Глубина мантии земли


Мантию Земли ученые называют наиболее значимой областью нашей планеты, поскольку именно в этом месте находится наибольший объем важных веществ. Мантия Земли имеет более существенную толщину, чем прочие составляющие. Фактически она занимает почти 80% внутреннего строения планеты. Изучению именно этой части планеты ученые посвятили большую часть времени.

Строение мантии

Однозначно ответить на вопрос из чего состоит мантия, до сих пор не может ни один ученый. Все имеющиеся на сегодняшний день методы изучения этой части нашей планеты, не могут дать полного ответа на этот вопрос. Однако, реализованные исследования дают возможность предполагать, что эта зона нашей планеты состоит из следующих слоев:

  • наружный слой имеет толщину от 30 до 400 километров земной поверхности
  • переходный слой находится сразу после наружного. Ученые предполагают, что его толщина достигает примерно 250 километров
  • толщина нижнего слоя, по предположениям ученых, наибольшая 2900 километров. Он продолжается до самого ядра.

Интересно, что земная мантия имеет в своем составе уникальные горные породы, которые отсутствуют в земной коре.
Естественно выяснить точный состав мантии Земли нет возможности, по той простой причине, что нет таких агрегатов, которые могли бы добраться до мантии и взять ее образец. Все, что остается ученым – это изучать обломки мантии, время от времени появляющиеся на поверхности.
В результате проведенных исследований, ученые выяснили, что мантия планеты имеет черно-зеленый оттенок. Основные компоненты — это горные породы, в составе которых преобладают такие химические элементы:

  • кремний
  • кальций
  • магний
  • железо
  • кислород.

Строение мантииСогласно еще одной теории о составе мантии, она состоит из двух частей: верхней и нижней.
В верхней мантии выделяют три слоя, первый из которых имеет толщину примерно 50 км, а в его составе твердое и хрупкое кристаллическое вещество со скоростью продольных волн — 8,5 км/с. Этот слой вместе с земной корой формирует литосферу. Средний слой называют астеносфера. Главная характеристика этого слоя — аморфное стекловидное состояние вещества, и частично (около 10%) расплавленным вязкопластичным состоянием.


пользу этой теории говорит резкое снижение скорости сейсмических волн. Астеносфера может находиться на разных глубинах. К примеру, под срединно-океаническими хребтами, с наименьшей толщиной литосферного слоя, астеносфера располагается на глубине всего пары километров. Тогда как на окраине океана, с ростом мощности литосферы, увеличивается и толщина астеносферы до 60 – 80 км. Под поверхностью континентов толщина этого слоя достигает 200 км, а вот под континентальными рифтами снова уменьшается до 10 – 25 км. Нижний слой верхней мантии некоторые ученые определяют как переходный слой или же, как обособленную область — среднюю мантию. В этой части мантии вещество имеет твердокристаллическую структуру со скоростью продольных волн до 9 км/с.
Нижняя мантия тянется до 2 900 км, и состоит из твердого кристаллического вещества со скоростью продольных волн до 13,5 км/с. Об этой части ученым известно совсем мало информации.
Вещества, находящиеся в самой мантии, являются жидкими, вязкообразными, поскольку температура в этой области составляет более тысячи градусов. Возле земной коры температура понижается. Наблюдается в какой-то степени круговорот – охладившиеся массы опускаются вниз, а разогретые до предела поднимаются наверх. Таким образом, происходит непрерывное движение мантии Земли. Иногда, эта горячая масса попадает в самую кору планеты, вследствие извержения вулканов.

Методы изучения


Как мы уже говорили, слои, находящиеся на существенной глубине довольно проблематично изучать и не только по причине отсутствия подходящих устройств. Осложняются работы еще и постоянно растущей температурой, и, как следствие, растущей плотностью.
Но, несмотря на это, ученые все же медленно продвигаются в изучении этого вопроса. В процессе изучения ученые пользуются геофизическими показателями и следующими данными:

  • показатель скорости сейсмических волн
  • сила тяжести
  • характеристики и показатели электропроводности;
  • информация о магматических породах и обломках мантии, редко, обнаруживаемых на поверхности Земли.

