Как называется верхний слой мантии
Земная мантия
Мантия — часть Земли (геосфера), расположенная непосредственно под корой и выше ядра. В мантии находится большая часть вещества Земли. Мантия есть и на других планетах. Земная мантия находится в диапазоне от 30 до 2900 км.
Границей между корой и мантией служит граница Мохоровичича или, сокращенно, Мохо. На ней происходит резкое увеличение сейсмических скоростей — от 7 до 8—8,2 км/с. Находится эта граница на глубине от 7 (под океанами) до 70 километров (под складчатыми поясами). Мантия Земли подразделяется на верхнюю мантию и нижнюю мантию. Границей между этими геосферами служит слой Голицына, располагающийся на глубине около 670 км.
В начале XX века активно обсуждалась природа границы Мохоровичича. Некоторые исследователи предполагали, что там происходит метаморфическая реакция, в результате которой образуются породы с высокой плотностью. В качестве такой реакции предлагалась реакция эклогитизации, в результате которой породы базальтового состава превращаются в эклогит, и их плотность увеличивается на 30 %. Другие ученые объясняли резкое увеличение скоростей сейсмических волн изменением состава пород — от относительно легких коровых кислых и основных к плотным мантийным ультраосновным породам. Это точка зрения сейчас является общепризнанной.
Отличие состава земной коры и мантии — следствие их происхождения: исходно однородная Земля в результате частичного плавления разделилась на легкоплавкую и легкую часть — кору и плотную и тугоплавкую мантию.
Содержание
Источники информации о мантии
Мантия Земли недоступна непосредственному исследованию: она не выходит на земную поверхность и не достигнута глубинным бурением. Поэтому большая часть информации о мантии получена геохимическими и геофизическими методами. Данные же о её геологическом строении очень ограничены.
Мантию изучают по следующим данным:
Эти комплексы имеют то преимущество, что в них можно наблюдать геологические соотношения между различными породами.
Недавно было объявлено, что японские исследователи планируют предпринять попытку пробурить океаническую кору до мантии. Начало бурения планируется на 2007 год. Обсуждалась также возможность проникновения к границе Мохоровичича и в верхнюю мантию с помощью самопогружающихся вольфрамовых капсул, обогреваемых теплом распадающихся радионуклидов (M.I. Ojovan, F.G.F. Gibb, P.P. Poluektov, E.P. Emets. Probing of the interior layers of the Earth with self-sinking capsules. Atomic Energy, 99, No. 2, 556—562 (2005)).
Состав мантии
Мантия сложена главным образом ультаосновными породами: перовскитами, перидотитами, (лерцолитами, гарцбргитами, верлитами, пироксенитами), дунитами и в меньшей степени основными породами — эклогитами.
Также среди мантийных пород установлены редкие разновидности пород, не встречающиеся в земной коре. Это различные флогопитовые перидотиты, гроспидиты, карбонатиты.
| Элемент | Концентрация | Оксид | Концентрация |
|---|---|---|---|
| O | 44,8 | ||
| Si | 21,5 | SiO2 | 46 |
| Mg | 22,8 | MgO | 37,8 |
| Fe | 5,8 | FeO | 7,5 |
| Al | 2,2 | Al2O3 | 4,2 |
| Ca | 2,3 | CaO | 3,2 |
| Na | 0,3 | Na2O | 0,4 |
| K | 0,03 | K2O | 0,04 |
| Сумма | 99,7 | Сумма | 99,1 |
Строение мантии
Процессы, идущие в мантии, оказывают самое непосредственное влияние на земную кору и поверхность земли, являются причиной движения континентов, вулканизма, землетрясений, горообразования и формирования рудных месторождений. Всё больше свидетельств того, что на саму мантию активно влияет металлическое ядро Земли.
СОДЕРЖАНИЕ
Сейсмическая структура
Профиль плотности через Землю определяется скоростью сейсмических волн. Плотность постепенно увеличивается в каждом слое, в основном из-за сжатия породы на больших глубинах. При изменении состава материала происходят резкие изменения плотности.
Верхняя мантия начинается сразу под корой и заканчивается наверху нижней мантии. Верхняя мантия заставляет тектонические плиты двигаться.
