ترکیب شیمیایی گوشته و هسته زمین. همبستگی مفاهیم «پوسته زمین»، «لیتوسفر»، «تکتونوسفر» ترکیب گوشته و هسته زمین

گوشته حاوی بیشتر مواد زمین است. گوشته در سیارات دیگر نیز یافت می شود. گوشته زمین در محدوده 30 تا 2900 کیلومتر است.

در محدوده آن، با توجه به داده های لرزه ای، موارد زیر متمایز می شوند: لایه بالایی گوشته ATتا عمق 400 کیلومتری و از جانبتا 800-1000 کیلومتر (برخی از محققان لایه از جانببه نام مانتو میانی)؛ لایه گوشته پایین D قبل ازعمق 2700 با لایه انتقال D1از 2700 تا 2900 کیلومتر.

مرز بین پوسته و گوشته، مرز موهورویچیک یا به اختصار موهو است. افزایش شدید سرعت لرزه ای روی آن وجود دارد - از 7 به 8-8.2 کیلومتر در ثانیه. این مرز در عمق 7 (زیر اقیانوس ها) تا 70 کیلومتری (زیر کمربندهای تاشو) قرار دارد. گوشته زمین به گوشته بالایی و گوشته تحتانی تقسیم می شود. مرز بین این ژئوسفرها لایه Golitsyn است که در عمق حدود 670 کیلومتری قرار دارد.

ساختار زمین از نظر محققان مختلف

تفاوت در ترکیب پوسته و گوشته زمین نتیجه منشأ آنها است: زمین در ابتدا همگن، در نتیجه ذوب نسبی، به بخش قابل ذوب و سبک - پوسته و یک گوشته متراکم و نسوز تقسیم شد.

منابع اطلاعاتی در مورد گوشته

گوشته زمین برای بررسی مستقیم غیرقابل دسترس است: به سطح زمین نمی رسد و با حفاری عمیق به آن نمی رسد. بنابراین بیشتر اطلاعات مربوط به گوشته با روش های ژئوشیمیایی و ژئوفیزیکی به دست آمده است. داده های مربوط به ساختار زمین شناسی آن بسیار محدود است.

گوشته با توجه به داده های زیر مورد مطالعه قرار می گیرد:

داده های ژئوفیزیکی اول از همه، داده های مربوط به سرعت امواج لرزه ای، هدایت الکتریکی و گرانش.
ذوب گوشته - بازالت ها، کوماتیت ها، کیمبرلیت ها، لامپرویت ها، کربناتیت ها و برخی سنگ های آذرین دیگر در نتیجه ذوب جزئی گوشته تشکیل می شوند. ترکیب مذاب پیامد ترکیب سنگ های ذوب شده، درون گرایی ذوب و پارامترهای فیزیکوشیمیایی فرآیند ذوب است. به طور کلی، بازسازی منبع از مذاب کار دشواری است.
قطعاتی از سنگ های گوشته که توسط مذاب گوشته به سطح آورده می شوند - کیمبرلیت ها، بازالت های قلیایی، و غیره. الماس در میان منابع اطلاعاتی گوشته جایگاه ویژه ای دارد. در الماس است که عمیق ترین مواد معدنی یافت می شود، که حتی ممکن است از گوشته پایینی به دست آید. در این مورد، این الماس ها نمایانگر عمیق ترین قطعات زمین هستند که برای مطالعه مستقیم موجود است.
سنگ های گوشته در ترکیب پوسته زمین. چنین مجتمع هایی با گوشته سازگار هستند، اما با آن نیز متفاوت هستند. مهم ترین تفاوت در خود واقعیت بودن آنها در ترکیب پوسته زمین است که نشان می دهد آنها در نتیجه فرآیندهای نه چندان معمولی تشکیل شده اند و احتمالاً گوشته معمولی را منعکس نمی کنند. آنها در تنظیمات ژئودینامیکی زیر رخ می دهند:

هایپربازیت های نوع آلپ بخش هایی از گوشته هستند که در نتیجه ساختن کوه در پوسته زمین قرار گرفته اند. رایج ترین در کوه های آلپ، که از آن نام گرفته شده است.
هایپربازیت های افیولیتی - پردوتیت ها در ترکیب مجتمع های افیولیتی - بخش هایی از پوسته اقیانوسی باستانی.
پریدوتیت های آبیسال برآمدگی های سنگ گوشته در کف اقیانوس ها یا شکاف ها هستند.

