Значение мантии земли


оболочка «твёрдой» Земли, расположенная между земной корой и ядром Земли . Занимает 83 % Земли (без атмосферы) по объёму и 67 % по массе. От земной коры её отделяет Мохоровичича поверхность , на которой скорость продольных сейсмических волн при переходе из коры в М. З. возрастает скачком с 6,7≈7,6 до 7,9≈8,2 км/сек; от ядра Земли мантию отделяет поверхность (на глубине около 2900 км), на которой скорость сейсмических волн падает с 13,6 до 8,1 км/сек. М. З. делится на нижнюю и верхнюю мантию . Последняя, в свою очередь, делится (сверху вниз) на субстрат, слой Гутенберга (слой пониженных скоростей сейсмических волн) и слой Голицына (иногда называется средней мантией). У подошвы М. З. выделяется слой толщиной менее 100 км, в котором скорости сейсмических волн не растут с глубиной или даже слегка понижаются.

Предполагается, что М. З. слагается теми химическими элементами, которые во время образования Земли находились в твёрдом состоянии или входили в состав твёрдых химических соединений.


этих элементов преобладают: О, Si, Mg, Fe. Согласно современным представлениям, состав М. З. считается близким к составу каменных метеоритов. Из каменных метеоритов наиболее близкий к М. З. состав имеют хондриты. Предполагают, что непосредственными образцами вещества мантии являются обломки пород среди базальтовой лавы, вынесенные на поверхность Земли; их находят также вместе с алмазами в трубках взрыва (см. Диатремы ). Считают также, что обломки пород, поднятые драгой со дна рифтов Срединно-океанических хребтов , представляют собой вещество мантии.

Образцы самой верхней части М. З. состоят преимущественно из пород ультраосновного (перидотит и пироксенит) и основного (эклогит) состава. Обычно считается, что М. З. почти полностью сложена оливином [(Mg, Fe)2SiO4], в котором сильно преобладает магниевая компонента (форстерит), но с глубиной, быть может, возрастает доля железной составной части (фаялита). Австралийский петрограф Рингвуд предполагает, что М. З. сложена гипотетической породой, которую он назвал пиролитом и которая по составу соответствует смеси из 3 частей периодита и 1 части базальта. Теоретические расчёты показывают, что в нижней М. З. минералы должны распадаться на окислы. К началу 70-х годов 20 века появились также данные, указывающие на наличие в М. З. горизонтальных неоднородностей.

Характерной чертой М. З. являются, по-видимому, фазовые переходы. Экспериментально установлено, что в оливине под большим давлением изменяется структура кристаллической решётки, появляется более плотная упаковка атомов, так что объём минерала заметно уменьшается. В кварце такой фазовый переход наблюдается дважды по мере роста давления; самая плотная модификация на 65 ╟C плотнее обычного кварца. Такие фазовые переходы считаются главной причиной того, что в слое Голицына скорости сейсмических волн очень быстро возрастают с глубиной.


Несомненно, что земная кора выделилась из М. З.; процесс дифференциации М. З. продолжается и сейчас. Есть предположение, что и земное ядро разрастается за счёт М. З. Процессы в земной коре и М. З. тесно связаны; в частности, энергия для тектонических движений земной коры, по-видимому, поступает из М. З.

Лит.: Магницкий В. А., Внутреннее строение и физика Земли, М., 1965; Проблемы строения земной коры и верхней мантии. Сборник статей, М., 1970.

Е. Н. Люстих.

Источник: xn--b1algemdcsb.xn--p1ai

МАНТИЯ ЗЕМЛИ, оболочка «твёрдой» Земли, расположенная между земной корой и ядром Земли. Занимает 83% Земли (без атмосферы) по объёму и 67% по массе. От земной коры её отделяет Мохоровичичл поверхность, на к-рой скорость продольных сейсмических волн при переходе из коры в М. 3. возрастает скачком с 6,7-7,6 до 7,9- 8,2 км/сек; от ядра Земли мантию отделяет поверхность (на глуб. ок. 2900 км), на к-рой скорость сейсмич. волн падает с 13,6 до 8,1 км/сек. М. 3. делится на нижнюю и верхнюю мантию. Последняя, в свою очередь, делится (сверху вниз) на субстрат, слой Гутенберга (слой пониженных скоростей сейсмич. волн) и слой Голицына (иногда наз. средней мантией). У подошвы М. 3. выделяется слой толщиной менее 100 км, в к-ром скорости сейсмич. волн не растут с глубиной или даже слегка понижаются.