Вершина мантии определяется внезапным увеличением скорости сейсмических волн, которое Андрия Мохорович впервые заметил в 1909 году; эта граница теперь упоминается как разрыв Мохоровича или «Мохо».
Мохо определяет основание земной коры и колеблется от 10 км (6,2 мили) до 70 км (43 мили) ниже поверхности Земли. Океаническая кора тоньше континентальной и обычно имеет толщину менее 10 км (6,2 мили). Континентальная кора имеет толщину около 35 км (22 мили), но большой корень земной коры под Тибетским плато имеет толщину около 70 км (43 мили).
Толщина верхней мантии составляет около 640 км (400 миль). Вся мантия имеет толщину около 2900 км (1800 миль), что означает, что верхняя мантия составляет лишь около 20% от общей толщины мантии.
Разрыв Лемана
Переходная зона
Переходная зона расположена между верхней и нижней мантией на глубине от 410 км (250 миль) до 670 км (420 миль).
410 км разрыв
670 км разрыв
Другие нарушения непрерывности
Есть еще один крупный фазовый переход, предсказанный на расстоянии 520 км (320 миль) для перехода оливина (β в γ) и граната в пиролитовой мантии. Это только время от времени наблюдалось в сейсмологических данных.
Были предложены другие неглобальные фазовые переходы на разной глубине.
Температура и давление
Температуры варьируются от примерно 200 ° C (392 ° F) на верхней границе с корой до примерно 4000 ° C (7230 ° F) на границе ядро-мантия. Самая высокая температура верхней мантии составляет 900 ° C (1650 ° F). Хотя высокая температура намного превышает точки плавления мантийных пород на поверхности, мантия почти исключительно твердая.
Огромное литостатическое давление, оказываемое на мантию, предотвращает плавление, потому что температура, при которой начинается плавление ( солидус ), увеличивается с давлением. Давление увеличивается с увеличением глубины, поскольку материал под ним должен выдерживать вес всего материала над ним. Считается, что вся мантия в течение длительного времени деформируется, как жидкость, с постоянной пластической деформацией.
Самое высокое давление в верхней мантии составляет 24,0 ГПа (237 000 атм) по сравнению с давлением в нижней части мантии, которое составляет 136 ГПа (1,340 000 атм).
Хотя существует тенденция к увеличению вязкости на большей глубине, эта зависимость далека от линейной и показывает слои с резко пониженной вязкостью, в частности, в верхней мантии и на границе с ядром.
Движение
Из-за разницы температур между поверхностью Земли и внешним ядром и способности кристаллических пород при высоком давлении и температуре претерпевать медленную ползучую вязко-подобную деформацию в течение миллионов лет, в мантии существует конвективная циркуляция вещества.
Минеральный состав
Сейсмических данных недостаточно для определения состава мантии. Наблюдения за горными породами, обнаженными на поверхности, и другие свидетельства показывают, что верхняя мантия состоит из основных минералов оливина и пироксена и имеет плотность около 3,33 г / см 3 (0,120 фунт / куб. Дюйм).
Эксперименты с оливинами и пироксенами показывают, что эти минералы изменяют структуру по мере увеличения давления на большей глубине, что объясняет, почему кривые плотности не являются идеально гладкими. Когда происходит преобразование в более плотную минеральную структуру, сейсмическая скорость резко возрастает и создает разрыв.
Кимберлиты взрываются из недр земли и иногда несут обломки горных пород. Некоторые из этих ксенолитических фрагментов представляют собой алмазы, которые могут появиться только из-за более высокого давления под коркой. Сюда входят ультраосновные конкреции и перидотит.
Химический состав
| Сложный | Массовый процент |
|---|---|
| SiO 2 | 44,71 |
| MgO | 38,73 |
| FeO | 8,18 |
| Al 2 O 3 | 3,98 |
| CaO | 3,17 |
| Cr 2 O 3 | 0,57 |
| NiO | 0,24 |
| MnO | 0,13 |
| Na 2 O | 0,13 |
| TiO 2 | 0,13 |
| P 2 O 5 | 0,019 |
| К 2 О | 0,006 |
Исследование
Исследование мантии обычно проводится на морском дне, а не на суше из-за относительной толщины океанической коры по сравнению со значительно более толстой континентальной корой.