این مجموعه ها این مزیت را دارند که روابط زمین شناسی بین سنگ های مختلف در آنها مشاهده می شود.

اخیراً اعلام شد که کاشفان ژاپنی قصد دارند در پوسته اقیانوسی تا گوشته حفاری کنند. برای این کار کشتی چیکیو ساخته شد. شروع حفاری برای سال 2007 برنامه ریزی شده است.

اشکال اصلی اطلاعات به دست آمده از این قطعات، عدم امکان برقراری روابط زمین شناسی بین انواع مختلف سنگ ها است. اینها قطعات پازل هستند. همانطور که کلاسیک می گوید، "تعیین ترکیب گوشته از سنگ های بیگانه یادآور تلاش ها برای تعیین ساختار زمین شناسی کوه ها از سنگریزه هایی است که رودخانه از آنها خارج می شود."

ترکیب مانتو

گوشته عمدتاً از سنگ های اولترابازیک تشکیل شده است: پریدوتیت ها، (لرزولیت ها، هارزبورگیت ها، وهرلیت ها، پیروکسنیت ها)، دونیت ها و تا حدی سنگ های اساسی - اکلوژیت ها.

همچنین در میان سنگ های گوشته، انواع کمیاب سنگ هایی که در پوسته زمین یافت نمی شوند، شناسایی شده اند. اینها پریدوتیت های مختلف فلوگوپیت، گروسپیدیت ها و کربناتیت ها هستند.

محتوای عناصر اصلی در گوشته زمین بر حسب درصد جرم

عنصر	تمرکز	اکسید	تمرکز
	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
مجموع	99.7	مجموع	99.1

ساختار گوشته

فرآیندهایی که در گوشته اتفاق می‌افتد مستقیم‌ترین تأثیر را بر روی پوسته و سطح زمین می‌گذارد، علت حرکت قاره‌ها، آتشفشان‌ها، زلزله‌ها، کوه‌سازی و تشکیل ذخایر سنگ معدنی است. شواهد فزاینده ای وجود دارد که نشان می دهد خود گوشته به طور فعال تحت تأثیر هسته فلزی سیاره است.

همرفت و ستون

کتابشناسی - فهرست کتب

پوشچاروفسکی دی.یو.، پوشچاروفسکی یو.ام.ترکیب و ساختار گوشته زمین // مجله آموزشی سوروس، 1998، شماره 11، ص. 111-119.
Kovtun A.A.هدایت الکتریکی زمین // مجله آموزشی سوروس، 1997، شماره 10، ص. 111-117

منبع: Koronovsky N.V., Yakushova A.F. «مبانی زمین شناسی»، م.، 1370

پیوندها

تصاویر پوسته زمین و گوشته بالایی // برنامه همبستگی زمین شناسی بین المللی (IGCP)، پروژه 474

جو
بیوسفر

سیاره ای که در آن زندگی می کنیم سومین سیاره از خورشید است، با یک ماهواره طبیعی - ماه.

سیاره ما با ساختار لایه ای مشخص می شود. این شامل یک پوسته سیلیکات جامد - پوسته زمین، گوشته و یک هسته فلزی، جامد در داخل، مایع در خارج است.

منطقه مرزی (سطح موهو) پوسته زمین را از گوشته جدا می کند. نام خود را به افتخار زلزله شناس یوگسلاوی A. Mohorovichich ، که با مطالعه زمین لرزه های بالکان ، حضور این تمایز را ایجاد کرد ، گرفت. این منطقه را مرز زیرین پوسته کره زمین می نامند.

لایه بعدی گوشته زمین است

بیایید با او آشنا شویم. گوشته زمین قطعه ای است که در زیر پوسته قرار دارد و تقریباً به هسته می رسد. به عبارت دیگر، حجابی است که «قلب» زمین را می پوشاند. این جزء اصلی کره زمین است.

از صخره هایی تشکیل شده است که ساختار آن شامل سیلیکات های آهن، کلسیم، منیزیم و ... می باشد و به طور کلی دانشمندان معتقدند که محتوای داخلی آن از نظر ترکیب مشابه شهاب سنگ های سنگی (کندریت ها) است. گوشته زمین تا حد زیادی شامل عناصر شیمیایی است که به صورت جامد یا ترکیبات شیمیایی جامد هستند: آهن، اکسیژن، منیزیم، سیلیکون، کلسیم، اکسیدها، پتاسیم، سدیم و غیره.

