозможува присуство на посебни еклогични леќи и блокови во горната обвивка.

Од голем интерес е обидот за усогласување на структурно-минералошките и геофизичките податоци поврзани со горната обвивка. За околу 20 години се претпоставува дека зголемувањето на брзините на сеизмичките бранови на длабочина од ~ 410 km е главно поврзано со структурното преуредување на оливин a-(Mg, Fe) 2 SiO 4 во вадслејит b-(Mg, Fe) 2 SiO 4 , придружено со формирање на погуста фаза со големи вредности на коефициенти на еластичност. Според геофизичките податоци, на такви длабочини во внатрешноста на Земјата, брзините на сеизмичките бранови се зголемуваат за 3-5%, додека структурното преуредување на оливин во вадслиит (во согласност со вредностите на нивните еластични модули) треба да биде придружено со зголемување при брзини на сеизмички бранови за околу 13%. Во исто време, резултатите од експерименталните студии на оливин и мешавината оливин-пироксен при високи температури и притисоци открија целосна согласност помеѓу пресметаното и експерименталното зголемување на брзините на сеизмичките бранови во длабинскиот интервал од 200-400 km. Бидејќи оливинот има приближно иста еластичност како и моноклиничките пироксени со висока густина, овие податоци треба да укажуваат на отсуство на високоеластичен гранат во основната зона, чие присуство во обвивката неизбежно би предизвикало позначително зголемување на брзините на сеизмичките бранови. Сепак, овие идеи за мантија без гранат дојдоа во конфликт со петролошките модели на неговиот состав.

Така, се појави идејата дека скокот на брзините на сеизмичките бранови на длабочина од 410 km е поврзан главно со структурното преуредување на пироксените гранети во деловите на горната обвивка збогатени со Na. Таквиот модел претпоставува речиси целосно отсуство на конвекција во горната обвивка, што е во спротивност со современите геодинамички концепти. Надминувањето на овие противречности може да се поврзе со неодамна предложениот поцелосен модел на горната обвивка, кој овозможува инкорпорирање на атоми на железо и водород во структурата на вадслиит.

Додека полиморфната транзиција на оливин во вадслејит не е придружена со промена на хемискиот состав, во присуство на гранат, се јавува реакција што доведува до формирање на вадслиит збогатен со Fe во споредба со почетниот оливин. Покрај тоа, вадслиит може да содржи значително повеќе атоми на водород од оливин. Учеството на атомите на Fe и H во структурата на вадслиит доведува до намалување на неговата ригидност и, соодветно, до намалување на брзините на ширење на сеизмичките бранови што минуваат низ овој минерал.

Покрај тоа, формирањето на вадслиит збогатен со Fe сугерира вклучување на поголема количина на оливин во соодветната реакција, која треба да биде придружена со промена во хемискиот состав на карпите во близина на делот 410. Идеите за овие трансформации се потврдени од современите глобални сеизмички податоци. Во целина, минералошкиот состав на овој дел од горната обвивка се чини дека е повеќе или помалку јасен. Што се однесува до здружението на пиролитски минерали, неговата трансформација до длабочини од ~ 800 km е проучена доволно детално. Во овој случај, глобалната сеизмичка граница на длабочина од 520 km одговара на преуредувањето на вадслиит b-(Mg, Fe) 2 SiO 4 во рингвудит - g-модификација на (Mg, Fe) 2 SiO 4 со структура на спинел. Трансформацијата на пироксен (Mg, Fe)SiO 3 гранат Mg 3 (Fe, Al, Si) 2 Si 3 O 12 се јавува во горната обвивка во поширок опсег на длабочина. Така, целата релативно хомогена обвивка во интервалот од 400-600 km од горната обвивка главно содржи фази со структурни типови на гранат и спинел.

Сите тековно предложени модели за состав на карпи од мантија признаваат дека содржат Al 2 O 3 во количина од ~4 wt. %, што влијае и на спецификите на структурните трансформации. Во исто време, се забележува дека во некои области на составно хетерогената горна обвивка, Al може да се концентрира во такви минерали како корунд Al 2 O 3 или кианит Al 2 SiO 5 , кои при притисоци и температури кои одговараат на длабочини од ~ 450 km, се трансформира во корунд и стишовит е модификација на SiO 2 чија структура содржи рамка од SiO 6 октаедри. И двата од овие минерали се зачувани не само во долната обвивка, туку и подлабоко.