Предполагается, что М. 3. слагается теми хим. элементами, к-рые во время образования Земли находились в твёрдом состоянии или входили в состав твёрдых хим. соединений. Из этих элементов преобладают: О, Si, Mg, Fe. Согласно совр. представлениям, состав М. 3. считается близким к составу каменных метеоритов. Из каменных метеоритов наиболее близкий к М. 3. состав имеют хондриты. Предполагают, что непосредственными образцами вещества мантии являются обломки пород среди базальтовой лавы, вынесенные на поверхность Земли; их находят также вместе с алмазами в трубках взрыва (см. Диатремы). Считают также, что обломки пород, поднятые драгой со дна рифтов Срединно-океанических хребтов, представляют собой вещество мантии.

Образцы самой верхней части М. 3. состоят преим. из пород ультраосновного (перидотит и пироксенит) и основного (эклогит) состава. Обычно считается, что М. 3. почти полностью сложена оливином [(Mg, Fe)2 SiO4], в к-ром сильно преобладает магниевая компонента (форстерит), но с глубиной, быть может, возрастает доля железной составной части (фаялита).


стралийский петрограф Рингвуд предполагает, что М. 3. сложена гипотетической породой, которую он назвал пиролитом и которая по составу соответствует смеси из 3 частей периодита и 1 части базальта. Теоретич. расчёты показывают, что в нижней М. 3. минералы должны распадаться на окислы. К нач. 70-х гг. 20 в. появились также данные, указывающие на наличие в М.З. горизонтальных неоднородностей.

Характерной чертой М. 3. являются, по-видимому, фазовые переходы. Экспериментально установлено, что в оливине под большим давлением изменяется структура кристаллич. решётки, появляется более плотная упаковка атомов, так что объём минерала заметно уменьшается. В кварце такой фазовый переход наблюдается дважды по мере роста давления; самая плотная модификация на 65% плотнее обычного кварца. Такие фазовые переходы считаются главной причиной того, что в слое Голицына скорости сейсмич. волн очень быстро возрастают с глубиной.

Несомненно, что земная кора выделилась из М. 3.; процесс дифференциации М. 3. продолжается и сейчас. Есть предположение, что и земное ядро разрастается за счёт М. 3. Процессы в земной коре и М. 3. тесно связаны; в частности, энергия для тектонич. движений земной коры, по-видимому, поступает из М. 3.

Лит.: Магницкий В. А., Внутреннее строение и физика Земли, М., 1965; Проблемы строения земной коры и верхней мантии. Сб. ст., М., 1970. Е. Н. Люстих.


Источник: slovaronline.com

МА́НТИЯ ЗЕМЛИ́, гео­сфе­ра, рас­по­ло­жен­ная ме­ж­ду зем­ной ко­рой и ядром Зем­ли. Со­став­ля­ет ок. 84% объ­ё­ма и 67% мас­сы Зем­ли. Верх­няя гра­ни­ца про­хо­дит на глу­би­не от не­сколь­ких км под океа­на­ми до 70 км под кон­ти­нен­та­ми по Мо­хо­ро­ви­чи­ча гра­ни­це, ниж­няя – на глу­би­не 2980 км. Осн. све­де­ния о строе­нии М. З. по­лу­че­ны на ос­но­ве из­ме­ре­ния вре­ме­ни про­хо­ж­де­ния сейс­мич. волн, по ко­то­ро­му на­хо­дят ско­ро­сти про­доль­ных и по­пе­реч­ных сейс­мич. волн, за­ви­ся­щие от плот­но­сти и уп­ру­гих мо­ду­лей ве­ще­ст­ва ман­тии. Та­ким спо­со­бом ман­тию «про­све­чи­ва­ют» и по­лу­ча­ют её трёх­мер­ную сейс­мо­то­мо­гра­фич. мо­дель. В гео­фи­зич. мо­де­ли строе­ния Зем­ли, пред­ло­жен­ной ав­ст­рал. сейс­мо­ло­гом К. Е. Бул­ле­ном в 1940-х гг. и по­лу­чив­шей ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние, М. З. раз­де­ле­на на слои B, C, D (по­след­ний вклю­ча­ет слои D′ и D″), ко­то­рые от­ли­ча­ют­ся сейс­мич. ха­рак­те­ри­сти­ка­ми (см. в ст. Зем­ля, раз­дел Строе­ние твёр­дой зем­ли). В нач. 21 в. ис­поль­зу­ют и др. схе­мы раз­де­ле­ния Зем­ли на зо­ны. В од­ной из мо­де­лей М. З. де­лят на 4 час­ти: верх­няя ман­тия до глу­би­ны 410 км, пе­ре­ход­ная зо­на в ин­тер­ва­ле глу­бин 410–660 км, ниж­няя ман­тия ни­же глу­би­ны 660 км до т. н. слоя D″ на гра­ни­це ме­ж­ду ман­ти­ей и ядром, имею­ще­го пе­ре­мен­ную тол­щи­ну (в ср. 250 км).