هرگز با چشم انسان دیده نشده است، اما، به گفته دانشمندان، لازم است اکثرحجم زمین، حدود 83٪، جرم آن - تقریبا 70٪ از کره زمین.

و همچنین این فرض وجود دارد که به سمت هسته زمین، فشار افزایش می یابد و دما به حداکثر خود می رسد.

در نتیجه دمای گوشته زمین بیش از هزار درجه اندازه گیری می شود. در چنین شرایطی به نظر می رسد که ماده گوشته باید ذوب شود یا به حالت گاز تبدیل شود، اما این فرآیند با فشار شدید متوقف می شود.

بنابراین، گوشته زمین در حالت کریستالی-جامد قرار دارد. با اینکه هوا گرمه

ساختار گوشته زمین چیست؟

ژئوسفر را می توان با وجود سه لایه مشخص کرد. این گوشته بالایی زمین و به دنبال آن استنوسفر است و این سری توسط گوشته پایینی بسته می شود.

گوشته از یک گوشته بالا و پایین تشکیل شده است که عرض اولی از 800 تا 900 کیلومتر است و دومی دارای عرض 2 هزار کیلومتر است. ضخامت کل گوشته زمین (هر دو لایه) تقریباً سه هزار کیلومتر است.

قطعه بیرونی در زیر پوسته زمین قرار دارد و وارد لیتوسفر می شود.

طبق فرضیه دانشمندان، گوشته بالایی توسط سنگ های قوی تشکیل شده است، بنابراین جامد است. اما در قسمتی از 50 تا 250 کیلومتری سطح پوسته زمین، یک لایه ناقص ذوب شده وجود دارد - آستنوسفر. مواد موجود در این قسمت از گوشته شبیه حالت آمورف یا نیمه مذاب است.

این لایه دارای ساختار پلاستیکی نرم است که لایه های سخت بالا در امتداد آن حرکت می کنند. در ارتباط با این ویژگی، این قسمت از گوشته توانایی جریان بسیار آهسته و چند ده میلی متری در سال را دارد. با این وجود، این یک فرآیند بسیار ملموس در پس زمینه حرکت پوسته زمین است.

فرآیندهای رخ داده در داخل گوشته تأثیر و تأثیر مستقیمی بر پوسته کره زمین دارد که در نتیجه حرکت قاره‌ها، کوه‌سازی رخ می‌دهد و بشریت با چنین چیزی مواجه می‌شود. پدیده های طبیعیمانند آتشفشان، زلزله.

لیتوسفر

بالای گوشته، واقع در استنوسفر داغ، در پشت سر هم با پوسته زمین سیاره ما یک جسم قوی - لیتوسفر را تشکیل می دهد. ترجمه شده از یونانی- سنگ. جامد نیست، اما از صفحات لیتوسفر تشکیل شده است.

تعداد آنها سیزده است، اگرچه ثابت نمی ماند. آنها بسیار آهسته حرکت می کنند، تا شش سانتی متر در سال.

حرکات ترکیبی چند جهته آنها که با گسل هایی با تشکیل شیارهایی در پوسته زمین همراه است، تکتونیکی نامیده می شود.

این فرآیند با مهاجرت مداوم اجزای گوشته فعال می شود.

بنابراین، لرزش های ذکر شده رخ می دهد، آتشفشان ها، فرورفتگی های اعماق آب، برآمدگی ها وجود دارد.

ماگماتیسم

این عمل را می توان به عنوان یک فرآیند دشوار توصیف کرد. پرتاب آن به دلیل حرکات ماگما رخ می دهد که دارای اتاقک های جداگانه ای است که در لایه های مختلف استنوسفر قرار دارد.

با توجه به این فرآیند، ما می توانیم فوران ماگما را در سطح زمین مشاهده کنیم. اینها آتشفشان های معروفی هستند.

سوال شماره 5

گوشته و هسته زمین. ساختار، قدرت، شرایط فیزیکی و ترکیب. همبستگی مفاهیم "پوسته زمین"، "لیتوسفر"، "تکتونوسفر".

