Химическият състав на мантията и ядрото на земята. Съотношение на понятията "земна кора", "литосфера", "тектоносфера" Състав на мантията и ядрото на земята

Мантията съдържа по-голямата част от материята на Земята. Мантията се среща и на други планети. Земната мантия е в диапазона от 30 до 2900 km.

В неговите граници по сеизмични данни се разграничават: горният мантиен слой INдо 400 км дълбочина и СЪСдо 800-1000 км (някои изследователи слой СЪСнаречена средна мантия); долен мантиен слой D предидълбочина 2700 с преходен слой D1от 2700 до 2900 км.

Границата между земната кора и мантията е границата на Мохоровичич или накратко Мохо. На него има рязко увеличение на сеизмичните скорости - от 7 до 8-8,2 km / s. Тази граница се намира на дълбочина от 7 (под океаните) до 70 километра (под гънките). Мантията на Земята е разделена на горна мантия и долна мантия. Границата между тези геосфери е слоят Голицин, разположен на дълбочина около 670 km.

Устройството на Земята според различни изследователи

Разликата в състава на земната кора и мантията е следствие от техния произход: първоначално хомогенната Земя в резултат на частично топене се е разделила на топима и лека част - кора и плътна и огнеупорна мантия.

Източници на информация за мантията

Мантията на Земята е недостъпна за пряко изследване: тя не достига земната повърхност и не е достигната чрез дълбоки сондажи. Следователно по-голямата част от информацията за мантията е получена чрез геохимични и геофизични методи. Данните за неговата геоложка структура са много ограничени.

Мантията се изследва по следните данни:

геофизични данни. На първо място, данни за скоростите на сеизмичните вълни, електрическата проводимост и гравитацията.
Мантийни стопи - базалти, коматиити, кимберлити, лампроити, карбонатити и някои други магмени скали се образуват в резултат на частичното топене на мантията. Съставът на стопилката е следствие от състава на разтопените скали, вътрешния процес на топене и физикохимичните параметри на процеса на топене. Като цяло възстановяването на източника от стопилката е трудна задача.
Фрагменти от мантийни скали, изнесени на повърхността от мантийни стопилки - кимберлити, алкални базалти и др. Това са ксенолити, ксенокристи и диаманти. Особено място сред източниците на информация за мантията заемат диамантите. Именно в диамантите се намират най-дълбоките минерали, които може дори да идват от долната мантия. В този случай тези диаманти представляват най-дълбоките фрагменти от земята, достъпни за директно изследване.
Скалите на мантията в състава на земната кора. Такива комплекси са най-съвместими с мантията, но също така се различават от нея. Най-важната разлика е в самия факт на тяхното присъствие в състава на земната кора, което предполага, че те са се образували в резултат на не съвсем обикновени процеси и може би не отразяват типичната мантия. Те се срещат в следните геодинамични условия:

Хипербазитите от алпийски тип са части от мантията, вградени в земната кора в резултат на планинско строителство. Най-разпространен в Алпите, откъдето идва и името.
Офиолитни хипербазити - передотити в състава на офиолитни комплекси - части от древната океанска кора.
Абисалните перидотити са издатини на мантийни скали на дъното на океани или разриви.

Тези комплекси имат предимството, че в тях могат да се наблюдават геоложки връзки между различни скали.

Наскоро беше обявено, че японски изследователи планират да се опитат да пробият океанската кора до мантията. За това е построен корабът Chikyu. Началото на сондажите е планирано за 2007 г.

Основният недостатък на информацията, получена от тези фрагменти, е невъзможността да се установят геоложки връзки между различни видове скали. Това са части от пъзел. Както казва класикът, „определянето на състава на мантията от ксенолитите напомня на опитите да се определи геоложката структура на планините от камъчетата, които реката е изнесла от тях.“

Състав на мантията

Мантията е изградена главно от ултрабазични скали: перидотити (лерцолити, харцбургити, верлити, пироксенити), дунити и в по-малка степен основни скали - еклогити.

Също така сред скалите на мантията са идентифицирани редки разновидности на скали, които не се срещат в земната кора. Това са различни флогопитови перидотити, гроспидити и карбонатити.

Съдържанието на основните елементи в мантията на Земята в масови проценти

елемент	Концентрация	Оксид	Концентрация
	44.8
	21.5	SiO2	46
	22.8	MgO	37.8
	5.8	FeO	7.5
	2.2	Al2O3	4.2
	2.3	CaO	3.2
	0.3	Na2O	0.4
	0.03	K2O	0.04
Сума	99.7	Сума	99.1

Структурата на мантията

Процесите, протичащи в мантията, оказват най-пряко въздействие върху земната кора и повърхността на земята, са причина за движението на континентите, вулканизма, земетресенията, изграждането на планини и образуването на рудни находища. Има все повече доказателства, че самата мантия е активно повлияна от металното ядро на планетата.

Конвекция и струи

Библиография

Pushcharovsky D.Yu., Pushcharovsky Yu.M.Състав и структура на мантията на Земята // Soros Educational Journal, 1998, No 11, p. 111–119.
Ковтун А.А.Електрическа проводимост на Земята // Soros Educational Journal, 1997, No 10, p. 111–117

Източник: Короновски Н.В., Якушова А.Ф. "Основи на геологията", М., 1991 г

Връзки

Изображения на земната кора и горната мантия // Международна геоложка корелационна програма (IGCP), проект 474

атмосфера
Биосфера

Планетата, на която живеем, е третата от Слънцето, с естествен спътник - Луната.

Нашата планета се характеризира със слоеста структура. Състои се от твърда силикатна обвивка - земна кора, мантия и метално ядро, твърдо отвътре, течно отвън.

Граничната зона (повърхността на Мохо) разделя земната кора от мантията. Получава името си в чест на югославския сеизмолог А. Мохоровичич, който, изучавайки балканските земетресения, установява наличието на това отличие. Тази зона се нарича долната граница на кората на земното кълбо.

Следващият слой е мантията на Земята

Нека го опознаем. Мантията на Земята е фрагмент, който се намира под кората и почти достига до ядрото. С други думи, това е воал, който покрива "сърцето" на Земята. Това е основният компонент на земното кълбо.

Състои се от скали, чиято структура включва силикати на желязо, калций, магнезий и др. Като цяло учените смятат, че вътрешното му съдържание е подобно по състав на каменните метеорити (хондрити). В по-голяма степен земната мантия включва химични елементи, които са в твърда форма или в твърди химични съединения: желязо, кислород, магнезий, силиций, калций, оксиди, калий, натрий и др.

