1.2.4. Мантия
Мантията е най-голямата обвивка на твърдата Земя по отношение на обем и тегло, простираща се от основата на кората на минимална дълбочина от 6–7 km под аксиалните зони на средноокеанските хребети до границата на Гутенберг на дълбочина 2891 km. Съвременните модели на Земята предполагат, че мантията като цяло, както и нейните отделни черупки, в първото приближение са хомогенни в странична посока и това е следствие от интензивното смесване на мантията от конвективни течения (виж раздел 2.5). Вертикалното наслояване на мантията се определя от промените в минералогията и структурата на нейните съставни силикати.
Ние почти нямаме преки данни за веществото, което изгражда мантията, така че цялата информация за нейния състав се извлича главно от косвени източници с въвеждането на определени физически ограничения въз основа на данни за скоростите на разпространение на еластични вълни в мантията, техните производни - изчислените стойности на плътност, температура и налягане (вижте раздел 1.2.2), както и върху лабораторни експерименти върху поведението на силикатите при условия на високи налягания и температури.
В допълнение, за определяне на състава на земната мантия, широко се използват материали върху метеорити, които позволяват да се тестват предположения за възможните състави на веществото, от което се е състояла първоначалната хомогенна Земя преди нейното диференциране на черупки (вижте раздел 1.1). Допълнителна и изключително важна информация за състава на мантията може да бъде получена от анализа на състава на офиолитите, както и ксенолитите (включвания) на магмени скали от мантиен произход - базалти, кимберлити, лампроити и някои други (вижте раздел 1.2.3).
Важно е да запомните, че съставът на всички обекти, достъпни за директно петрологично изследване, било то офиолити, метеорити или дълбоки скали, все още не е идентичен със съставасъвременната мантия на Земята. Последният може да бъде само модел, възстановен с известна степен на вероятност, която, разбира се, е толкова по-висока, колкото по-обширни са източниците на информация, които използваме за моделиране.
Най-легитимният подход за изучаване на състава на горната мантия е да се запитаме от какъв материал могат да се образуват базалтите. Тези скали несъмнено имат първичен мантиен произход и освен това съставляват почти цялата океанска кора и са изключително широко разпространени на сушата (за разлика например от кимбърлитите или лампроитите, които, въпреки че имат по-близък „афинитет“ с мантията, са несравнимо по-рядко срещани в земната кора от базалтите). Търсенето на такова изходно вещество се свежда до избор между два вида скали - перидотити и еклогити. Основната разлика между тях е, че еклогитът е метаморфна скала, съдържаща повече гранат (поне 30%) и сравнително малко оливин, докато перидотитът, общото наименование на голяма група ултраосновни скали, напротив, е доминиран от оливин (около 80%) и пироксен. И в двете скали при температури и налягания, характерни за горната мантия, се осигурява разпространение със скорост около 8 km/s.
Няколко факта подкрепят перидотитовия състав на горната мантия. под океаните е открита анизотропия на скоростите на сеизмичните вълни в горната мантия, при която скоростите в посока, перпендикулярна на хребетите, са с 15% по-високи от тези в посоката на тяхното простиране. Това се обяснява с ориентацията на кристалите оливин, чиито дълги оси са удължени в една посока, докато в еклогита няма скалообразуващи минерали със силна анизотропия на растеж.базалтови включвания Плътността на еклогитите е твърде висока, за да осигури изостазия на океанската литосфера (виж раздел 1.3).
При възстановяване на средния състав на мантията трябва да се има предвид, че нейните горни слоеве могат да бъдат изчерпани (изчерпани, изчерпани) в резултат на факта, че някои от основните компоненти на мантията са се стопили и са отишли да образуват океанската кора. От тази гледна точка съставът на горната мантия е директно под-ръбест (т.е. точно там, където е най-близо до земната повърхност).
ity) трябва да се различава значително от средния му състав.
Понастоящем са предложени няколко варианта на моделния състав на мантията. В най-простия от тях той се състои от три части дунит (мономинерална скала, съставена изцяло от оливин и представляваща напълно обеднена мантия) и една част базалт. Такава хипотетична скала се нарича пиролитна скала) и съществува в няколко форми в зависимост от температурата и налягането. Нормалната форма на пироксеновия пиролит е типична за дълбочини до 80 km (най-горната част на мантията под океаните), по-дълбоко се превръща в гранатов пиролит на дълбочини 80–400 km (до границата на Леман).
За разлика от теоретичния пиролитичен модел на мантията, по-сложните модели, базирани главно на експериментални определяния на състава на скали с мантиен произход, предполагат гранат лерцолит, ултраосновна скала, доминирана от оливин (около 60%) с добавка на пироксен (около 30%) и шпинел, гранат и плагиоклаз сред второстепенни компоненти, като изходен материал на неизчерпания мантия.
И накрая, има модели на мантията, които приемат състава на метеорити, представен от въглеродни и железни хондрити, като първоначално вещество на Земята (виж Фиг.раздел 1.1) и след това постулиране на напускането на редица елементи в ядрото (желязо) и кората (силиций, калий), в резултат на което след диференциация на първоначално хомогенната хондритна Земя върху черупките остава мантия, състояща се от хондритни силикати.
Таблица 1.2.4.1, която показва средния състав на мантията за три модела, демонстрира забележителна особеност, а именно сходството на абсолютно независими оценки на моделния състав на мантията - пиролитен, лерцолитен и хондритен. Може да се види, че независимо от приетия модел, поне 90% от мантията се състои от оксиди на силиций, магнезий и двувалентно желязо. Други 5 - 10% са представени от оксиди на калций, алуминий и натрий. Така 98% от мантията се състои само от шест изброени оксида.
Още повече е съдържанието на радиоактивни елементи в мантията
са по-незначителни, отколкото в океанската кора: средно около % U, % Th и % K.
С по-тънка послойна дисекция на мантията (виж раздел 1.2.2) в нея се разграничава зона с ниски скорости (горна астеносфера), ограничена на дълбочина 400 km от секцията Леман. В допълнение към значително намаляване на скоростите P - и тази зона се характеризира и с повишена електрическа проводимост (по-ниско съпротивление). Причините за тези ефекти са наличието в горната част на астеносферата на малки (първите проценти) порции базалтова стопилка, както и наличието на вода в нея, много малко количество от която (десети от процента) въпреки това рязко понижава температурата на топене на силикатите.
Таблица 1.2.4.1. Химическият състав на мантията на Земята