Ско­ро­сти рас­про­стра­не­ния про­доль­ных сейс­мич. волн при пе­ре­се­че­нии гра­ни­цы зем­ной ко­ры и ман­тии скач­ко­об­раз­но воз­рас­та­ют с 7,5–7,8 км/с до 8,1–8,2 км/с. В верх­ней ман­тии сейс­мич. ско­ро­сти и плот­ность ве­ще­ст­ва рас­тут с глу­би­ной в осн. за счёт сжа­тия под дав­ле­ни­ем. В пе­ре­ход­ной зо­не ве­ще­ст­во уп­лот­ня­ет­ся так­же и за счёт фа­зо­вых пе­ре­хо­дов ми­не­ра­лов в бо­лее плот­ные мо­ди­фи­ка­ции; сейс­мич. ско­ро­сти рез­ко воз­рас­та­ют. Слой D″ хи­ми­че­ски не­од­но­ро­ден, по­это­му сейс­мич. ско­ро­сти и плот­ность ве­ще­ст­ва в нём рез­ко ме­ня­ют­ся с глу­би­ной и по ла­те­ра­ли. На гра­ни­це М. З. и яд­ра ско­рость про­хо­ж­де­ния про­доль­ных сейс­мич. волн рез­ко сни­жа­ет­ся с 13,6 км/с до 8,1 км/с. Плот­ность ве­ще­ст­ва М. З. уве­ли­чи­ва­ется с глу­би­ной от зна­че­ний 3100–3500 кг/м3, дос­ти­гая у гра­ни­цы с ядром 5600 кг/м3. О др. фи­зич. ха­рак­те­ри­сти­ках М. З. (ус­ко­ре­ние си­лы тя­же­сти, дав­ле­ние, темп-ра, вяз­кость) и их из­ме­не­нии с глу­би­ной см. в ст. Зем­ля в раз­де­ле Фи­зи­че­ские ха­рак­те­ри­сти­ки твёр­дой Зем­ли.


М. З. в це­лом име­ет си­ли­кат­ный со­став. Хи­мич., ми­не­ра­ло­гич. и фа­зо­вый со­ста­вы оп­ре­де­ля­ют пу­тём срав­не­ния плот­но­сти и уп­ру­гих мо­ду­лей ве­ще­ст­ва, из­ме­рен­ных в ла­бо­ра­то­рии под прес­сом и оп­ре­де­лён­ных по сейс­мич. дан­ным. Верх­няя ман­тия сло­же­на в осн. оли­ви­ном и пи­рок­се­на­ми, пе­ре­ход­ная зо­на – оли­ви­ном (60%) и гра­на­том (40%). В пе­ре­ход­ной зо­не на глу­би­не 410 км оли­вин пе­ре­хо­дит в вадс­ле­ит, ко­то­рый на глу­би­не 520 км пе­ре­хо­дит в рин­гву­дит. Ниж­няя ман­тия со­сто­ит из пе­ров­ски­та и маг­не­зио­вю­сти­та, в ко­то­рые на глу­би­не 660–700 км пре­вра­ща­ют­ся рин­гву­дит и гра­нат с сум­мар­ным скач­ком плот­но­сти 9%. На верх­ней гра­ни­це слоя D″ пе­ров­скит пе­ре­хо­дит в ещё бо­лее плот­ную мо­ди­фи­ка­цию – пост­пе­ров­скит. По­сколь­ку глу­би­на (дав­ле­ние) это­го пе­ре­хо­да в зна­чит. сте­пе­ни за­ви­сит от темп-ры, то верх­няя гра­ни­ца слоя D″ очень не­ров­ная.