Никога не е виждано от човешко око, но според учените е необходимо повечетообем на Земята, около 83%, нейната маса - почти 70% от земното кълбо.

Освен това има предположение, че към ядрото на земята налягането се увеличава и температурата достига своя максимум.

В резултат на това температурата на мантията на Земята се измерва в повече от хиляда градуса. При такива обстоятелства изглежда, че веществото на мантията трябва да се стопи или да се превърне в газообразно състояние, но този процес се спира от силен натиск.

Следователно мантията на Земята е в кристално-твърдо състояние. Въпреки че е горещо.

Каква е структурата на мантията на Земята?

Геосферата може да се характеризира с наличието на три слоя. Това е горната мантия на Земята, следвана от астеносферата, а серията се затваря от долната мантия.

Мантията се състои от горна и долна мантия, като първата се простира на ширина от 800 до 900 км, втората има ширина 2 хиляди километра. Общата дебелина на мантията на Земята (и двата слоя) е приблизително три хиляди километра.

Външният фрагмент се намира под земната кора и навлиза в литосферата;

Според хипотезата на учените горната мантия е образувана от здрави скали, следователно е твърда. Но на участък от 50 до 250 километра от повърхността на земната кора има ненапълно разтопен слой - астеносферата. Материалът в тази част на мантията прилича на аморфно или полуразтопено състояние.

Този слой има мека пластилинова структура, по която се движат твърдите слоеве отгоре. Във връзка с тази особеност тази част от мантията има способността да тече много бавно, с няколко десетки милиметра на година. Въпреки това, това е много осезаем процес на фона на движението на земната кора.

Процесите, протичащи вътре в мантията, оказват влияние и пряко въздействие върху кората на земното кълбо, в резултат на което се случва движението на континентите, планиностроителството и човечеството е изправено пред такива природен феноменкато вулканизъм, земетресения.

Литосфера

Горната част на мантията, разположена върху горещата астеносфера, в тандем със земната кора на нашата планета образува силно тяло - литосферата. Преведено от Гръцки- камък. Тя не е твърда, а се състои от литосферни плочи.

Техният брой е тринадесет, но не остава постоянен. Те се движат много бавно, до шест сантиметра годишно.

Техните комбинирани многопосочни движения, които са придружени от разломи с образуване на бразди в земната кора, се наричат тектонски.

Този процес се активира от постоянната миграция на съставките на мантията.

Поради това възникват гореспоменатите трусове, има вулкани, дълбоководни падини, хребети.

Магматизъм

Това действие може да се опише като труден процес. Изстрелването му се дължи на движенията на магмата, която има отделни камери, разположени в различни слоеве на астеносферата.

Благодарение на този процес можем да наблюдаваме изригването на магма на повърхността на Земята. Това са добре познати вулкани.

ВЪПРОС №5

Мантия и ядро на Земята. Структура, мощност, физическо състояние и състав. Съотношение на понятията "земна кора", "литосфера", "тектоносфера".

Мантия:

Под земната кора се намира следващият слой, т.нар мантия.Той заобикаля ядрото на планетата и е с дебелина почти три хиляди километра. Структурата на мантията на Земята е много сложна и затова изисква подробно проучване.

Името на тази черупка (геосфера) идва от гръцката дума за наметало или воал. Всъщност, мантиякато воал обгръща ядрото. Той представлява около 2/3 от масата на Земята и приблизително 83% от нейния обем.

Температурата на корпуса не надвишава 2500 градуса по Целзий. Състои се от мантияот твърди кристални вещества (тежки минерали, богати на желязо и магнезий). Единственото изключение е астеносфера,който е в полуразтопено състояние.

Структурата на земната мантия:

Геосферата се състои от следните части:

горна мантия с дебелина 800-900 km;

· астеносфера;

Долната мантия е с дебелина около 2000 км.

Горна мантия:

Част от черупката, която се намира под земната кора и навлиза в литосферата. От своя страна той се разделя на астеносферата и слоя Голицин, който се характеризира с интензивно нарастване на скоростите на сеизмичните вълни. Този твърд компонент на мантията, заедно със земната кора, образува един вид твърда обвивка на Земята, наречена литосфера .

Тази част от мантията на Земята влияе върху процеси като тектонични движения на плочите, метаморфизъм и магматизъм. Заслужава да се отбележи, че структурата му се различава в зависимост от това под кой тектоничен обект се намира.

Астеносфера:

Името на средния слой на черупката се превежда от гръцки като "слаба топка". Геосферата, която се приписва на горната част на мантията и понякога се отделя като отделен слой, се характеризира с намалена твърдост, якост и вискозитет.

Горната граница на астеносферата винаги е под крайната линия на земната кора: под континентите - на дълбочина 100 km, под морското дъно - 50 km.

Долната му линия се намира на дълбочина 250-300 км.

Астеносфера е основният източник на магма на планетата, а движението на аморфна и пластична материя се смята за причина за тектоничните движения в хоризонтална и вертикална равнина, магматизма и метаморфизма на земната кора.

Долна мантия:

Учените знаят малко за долната част на мантията. Смята се, че на границата с ядрото има специален слой D, наподобяващ астеносферата. Характеризира се с висока температура (поради близостта на нажеженото ядро) и нехомогенност на материята. Съставът на масата включва желязо и никел.

Под най-долния слой на мантията, на дълбочина около 2900 km, има друга гранична област, в която сеизмичните вълни драматично променят характера на своето разпространение. Тук изобщо не се разпространяват напречни сеизмични вълни, което показва промяна в качествения състав на веществото, което образува граничния слой.

Тук е границата между мантията и ядрото на Земята.

Състав на мантията:

Създава се геосферата оливин и ултраосновни скали (перидотити, перовскити, дунити), но присъстват и основни скали (еклогити). Установено е, че черупката съдържа редки разновидности, които не се срещат в земната кора (гроспидити, флогопитови перидотити, карбонатити).

Ако говорим за химичен състав , тогава мантията съдържа в различни концентрации: кислород, магнезий, силиций, желязо, алуминий, калций, натрий и калий, както и техните оксиди.

мощност:

Дебелината на земната мантия е: 2800 км.

Ядро:

Съществуването на ядрото на нашата планета е открито още през 1936 г., досега малко се знае за неговия състав и структура.

Дълбочина - 2900 км. Средният радиус на сферата е 3500 км.

Температурата на повърхността на твърдото ядро на Земята вероятно достига 5960 ± 500 ° C, в центъра на ядрото плътността може да бъде около 12,5 t / m³, налягането е до 3,7 милиона atm. Масата на сърцевината е 1,932 1024 кг.