Исследованиям также может способствовать компьютерное моделирование эволюции мантии. В 2009 году приложение суперкомпьютера позволило по-новому взглянуть на распределение залежей полезных ископаемых, особенно изотопов железа, с момента образования мантии 4,5 миллиарда лет назад.
Состав, толщина и строение мантии Земли
Мантия Земли, простирающаяся толщиной от 35 до 2900 километров под поверхностью нашей планеты до сих пор в значительной степени считается плохо изученной. Столетие исследований помогло нам заполнить только некоторые пробелы.
Мантия Земли имеет три основных слоя:
Земля имеет тот же состав элементов, что и другие планеты (кроме водорода и гелия, которые избежали земного притяжения). Предполагая, что ядро состоит из железа, мы можем вычислить, что мантия Земли представляет собой смесь магния, кремния, железа и кислорода, которая примерно соответствует составу гранита. Верхняя зона мантии уходит в толщину Земли всего на 400 км., но вся достигает глубины 2900 км. Дальше идет ядро Земли. Однако то, что находится на таких глубинах, остается для нас тайной.
О составе мантии на этих глубинах существуют лишь косвенные данные.
Определение состава мантии косвенным путем
Но какая именно смесь минералов присутствует на данной глубине-это сложный вопрос, который не является твердо решенным. С помощью прямых наблюдений ученых-космохимиков, геологов можно с большой вероятностью определить толщину и состав мантии Земли.
Прямые наблюдения
Наши знания земной коры и процессов, которые в ней происходят, основаны на прямых наблюдениях. Ежедневно мы можем следить за деятельностью ветра и воды, а если удается, то и наблюдать выбросы газа и вулканическую деятельность, представляющую собой следствие какого-то процесса. Это то же самое, как если бы мы смотрели на конец конвейера, на котором завертывается шоколад, не зная, как, собственно, он получается.
Не понятно, каково минералогическое и химическое строение мантии. Ясно, что это должен быть материал, который при нагревании и давлении, имеющем место на глубине от 50 до 400 км, образует горные породы базальтового типа. В противном случае на Земле не было бы таких вулканических островов, как Гавайи, Таити или Исландия. Один из путей определения химического состава верхней мантии — это анализ подобных базальтовых пород.
У нас есть образцы как куски породы, перенесенные при некоторых вулканических извержениях, с глубин, как 300 километров глубины. Они показывают, что верхняя часть мантии состоит из пород типа перидотит и эклогит.
Наблюдения космохимиков
Еще один аргумент в дискуссию о составе мантии вносят космохимики. Аргумент этот интересен.
Он исходит из того, что Земля в целом не очень отличается от первоначальной материи Солнечной системы — от метеоритов-хондритов. Поэтому состав мантии можно высчитать.
Геологическое доказательство
И третьим вкладом в дискуссию о том, из чего состоит мантия Земли, является геологическое доказательство.
Алмазы, которые совершенно определенно возникают при огромных давлениях в мантии, происходят из горной породы, называемой кимберлит, который встречается в Южной Африке, в Сибири и в Бразилии.
Но кроме алмазов, кимберлиты содержат обломки других горных пород, которые они приняли в себя по пути к земной поверхности. Поэтому там мы можем найти небольшие куски пород, происходящих из верхней мантии. Это породы с высоким содержанием железа, магния и небольшим количеством кремния — ультраосновные породы, как, например, дуниты, верлиты, лерзолиты и породы группы гранитов — перидотиты и эклогиты. Все минералы этих горных пород верхней мантии кристаллизовались при высоком давлении и температуре.
Исследование с помощью сейсмических волн
Исследования мантии Земли с помощью сейсмических волн от мировых землетрясений считаются достаточно объективными. Два различных типа сейсмических волн, P-волны (похожи звуковым волнам) и S-волны (подобно волнам в раскачиваемой веревке), реагируют на физические свойства горных пород, через которые они проходят. Эти волны отражаются от некоторых типов поверхностей и преломляются (изгибаются) при столкновении с другими типами поверхностей. Мы используем эти эффекты, чтобы отобразить внутренности Земли.
Наши инструменты достаточно хороши, чтобы лечить мантию Земли так, как врачи делают ультразвуковые снимки своих пациентов. После столетия сбора информации от землетрясений, мы можем сделать некоторые впечатляющие карты внутреннего строения нашей планеты.
