Главная > Земля и экология > Мантия земли

Мантия земли

О том, как «устроены» и из чего «сделаны» внутренние области земного «шара», мы знаем не так уж много: самая глубокая в мире скважина (а её пробурили советские геологи на Кольском полуострове) едва превышает 12 км. Это всего 0,2% радиуса Земли! Образно говоря, мы прокололи булавкой на глобусе лишь самый верхний слой его краски...
И всё же мы знаем не так уж и мало. К счастью, недра планеты можно изучать не только при помощи бурения, а, как мы уже знаем, сейсмическими методами. Исследователи научились заглядывать глубоко в недра Земли, по косвенным признакам судя о том, что видеть непосредственно пока нам не дано. Так что же лежит непосредственно под земной корой, по которой мы ходим?
Представления о внутреннем строении планеты раньше были довольно примитивными. Древние греки одними из первых задались вопросом: а что же у нас под ногами на больших глубинах?

В их родном Средиземноморье нередко случались землетрясения. Почему они происходили? В то, что тут виновны три мифических слона или три черепахи, на которых якобы держится мир, уже тогда верил далеко не всякий. Например, Аристотель считал, что земля трясётся, потому что в её недрах... дуют мощные ветры. Наивно, конечно, но всё-таки уже не «слоны» и «черепахи».
Древние римляне многие представления о Земле позаимствовали от учёных греков. Но, живя неподалёку от знаменитых вулканов — Везувия и Этны, они долгое время склонны были возлагать «вину» за подземные толчки на укрывшегося в недрах бога — кузнеца по имени Вулкан. Когда он на своей наковальне куёт оружие или подковы, всё кругом сотрясается...

Конечно, сегодня подобные представления живут только в сказках. Весь долгий путь познания, приведший к современным представлениям о внутреннем строении нашей планеты, здесь не стоит описывать. Скажем только, что под корой укрылась от нашего взгляда так называемая мантия Земли, залегающая на глубинах от 30—50 до 2900 км. Хотя пощупать руками мантию нам не дано, о её свойствах можно судить по красноречивым «рассказам» всё тех же сейсмических волн, которые проникают в мантию, там многократно преломляются, отражаются от различных слоев, а потом передают свои «впечатления» приборам, установленным на сейсмических станциях.

Из чего же состоит мантия? Главным образом из перидотита. Такая порода содержит в себе 80% оливина — (Mg, Fe)₂[SiO₄] и 20% пироксена — (Mg, Fe) ₂[Si₂O₆]. Это зеленоватые минералы, силикаты магния и железа. Тот, кто читал знаменитый фантастический роман Алексея Николаевича Толстого «Гиперболоид инженера Гарина», помнит, как его герой добывал несметное количество золота из «оливинового пояса» Земли. По нынешним понятиям, этот «пояс» примерно соответствует мантии планеты. Сегодняшняя наука далеко ушла от представлений писателя — золота там, по всей вероятности, раздобыть не удастся, но железом и магнием перидотит очень богат.

Высокие температуры в мантии заставляют расплавляться глубинные породы, превращая их в магму, которая по трещинам прорывается наверх в виде лавы. Здесь уже с ней могут ознакомиться геологи.
Мантия занимает до 82% объёма нашей планеты. В последнее время специалисты начали подразделять её на верхнюю и нижнюю мантии. Первая из них залегает от поверхности Мохо до глубины 1 тыс. км.
Не так давно на глубине 150 км под материками и 15—150 км под океанами, т.е. в верхних слоях мантии, обнаружили слой, где продольные и поперечные сейсмические волны движутся сравнительно медленно. Его назвали астеносферой (от греч. «астенос» — «слабый»). Здесь породы находятся частично в расплавленном состоянии. Доля такого расплава небольшая (всего 1—3%), но играет он очень важную роль. Хотя астеносфера и не жидкость, у неё хватает пластичности, чтобы очень медленно течь. Для неё также характерна меньшая вязкость, так что астеносфера служит «смазкой», по которой перемещаются жёсткие литосферные плиты, образующие верхнюю твёрдую оболочку Земли — литосферу (от греч. «литое» — «камень»). Литосфера включает в себя всю земную кору и самые верхние слои мантии. Но подробнее об этих плитах, о том, как и почему они «плавают», будет рассказано в статье «Глобальная тектоника лито-сферных плит. Плавающие континенты».

Породы в мантии отличаются большой плотностью, а скорость распространения сейсмических волн заметно увеличивается. Оказалось, что одним только простым сжатием вещества под давлением такие резкие перемены не объяснить. Тут, видимо, «виноваты» химические превращения и фазовый переход. Что это такое, лучше всего объяснить на примере.
Возьмём, скажем, углерод. До тех пор пока его плотность составляет «всего» 2 т/м3, он представляет собой простой графит вроде того, из которого делают карандаши. Если же углерод «уплотнить» до 3,5 т/м3, он претерпевает фазовый переход, «облагораживается» и становится... алмазом.

Подобные преобразования, очевидно, и происходят на глубине около 400 км с оливином, структура которого изменяется, и он превращается в нечто подобное шпинели — (Mg, Fe)Al₂O₄. Это бесцветный, иногда пурпурный, зеленоватый или жёлтый, а то и чёрный, очень твёрдый минерал, отличающийся большой плотностью. На этих глубинах сейсмическая волна может разогнаться и достичь больших скоростей.
Ещё глубже, на глубине 650 км, и этот минерал не выдерживает могучего давления и высокой температуры. Он приобретает ещё более плотную внутреннюю структуру, подобную структуре ильменита и перовскита. Эти минералы (FeTiO₃ и СаTiO₃) образуют руду, из которой получают ценный металл титан. А когда мы на нашем воображаемом «лифте» спустимся на глубину 1 тыс. км, на смену ильмениту придут ещё более плотные вещества — оксиды (соединения металлов с кислородом).

Но вот мы оказались в самом «подвале» нижней мантии — на расстоянии 1 тыс. км от ядра Земли. Плотность здесь по мере продвижения вглубь увеличивается постепенно, без скачков, достигая на границе с ядром 5,5 т/м3. Из чего состоит нижняя мантия — пока остаётся загадкой для учёных.

Постоянная ссылка на страницу: http://pochemy.net/?n=996