Напълно възможно е веществата, изграждащи централните области на ядрото, да не преминават в течно състояние и да кристализират дори при колосални температури. Смята се, че основната част от земното ядро е представена от желязо или желязо-никелови сплави, чието количество в общата маса на ядрото може да достигне една трета.

Структурата на земното ядро:

Според съвременните представи за структурата на земното ядро се разграничават неговите външни и вътрешни компоненти.

външно ядро

вътрешно ядро

Външно ядро:

Първият слой на ядрото, който е в пряк контакт с мантията, е външно ядро.Горната му граница е на дълбочина 2,3 хиляди километра под морското равнище, а долната е на дълбочина 2900 километра.

външно ядрое течен, съдържа голямо количество желязо и е в непрекъснато движение.

външно ядрозатопля мантията - и на някои места толкова много, че възходящите магмени потоци дори достигат повърхността, причинявайки вулканични изригвания.

Съществуването на магнитно полеоколо Земята. Около проводник с ток се образува магнитно поле и тъй като съдържащият желязо течен слой на сърцевината е проводник и непрекъснато се движи, възникването на мощни електрически потоци в него е напълно разбираемо.

Този ток формира магнитното поле на нашата планета.

мощност:

Мощността на външното ядро на Земята е: 2220 км.

На дълбочина малко над 5000 км се простира границата между течното (външно) и твърдото (вътрешно) ядро.

Вътрешно ядро:

Вътре в течната обвивка е вътрешно ядро. Това е твърдото ядро на Земята, чийто диаметър е 1220 километра.

Тази част от ядрото е много плътна - средната концентрация на веществото достига 12,8–13 g / cm3, което е два пъти повече от плътността на желязото, и гореща - нажежаването достига известните 5–6 хиляди градуса по Целзий.

Според съществуващата хипотеза твърдата фаза на материята в него се поддържа благодарение на колосални температури и налягане. Освен желязо ядрото може да съдържа и по-леки елементи - силиций, сяра, кислород, водород и др.

Сред учените съществува хипотеза, че под въздействието на огромен натиск тези вещества, които по природа не са метали, са способни да се метализират. Напълно възможно е дори метализиран водород да присъства в твърдото ядро на нашата планета.

мощност:

Мощността на вътрешното ядро на Земята е: 1250 км.

Съотношение на понятията "земна кора", "литосфера", "тектоносфера".

земната кора	Литосфера	тектоносфера
Външната твърда обвивка на нашата планета.	Горната каменна обвивка на Земята, включваща земната кора и супрастеносферната мантия.	Геосферата на Земята, която включва литосферата и слой с нисък вискозитет, астеносферата.
континентална кора има дебелина 35-45 km, в планинските райони до 80 km. Континенталната кора е разделена на слоеве: Седиментен слой; · Гранитогресен слой; · Базалтов слой. океанска кора има дебелина 5-10 км. Океанската кора се разделя на 3 слоя: · Слой от морски седименти; Средният слой или "втори"; · Най-долният слой или „океански“. Съществува и преходен тип земна кора.	В структурата на литосферата се разграничават подвижни области (нагънати пояси) и относително стабилни платформи. Горната част на литосферата граничи с атмосферата и хидросферата. Долната граница на литосферата се намира над астеносферата - слой с намалена твърдост, якост и вискозитет в горната мантия на Земята.	В геоложки смисъл, според материалния състав, тектоносферата може да бъде проследена до дълбочина от 400 km, но във физически, реологичен смисъл тя се разделя на литосфера и астеносфера, а литосферата включва, в допълнение към кората, част от горната мантия.

Има специален състав, различен от състава на покриващата го земна кора. Данните за химичния състав на мантията са получени въз основа на анализи на най-дълбоките магмени скали, навлезли в горните хоризонти на Земята в резултат на мощни тектонични издигания с отстраняването на мантийния материал. Тези скали включват ултраосновни скали - дунити, перидотити, срещащи се в планинските системи. Скалиостровите Свети Павел в средната част на Атлантическия океан според всички геоложки данни принадлежат към мантийния материал. Материалът на мантията включва и скални фрагменти, събрани от съветските океанографски експедиции от дъното на Индийския океан в района на Индийския хребет. Що се отнася до минералогичния състав на мантията, тук могат да се очакват значителни промени, като се започне от горните хоризонти и се стигне до основата на мантията, поради повишаване на налягането. Горната мантия е съставена главно от силикати (оливини, пироксени, гранати), които са стабилни и при относително ниско налягане. Долната мантия е съставена от минерали с висока плътност.

Най-често срещаният компонент на мантията е силициевият оксид в състава на силикатите. Но при високо налягане силициевият диоксид може да премине в по-плътна полиморфна модификация - стишовит. Този минерал е получен от съветския изследовател Стишов и е кръстен на него. Ако обикновеният кварц има плътност 2,533 r/cm 3 , то стишовитът, образуван от кварц при налягане 150 000 bar, има плътност 4,25 g/cm 3 .

В допълнение, по-плътни минерални модификации на други съединения също са вероятни в долната мантия. Въз основа на гореизложеното може разумно да се предположи, че с увеличаване на налягането обичайните желязо-магнезиеви силикати на оливините и пироксените се разлагат на оксиди, които индивидуално имат по-висока плътност от силикатите, които са стабилни в горната мантия.

Горната мантия се състои главно от желязо-магнезиеви силикати (оливин, пироксен). Някои алумосиликати могат да се трансформират тук в по-плътни минерали като гранати. Под континентите и океаните горната мантия има различни свойства и вероятно различен състав. Може само да се предположи, че в областта на континентите мантията е по-диференцирана и има по-малко SiO 2 поради концентрацията на този компонент в алуминосиликатната кора. Под океаните мантията е по-малко диференцирана. В горната мантия могат да възникнат по-плътни полиморфни модификации на оливин със структура на шпинел и др.

Преходният слой на мантията се характеризира с постоянно нарастване на скоростите на сеизмичните вълни с дълбочина, което показва появата на по-плътни полиморфни модификации на материята. Тук, очевидно, FeO, MgO, GaO, SiO 2 оксиди се появяват под формата на вюстит, периклаз, вар и стишовит. Техният брой нараства с дълбочина, докато количеството на обикновените силикати намалява и под 1000 km те съставляват незначителна част.

Долната мантия в дълбочината от 1000-2900 km почти изцяло се състои от плътни разновидности на минерали - оксиди, както се вижда от високата й плътност в диапазона 4,08-5,7 g/cm 3 . Под въздействието на повишено налягане, плътните оксиди се компресират, което допълнително увеличава тяхната плътност. Съдържанието на желязо също вероятно се увеличава в долната мантия.