Најважната компонента на хемискиот состав на зоната од 400-670 km е водата, чија содржина, според некои проценки, е ~0,1 wt. % и чие присуство е примарно поврзано со Mg-силикати. Количината на вода складирана во оваа школка е толку значајна што на површината на Земјата би сочинувала слој со дебелина од 800 m.

Состав на мантија под границата од 670 km

Студиите за структурните транзиции на минералите извршени во последните две или три децении со помош на рендгенски комори со висок притисок овозможија моделирање на некои карактеристики на составот и структурата на геосферите подлабоко од границата од 670 km.

Во овие експерименти, кристалот што се проучува е поставен помеѓу две дијамантски пирамиди (наковални), кои кога ќе се компресираат создаваат притисоци сразмерни на притисоците во внатрешноста на обвивката и јадрото на Земјата. Сепак, сè уште има многу прашања за овој дел од обвивката, кој опфаќа повеќе од половина од целата внатрешност на Земјата. Во моментов, повеќето истражувачи се согласуваат со идејата дека целата оваа длабока (пониска во традиционална смисла) мантија главно се состои од фаза слична на перовскит (Mg, Fe)SiO 3 , која сочинува околу 70% од нејзиниот волумен (40% од волуменот на целата Земја), и магнезиовиустит (Mg, Fe)O (~20%). Останатите 10% се стишовитни и оксидни фази кои содржат Ca, Na, K, Al и Fe, чија кристализација е дозволена кај структурните типови на илменит-корунд (цврст раствор (Mg, Fe)SiO 3 -Al 2 O 3) , кубен перовскит (CaSiO 3) и Ca-ферит (NaAlSiO 4). Формирањето на овие соединенија е поврзано со различни структурни трансформации на минералите во горната обвивка. Во овој случај, една од главните минерални фази на релативно хомогена обвивка која лежи во длабочинскиот интервал од 410–670 km, рингвудит сличен на спинел, се трансформира во асоцијација на (Mg, Fe)-перовскит и Mg-вустит на кривината. од 670 km, каде притисокот е ~24 GPa. Друга важна компонента на преодната зона, претставник на семејството гранат, пироп Mg 3 Al 2 Si 3 O 12, претрпува трансформација со формирање на ромбичен перовскит (Mg, Fe) SiO 3 и цврст раствор на корунд-илменит ( Mg, Fe) SiO 3 - Al 2 O 3 при неколку високи притисоци. Оваа транзиција е поврзана со промена на брзините на сеизмичките бранови на кривината од 850-900 km, што одговара на една од средните сеизмички граници. Трансформацијата на андрадит сагарнет при пониски притисоци од ~ 21 GPa доведува до формирање на друга важна компонента Ca 3 Fe 2 3 + Si 3 O 12 спомената погоре во долната обвивка, кубен саперовскит CaSiO 3 . Поларниот однос помеѓу главните минерали на оваа зона (Mg,Fe) - перовскит (Mg,Fe)SiO 3 и Mg-вустит (Mg, Fe)O варира во прилично широк опсег и на длабочина од ~1170 km на притисок од ~29 GPa и температури од 2000 -2800 0 C се менува од 2:1 до 3:1.

Исклучителната стабилност на MgSiO 3 со ромбична перовскит структура во широк опсег на притисоци што одговараат на длабочините на долната обвивка ни овозможува да го сметаме за една од главните компоненти на оваа геосфера. Основа за овој заклучок беа експериментите, при кои примероци од Mg-перовскит MgSiO 3 беа подложени на притисок 1,3 милиони пати поголем од атмосферскиот притисок, а во исто време беше изложен ласерски зрак со температура од околу 2000 0 C. на примерок поставен помеѓу дијамантски наковални Така, ги симулиравме условите што постојат на длабочини од ~2800 km, т.е., во близина на долната граница на долната обвивка. Се испостави дека ниту за време ниту по експериментот минералот не ја променил својата структура и состав. Така, L. Liu, како и E. Nittle и E. Zhanloz дојдоа до заклучок дека стабилноста на Mg-perovskite ни овозможува да го сметаме за најчест минерал на Земјата, кој сочинува, очигледно, речиси половина од неговата маса.

