Мантия Земли

Мантия Земли
На астрономическом теле	Земля
Медиафайлы на Викискладе

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.

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 ().

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

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.

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.

Тепловая конвекция

Выход лавы из мантии

Основные статьи: Конвекция и Тектоника плит

Под действием градиента температуры в мантии наблюдается тепловая конвекция — подъём вещества из нижних слоев 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.

См. также

• Крупные области с низкой скоростью сдвига
• Кольская сверхглубокая скважина
• Барисфера
• Магма

Литература

• Верхняя мантия. — М.: «Мир». 1964.
• Деменицкая Р. М. Кора и мантия Земли. — М.: «Недра». 1967.
• Шейнман Ю. М. Очерки глубинной геологии. — М.: «Недра». 1968.
• Петрология верхней мантии. — М.: «Мир». 1968.
• Земная кора и Мантия Земли. Пер. с англ. Серия «Науки о Земле. Фундаментальные труды зарубежных ученых по геологии, геофизике и геохимии». — М.: «Мир». 1972.
• Ботт М. Внутреннее строение Земли. — М.: «Мир». 1974.
• Верхняя мантия. Пер. с англ. Серия «Науки о Земле. Фундаментальные труды зарубежных ученых по геологии, геофизике и геохимии». — М.: «Мир». 1975.
• Милютина Е. Н. Сейсмические исследования верхней мантии. — М.: «Наука». 1976.
• Тектоносфера Земли. Под ред. В. В. Белоусова. — М.: «Наука». 1979.
• Моисеенко Ф. С. Основы глубинной геологии. — М.: «Недра». 1981.
• Пущаровский Д. Ю., Пущаровский Ю. М. Состав и строение мантии Земли // Соросовский образовательный журнал, 1998, No 11, с. 111—119.
• Ковтун А. А. Электропроводность Земли // Соросовский образовательный журнал, 1997, No 10, с. 111—117
• Бьорнеруд М. Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога = Marcia Bjornerud. Timefulness: How Thinking Like a Geologist Can Help Save the World. — М.: Альпина нон-фикшн, 2021. — 284 с. — ISBN 978-5-00139-328-3..

Ссылки

• Images of the Earth’s Crust & Upper Mantle — International Geological Correlation Programme (IGCP), Project 474
• Глубинные слои Земли оказались полупрозрачными — lenta.ru, 2008.