земното ядро. Въпросът за състава и физическа природаЯдрото на нашата планета е един от най-вълнуващите и мистериозни проблеми на геофизиката и геохимията. Едва наскоро имаше малко просветление в решаването на този проблем.

Обширното централно ядро на Земята, което заема вътрешния регион, по-дълбок от 2900 km, се състои от голямо външно ядро и малко вътрешно. Според сеизмичните данни външното ядро има свойствата на течност. Не пропуска напречни сеизмични вълни. Липсата на кохезионни сили между ядрото и долната мантия, естеството на приливите и отливите в мантията и кората, характеристиките на движението на оста на въртене на Земята в космоса, естеството на преминаването на сеизмични вълни по-дълбоки от 2900 km показват че външното ядро на Земята е течно.

Някои автори приемат, че съставът на ядрото за химически хомогенен модел на Земята е силикатен и под въздействието на високо налягане силикатите преминават в „метализирано“ състояние, придобивайки атомна структура, в която външните електрони са общи. Изброените по-горе геофизични данни обаче противоречат на предположението за „метализирано“ състояние на силикатния материал в ядрото на Земята. По-специално, липсата на кохезия между ядрото и мантията не може да бъде съвместимо с "метализирано" твърдо ядро, което се приема в хипотезата на Лодочников-Рамзи. Много важни косвени данни за ядрото на Земята са получени по време на експерименти със силикати под високо налягане. В този случай налягането достигна 5 милиона атм. Междувременно в центъра на Земята налягането е 3 милиона атм., а на границата на ядрото - приблизително 1 милион атм. По този начин, експериментално, беше възможно да се блокира натискът, който съществува в самите дълбини на Земята. В този случай за силикатите се наблюдава само линейна компресия без скок и преход към „метализирано“ състояние. Освен това при високи налягания и на дълбочини от 2900-6370 km силикатите не могат да бъдат в течно състояние, като оксидите. Тяхната точка на топене се повишава с увеличаване на налягането.

Отзад последните годиниБяха получени много интересни резултати от изследвания за ефекта на много високо налягане върху точката на топене на металите. Оказа се, че редица метали при високо налягане (300 000 атм. и повече) преминават в течно състояние при относително ниски температури. Според някои изчисления сплав от желязо с примес на никел и силиций (76% Fe, 10% Ni, 14% Si) на дълбочина 2900 km под въздействието на високо налягане трябва да бъде в течно състояние вече при температура от 1000 ° C. Но температурата на тези дълбочини, според най-консервативните оценки на геофизиците, тя трябва да бъде много по-висока.

Следователно, в светлината на съвременните данни от геофизиката и физиката на високото налягане, както и данните от космохимията, показващи водещата роля на желязото като най-разпространения метал в космоса, трябва да се приеме, че ядрото на Земята е съставено главно от течно желязо с примес на никел. Въпреки това изчисленията на американския геофизик Ф. Бърч показаха, че плътността на земното ядро е с 10% по-ниска от тази на желязо-никелова сплав при температури и налягания, преобладаващи в ядрото. От това следва, че металното ядро на Земята трябва да съдържа значително количество (10-20%) някакъв вид бял дроб. От всички най-леки и най-разпространени елементи силицият (Si) и сярата (S) са най-вероятните | Наличието на едно или друго може да обясни наблюдаваните физически свойства на земното ядро. Следователно въпросът какво е примес на земното ядро - силиций или сяра, се оказва спорен и е свързан с начина, по който на практика се формира нашата планета.

A. Ridgwood през 1958 г. приема, че земното ядро съдържа силиций като лек елемент, аргументирайки това предположение с факта, че елементарен силиций в количество от няколко тегловни процента се намира в металната фаза на някои редуцирани хондритни метеорити (енстатит). Други аргументи в полза на наличието на силиций в земното ядро обаче няма.

Предположението, че има сяра в ядрото на Земята, следва от сравнение на нейното разпределение в хондритния материал на метеоритите и земната мантия. По този начин сравнението на елементарните атомни съотношения на някои летливи елементи в смес от кора и мантия и в хондрити показва рязка липса на сяра. В материала на мантията и кората концентрацията на сяра е с три порядъка по-ниска, отколкото в средния материал. слънчева система, за които се вземат хондрити.

Възможността за загуба на сяра при високите температури на примитивната Земя е елиминирана, тъй като други по-летливи елементи от сярата (например H2 под формата на H2O), за които е установено, че са с много по-малък дефицит, биха били загубени в много по-голяма степен. степен. Освен това, когато слънчевият газ се охлади, сярата се свързва химически с желязото и престава да бъде летлив елемент.

В тази връзка е напълно възможно големи количества сяра да попаднат в земното ядро. Трябва да се отбележи, че при равни други условия точката на топене на системата Fe-FeS е много по-ниска от точката на топене на желязо или мантиен силикат. Така че, при налягане от 60 kbar, температурата на топене на системата (евтектика) Fe-FeS ще бъде 990 ° C, докато чистото желязо - 1610 °, а мантийният пиролит - 1310. Следователно, с повишаване на температурата в червата на първоначално хомогенната Земя, желязна стопилка, обогатена със сяра, ще се образува първо и поради ниския си вискозитет и висока плътност лесно ще се оттича в централните части на планетата, образувайки желязо-серно ядро. По този начин наличието на сяра в средата на никел-желязо действа като поток, като понижава точката на топене като цяло. Хипотезата за наличието на значителни количества сяра в земното ядро е много привлекателна и не противоречи на всички известни данни на геохимията и космохимията.

По този начин съвременните представи за природата на вътрешността на нашата планета съответстват на химически диференциран глобус, който се оказа разделен на две различни части: мощна твърда силикатно-оксидна мантия и течно, предимно метално ядро. Земната кора е най-леката горна твърда обвивка, състояща се от алумосиликати и имаща най-сложната структура.

Обобщавайки горното, можем да направим следните изводи.

Земята има слоесто-зонална структура. Състои се от две трети от твърда силикатно-оксидна обвивка - мантия и една трета от метално течно ядро.
Основните свойства на Земята показват, че ядрото е в течно състояние и само желязото от най-често срещаните метали с примес на някои леки елементи (най-вероятно сяра) е в състояние да осигури тези свойства.
В горните си хоризонти Земята има асиметрична структура, обхващаща кората и горната част на мантията. Океанското полукълбо в горната мантия е по-малко диференцирано от противоположното континентално полукълбо.