Касательно последнего пункта, тут повышенного внимания ученых заслуживает камень – алмаз. Ведь в процессе изучения состава и строения алмаза, можно получить много полезной информации даже о нижних слоях мантии.
Также, крайне редко ученые находят мантийные породы, по которым также можно изучать строение мантии Земли.
Отметим, что в 2005 году в Японии построило особое судно, которое, по словам авторов проекта, способно пробить рекордно глубокую скважину. На сегодняшний день работы еще продолжаются, а старт проекта запланирован на 2020 год.
Сегодняшнее изучение мантии проводится в лабораторных условиях. Достоверно известно, что нижний слой этого участка планеты, почти на 100% состоит из кремния.

Процессы мантии

Процессы, которые происходят на такой значительной глубине, изучены крайне мало. Однако, ученые выдвинули теорию о том, что ядро Земли в значительной степени влияет на мантию и процессы, которые в ней происходят. Подтверждается это разными природными явлениями, таким как:


  • вулканизм
  • землетрясения
  • движение тектонических плит, вследствие чего происходит образование гор и впадин.

Кроме этого, в мантии происходит образование различных минералов и формирование месторождений полезных ископаемых.
Движение мантии землиНе так давно, ученые выяснили, что мантия под Аляской движется со скоростью, которая в 20-30 раз выше скорости движения сближающихся в этом месте литосферных плит. Таким образом, полученные данные могут быть использованы для прогнозирования сейсмического положения в разных областях планеты, уверенны авторы исследований. Статья была напечатана в журнале Nature.
Аляску называют «зоной субдукции литосферных плит», то есть местом, где Тихоокеанская литосферная плита «ныряет» под Северо-Американскую. Она как бы погружается в земные недра. Вследствие этого в этой зоне сформировался наивысший горный массив Северной Америки и, и гора Мак-Кинли — самая высокая точка на карте Северной Америки.
Зонами субдукции называют области скопления большого напряжения в земной коре.


основании их изучения ученые могут предсказать категорию сейсмической опасности, а также вероятность образования землетрясений в конкретном районе.
В своем исследовании геолог из Калифорнийского университета в Дэвисе Магали Биллен (Magali Billen) со своими коллегами приводят данные проведенного моделирования поведения мантии — вязкого вещества, на котором «дрейфуют» литосферные плиты.
В результате проведенных вычислений на 400-процессорном суперкомпьютере, которые длились 48 часов без остановки, ученые выявили, что вразрез с их ожиданиями, мантия в области субдукции не увлекается земной корой и не углубляется вместе с ней в недра Земли. Напротив, она с колоссальной скоростью «течет» вокруг литосферной плиты, которая погружается погружающейся.
Тогда как, стандартно в областях субдукции скорость движения земной коры достигает около десяти сантиметров в год, а скорость движения мантии незначительно ее превышает, то в этом случае скорость движения мантии составляет целых 90 сантиметров в год.
После проведения таких исследований ученые пришли к выводу, что в области субдукции, концентрируется более существенное количество энергии, чем считали раньше. Эта энергия будет непременно высвобождаться в виде землетрясений или цунами.

Источник: mining-prom.ru

Что находится в глубине Земли?


Схема Земли
Схема Земли

Континентальная кора в основном состоит из гранита. В таких местах суши, как Большой Каньон, где вода смыла поверхность земной коры, гранитный слой выступил наружу и доступен наблюдению и изучению. Дно океанов — это тоже земная кора, но там она тоньше (около 4,5 километра) и состоит из другой скальной породы — базальта. Под земной корой находится мантия — гигантский слой толщиной около 3000 километров.

Если сквозь мантию проложить туннель, то, чтобы проехать его из конца в конец на машине со скоростью 80 километров в час, потребуется 36 часов. Правда, такое путешествие в центр Земли невозможно. Мантия Земли — это царство высокой температуры и громадного давления.

Знания о мантии Земли


Перидотит
Перидотит

Ученые немного знают о глубоких слоях мантии, но поверхностные ее слои в основном состоят из скальной породы, называемой перидотитом. Перидотит состоит в свою очередь из таких минералов, как оливин, пироксен и гранат (красный камень, используемый для производства ювелирных изделий). По крайней мере, часть мантии — это мягкая и податливая масса. Объясняется это тем, что она представляет собой крупицы твердой скальной породы, плавающие в море расплавленного камня.