مانتو:

در زیر پوسته زمین لایه بعدی قرار دارد که به آن می گویند مانتوهسته سیاره را احاطه کرده و تقریباً سه هزار کیلومتر ضخامت دارد. ساختار گوشته زمین بسیار پیچیده است و بنابراین نیاز به مطالعه دقیق دارد.

نام این پوسته (ژئوسفر) از کلمه یونانی به معنای شنل یا حجاب گرفته شده است. در واقعیت، مانتومانند حجابی هسته را در بر گرفته است. حدود 2/3 جرم زمین و تقریباً 83 درصد از حجم آن را تشکیل می دهد.

دمای پوسته از 2500 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند. تشکیل می شود مانتواز مواد کریستالی جامد (مواد معدنی سنگین غنی از آهن و منیزیم). تنها استثنا است استنوسفر،که در حالت نیمه مذاب است.

ساختار گوشته زمین:

ژئوسفر از بخش های زیر تشکیل شده است:

گوشته بالایی، 800-900 کیلومتر ضخامت؛

· استنوسفر؛

گوشته پایینی حدود 2000 کیلومتر ضخامت دارد.

مانتو بالایی:

بخشی از پوسته که در زیر پوسته زمین قرار دارد و وارد لیتوسفر می شود. به نوبه خود، به لایه استنوسفر و لایه گلیتسین تقسیم می شود که با افزایش شدید سرعت امواج لرزه ای مشخص می شود. این جزء جامد گوشته، همراه با پوسته زمین، نوعی پوسته سفت و سخت از زمین را تشکیل می دهد. لیتوسفر نامیده می شود .

این قسمت از گوشته زمین بر فرآیندهایی مانند حرکات تکتونیکی صفحه، دگرگونی و ماگماتیسم تأثیر می گذارد. شایان ذکر است که ساختار آن بسته به اینکه زیر کدام جسم تکتونیکی قرار دارد متفاوت است.

استنوسفر:

نام لایه میانی پوسته از یونانی به عنوان "توپ ضعیف" ترجمه شده است. ژئوسفر که به قسمت بالایی گوشته نسبت داده می شود و گاهی اوقات به عنوان یک لایه جداگانه جدا می شود، با کاهش سختی، استحکام و ویسکوزیته مشخص می شود.

مرز بالایی استنوسفر همیشه زیر خط شدید پوسته زمین است: زیر قاره ها - در عمق 100 کیلومتری، زیر بستر دریا - 50 کیلومتر.

خط پایین آن در عمق 250-300 کیلومتری قرار دارد.

استنوسفر منبع اصلی ماگما در سیاره است و حرکت مواد آمورف و پلاستیک را عامل حرکات تکتونیکی در سطوح افقی و عمودی، ماگماتیسم و دگرگونی پوسته زمین می دانند.

مانتو پایین:

دانشمندان اطلاعات کمی در مورد قسمت پایین گوشته دارند. اعتقاد بر این است که در مرز با هسته یک لایه خاص D وجود دارد که شبیه استنوسفر است. با درجه حرارت بالا (به دلیل نزدیکی هسته قرمز داغ) و ناهمگنی ماده مشخص می شود. ترکیب توده شامل آهن و نیکل است.

در زیر پایین ترین لایه گوشته، در عمق حدود 2900 کیلومتری، منطقه مرزی دیگری وجود دارد که در آن امواج لرزه ای ماهیت انتشار خود را به طرز چشمگیری تغییر می دهند. امواج عرضی لرزه ای در اینجا به هیچ وجه منتشر نمی شوند که نشان دهنده تغییر در ترکیب کیفی ماده تشکیل دهنده لایه مرزی است.

اینجا مرز بین گوشته و هسته زمین است.

ترکیبات مانتو:

ژئوسفر در حال ایجاد است سنگ های الیوین و اولترابازیک (پریدوتیت ها، پروسکیت ها، دونیت ها) و همچنین سنگ های اساسی (اکلوژیت ها) وجود دارند. مشخص شده است که پوسته حاوی انواع نادری است که در پوسته زمین یافت نمی شوند (گروسپیدیت ها، پریدوتیت های فلوگوپیت، کربناتیت ها).

اگر در مورد صحبت کنید ترکیب شیمیایی گوشته دارای غلظت های مختلف: اکسیژن، منیزیم، سیلیکون، آهن، آلومینیوم، کلسیم، سدیم و پتاسیم و همچنین اکسیدهای آنهاست.