Задачата на всяка космогонична теория за произхода на Земята е да обясни тези нейни основни характеристики вътрешна природаи състав.

Мантията на Земята -това е силикатна обвивка на Земята, съставена главно от перидотити - скали, състоящи се от силикати на магнезий, желязо, калций и др. Частичното топене на скалите на мантията води до базалт и подобни стопилки, които образуват земната кора, когато се издигат на повърхността .

Мантията съставлява 67% от общата маса на Земята и около 83% от общия обем на Земята. Простира се от дълбочини 5-70 километра под границата със земната кора до границата с ядрото на дълбочина 2900 km. Мантията се намира в огромен диапазон от дълбочини и с увеличаване на налягането в веществото възникват фазови преходи, при които минералите придобиват все по-плътна структура. Най-значимата трансформация се случва на дълбочина 660 километра. Термодинамиката на този фазов преход е такава, че материята на мантията под тази граница не може да проникне през нея и обратно. Над границата от 660 километра е горната мантия, а отдолу, съответно, долната. Тези две части на мантията имат различен състав и физически свойства. Въпреки че информацията за състава на долната мантия е ограничена и броят на преките данни е много малък, може с увереност да се твърди, че нейният състав се е променил много по-малко от образуването на Земята, отколкото горната мантия, която е довела до земната кора.

Преносът на топлина в мантията става чрез бавна конвекция, чрез пластична деформация на минералите. Скоростите на движение на материята по време на мантийната конвекция са от порядъка на няколко сантиметра на година. Тази конвекция задвижва литосферните плочи. Конвекцията в горната мантия се случва отделно. Има модели, които предполагат още по-сложна структура на конвекция.

Сеизмичен модел на структурата на земята

Съставът и структурата на дълбоките черупки на Земята през последните десетилетия продължават да бъдат един от най-интригуващите проблеми на съвременната геология. Броят на преките данни по въпроса за дълбоките зони е много ограничен. В това отношение специално място заема минерален агрегат от кимберлитовата тръба на Лесото (Южна Африка), който се счита за представител на мантийните скали, намиращи се на дълбочина ~250 km. Ядрото, извлечено от най-дълбокия кладенец в света, пробит на полуостров Кола и достигащ 12 262 m, значително разшири научното разбиране за дълбоките хоризонти на земната кора - тънък близък до повърхността филм на земното кълбо. В същото време най-новите данни от геофизиката и експериментите, свързани с изучаването на структурните трансформации на минералите, вече позволяват да се моделират много характеристики на структурата, състава и процесите, протичащи в дълбините на Земята, познаването на които допринася за решаването на такива ключови проблеми на съвременната естествена наука като формирането и еволюцията на планетата, динамиката на земната кора и мантията, източници минерални ресурси, оценка на риска от погребване на опасни отпадъци на големи дълбочини, енергийни ресурси на Земята и др.

Широко известният модел на вътрешната структура на Земята (разделянето й на ядро, мантия и земна кора) е разработен от сеизмолозите Г. Джефрис и Б. Гутенберг през първата половина на 20 век. Решаващ фактор за това беше откриването на рязко намаляване на скоростта на преминаване на сеизмичните вълни вътре в земното кълбо на дълбочина 2900 km с радиус на планетата 6371 km. Скоростта на разпространение на надлъжните сеизмични вълни непосредствено над посочената граница е 13,6 km/s, а под нея - 8,1 km/s. Това е границата между мантията и ядрото.

Съответно радиусът на ядрото е 3471 km. Горната граница на мантията е сеизмичният участък на Мохоровичич (Moho, M), идентифициран от югославския сеизмолог А. Мохоровичич (1857-1936) през 1909 г. Той разделя земната кора от мантията. На тази граница скоростите на надлъжните вълни, преминали през земната кора, рязко нарастват от 6,7-7,6 до 7,9-8,2 km/s, но това се случва на различни нива на дълбочина. Под континентите дълбочината на участъка M (т.е. подметките на земната кора) е няколко десетки километра, а под някои планински структури (Памир, Андите) може да достигне 60 km, докато под океанските басейни, включително водния стълб, дълбочината е само 10-12 км. Като цяло земната кора в тази схема изглежда като тънка обвивка, докато мантията се простира в дълбочина до 45% от радиуса на земята.

Но в средата на 20-ти век в науката навлязоха идеи за по-дробна дълбока структура на Земята. Въз основа на нови сеизмологични данни беше възможно ядрото да се раздели на вътрешно и външно, а мантията на долна и горна. Този популярен модел се използва и днес. Началото му е поставено от австралийския сеизмолог К.Е. Булън, който в началото на 40-те години предлага схема за разделяне на Земята на зони, които той обозначава с букви: А - земната кора, Б - зона в дълбочинния интервал от 33-413 km, C - зона от 413- 984 km, D - зона от 984-2898 km, D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (център на Земята). Тези зони се различават по сеизмични характеристики. По-късно той разделя зона D на зони D "(984-2700 км) и D" (2700-2900 км). Понастоящем тази схема е значително модифицирана и само D "слоят се използва широко в литературата. Основната му характеристика е намаляване на градиентите на сеизмичната скорост в сравнение с надлежащата област на мантията.

Вътрешното ядро с радиус 1225 km е твърдо и има висока плътност - 12,5 g/cm 3 . Външното ядро е течно, плътността му е 10 g/cm 3 . На границата между ядрото и мантията има рязък скок не само в скоростта на надлъжните вълни, но и в плътността. В мантията тя намалява до 5,5 g/cm 3 . Слой D", който е в пряк контакт с външното ядро, е засегнат от него, тъй като температурите в ядрото значително надвишават температурите на мантията. На някои места този слой генерира огромни топлинни и масови потоци, насочени към повърхността на Земята през мантията топлинни и масови потоци, наречени струи.Те могат да се проявят на планетата под формата на големи вулканични региони, като например на Хавайските острови, Исландия и други региони.

Горната граница на слоя D" е неопределена; нейното ниво от повърхността на ядрото може да варира от 200 до 500 km или повече. По този начин можем да заключим, че този слой отразява неравномерен и различен по интензитет приток на енергия от ядрото в мантията регион.

Границата на долната и горната мантия в разглежданата схема е сеизмичният участък, лежащ на дълбочина 670 км. Има глобално разпространение и се обосновава от скока на сеизмичните скорости към тяхното нарастване, както и от увеличаването на плътността на материята на долната мантия. Този участък е и границата на промените в минералния състав на скалите в мантията.