Ядро Земли

Глубина мантии земли

"caption-attachment-94079" class="wp-caption-text">Ядро Земли

Наконец, под мантией находится сердце Земли — ее ядро, имеющее в диаметре около 6400 километров. Казалось бы, что изолированное от солнечного тепла ядро должно быть холоднее, чем Северный и Южный полюса вместе взятые. Но это далеко не так. Наоборот, это область немыслимого жара с температурой от 2200 до 3300 градусов Цельсия. Кора настолько раскалена, что ее наружный слой состоит из расплавленного металла. Вообразите себе расплавленный от жара склад, полный железных сковородок, и вы получите представление о том, как выглядит земное ядро: жидкое расплавленное железо с примесью кислорода и серы. При вращении Земли в железном ядре возникают вихревые электрические токи.

Ядро Земли очень плотное, так как, стиснутое сверху всей массой планеты, оно находится под огромным давлением. Ученые предполагают, что из-за столь высокого давления ядро Земли, точнее его центр, состоит из твердого вещества. Несмотря на высокую температуру (выше, чем в плавильной печи), давление там настолько высокое, что частицы вещества плотно прижаты друг к другу и просто не могут никуда течь. Шар в центре земного ядра размером с  3/4 Луны, окруженный со всех сторон расплавленным железом —  это планета внутри планеты.

Откуда взялось это тепло в центре Земли?


Тепло сохраняется в центре Земли уже 4,6 миллиарда лет, с тех самых пор как частицы материи столкнулись в пространстве, чтобы образовать Землю. Но большая часть тепла, по мнению ученых, это результат радиоактивных процессов в земных глубинах. Радиоактивные элементы, находящиеся в земной глубине, излучают частицы, например электроны. Эти электроны сталкиваются с атомами скальных пород, передавая им часть своей энергии. От этого породы нагреваются. Когда Земля была еще молода, эти радиоактивные элементы нагрели скальные породы внутри Земли до очень высокой температуры. Камни хорошо сохраняют тепло. Представьте себе скалу, нагретую солнцем.

Как образовалось земное ядро?

Все это накапливаемое тепло не могло покинуть недра Земли и оставалось там. Проходили миллионы лет. Температура в центре Земли повысилась настолько, что расплавилось железо, содержавшееся в камнях. Тяжелое железо отделилось от более легких металлов и погрузилось вниз, то есть собралось в центре Земли, образовав земное ядро.

Источник: kipmu.ru


Мы нередко видим статьи о том, как устроены другие планеты, да и слова «ядро», «мантия», «кора» знакомы нам ещё со школы. Что же интересного может быть прямо у нас под ногами? Какая она – Земля внутри?

Самый центр нашей планеты расположен на глубине 6 371 км. Человеку очень трудно пробраться внутрь Земли даже при наличии современных технологий. Самая глубокая в мире скважина находится на Кольском полуострове в Мурманской области. Её глубина составляет 12 км 262 м, и это абсолютный мировой рекорд. Причём, бурить её начали ещё в СССР с целью изучения земных недр с 1970 по 1991 г., но в 1994 году скважина была закрыта из-за ряда аварий.

Недра нашей планеты изучаются по результатам сейсмической разведки. Каждый час в различных точках Земли регистрируется около 10 колебаний земной поверхности, а сейсмические станции исследуют распространение волн при землетрясениях. Эти волны расходятся в толще Земли так же, как круги на воде от брошенного камня. Если волна попадает в более плотный слой земной коры, её скорость резко меняется. Используя эти данные, учёные определили границы внутренних оболочек Земли.

Верхняя оболочка Земли – земная кора. Её толщина изменяется от 5 км в океанических областях до 70 км в горных районах материков. Под земной корой находится мантия, и её толщина уже более внушительная – почти 3000 км. Мантия получает тепло от ядра. Верхняя мантия имеет температуру около 800 С, а нижняя мантия около ядра разогрета до 2000 С. Вещество мантии постоянно движется.

Ядро Земли состоит в основном из никеля и железа. У ядра, как и у мантии, тоже есть два слоя – твёрдое внутреннее ядро и жидкое внешнее. Температура ядра составляет 6 000 С. Давление в центре Земли настолько высокое, что плотность вещества очень велика: 1 кубический метр его весит около 12, 5 тонн (это почти как 3 крупных слона!). Земная кора – пока единственный слой Земли, который доступен людям.