Тем­пе­ра­ту­ра в М. З. ни­же темп-ры плав­ле­ния гор­ных по­род. Не­смот­ря на это, в ман­тии воз­ни­ка­ют очень мед­лен­ные те­че­ния, обу­слов­лен­ные на­ли­чи­ем в кри­стал­лич. струк­ту­ре ве­ще­ст­ва т. н. де­фек­тов – ва­кан­сий и дис­ло­ка­ций, ко­то­рые мо­гут пе­ре­ме­щать­ся под влия­ни­ем сдви­го­во­го на­пря­же­ния. По мере рос­та темп-ры с глу­би­ной вяз­кость ве­ще­ст­ва ман­тии силь­но па­да­ет и не­мно­го рас­тёт с уве­ли­че­ни­ем дав­ле­ния.


з­кость са­мо­го верх­не­го от­но­си­тель­но хо­лод­но­го слоя верх­ней ман­тии тол­щи­ной до 100 км очень вы­со­кая (до 1025 П). Этот твёр­дый слой вхо­дит в ли­то­сфе­ру; на­зы­ва­ет­ся ли­то­сфер­ной ман­ти­ей. На глу­би­не 100–200 км темп-ра в М. З. воз­раста­ет до 1300–1500 К, при этом дав­ле­ние ос­та­ёт­ся от­но­си­тель­но не­вы­со­ким, по­это­му в верх­ней ман­тии воз­ни­ка­ет слой с по­ни­жен­ной вяз­ко­стью 1018 П – ас­те­но­сфе­ра. Вяз­кость ос­таль­ной час­ти верх­ней ман­тии ок. 1021 П, а ниж­ней ман­тии – ори­ен­ти­ро­воч­но в 30 раз боль­ше.

В свя­зи с тем что в М. З. име­ет­ся пе­репад темп-ры на глу­би­не, то бо­лее го­ря­чее и, со­от­вет­ст­вен­но, ме­нее плот­ное ве­ще­ст­во, на­хо­дя­щее­ся в ниж­ней час­ти ман­тии, стре­мит­ся под­нять­ся вверх. В ре­зуль­та­те в М. З. воз­ни­ка­ет те­п­ло­вая кон­век­ция со сред­ней ско­ро­стью 3 см/год (ок. 1 нм/с). Кон­век­ция при­мер­но в 20 раз ус­ко­ря­ет вы­нос те­п­ла и ос­ты­ва­ние недр Зем­ли. Ман­тий­ная кон­век­ция пред­став­ля­ет со­бой сис­те­му го­ря­чих вос­хо­дя­щих (см. Мантийный плюм) и хо­лод­ных нис­хо­дя­щих по­то­ков ве­ще­ст­ва. Ра­нее (до 2002) рас­смат­ри­ва­лась ги­по­те­за о двухъ­я­рус­ной кон­век­ции (от­дель­но в верх­ней и в ниж­ней ман­тии), обу­слов­лен­ной фа­зо­вым пе­ре­хо­дом в оли­ви­не на глу­би­не 660 км, тор­мо­зя­щем кон­век­цию. Од­на­ко про­ве­дён­ные ис­сле­до­ва­ния по­ка­за­ли, что фа­зо­вый пе­ре­ход в гра­на­те вы­зы­ва­ет про­ти­во­по­лож­ный эф­фект. Вслед­ст­вие че­го вос­хо­дя­щие ман­тий­ные по­то­ки бес­пре­пят­ст­вен­но про­хо­дят че­рез гра­ни­цу 660 км (да­же ус­ко­ря­ют­ся). Нис­хо­дя­щие ман­тий­ные по­то­ки лишь вре­мен­но за­дер­жи­ва­ют­ся в отд. мес­тах на этой гра­ни­це.


Источник: bigenc.ru

Структура Земли

Земля имеет тот же состав элементов, что и Солнце и другие планеты (не учитывая водород и гелий, которые улетучились из-за гравитации Земли). Не беря во внимание железо в ядре, мы можем подсчитать, что мантия представляет собой смесь магния, кремния, железа и кислорода, что примерно соответствует по составу минералам.