Така долната мантия, затворена между дълбочините от 670 до 2900 км, се простира по радиуса на Земята за 2230 км. Горната мантия има добре фиксиран вътрешен сеизмичен разрез, преминаващ на дълбочина 410 km. При преминаване на тази граница отгоре надолу сеизмичните скорости рязко нарастват. Тук, както и на долната граница на горната мантия, се извършват значителни минерални трансформации.

Горната част на горната мантия и земната кора са слети заедно като литосфера, която е горната твърда обвивка на Земята, за разлика от водната и атмосферата. Благодарение на теорията за тектониката на литосферните плочи терминът "литосфера" стана широко разпространен. Теорията предполага движението на плочи по протежение на астеносферата - омекотен, частично, вероятно, течен дълбок слой с намален вискозитет. Сеизмологията обаче не показва астеносфера, поддържана в космоса. За много области са идентифицирани няколко астеносферни слоя, разположени по вертикалата, както и тяхната прекъснатост по хоризонтала. Тяхното редуване е особено изразено в рамките на континентите, където дълбочината на поява на астеносферните слоеве (лещи) варира от 100 km до много стотици. Под океанските абисални депресии астеносферният слой лежи на дълбочина от 70–80 km или по-малко. Съответно долната граница на литосферата всъщност е неопределена и това създава големи трудности за теорията за кинематиката на литосферните плочи, което се отбелязва от много изследователи.

Съвременни данни за сеизмичните граници

С провеждането на сеизмологичните изследвания се създават предпоставки за набелязване на нови сеизмични граници. Глобалните граници се считат за 410, 520, 670, 2900 км, където нарастването на скоростите на сеизмичните вълни е особено забележимо. Наред с тях се разграничават междинни граници: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 км. Освен това има указания на геофизиците за съществуването на граници 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 km. Н.И. Павленкова наскоро посочи граница 100 като глобална, която съответства на долното ниво на разделяне на горната мантия на блокове. Междинните граници имат различно пространствено разпределение, което показва страничната променливост на физическите свойства на мантията, от които те зависят. Глобалните граници представляват различна категория явления. Те съответстват на глобалните промени в околната среда на мантията по радиуса на Земята.

Маркираните глобални сеизмични граници се използват при изграждането на геоложки и геодинамични модели, докато междинните в този смисъл досега почти не са привличали внимание. Междувременно разликите в мащаба и интензивността на техните прояви създават емпирична основа за хипотези относно явления и процеси в дълбините на планетата.

Съставът на горната мантия

Проблемът за състава, структурата и минералните асоциации на дълбоки земни черупки или геосфери, разбира се, все още е далеч от окончателното решение, но новите експериментални резултати и идеи значително разширяват и детайлизират съответните идеи.

Според съвременните възгледи съставът на мантията е доминиран от относително малка група химически елементи: Si, Mg, Fe, Al, Ca и O. Предложените модели на състава на геосферите се основават основно на разликата в съотношенията на тези елементи (вариации Mg / (Mg + Fe) = 0,8-0,9; (Mg + Fe) / Si = 1.2Р1.9), както и разликите в съдържанието на Al и някои други по-редки елементи за дълбоките скали. В съответствие с химичния и минералогичен състав тези модели са получили наименованията си: пиролитни (основните минерали са оливин, пироксени и гранат в съотношение 4:2:1), пилогитни (основните минерали са пироксен и гранат, а пропорцията на оливин се редуцира до 40%) и еклогит, който, заедно с пироксен-гранатната асоциация, характерна за еклогитите, също съдържа някои по-редки минерали, по-специално Al-съдържащ кианит Al 2 SiO 5 (до 10 тегл. %). Въпреки това, всички тези петрологични модели се отнасят предимно до скали от горната мантия, простиращи се до дълбочини от ~670 km. По отношение на обемния състав на по-дълбоките геосфери се предполага само, че съотношението на оксиди на двувалентни елементи (MO) към силициев диоксид (MO / SiO 2) ~ 2, което е по-близо до оливин (Mg, Fe) 2 SiO 4, отколкото до пироксен (Mg, Fe) SiO 3 , а сред минералите преобладават перовскитни фази (Mg, Fe)SiO 3 с различни структурни изкривявания, магнезиовустит (Mg, Fe)O със структура от типа на NaCl и някои други фази в много по-малки количества .

Всички предложени модели са много обобщени и хипотетични. Пиролитният модел на доминираната от оливин горна мантия предполага, че нейният химически състав е много по-близък до този на цялата по-дълбока мантия. Напротив, пилогитният модел предполага съществуването на определен химичен контраст между горната и останалата част на мантията. По-специален екологичен модел позволява наличието на отделни екологични лещи и блокове в горната мантия.

Голям интерес представлява опитът за хармонизиране на структурно-минераложките и геофизичните данни, свързани с горната мантия. Предполага се от около 20 години, че увеличаването на скоростите на сеизмичните вълни на дълбочина от ~410 km е свързано главно със структурното пренареждане на оливин a-(Mg, Fe) 2 SiO 4 в wadsleyite b-(Mg, Fe) 2 SiO 4, придружен от образуването на по-плътна фаза С големи стойностикоефициенти на еластичност. Според геофизичните данни на такива дълбочини във вътрешността на Земята скоростта на сеизмичните вълни се увеличава с 3–5%, докато структурното пренареждане на оливина в вадслиит (в съответствие със стойностите на техните модули на еластичност) трябва да бъде придружено от увеличение в скоростите на сеизмичните вълни с около 13%. В същото време резултатите от експерименталните изследвания на оливин и оливин-пироксенова смес при високи температури и налягания показаха пълно съответствие между изчисленото и експерименталното увеличение на скоростите на сеизмичните вълни в интервала на дълбочина от 200-400 km. Тъй като оливинът има приблизително същата еластичност като моноклинните пироксени с висока плътност, тези данни трябва да показват липсата на силно еластичен гранат в подлежащата зона, присъствието на който в мантията неизбежно би причинило по-значително увеличение на скоростите на сеизмичните вълни. Тези идеи за безгранатовата мантия обаче влязоха в конфликт с петрологичните модели на нейния състав.

По този начин възникна идеята, че скокът в скоростите на сеизмичните вълни на дълбочина 410 km е свързан главно със структурното пренареждане на пироксенови гранати вътре в обогатените с Na части на горната мантия. Такъв модел предполага почти пълна липса на конвекция в горната мантия, което противоречи на съвременните геодинамични концепции. Преодоляването на тези противоречия може да се свърже с предложения наскоро по-пълен модел на горната мантия, който позволява включването на железни и водородни атоми в структурата на уодслиит.

