Материал из РУВИКИ — свободной энциклопедии

Мантия Земли

Перейти к материалам ОГЭ/ЕГЭ

Ege oge.png

РУВИКИ для ОГЭ/ЕГЭ

Переходите на портал РУВИКИ, где собраны материалы для подготовки к ОГЭ и ЕГЭ

Перейти
Oge-ege.svg

Перейти к материалам ОГЭ/ЕГЭ

Arrow-Right.png
Ege oge.png

РУВИКИ для ОГЭ/ЕГЭ

        Переходите на портал РУВИКИ, где собраны материалы для подготовки к ОГЭ и ЕГЭ

Перейти
У этого термина существуют и другие значения, см. Мантия (значения).
Структура Земли

Ма́нтия — часть Земли (геосфера), расположенная непосредственно под корой и выше ядра. В ней находится большая часть вещества Земли. Мантия есть и на других планетах земной группы. Земная мантия находится в диапазоне от 30 до 2900 км от земной поверхности. Мантия занимает около 80 % объёма Земли[1].

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 673 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 учёные объясняли резкое увеличение скоростей сейсмических волн изменением состава пород — от относительно лёгких коровых кислых и основных к плотным мантийным ультраосновным породам. Эта 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.

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:

  • Геофизические данные. В первую очередь данные о скоростях сейсмических волн, электропроводности и силе тяжести;
  • Мантийные расплавы — перидотиты, базальты, коматииты, кимберлиты, лампроиты, карбонатиты и некоторые другие магматические горные породы образуются в результате частичного плавления мантии. Состав расплава является следствием состава плавившихся пород, механизма плавления и физико-химических параметров процесса плавления. В целом, реконструкция источника по расплаву — сложная задача;
  • Фрагменты мантийных пород, выносимые на поверхность мантийными же расплавами — кимберлитами, щелочными базальтами и др. Это ксенолиты, ксенокристы и алмазы. Алмазы занимают среди источников информации о мантии особое место. Именно в алмазах установлены самые глубинные минералы, которые, возможно, происходят даже из нижней мантии. В таком случае эти алмазы представляют собой самые глубокие фрагменты земли, доступные непосредственному изучению;
  • Мантийные породы в составе земной коры. Такие комплексы в наибольшей степени соответствуют мантии, но и отличаются от неё. Самое главное различие — в самом факте их нахождения в составе земной коры, из чего следует, что они образовались в результате не совсем обычных процессов и, возможно, не отражают типичную мантию. Они встречаются в следующих геодинамических обстановках:
  1. Альпинотипные гипербазиты — части мантии, внедрённые в земную кору в результате горообразования. Наиболее распространены в Альпах, от которых и произошло название.
  2. Офиолитовые гипербазиты — перидотиты в составе офиолитовых комплексов — частей древней океанической коры.
  3. Абиссальные перидотиты — выступы мантийных пород на дне океанов или рифтов.

Эти комплексы имеют то преимущество, что в них можно наблюдать геологические соотношения между различными породами.

Было объявлено, что японские исследователи планируют предпринять попытку пробурить океаническую кору до мантии. Начало бурения планировалось на 2007 год. Обсуждалась также возможность проникновения к границе Мохоровичича и в верхнюю мантию с помощью самопогружающихся вольфрамовых капсул, обогреваемых теплом распадающихся радионуклидов[2]. С 1961 по 1966 год американские учёные пытались насквозь пробурить земную кору в рамках проекта «Мохол». В частности, специалисты планировали достичь границы Мохоровичича — нижней границы земной коры, которая отделяет кору от мантии. Для бурения использовалась платформа CUSS I, которая приплыла к вулканическому острову Гуадалупе, который находится в участке Тихого океана глубиной около 3,5 километров. В ходе продолжительных работ, учёные смогли сделать пять скважин с максимальной глубиной 180 метров, но цель не была достигнута — проект закрыли из-за проблем с финансированием.

С 1970 по 1991 год, в российском Кольском полуострове, велось бурение скважины глубиной 12 262 метра. До глубины 7 000 метров специалисты использовали установку «Уралмаш-4Э», а после неё — «Уралмаш-15000». Скважина была полностью закрыта в 1994 году после ряда аварий. В 1997 году Кольская сверхглубокая скважина вошла в Книгу рекордов Гиннесса как пример самого глубокого вторжения человека в земную кору.

