Верхняя мантыя Зямлі: склад, тэмпература, цікавыя факты

Мантыя Зямлі - частка геосферы, размешчаная паміж карой і ядром. У ёй знаходзіцца вялікая доля ўсяго рэчывы планеты. Вывучэнне мантыі важна не толькі з пункту гледжання разумення ўнутранай структуры Зямлі. Яно можа праліць святло на фарміраванне планеты, даць доступ да рэдкіх злучэнням і пародам, дапамагчы зразумець механізм землятрусаў і руху літасферных пліт. Аднак атрымаць інфармацыю пра склад і асаблівасцях мантыі няпроста. Свідраваць свідравіны так глыбока людзі пакуль не ўмеюць. Мантыя Зямлі ў асноўным цяпер вывучаецца пры дапамозе сейсмічных хваль. А таксама шляхам мадэлявання ва ўмовах лабараторыі.

Будова Зямлі: мантыя, ядро і кара

Паводле сучасных уяўленняў, ўнутранае будова нашай планеты падзяляецца на некалькі слаёў. Верхні - гэта кара, далей ляжаць мантыя і ядро Зямлі. Кара - цвёрдая абалонка, якія дзеляцца на акіянічную і кантынентальную. Мантыя Зямлі аддзеленая ад яе так званай мяжой Махаровіча (па імі харвацкага сейсмалогіі, які ўсталяваў яе месцазнаходжанне), якая характарызуецца скачкападобнай ростам хуткасцяў падоўжных сейсмічных хваль.

Мантыя складае прыкладна 67% масы планеты. Па сучасных дадзеных, яе можна падзяліць на два пласта: верхні і ніжні. У першым вылучаюць таксама пласт Галіцына або сярэднюю мантыю, якая з'яўляецца пераходнай зонай ад верхняй да ніжняй. У цэлым мантыя распасціраецца на глыбіні ад 30 да 2900 км.

Ядро планеты, па прадстаўленні сучасных навукоўцаў, складаецца ў асноўным з железоникелевых сплаваў. Яно таксама падзяляецца на дзве часткі. Ўнутранае ядро - цвёрдае, яго радыус ацэньваецца ў 1300 км. Знешняе - вадкае, мае радыус ў 2200 км. Паміж гэтымі часткамі вылучаюць пераходную зону.

літасфера

Кара і верхняя мантыя Зямлі аб'ядноўваюцца паняццем «літасфера». Гэта цвёрдая абалонка, якая мае стабільныя і рухомыя вобласці. Цвёрдая абалонка планеты складаецца з літасферных пліт, якія, як мяркуецца, перамяшчаюцца па астеносфера - даволі пластычнаму пласту, верагодна, уяўляламу сабой глейкую і моцна нагрэтую вадкасць. Яна з'яўляецца часткай верхняй мантыі. Трэба адзначыць, што існаванне астеносферы як бесперапыннай вязкай абалонкі не пацвярджаецца сейсмалагічных даследаваннямі. Вывучэнне структуры планеты дазваляе вылучыць некалькі падобных слаёў, што месцяцца па вертыкалі. У гарызантальным жа кірунку астеносфера, мабыць, пастаянна перарываецца.

Спосабы вывучэння мантыі

Пласты, якія ляжаць ніжэй кары, малодоступны для вывучэння. Велізарная глыбіня, пастаяннае павелічэнне тэмпературы і ўзрастанне шчыльнасці з'яўляюцца сур'ёзнай праблемай для атрымання інфармацыі пра склад мантыі і ядра. Аднак прадставіць структуру планеты ўсё ж такі можна. Пры вывучэнні мантыі галоўнымі крыніцамі інфармацыі становяцца геафізічныя дадзеныя. Хуткасць распаўсюджвання сейсмічных хваль, асаблівасці электраправоднасці і сілы цяжару дазваляюць навукоўцам рабіць здагадкі аб складзе і іншых асаблівасцях ніжэйшых слаёў.

Акрамя таго, некаторую інфармацыю ўдаецца атрымаць з магматычных горных парод і фрагментаў мантыйных парод. Да ліку апошніх ставяцца алмазы, якія могуць многае расказаць нават пра ніжняй мантыі. Сустракаюцца мантыйную пароды і ў зямной кары. Іх вывучэнне дапамагае зразумець склад мантыі. Аднак яны не заменяць узораў, здабытых непасрэдна з глыбокіх слаёў, паколькі ў выніку розных працэсаў, якія праходзяць у кары, іх склад выдатны ад мантыйную.