Wustite F x O не е помалку стабилен, чиј состав во услови на долната обвивка се карактеризира со вредноста на стехиометрискиот коефициент x< 0,98, что означает одновременное присутствие в его составе Fe 2+ и Fe 3+ . При этом, согласно экспериментальным данным, температура плавления вюстита на границе нижней мантии и слоя D", по данным Р. Болера (1996), оценивается в ~5000 K, что намного выше 3800 0 С, предполагаемой для этого уровня (при средних температурах мантии ~2500 0 С в основании нижней мантии допускается повышение температуры приблизительно на 1300 0 С). Таким образом, вюстит должен сохраниться на этом рубеже в твердом состоянии, а признание фазового контраста между твердой нижней мантией и жидким внешним ядром требует более гибкого подхода и уж во всяком случае не означает четко очерченной границы между ними.

Треба да се забележи дека фазите слични на перовскит што преовладуваат на големи длабочини може да содржат многу ограничена количина на Fe, а покачените концентрации на Fe меѓу минералите од длабоката асоцијација се карактеристични само за магнезиовуститот. Во исто време, за магнезиовиуститот, можноста за премин под влијание на високи притисоци на дел од црното железо содржано во него во железо, кое останува во структурата на минералот, со истовремено ослободување на соодветната количина. од неутрално железо, е докажано. Врз основа на овие податоци, вработените во геофизичката лабораторија на Институтот Карнеги Х. Мао, П. Бел и Т. Јаги изнесоа нови идеи за диференцијацијата на материјата во длабочините на Земјата. Во првата фаза, поради гравитациската нестабилност, магнезиовуститот тоне до длабочина каде што под влијание на притисокот од него се ослободува дел од железото во неутрална форма. Резидуалниот магнезиовустит, кој се карактеризира со помала густина, се издигнува до горните слоеви, каде што повторно се меша со фази слични на перовскит. Контактот со нив е придружен со обновување на стехиометријата (т.е. целобројниот однос на елементите во хемиската формула) на магнезиовиуститот и доведува до можност за повторување на опишаниот процес. Новите податоци овозможуваат донекаде да се прошири збирот на хемиски елементи веројатни за длабоката обвивка. На пример, стабилноста на магнезитот при притисок што одговара на длабочини од ~ 900 km, оправдана од N. Ross (1997), укажува на можно присуство на јаглерод во неговиот состав.

Идентификацијата на поединечни меѓусеизмички граници лоцирани под линијата 670 е во корелација со податоците за структурните трансформации на минералите на мантија, чии форми можат да бидат многу разновидни. Илустрација за промената на многу својства на различни кристали при високи вредности на физичко-хемиските параметри што одговараат на длабоката обвивка може да биде, според R. Jeanlose и R. Hazen, реструктуирањето на јонско-ковалентните врски на wuestite забележани за време на експериментите. при притисоци од 70 гигапаскали (GPa) (~1700 km).во врска со металниот тип на меѓуатомски интеракции. Пресвртницата од 1200 може да одговара на преуредувањето на SiO 2 со стишовитната структура во структурен тип CaCl 2 (ромбичен аналог на рутил TiO 2), и 2000 km - неговата последователна трансформација во фаза со структура меѓу a-PbO 2 и ZrO 2, се карактеризира со погусто пакување на силикон-кислородни октаедри (податоци од L.S. Dubrovinsky et al.). Исто така, почнувајќи од овие длабочини (~2000 km), при притисоци од 80–90 GPa, дозволено е разградување на MgSiO 3 сличен на перовскит, придружено со зголемување на содржината на MgO периклаза и слободната силициум диоксид. При малку повисок притисок (~ 96 GPa) и температура од 800 0 С, беше утврдена манифестација на политипија кај FeO, поврзана со формирање на структурни фрагменти од типот на никелина NiAs, наизменични со анти-никел домени, во кои Fe атомите се наоѓаат во позициите на атомите As, а атомите на O - во положбите на атомите на Ni. Во близина на границата D", се случува трансформацијата на Al 2 O 3 со структурата на корунд во фаза со структурата Rh 2 O 3, која е експериментално моделирана при притисоци од ~ 100 GPa, т.е., на длабочина од ~ 2200-2300 км Користејќи го методот на спектроскопија Mössbauer при ист притисок, преминот од високо-спин (HS) во ниско-спин (LS) состојба на атомите на Fe во структурата на магнезиовуститот, односно промена во нивната електронска структура Во овој поглед, треба да се нагласи дека структурата на wuestite FeO при висок притисок се карактеризира со композициска нестоихиометрија, дефекти на атомско пакување, политипија, а исто така и промена во магнетното уредување поврзано со промена на електронската структура (HS => LS - транзиција) на атомите на Fe. Забележаните карактеристики ни овозможуваат да го сметаме вуститот како еден од најкомплексните минерали со необични својства што ги одредуваат спецификите на длабоките зони на Земјата збогатени со него во близина на границата D.