Строение земной коры под континентами и океанами различное. Континентальная земная кора, хоть и занимает меньшую площадь поверхности Земли, но имеет более сложное строение: под осадочным слоем содержится верхний гранитный и нижний – базальтовый слои. Именно в континентальной коре встречаются древние породы Земли, их возраст – около 2 млрд лет.

Океаническая кора более тонкая – всего 5-7 км, и у неё 2 слоя – нижний базальтовый и верхний осадочный. Возраст океанических осадков не превышает 100-150 млн лет. Если представить, как все это выглядит, то земная кора в целом такая же, как яичная скорлупа, а под ней бушуют неспокойные недра, отголоски которых мы наблюдаем в виде извержений вулканов и землетрясений, и они могут вызывать настоящие катастрофы, так что при желании наша Земля может спокойно нас уничтожить.

А теперь давайте представим, что мы спускаемся с вами в шахту. Нередко потолки могут быть покрыты окаменелостями. Вы сможете рассмотреть здесь силуэты растений (конечно же, с помощью фонарика) – ведь когда-то это был живой лес, ставший в настоящее время твёрдой каменной породой в земной коре. Но как лес мог оказаться погребённым во тьму? Из-за землетрясения земля обрушилась, лес вначале превратился в озеро, а затем все растения были затянуты илом, а после, спустя миллионы лет, ил стал камнем, а отпечатки растений так и остались напоминанием о древнем прошлом. Но окаменелости подобные не всегда могут встречаться в шахтах, однако такое явление – не редкость.

Возможно, вы догадались, в какой шахте можно встретить подобные отпечатки живой истории – затвердевающий камень всё сильнее спрессовывал деревья, выдавливая из них водород и воду, а тепло, которое выделялось в процессе разложения и тепло, выделяющееся из недр Земли, превратило все деревья в уголь, и чтобы его добыть, нужно, как минимум, спуститься на 70 метров под землю.

Чтобы пробраться к ядру, нам придётся пробиваться сквозь километры спрессованного камня. А вот интересно: например, на глубине около 240 метров могут встречаться тоннели. Один из таких, к примеру, есть в штате Нью-Мексико под пустыней, и, надо отметить, их находили в разных местах – в Азии, США, Мексике, Европе, и никто не знает причину, списывают даже систему подземных тоннелей на свидетельство существования древней подземной цивилизации. Может ли быть там какая-нибудь живность, в этих подземных мирах, где нет солнечного света и растений (окаменелости не в счёт)? Если бы там кто и жил, то эти существа были бы лишены зрения в привычном нам понимании, они бы ориентировались, подобно змеям, у которых тепловое зрение, или как летучие мыши, с помощью эхолокации. Кстати, летучие мыши и примитивные насекомые населяют подобные места.

Но не только тоннели вы найдёте на этой глубине: они расширяются, переходя в огромные залы, усеянные сталактитами и сталагмитами. Такой уникальный подземный мир, похожий на царство тёмных эльфов или гномов, существует на самом деле, и яркий пример – Карлсбадские пещеры в США — национальный парк.

Главная достопримечательность парка — цепь из 80 пещер, для которых характерно разнообразие и красота минеральных образований. Возраст пещер составляет 250 миллионов лет, глубина — до 339 м, суммарная длина всех проходов и залов — около 12 км. Высота потолка в залах может сравниться с высотой 25-этажного дома!

В парке обитает 16 видов летучих мышей общим количеством до 1 млн особей.

Там тоже были найдены окаменелости – раковины моллюсков говорят о том, что когда-то на этом месте был тёплый океан. Всё, что осталось от «ракушек», богатых кальцитом, – известняк. Именно вода в камне создала сеть этих прекрасных тоннелей и пещер. Накопленный кальций в этой породе вместе с каплями воды рос в виде сталактитов, подобно сосулькам зимой. Гигантские колонны образовались в результате слияния друг с другом сталактитов и сталагмитов. Все, что находится под Землей в этом месте, сотворено из останков умерших морских обитателей, смешавшихся с горными породами.

Национальный парк открыт круглый год, но большинство туристов посещают его преимущественно летом по выходным и праздникам. Вы можете присоединиться к исследователям-туристам!