قدرت:

ضخامت گوشته زمین: 2800 کیلومتر است.

هسته:

وجود هسته سیاره ما در سال 1936 کشف شد، تا کنون اطلاعات کمی در مورد ترکیب و ساختار آن وجود دارد.

عمق - 2900 کیلومتر. شعاع متوسط کره 3500 کیلومتر است.

دمای سطح هسته جامد زمین احتمالاً به 500 ± 5960 درجه سانتیگراد می رسد ، در مرکز هسته چگالی می تواند حدود 12.5 تن در متر مربع باشد ، فشار تا 3.7 میلیون اتمسفر است. جرم هسته 1.932 1024 کیلوگرم است.

این کاملاً ممکن است که مواد تشکیل دهنده نواحی مرکزی هسته به حالت مایع نرسند و حتی در دماهای عظیم متبلور شوند. اعتقاد بر این است که بخش عمده ای از هسته زمین توسط آهن یا آلیاژهای آهن نیکل نشان داده شده است که مقدار آن در جرم کل هسته می تواند به یک سوم برسد.

ساختار هسته زمین:

با توجه به ایده های مدرن در مورد ساختار هسته زمین، اجزای خارجی و داخلی آن متمایز می شوند.

هسته بیرونی

هسته داخلی

هسته بیرونی:

اولین لایه از هسته که در تماس مستقیم با گوشته است هسته بیرونیمرز بالایی آن در عمق 2.3 هزار کیلومتری از سطح دریا و مرز پایینی در عمق 2900 کیلومتری قرار دارد.

هسته بیرونیمایع است، حاوی مقدار زیادی آهن است و در حرکت مداوم است.

هسته بیرونیگوشته را گرم می کند - و در برخی نقاط آنقدر زیاد که جریان های ماگمای صعودی حتی به سطح می رسند و باعث فوران های آتشفشانی می شوند.

وجود میدان مغناطیسیاطراف زمین یک میدان مغناطیسی در اطراف یک هادی حامل جریان تشکیل می شود و از آنجایی که لایه مایع حاوی آهن هسته یک رسانا است و دائما در حال حرکت است، وقوع جریان الکتریسیته قدرتمند در آن کاملاً قابل درک است.

این جریان میدان مغناطیسی سیاره ما را تشکیل می دهد.

قدرت:

قدرت هسته بیرونی زمین: 2220 کیلومتر است.

در عمق کمی بیش از 5000 کیلومتر، مرز بین هسته مایع (خارجی) و جامد (داخلی) گسترش می یابد.

هسته داخلی:

داخل پوسته مایع است هسته داخلی. این هسته جامد زمین است که قطر آن 1220 کیلومتر است.

این بخش از هسته بسیار متراکم است - میانگین غلظت ماده به 12.8-13 گرم در سانتی متر مکعب می رسد که دو برابر چگالی آهن است و گرم - تابش به 5-6 هزار درجه سانتیگراد معروف می رسد.

طبق فرضیه موجود، فاز جامد ماده در آن به دلیل دما و فشار عظیم حفظ می شود. علاوه بر آهن، هسته ممکن است حاوی عناصر سبک تری باشد - سیلیکون، گوگرد، اکسیژن، هیدروژن و غیره.

در بین دانشمندان این فرضیه وجود دارد که تحت تأثیر فشارهای بسیار زیاد، این مواد که ذاتاً فلز نیستند، قابلیت فلز شدن دارند. کاملاً ممکن است که حتی هیدروژن متالیز شده در هسته جامد سیاره ما وجود داشته باشد.

قدرت:

قدرت هسته داخلی زمین: 1250 کیلومتر است.

همبستگی مفاهیم "پوسته زمین"، "لیتوسفر"، "تکتونوسفر".