Мантыя Зямлі: склад

Яшчэ адна крыніца інфармацыі аб тым, што ўяўляе сабой мантыя, - метэарыты. Паводле сучасных уяўленняў, хондриты (самая распаўсюджаная на планеце група метэарытаў) па складзе блізкія да зямной мантыі. Мяркуецца, што яна змяшчае элементы, якія знаходзіліся ў цвёрдым стане або ўваходзілі ў цвёрдае злучэнне ў працэсе фарміравання планеты. Да іх адносіцца крэмній, жалеза, магній, кісларод і некаторыя іншыя. У мантыі яны, аб'ядноўваючыся з дыяксідам крэмнія, ўтвараюць сілікаты. У верхнім пласце размяшчаюцца сілікаты магнію, з глыбінёй расце колькасць сілікаты жалеза. У ніжняй мантыі адбываецца раскладанне гэтых злучэнняў на аксіды (SiO _2, MgO, FeO).

Асаблівую цікавасць для навукоўцаў ўяўляюць пароды, не сустракаемыя ў зямной кары. Як мяркуецца, у мантыі такіх злучэнняў (гроспидиты, карбонатиты і гэтак далей) нямала.

пласты

Спынімся падрабязней на працягласці слаёў мантыі. Па паданнях навукоўцаў, верхніх з іх займае дыяпазон прыкладна ад 30 да 400 км ад зямной паверхні. Далей размяшчаецца пераходная зона, якая сыходзіць углыб яшчэ на 250 км. Наступны пласт - ніжні. Яго мяжа размяшчаецца на глыбіні каля 2900 км і датыкаецца са знешнім ядром планеты.

Ціск і тэмпература

З прасоўваннем ўглыб планеты, павышаецца тэмпература. Мантыя Зямлі знаходзіцца пад дзеяннем вельмі высокага ціску. У зоне астеносферы дзеянне тэмпературы пераважвае, таму тут рэчыва знаходзіцца ў так званым аморфным або полурасплавленная стане. Глыбей пад дзеяннем ціску яно становіцца цвёрдым.

Даследаванні мантыі і межы Махаровіча

Мантыя Зямлі не дае спакою навукоўцам ўжо досыць доўгі час. У лабараторыях над пародамі, як мяркуецца якія ўваходзяць у склад верхняга і ніжняга пласта праводзяцца эксперыменты, якія дазваляюць зразумець склад і асаблівасці мантыі. Так, японскімі навукоўцамі было ўстаноўлена, што ніжні пласт змяшчае вялікую колькасць крэмнію. У верхняй мантыі размяшчаюцца запасы вады. Яна паступае з зямной кары, а таксама пранікае адсюль на паверхню.

Асаблівую цікавасць уяўляе паверхню Махаровіча, прырода якой да канца не зразумелая. Сейсмалагічныя даследаванні мяркуюць, што на ўзроўні 410 км пад паверхняй адбываецца метамарфічныя змена парод (яны становяцца больш шчыльнымі), што праяўляецца ў рэзкім павелічэнні хуткасці правядзення хваль. Мяркуецца, што базальтавыя пароды ў раёне мяжы Махаровіча ператвараюцца ў эклогит. Пры гэтым адбываецца павелічэнне шчыльнасці мантыі прыкладна на 30%. Ёсць і іншая версія, згодна з якой, прычына змены хуткасці правядзення сейсмічных хваль крыецца ў змене складу парод.

Тикю Хаккэн

У 2005 годзе ў Японіі было пабудавана спецыяльна абсталяванае судна Chikyu. Яго місія - зрабіць рэкордна глыбокую свідравіну на дне Ціхага акіяна. Навукоўцы мяркуюць узяць ўзоры парод верхняй мантыі і межы Махаровіча, каб атрымаць адказы на многія пытанні, звязаныя з будовай планеты. Рэалізацыя праекта намечана на 2020 год.

Трэба адзначыць, што навукоўцы не проста так звярнулі свой позірк менавіта да акіянічных нетрах. Паводле даследаванняў, таўшчыня кары на дне мораў значна менш, чым на кантынентах. Розніца істотная: пад тоўшчай вады ў акіяне да магмы трэба пераадолець у асобных абласцях ўсяго 5 км, тады як на сушы гэтая лічба павялічваецца да 30 км.

Зараз судна ўжо працуе: атрыманы ўзоры глыбокіх вугальных пластоў. Рэалізацыя галоўнай мэты праекта дасць магчымасць зразумець, як уладкованая мантыя Зямлі, якія рэчывы і элементы складаюць яе пераходную зону, а таксама высветліць ніжні мяжа распаўсюджвання жыцця на планеце.

Наша ўяўленне аб будынку Зямлі пакуль далёка не поўнае. Прычына таму - складанасць пранікнення ў нетры. Аднак тэхнічны прагрэс не стаіць на месцы. Дасягненні навукі дазваляюць выказаць здагадку, што ў недалёкай будучыні мы будзем ведаць пра характарыстыкі мантыі значна больш.