Сеизмолошките мерења покажуваат дека и внатрешното (цврсто) и надворешното (течно) јадро на Земјата се карактеризираат со помала густина во споредба со вредноста добиена врз основа на модел на јадро што се состои само од метално железо со исти физичко-хемиски параметри. Повеќето истражувачи го припишуваат ова намалување на густината на присуството во јадрото на елементи како што се Si, O, S, па дури и O, кои формираат легури со железо. Меѓу фазите најверојатно за такви „фаустовски“ физичко-хемиски услови (притисок ~ 250 GPa и температура 4000-6500 0 C), се нарекуваат Fe 3 S со добро познатиот структурен тип Cu 3 Au и Fe 7 S. Друга фаза претпоставена во јадрото е b-Fe, чија структура се карактеризира со четирислојно блиско пакување на атоми на Fe. Температурата на топење на оваа фаза се проценува на 5000 0 C при притисок од 360 GPa. Присуството на водород во јадрото долго време е контроверзно поради неговата мала растворливост во железо при атмосферски притисок. Сепак, неодамнешните експерименти (податоци од J. Badding, H. Mao и R. Hamley (1992)) овозможија да се утврди дека железниот хидрид FeH може да се формира на високи температури и притисоци и е стабилен при притисок над 62 GPa, што одговара на длабочини од ~ 1600 km . Во овој поглед, присуството на значителни количини (до 40 mol.%) на водород во јадрото е сосема прифатливо и ја намалува неговата густина до вредности што се во согласност со сеизмолошките податоци.

Може да се предвиди дека новите податоци за структурните промени во минералните фази на големи длабочини ќе овозможат да се најде адекватна интерпретација на други важни геофизички граници фиксирани во утробата на Земјата. Општ заклучок е дека на такви глобални сеизмички граници како што се 410 и 670 km, има значителни промени во минералниот состав на карпите од обвивката. Минералните трансформации се забележани и на длабочини од ~850, 1200, 1700, 2000 и 2200-2300 km, односно во долниот дел на обвивката. Ова е многу важна околност што овозможува да се напушти идејата за нејзината хомогена структура.

Обвивката на Земјата е најважниот дел од нашата планета, бидејќи тука се концентрирани повеќето супстанции. Тој е многу подебел од останатите компоненти и, всушност, зафаќа најголем дел од просторот - околу 80%. Научниците го посветија поголемиот дел од своето време на проучување на овој конкретен дел од планетата.

Структура

Научниците можат само да шпекулираат за структурата на мантија, бидејќи не постојат методи кои недвосмислено би одговориле на ова прашање. Но, спроведените студии овозможија да се претпостави дека овој дел од нашата планета се состои од следниве слоеви:

првиот, надворешниот, зафаќа од 30 до 400 километри од површината на земјата;
преодната зона, која се наоѓа веднаш зад надворешниот слој - според научниците, таа оди длабоко на околу 250 километри;
долниот слој - неговата должина е најголема, околу 2900 километри. Започнува веднаш по преодната зона и оди директно до јадрото.