При огромных температурах и давлениях в лаборатории создаются условия, похожие на условия, царящие внутри Земли. Естественно, используются исключительно малые — миллиграммовые — образцы пород. Результаты опытов сравниваются потом с результатами распространения сейсмических волн.
Было установлено, что глубины, на которых происходит увеличение скорости сейсмических волн, хорошо сравниваются с глубинами, на которых, в соответствии с лабораторными данными, могло бы происходить изменение внутренней структуры минералов.
Изучение мантии компьютерными моделями и лабораторными экспериментами
Мы изучаем поведение минералов в мантийных условиях двумя методами: компьютерными моделями, основанными на уравнениях физики минералов и лабораторными экспериментами.
Таким образом, современные исследования мантии проводятся сейсмологами, компьютерными программистами и лабораторными исследователями, которые теперь могут воспроизводить условия в любом месте с помощью лабораторного оборудования высокого давления, такого как алмазная наковальня.
Свойства материала мантии такие же как и у любого вещества: по мере увеличения глубины возрастает температура и давление, и материя на этих глубинах приспосабливается к существующим условиям. Внутреннее строение составных частиц минералов отвечает высокому давлению, то есть структура сжимается, становится гуще. Поэтому удельная плотность минералов повышается. Об этом свидетельствуют и лабораторные данные.
Изучение помогает геологии
Поскольку мантия-это основная часть строения Земли, ее история имеет фундаментальное значение для геологии. Во время рождения Земли мантия начиналась как океан жидкой магмы на поверхности железного ядра. По мере его затвердевания элементы, которые не вписывались в основные минералы, собирались в виде накипи сверху-коры. После этого мантия начала медленное обращение, которое она имела в течение последних четырех миллиардов лет. Верхняя часть остыла, потому что она перемешивается и гидратируется тектоническими движениями поверхностных плит.
В то же время мы многое узнали о строении и составе планет-сестер Земли Меркурия, Венеры и Марса. По сравнению с ними, Земля имеет активную, смазанную мантию, которая особенная благодаря воде, тому же ингредиенту, который отличает ее поверхность.
Мантия Земли
Ма́нтия — часть Земли (геосфера), расположенная непосредственно под корой и выше ядра. В мантии находится большая часть вещества Земли. Мантия есть и на других планетах. Земная мантия находится в диапазоне от 30 до 2900 км от земной поверхности.
Границей между корой и мантией служит граница Мохоровичича или, сокращённо, Мохо. На ней происходит резкое увеличение сейсмических скоростей — от 7 до 8—8,2 км/с. Находится эта граница на глубине от 7 (под океанами) до 70 километров (под складчатыми поясами). Мантия Земли подразделяется на верхнюю мантию и нижнюю мантию. Границей между этими геосферами служит слой Голицына, располагающийся на глубине около 670 км.
В начале 17 века активно обсуждалась природа границы Мохоровичича. Некоторые исследователи предполагали, что там происходит метаморфическая реакция, в результате которой образуются породы с высокой плотностью. В качестве такой реакции предлагалась реакция эклогитизации, в результате которой породы базальтового состава превращаются в эклогит, и их плотность увеличивается на 30 %. Другие учёные объясняли резкое увеличение скоростей сейсмических волн изменением состава пород — от относительно лёгких коровых кислых и основных к плотным мантийным ультраосновным породам. Это точка зрения сейчас является общепризнанной.
Отличие состава земной коры и мантии — следствие их происхождения: исходно однородная Земля в результате частичного плавления разделилась на легкоплавкую и лёгкую часть — кору и плотную и тугоплавкую мантию.
Содержание
Источники информации о мантии
Мантия Земли недоступна непосредственному исследованию: она не выходит на земную поверхность и не достигнута глубинным бурением. Поэтому большая часть информации о мантии получена геохимическими и геофизическими методами. Данные же о её геологическом строении очень ограничены.
Мантию изучают по следующим данным:
Эти комплексы имеют то преимущество, что в них можно наблюдать геологические соотношения между различными породами.