В 2008 году в нефтяном бассейне Аль-Шахин (Катар) появилась скважина Maersk Oil BD-04A глубиной 12 290 метров. А в 2017 году на шельфе Сахалина Z-44 Чайво (Россия) появилась скважина глубиной 15 километров.

В апреле 2023 года геологи, микробиологи и другие учёные на исследовательском судне JOIDES Resolution начали бурить новую, самую глубокую подводную скважину. Местом для бурения был выбран массив Атлантиды, который представляет собой группу подводных гор в северной части Атлантического океана. В 1981 году учёные обнаружили, что в месте соединения американского и африканского континента есть особенно тонкий слой земной коры, толщина которого не превышает 1000 метров.

За несколько месяцев экипаж корабля JOIDES Resolution смог пробурить скважину глубиной 1 267 метров. По сравнению с упомянутыми выше проектами, это очень мало, но благодаря выбору места с минимальной толщиной земной коры, учёным удалось добыть образцы мантии. Во время работ температура на большой глубине достигала 204 градусов Цельсия.

Предварительный анализ показал, что в добытых образцах мантии присутствует перидотит — порода, распространённая в верхней мантии. Не исключено, что состав пород был изменён в результате контакта с морской водой, поэтому учёные хотят продолжить бурение и добыть образцы с ещё большей глубины.

Состав мантии

Мантия сложена главным образом ультраосновными породами: перовскитами, перидотитами (лерцолитами, гарцбургитами, 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.

Содержание основных элементов в мантии Земли в массовых процентах[3] [4]
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
Другие 0,3 Другие 0,9

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[5].

Подземный «океан»

Исследования российских и французских учёных, проведённые в XXI веке свидетельствуют, что между нижней и верхней мантиями Земли существует гигантский резервуар с содержанием воды в десятые доли процента, а общее количество воды в нём сопоставимо с таковым во всём Мировом океане. Вода туда поступала в результате субдукции океанической коры, из чего следует, что она, как часть тектоники плит, началась не позднее 3,3 миллиарда лет назад[6][7].

Тепловая конвекция

Основные статьи: Конвекция и Тектоника плит

Под действием градиента температуры в мантии наблюдается тепловая конвекция — подъём вещества из нижних слоёв к поверхности. Тепловая конвекция является движущим механизмом движения плит земной коры. Одним из первых, кто в 1930-е годы предположил существование конвекции в мантии, был английский геолог Артур Холмс[8].

Примечания

  1. ↑ Внутреннее строение Земли. geografya.ru. Дата обращения: 31 июля 2018. Архивировано 5 августа 2018 года.
  2. ↑ 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)
  3. ↑ mantle@Everything2.com Архивная копия от 11 января 2008 на Wayback Machine. Retrieved 2007-12-26.
  4. ↑ Jackson, Ian. MThe Earth's Mantle - Composition, Structure, and Evolution (англ.). — Cambridge University Press, 1998. — P. 311—378. — ISBN 0-521-78566-9.
  5. ↑ Что у Земли внутри? Внутреннее строение и состав нашей планеты Источник: https://natworld.info/nauki-o-prirode/chto-u-zemli-vnutri-vnutrennee-stroenie-i-sostav-nashej-planety. Природа Мира (27 мая 2021). Дата обращения: 6 октября 2023.
  6. ↑ Alexander V. Sobolev, Evgeny V. Asafov et al. Deep hydrous mantle reservoir provides evidence for crustal recycling before 3.3 billion years ago (англ.) // Nature. — 2019. — Vol. 571. — P. 555—559. — doi:10.1038/s41586-019-1399-5.
  7. ↑ О чём рассказал подземный «океан» в мантии Земли // Наука и жизнь. — 2020. — № 6. — С. 21—23.
  8. ↑ Bjornerud, 2021, Глава 3. Ритмы Земли.

Литература

Ссылки

Источник — https://ru.ruwiki.ru/w/index.php?title=Мантия_Земли&oldid=1205848401