Ещё ниже, всего в 300 м под поверхностью, могут располагаться гигантские пещеры кристаллов, какие можно увидеть лишь, например, в пещерах Скайрима (кто играл – тот знает). Но это не сказки в стиле РенТВ: например, «Сикстинская капелла кристаллов» в Мексике известна гигантскими кристаллами рекордных размеров. Один кристалл может быть величиной с целый автобус. Особенностью пещеры являются образованные внутри нее огромные кристаллы гипса, формирование которых началось еще несколько тысяч лет назад.

Эта пещера находится на древнем разломе, и под ней есть магматическая полость. Магма нагревала подземные воды, и они насыщались минеральными веществами, в том числе большим количеством гипса. Пещера была заполнена горячим раствором минералов на протяжении сотен тысяч лет, вплоть до нескольких миллионов лет.

В течение этого времени температура раствора оставалась стабильной в диапазоне +54…+58 °C, предоставляя единственно возможные условия для роста кристаллов гипса. Шахтеры в поисках серебра осушили пещеру и нашли вот это чудо. Кристаллы мягкие, как ногти, но острые, как бритва. Находиться тут смертельно опасно, и не только из-за острых кристаллов: при данной температуре и 100 % влажности пот не испаряется с тела человека, и организм начинает перегреваться, не в состоянии избавиться от излишков тепла.

Если отправиться в дальнейший путь к ядру, чтобы познакомиться с разломами коры, то придётся очень долго «сверлить» камень, и единственный промежуток пустоты здесь может встретиться только на границе двух тектонических плит – гигантская щель протяжённостью в тысячу с лишним километров.

И это тоже не выдумки! Такие разломы действительно существуют. Например, разлом Сан-Андреас, находящийся в Калифорнии, расположен вдоль границ двух литосферных плит – тихоокеанской и североамериканской, его длина – 1300 км. Глубина разлома – 16 км! Плиты находятся в постоянном движении, подогреваемые земным теплом, и если случайно из-за своих каменных выступов они застревают, то начинает копиться напряжение, а потом происходят землетрясения и извержения вулканов.

Самая глубокая шахта находится в ЮАР на глубине 4 км. Здесь добывают золото. Однако условия просто невыносимы – температура около 66-70 С, в удушливом воздухе можно легко потерять сознание, да и каково будет психологически, когда над тобой 4 км породы?

Но даже здесь есть кое-кто живой. Дьявольские черви – нематоды, открытые в 2011 году, — это вид очень живучих микробов, способных адаптироваться в таких условиях и питаться каменистой породой.

Углубляясь внутрь, мы словно бы листаем страницы истории Земли, если будем рассматривать и изучать отдельно каждый слой. Нефть, например, — это мёртвый планктон, живший миллионы лет назад. Наша цивилизация в неоплатном долгу перед дарами подземного мира.

Пробравшись к мантии сквозь кору, мы обнаружим, что её мягкий, спрессованный давлением, превышающим поверхностное в 25 000 раз, разогретый камень словно бы напоминает наш ландшафт, только перевёрнутый – те же горы, холмы, равнины, он – будто зеркальное отражение поверхности. Кора уходит всё глубже в мантию – в ползущую каменистую породу, температура верхних слоёв которой 1000 С. Ядро нагревает мантию, от него исходят конвективные потоки, приводящие в движение тектонические плиты.

При углублении вниз камень будет становиться все более мягким и тягучим, вязкая лава, которую мы видим при извержениях вулканов, — да, если мы хотим пробраться к ядру, нам придётся туда нырнуть, чтобы его увидеть. И на глубине 3 000 км мы, наконец, придём к своей цели.

Ядро Земли настолько раскалено, что выглядит как раскалённое Солнце. Жар будет создавать здесь столпы из раскалённого жидкого металла, а из-за вращения Земли эти столпы будут закручиваться в вихри, и именно они и превращают ядро Земли в гигантский электромагнит, благодаря которому у нашей планеты есть спасительное магнитное поле, защищающее нашу планету от губительных космических радиационных лучей.

В самом центре ядра давление примерно в 3,5 млн раз выше, чем на поверхности Земли, а температура превышает даже ту, что на поверхности Солнца. И именно тепло ядра – величайший подарок всему живому на Земле. Ведь с момента образования Земли оно, укутанное плотным одеялом мантии и спрятанное под корой, сохраняет тепло и делает нашу планету живой и уникальной.

Источник: zen.yandex.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.