Недавно было объявлено, что японские исследователи планируют предпринять попытку пробурить океаническую кору до мантии. Начало бурения планируется на 2007 год. Обсуждалась также возможность проникновения к границе Мохоровичича и в верхнюю мантию с помощью самопогружающихся вольфрамовых капсул, обогреваемых теплом распадающихся радионуклидов (M.I. Ojovan, F.G.F. Gibb, P.P. Poluektov, E.P. Emets. Probing of the interior layers of the Earth with self-sinking capsules. Atomic Energy, 99, No. 2, 556—562 (2005)).
Состав мантии
Также среди мантийных пород установлены редкие разновидности пород, не встречающиеся в земной коре. Это различные флогопитовые перидотиты, гроспидиты, карбонатиты.
| Элемент | Концентрация | Оксид | Концентрация |
|---|---|---|---|
| O | 44,8 | ||
| Si | 21,5 | SiO2 | 46 |
| Mg | 22,8 | MgO | 37,8 |
| Fe | 5,8 | FeO | 7,5 |
| Al | 2,2 | Al2O3 | 4,2 |
| Ca | 2,3 | CaO | 3,2 |
| Na | 0,3 | Na2O | 0,4 |
| K | 0,03 | K2O | 0,04 |
| Сумма | 99,7 | Сумма | 99,1 |
Строение мантии
Процессы, идущие в мантии, оказывают самое непосредственное влияние на земную кору и поверхность земли, являются причиной движения континентов, вулканизма, землетрясений, горообразования и формирования рудных месторождений. Всё больше свидетельств того, что на саму мантию активно влияет металлическое ядро Земли.
Сайт о жизни студентов во всех ее проявлениях
Строение мантии Земли и ее состав
Под земной корой расположен следующий слой, именуемый мантией. Он окружает ядро планеты и имеет толщину почти три тысячи километров. Строение мантии Земли очень сложное, поэтому требует детального изучения.
Мантия и ее особенности
Название данной оболочки (геосферы) происходит от греческого слова, обозначающего плащ или покрывало. В действительности, мантия, словно покрывало окутывает ядро. На нее приходится около 2/3 массы Земли и примерно 83% ее объема.
Принято считать, что температура оболочки не превышает 2500 градусов по Цельсию. Ее плотность в разных слоях существенно отличается: в верхней части она составляет до 3.5 т/куб.м, а в нижних – 6 т/куб.м. Состоит мантия из твердых кристаллических веществ (тяжелых минералов, богатых железом и магнием). Исключением является только астеносфера, которая находится полурасплавленном состоянии.
Структура оболочки
Теперь рассмотрим строение мантии земли. Геосфера состоит из следующих частей:
Верхняя мантия – это часть оболочки, которая расположена ниже земной коры и входит в литосферу. В свою очередь она делится на астеносферу и слой Голицина, который характеризуется интенсивным увеличением скоростей сейсмических волн. Эта часть мантии Земли влияет на такие процессы, как тектонические движения плит, метаморфизм и магматизм. Стоит отметить, что строение ее отличается в зависимости от того, под каким тектоническим объектом она располагается.
Астеносфера. Само название серединного слоя оболочки с греческого языка переводится, как «слабый шар». Геосфера, которую относят к верхней части мантии, а иногда выделяют в отдельный слой, характеризируется пониженной твердостью, прочностью и вязкостью. Верхняя граница астеносферы всегда находится ниже крайней линии земной коры: под континентами – на глубине 100 км, под морским дном – 50 км. Нижняя черта ее расположена на глубине 250-300 км. Астеносфера является главным источником магмы на планете, а движение аморфного и пластичного вещества считается причиной тектонических движений в горизонтальной и вертикальной плоскостях, магматизма и метаморфизма земной коры.
О нижней части мантии ученые знают немного. Считается, что на границе с ядром расположен особенный слой Д, напоминающий астеносферу. Он отличается высокой температурой (из-за близости раскаленного ядра) и неоднородностью вещества. В состав же массы входит железо и никель.
Состав мантии Земли
Кроме строения мантии Земли интересен и ее состав. Геосферу создают оливин и ультраосновные породы (перидотиты, перовскиты, дуниты), но присутствуют и основные породы (эклогиты). Установлено, что в оболочке содержатся редкие разновидности, которые не встречаются в земной коре (гроспидиты, флогопитовые перидотиты, карбонатиты).
Если говорить о химическом составе, то в мантии в разной концентрации содержатся: кислород, магний, кремний, железо, алюминий, кальций, натрий и калий, а также их оксиды.