Докато полиморфният преход на оливин към вадслейит не е придружен от промяна химичен състав, в присъствието на гранат възниква реакция, която води до образуването на вадслейит, обогатен на Fe в сравнение с оригиналния оливин. Освен това вадслиитът може да съдържа значително повече водородни атоми от оливина. Участието на Fe и H атоми в структурата на wadsleyite води до намаляване на неговата твърдост и съответно до намаляване на скоростите на разпространение на сеизмичните вълни, преминаващи през този минерал.

В допълнение, образуването на обогатен с Fe вадслейит предполага участието на по-голямо количество оливин в съответната реакция, която трябва да бъде придружена от промяна в химичния състав на скалите близо до раздел 410. Идеите за тези трансформации се потвърждават от съвременните глобални сеизмични данни. Като цяло минералогичният състав на тази част от горната мантия изглежда повече или по-малко ясен. Що се отнася до пиролитната минерална асоциация, нейната трансформация до дълбочини от ~ 800 km е проучена достатъчно подробно. В този случай глобалната сеизмична граница на дълбочина 520 km съответства на пренареждането на wadsleyite b-(Mg, Fe) 2 SiO 4 в рингвудит - g-модификация на (Mg, Fe) 2 SiO 4 със структура на шпинел. Трансформацията на пироксен (Mg, Fe)SiO 3 гранат Mg 3 (Fe, Al, Si) 2 Si 3 O 12 се случва в горната мантия в по-широк диапазон на дълбочина. По този начин цялата относително хомогенна обвивка в интервала от 400-600 km на горната мантия съдържа главно фази със структурни типове гранат и шпинел.

Всички предложени понастоящем модели за състава на мантийните скали допускат, че те съдържат Al 2 O 3 в количество ~4 тегл. %, което се отразява и на спецификата на структурните трансформации. В същото време се отбелязва, че в някои области на горната мантия, която е хетерогенна по състав, Al може да се концентрира в такива минерали като корунд Al 2 O 3 или кианит Al 2 SiO 5 , които при налягания и температури съответстват до дълбочини от ~450 km, се трансформира в корунд и стишовит е модификация на SiO 2, чиято структура съдържа рамка от SiO 6 октаедри. И двата минерала са запазени не само в долната мантия, но и по-дълбоко.

Най-важният компонент на химичния състав на зоната 400-670 км е водата, чието съдържание според някои оценки е ~0,1 тегл. % и чието присъствие се свързва предимно с Mg-силикати. Количеството вода, съхранявана в тази черупка, е толкова значително, че на повърхността на Земята тя би образувала слой с дебелина 800 m.

Състав на мантията под границата от 670 км

Изследванията на структурните преходи на минерали, проведени през последните две или три десетилетия с помощта на рентгенови камери с високо налягане, позволиха да се моделират някои характеристики на състава и структурата на геосферите по-дълбоко от границата на 670 km.

При тези експерименти изследваният кристал се поставя между две диамантени пирамиди (наковални), които при компресиране създават налягане, съизмеримо с налягането вътре в мантията и земното ядро. Въпреки това все още има много въпроси относно тази част от мантията, която представлява повече от половината от цялата вътрешност на Земята. В момента повечето изследователи са съгласни с идеята, че цялата тази дълбока (по-ниска в традиционния смисъл) мантия се състои главно от перовскитоподобна фаза (Mg,Fe)SiO 3 , която представлява около 70% от нейния обем (40% от обем на цялата Земя) и магнезиовиустит (Mg, Fe)O (~20%). Останалите 10% са стишовитни и оксидни фази, съдържащи Ca, Na, K, Al и Fe, чиято кристализация е разрешена в структурните типове илменит-корунд (твърд разтвор (Mg, Fe) SiO 3 -Al 2 O 3) , кубичен перовскит (CaSiO 3) и Ca-ферит (NaAlSiO 4). Образуването на тези съединения е свързано с различни структурни трансформации на минералите в горната мантия. В същото време една от основните минерални фази на относително хомогенна обвивка, разположена в интервала на дълбочина от 410–670 km, шпинелиден рингвудит, се трансформира в асоциация на (Mg, Fe)-перовскит и Mg-wustite на граница от 670 km, където налягането е ~24 GPa. Друг важен компонент на преходната зона, представител на семейството на гранатите, пиропът Mg 3 Al 2 Si 3 O 12, претърпява трансформация с образуването на ромбичен перовскит (Mg, Fe) SiO 3 и твърд разтвор на корунд-илменит ( Mg, Fe) SiO 3 - Al 2 O 3 при няколко високи налягания. Този преход е свързан с промяна в скоростите на сеизмичните вълни на границата на 850-900 км, съответстваща на една от междинните сеизмични граници. Трансформацията на андрадит сагарнет при по-ниски налягания от ~21 GPa води до образуването на друг важен Ca 3 Fe 2 3+ Si 3 O 12 компонент, споменат по-горе в долната мантия, кубичен саперовскит CaSiO 3 . Полярното съотношение между основните минерали на тази зона (Mg,Fe) - перовскит (Mg,Fe)SiO 3 и Mg-wustite (Mg, Fe)O варира в доста широк диапазон и на дълбочина ~1170 km при налягане от ~29 GPa и температури от 2000 -2800 0 C се променя от 2:1 до 3:1.

Изключителната стабилност на MgSiO 3 с ромбична перовскитна структура в широк диапазон от налягания, съответстващ на дълбочините на долната мантия, ни позволява да го считаме за един от основните компоненти на тази геосфера. Основата за това заключение бяха експериментите, по време на които проби от Mg-перовскит MgSiO 3 бяха подложени на налягане 1,3 милиона пъти по-високо от атмосферното налягане, като в същото време беше изложен лазерен лъч с температура около 2000 0 C към проба, поставена между диамантени наковални.По този начин ние симулирахме условията, които съществуват на дълбочини от ~2800 km, т.е. близо до долната граница на долната мантия. Оказало се, че нито по време на експеримента, нито след него минералът е променил структурата и състава си. Така L. Liu, както и E. Nittle и E. Zhanloz стигнаха до извода, че стабилността на Mg-перовскита ни позволява да го считаме за най-разпространения минерал на Земята, съставляващ, очевидно, почти половината от неговата маса.