پوسته زمین	لیتوسفر	تکتونوسفر
پوسته سخت بیرونی سیاره ما.	پوسته سنگی بالایی زمین، شامل پوسته زمین و گوشته فوق‌استنوسفری.	ژئوسفر زمین که شامل لیتوسفر و لایه ای با ویسکوزیته کم، استنوسفر است.
پوسته قاره ای دارای ضخامت 35-45 کیلومتر، در مناطق کوهستانی تا 80 کیلومتر است. پوسته قاره ای به لایه هایی تقسیم می شود: لایه رسوبی. · لایه گرانیت؛ · لایه بازالت. پوسته اقیانوسی دارای ضخامت 5-10 کیلومتر است. پوسته اقیانوسی به 3 لایه تقسیم می شود: · لایه رسوبات دریایی. لایه میانی یا "دوم"؛ · پایین ترین لایه یا «اقیانوسی». همچنین یک نوع انتقالی از پوسته زمین وجود دارد.	در ساختار لیتوسفر، نواحی متحرک (کمربندهای تا شده) و سکوهای نسبتاً پایدار متمایز می شوند. قسمت بالایی لیتوسفر با جو و هیدروسفر هم مرز است. مرز پایینی لیتوسفر در بالای استنوسفر قرار دارد - لایه ای با سختی، استحکام و ویسکوزیته کاهش یافته در گوشته بالایی زمین.	در مفهوم زمین شناسی، با توجه به ترکیب مواد، تکتونوسفر را می توان تا عمق 400 کیلومتری ردیابی کرد، اما از نظر فیزیکی، رئولوژیکی، به دو دسته تقسیم می شود. لیتوسفر و استنوسفرو لیتوسفر، علاوه بر پوسته، بخشی از گوشته بالایی را نیز شامل می شود.

این ترکیب خاصی دارد که با ترکیب پوسته زمین که آن را پوشانده است متفاوت است. داده‌های مربوط به ترکیب شیمیایی گوشته بر اساس تجزیه و تحلیل عمیق‌ترین سنگ‌های آذرین که در نتیجه برآمدگی‌های تکتونیکی قدرتمند با حذف مواد گوشته وارد افق‌های بالایی زمین شده‌اند، به دست آمد. این سنگ ها شامل سنگ های اولترابازیک - دونیت ها، پریدوتیت های موجود در سیستم های کوهستانی هستند. سنگ هاجزایر سنت پل در بخش میانی اقیانوس اطلس، بر اساس تمام داده های زمین شناسی، متعلق به مواد گوشته است. مواد گوشته همچنین شامل قطعات سنگی است که توسط اکتشافات اقیانوس شناسی شوروی از کف اقیانوس هند در منطقه پشته اقیانوس هند جمع آوری شده است. در مورد ترکیب کانی شناسی گوشته، در اینجا می توان تغییرات قابل توجهی را انتظار داشت که از افق های بالایی شروع شده و به قاعده گوشته ختم می شود، به دلیل افزایش فشار. گوشته بالایی عمدتاً از سیلیکات ها (الیوین ها، پیروکسن ها، گارنت ها) تشکیل شده است که پایدار و در فشارهای نسبتاً کم هستند. گوشته پایینی از مواد معدنی با چگالی بالا تشکیل شده است.

رایج ترین جزء گوشته، اکسید سیلیکون در ترکیب سیلیکات ها است. اما در فشارهای بالا، سیلیس می تواند به یک اصلاح چندشکلی متراکم تر - استیشوویت تبدیل شود. این ماده معدنی توسط استیشوف محقق شوروی به دست آمد و به نام او نامگذاری شد. اگر کوارتز معمولی چگالی 2.533 r/cm3 داشته باشد، استیشوویت که از کوارتز در فشار 150000 بار تشکیل شده است دارای چگالی 4.25 g/cm3 است.

علاوه بر این، تغییرات معدنی متراکم تر سایر ترکیبات نیز در گوشته پایینی محتمل است. با توجه به موارد فوق، می توان به طور منطقی فرض کرد که با افزایش فشار، سیلیکات های آهن منیزیم معمولی الیوین ها و پیروکسن ها به اکسیدهایی تجزیه می شوند که به طور جداگانه دارای چگالی بالاتری نسبت به سیلیکات ها هستند که در گوشته بالایی پایدار هستند.

گوشته بالایی عمدتاً از سیلیکات های فروژین-منیزین (الیوین ها، پیروکسن ها) تشکیل شده است. برخی از آلومینوسیلیکات ها می توانند در اینجا به مواد معدنی متراکم تر مانند گارنت تبدیل شوند. در زیر قاره ها و اقیانوس ها، گوشته بالایی خواص متفاوتی دارد و احتمالاً ترکیب متفاوتی دارد. فقط می توان فرض کرد که گوشته در ناحیه قاره ها متمایزتر است و به دلیل غلظت این جزء در پوسته آلومینوسیلیکات، SiO 2 کمتری دارد. در زیر اقیانوس ها، گوشته تفاوت کمتری دارد. در گوشته بالایی، تغییرات چندشکلی متراکم تر الیوین با ساختار اسپینل و غیره می تواند رخ دهد.