Но именно то, что смесь минералов присутствует на заданной глубине является сложным вопросом, который не достаточно обоснован. Мы можем получает образцы из мантии, куски пород, поднятые при определенных вулканических извержениях, с глубины около 300 километров, а иногда и гораздо глубже. Они показывают, что самая верхняя часть мантии состоит из перидотита и эклогита. Самое интересное, что мы получаем от мантии — это бриллианты.

Деятельность в мантии

Верхнюю часть мантии медленно перемешивают движения плит, проходящих над ней. Это вызвано двумя видами деятельности. Во-первых, происходит движение подвижных плит вниз, которые скользят друг под другом. Во-вторых, происходит восходящее движение мантийной породы, когда две тектонические плиты расходятся и раздвигаются. Тем не менее, все эти действие не полностью смешивает верхний слой мантии, и геохимики считают верхнюю мантию каменной версией мраморного пирога.


Мировые модели вулканизма отражают действие тектоники плит, за исключением нескольких областей планеты, называемых горячими точками. Горячие точки могут служить ключом к подъему и опусканию материалов гораздо глубже в мантии, возможно, с самого ее основания. В наши дни идет энергичная научная дискуссия о горячих точках планеты.

Изучение мантии с помощью сейсмических волн

Наш самый мощный метод изучения мантии — это мониторинг сейсмических волн от землетрясений в мире. Два разных вида сейсмичесих волн: волны P (аналогичные звуковым волнам) и волны S (например, волны от встряхиваемой веревки) отвечают физическим свойствам породы, через которую они проходят. Сейсмические волны отражают некоторые типы поверхностей и преломляют (изгибают) другие типы поверхностей, когда наносят по ним удар. Ученые используют эти эффекты для определения внутренних поверхностей Земли.

Наши инструменты достаточно хороши, чтобы рассматривать мантию Земли так, как врачи делают ультразвуковые снимки своих пациентов. После столетия сбора данных о землетрясениях мы можем сделать несколько впечатляющих карт мантии.

Моделирование мантии в лаборатории

Минералы и породы меняются под высоким давлением. Например, общий мантийный минерал — оливин преобразовывается в различные кристаллические формы на глубинах около 410 километров и снова на 660 километрах.

Изучение поведения минералов в условиях мантии происходит двумя способами: компьютерное моделирование, основанное на уравнениях физики минералов и лабораторных экспериментах. Таким образом, современные исследования мантии проводятся сейсмологами, программистами и лабораторными исследователями, которые теперь могут воспроизводить условия в любом месте мантии с помощью лабораторного оборудования под высоким давлением, такого как ячейка с алмазной наковальней.

Слои мантии и внутренние границы

Столетие исследований позволило заполнить некоторые пробелы в знаниях о мантии. Она имеет три основных слоя. Верхняя мантия простирается от основания коры (Мохоровичича) до глубины 660 километров. Переходная зона расположена между 410 и 660 километрами, где происходят значительные физические изменения минералов.

Нижняя мантия простирается от 660 до примерно 2700 километров. Здесь сейсмические волны сильно приглушены, и большинство исследователей считают, что породы под ними различны по химическому составу, а не только по кристаллографии. И последний спорный слой на дне мантии имеет толщину около 200 километров и является границей между ядром и мантией.

Почему мантия Земли особенная

Поскольку мантия является основной частью Земли, ее история имеет фундаментальное значение для геологии. Мантия сформировалась во время рождения Земли, как океан жидкой магмы на железном ядре. Поскольку она затвердевала, элементы, которые не вписывались в основные минералы, собрались в виде накипи на вершине коры. Затем, мантия начала медленную циркуляцию, которую продолжает последние 4 миллиарда лет. Верхняя часть мантии начала охлаждаться, потому что она перемешивалась и гидратировалась тектоническими движениями поверхностных плит.

В то же время мы многое узнали о структуре других планет земной группы (Меркурия, Венеры и Марса). По сравнению с ними, у Земли есть активная смазанная мантия, которая является особенной благодаря тому же элементу, который отличает ее поверхность: воде.

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Источник: NatWorld.info


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.