Wustite F x O е не по-малко стабилен, чийто състав при условията на долната мантия се характеризира със стойността на стехиометричния коефициент x< 0,98, что означает одновременное присутствие в его составе Fe 2+ и Fe 3+ . При этом, согласно экспериментальным данным, температура плавления вюстита на границе нижней мантии и слоя D", по данным Р. Болера (1996), оценивается в ~5000 K, что намного выше 3800 0 С, предполагаемой для этого уровня (при средних температурах мантии ~2500 0 С в основании нижней мантии допускается повышение температуры приблизительно на 1300 0 С). Таким образом, вюстит должен сохраниться на этом рубеже в твердом состоянии, а признание фазового контраста между твердой нижней мантией и жидким внешним ядром требует более гибкого подхода и уж во всяком случае не означает четко очерченной границы между ними.

Трябва да се отбележи, че перовскитоподобните фази, преобладаващи на големи дълбочини, могат да съдържат много ограничено количество Fe, а повишените концентрации на Fe сред минералите на дълбоката асоциация са характерни само за магнезиовустит. В същото време, за магнезиовиустит, възможността за преход под въздействието на високи налягания на част от съдържащото се в него двувалентно желязо в тривалентно желязо, оставащо в структурата на минерала, с едновременното освобождаване на съответното количество от неутрално желязо, е доказано. Въз основа на тези данни Х. Мао, П. Бел и Т. Яги, служители на геофизичната лаборатория на Института Карнеги, излагат нови идеи за диференциацията на материята в дълбините на Земята. На първия етап, поради гравитационната нестабилност, магнезиевуститът потъва на дълбочина, където под въздействието на налягане част от желязото в неутрална форма се освобождава от него. Остатъчният магнезиовустит, характеризиращ се с по-ниска плътност, се издига до горните слоеве, където отново се смесва с перовскитоподобни фази. Контактът с тях е придружен от възстановяване на стехиометрията (т.е. цялостното съотношение на елементите в химична формула) на магнезиовиустит и води до възможността за повторение на описания процес. Новите данни позволяват донякъде да се разшири наборът от химически елементи, вероятни за дълбоката мантия. Например, стабилността на магнезита при налягания, съответстващи на дълбочини от ~900 km, обоснована от N. Ross (1997), показва възможното наличие на въглерод в неговия състав.

Идентифицирането на отделни междинни сеизмични граници, разположени под линията 670, корелира с данни за структурни трансформации на мантийни минерали, чиито форми могат да бъдат много разнообразни. Илюстрация на промяната в много свойства на различни кристали при високи стойности на физикохимичните параметри, съответстващи на дълбоката мантия, може да бъде, според R. Jeanlose и R. Hazen, пренареждането на йонно-ковалентните връзки на wuestite, записани по време на експерименти при налягания от 70 гигапаскала (GPa) (~1700 km).във връзка с металния тип междуатомни взаимодействия. Крайъгълният камък 1200 може да съответства на пренареждането на SiO 2 със структурата на стишовит в структурния тип CaCl 2 (ромбичен аналог на рутил TiO 2), а 2000 km - последващото му превръщане във фаза със структура, междинна между a-PbO 2 и ZrO 2 , характеризиращ се с по-плътно опаковане на силициево-кислородни октаедри (данни от L.S. Dubrovinsky et al.). Също така, като се започне от тези дълбочини (~ 2000 km), при налягания от 80–90 GPa е разрешено разлагането на перовскитоподобен MgSiO 3, придружено от увеличаване на съдържанието на периклаз MgO и свободен силициев диоксид. При малко по-високо налягане (~96 GPa) и температура 800 0 С се установява проява на политипия в FeO, свързана с образуването на структурни фрагменти от типа на никелин NiAs, редуващи се с антиникелови домени, в които Fe атомите са разположени в позициите на атомите As, а атомите O - в позициите на атомите Ni. Близо до D" границата настъпва трансформацията на Al 2 O 3 с корундова структура във фаза със структура Rh 2 O 3, която се моделира експериментално при налягания от ~100 GPa, т.е. на дълбочина ~2200–2300 km Използвайки метода на спектроскопия на Mössbauer при същото налягане, преходът от състояние с висок спин (HS) към състояние с нисък спин (LS) на Fe атоми в структурата на магнезиовюстит, тоест промяна в тяхната електронна структура. в тази връзка трябва да се подчертае, че структурата на wuestite FeO при високо наляганехарактеризиращ се с нестехиометрия на състава, дефекти на атомното опаковане, политипия, както и промяна в магнитното подреждане, свързана с промяна в електронната структура (HS => LS - преход) на Fe атоми. Отбелязаните особености ни позволяват да разглеждаме вюстита като един от най-сложните минерали с необичайни свойства, които определят спецификата на дълбоките зони на Земята, обогатени с него в близост до границата D.

Сеизмологичните измервания показват, че както вътрешното (твърдо), така и външното (течно) ядро на Земята се характеризират с по-ниска плътност в сравнение със стойността, получена на базата на модел на ядрото, състоящ се само от метално желязо със същите физикохимични параметри. Повечето изследователи отдават това намаляване на плътността на присъствието в ядрото на елементи като Si, O, S и дори O, които образуват сплави с желязо. Сред фазите, които са вероятни за такива "фаустовски" физикохимични условия (налягане ~ 250 GPa и температура 4000-6500 0 C), се наричат Fe 3 S с добре познатия структурен тип Cu 3 Au и Fe 7 S. Друга фаза се приема в ядрото е b-Fe, чиято структура се характеризира с четирислойна плътна опаковка на Fe атоми. Температурата на топене на тази фаза се оценява на 5000 0 С при налягане 360 GPa. Наличието на водород в ядрото отдавна е спорно поради ниската му разтворимост в желязо при атмосферно налягане. Въпреки това, скорошни експерименти (данни от J. Badding, H. Mao и R. Hamley (1992)) направиха възможно да се установи, че железен хидрид FeH може да се образува при високи температури и налягания и е стабилен при налягания над 62 GPa, което съответства на дълбочини ~1600 км. В тази връзка наличието на значителни количества (до 40 mol.%) водород в ядрото е напълно приемливо и намалява неговата плътност до стойности, съответстващи на сеизмологичните данни.

Може да се прогнозира, че новите данни за структурни промени в минералните фази на големи дълбочини ще позволят да се намери адекватна интерпретация на други важни геофизични граници, фиксирани в недрата на Земята. Общото заключение е, че при такива глобални сеизмични граници като 410 и 670 km има значителни промени в минералния състав на мантийните скали. Минерални трансформации се отбелязват и на дълбочини ~850, 1200, 1700, 2000 и 2200-2300 km, т.е. в долната мантия. Това е много важно обстоятелство, което позволява да се изостави идеята за неговата хомогенна структура.