Треба да се напомене дека во обвивката на планетата има такви карпи кои не се во земјината кора.

Соединение

Се подразбира дека е невозможно да се утврди точно од што се состои обвивката на нашата планета, бидејќи е невозможно да се стигне до таму. Затоа, сето она што научниците успеваат да го проучат се случува со помош на фрагменти од оваа област, кои периодично се појавуваат на површината.

Така, по серија студии, беше можно да се открие дека овој дел од Земјата е црн и зелен. Главниот состав се карпи, кои се состојат од следниве хемиски елементи:

силикон;
калциум;
магнезиум;
железо;
кислород.

Од страна на изглед, а на некој начин дури и во составот е многу сличен на камените метеорити, кои исто така периодично паѓаат на нашата планета.

Супстанциите што се наоѓаат во самата обвивка се течни, вискозни, бидејќи температурата во оваа област надминува илјадници степени. Поблиску до Земјината кора, температурата се намалува. Така, настанува одредена циркулација - оние маси што веќе се оладиле се спуштаат, а загреаните до границата се нагоре, па процесот на „мешање“ никогаш не престанува.

Периодично, таквите загреани потоци паѓаат во самата кора на планетата, во која им помагаат активни вулкани.

Начини за учење

Се подразбира дека слоевите кои се на големи длабочини се доста тешки за проучување, и не само затоа што не постои таква техника. Процесот е комплициран и поради фактот што температурата се зголемува речиси постојано, а во исто време се зголемува и густината. Затоа, можеме да кажеме дека длабочината на слојот е најмал проблем во овој случај.

Сепак, научниците сепак успеаја да напредуваат во проучувањето на ова прашање. За проучување на овој дел од нашата планета, геофизичките индикатори беа избрани како главен извор на информации. Покрај тоа, за време на студијата, научниците ги користат следните податоци:

брзина на сеизмички бран;
гравитација;
карактеристики и индикатори за електрична спроводливост;
проучувањето на магматските карпи и фрагменти од обвивката, кои се ретки, но сепак успеваат да се најдат на површината на Земјата.

Што се однесува до второто, тука се дијамантите што заслужуваат посебно внимание на научниците - според нивното мислење, со проучување на составот и структурата на овој камен, може да се дознаат многу интересни работи дури и за долните слоеви на мантија.

Повремено, но има карпи од мантија. Нивната студија исто така ви овозможува да добиете вредни информации, но до еден или друг степен сè уште ќе има искривувања. Ова се должи на фактот дека во кората се случуваат различни процеси, кои се малку различни од оние што се случуваат во длабочините на нашата планета.

Одделно, треба да зборуваме за техниката со која научниците се обидуваат да ги добијат оригиналните карпи на мантија. Така, во 2005 година, во Јапонија беше изграден специјален брод, кој, според развивачите на проектот, ќе може да направи рекорден длабок бунар. На овој моментработата се уште е во тек, а почетокот на проектот е закажан за 2020 година - нема толку многу да се чека.

Сега, сите студии за структурата на мантија се вршат во рамките на лабораторијата. Научниците веќе прецизно утврдија дека долниот слој на овој дел од планетата, речиси целиот се состои од силикон.

притисок и температура

Распределбата на притисокот во мантија е двосмислена, всушност, како и температурниот режим, но на прво место. Наметката сочинува повеќе од половина од тежината на планетата или поточно 67%. Во областите под земјината кора притисокот е околу 1,3-1,4 милиони атм, додека треба да се забележи дека на местата каде што се наоѓаат океаните, нивото на притисок значително опаѓа.

Што се однесува до температурниот режим, податоците овде се целосно двосмислени и се засноваат само на теоретски претпоставки. Значи, на ѓонот на мантија се претпоставува температура од 1500-10.000 степени Целзиусови. Општо земено, научниците сугерираат дека нивото на температурата во овој дел од планетата е поблиску до точката на топење.