لایه انتقالی گوشته با افزایش مداوم سرعت امواج لرزه ای با عمق مشخص می شود که نشان دهنده ظاهر تغییرات چندشکلی متراکم تر ماده است. در اینجا، بدیهی است که اکسیدهای FeO، MgO، GaO، SiO 2 به شکل ووستیت، پریکلاز، آهک و استیشوویت ظاهر می شوند. تعداد آنها با عمق افزایش می یابد، در حالی که مقدار سیلیکات های معمولی کاهش می یابد و در زیر 1000 کیلومتر کسری ناچیز را تشکیل می دهند.

گوشته پایینی در عمق 1000-2900 کیلومتری تقریباً به طور کامل از انواع متراکم مواد معدنی - اکسیدها تشکیل شده است که با چگالی بالای آن در محدوده 4.08-5.7 گرم بر سانتی متر مکعب مشهود است. تحت تأثیر افزایش فشار، اکسیدهای متراکم فشرده می شوند و چگالی آنها را بیشتر می کنند. محتوای آهن نیز احتمالاً در گوشته پایینی افزایش می یابد.

هسته زمین. مسئله ترکیب و طبیعت فیزیکیهسته سیاره ما یکی از هیجان انگیزترین و مرموزترین مسائل ژئوفیزیک و ژئوشیمی است. فقط اخیراً در حل این مشکل کمی روشنگری شده است.

هسته مرکزی وسیع زمین، که منطقه داخلی عمیق تر از 2900 کیلومتر را اشغال می کند، از یک هسته بیرونی بزرگ و یک هسته کوچک داخلی تشکیل شده است. بر اساس داده های لرزه ای، هسته بیرونی دارای خواص مایع است. امواج لرزه ای عرضی را ارسال نمی کند. عدم وجود نیروهای منسجم بین هسته و گوشته تحتانی، ماهیت جزر و مد در گوشته و پوسته، ویژگی های حرکت محور چرخش زمین در فضا، ماهیت عبور امواج لرزه ای به عمق بیش از 2900 کیلومتر نشان می دهد. که هسته بیرونی زمین مایع است.

برخی از نویسندگان فرض کردند که ترکیب هسته برای یک مدل شیمیایی همگن از زمین سیلیکات است و تحت تأثیر فشار بالا، سیلیکات ها به حالت "فلزی" می روند و ساختار اتمی به دست می آورند که در آن الکترون های بیرونی مشترک هستند. با این حال، داده های ژئوفیزیکی ذکر شده در بالا با فرض حالت "فلزی" مواد سیلیکات در هسته زمین در تضاد است. به طور خاص، عدم وجود پیوستگی بین هسته و گوشته نمی تواند با یک هسته جامد "فلزی شده" که در فرضیه لودوچنیکوف-رامسی فرض شده بود، سازگار باشد. داده‌های غیرمستقیم بسیار مهمی در مورد هسته زمین طی آزمایش‌هایی با سیلیکات‌ها تحت فشار بالا به دست آمد. در این حالت فشار به 5 میلیون اتمسفر رسید. در همین حال، در مرکز زمین، فشار 3 میلیون اتمسفر و در مرز هسته - تقریبا 1 میلیون اتمسفر است. بنابراین، به طور تجربی، می توان فشارهایی را که در اعماق زمین وجود دارد مسدود کرد. در این مورد، برای سیلیکات ها، فقط فشرده سازی خطی بدون پرش و انتقال به حالت "فلزی" مشاهده شد. علاوه بر این، در فشارهای بالا و در عمق 2900-6370 کیلومتری، سیلیکات ها نمی توانند مانند اکسیدها در حالت مایع باشند. نقطه ذوب آنها با افزایش فشار افزایش می یابد.

مطابق سال های گذشتهنتایج تحقیقاتی بسیار جالبی در مورد تأثیر فشارهای بسیار بالا بر نقطه ذوب فلزات به دست آمده است. مشخص شد که تعدادی از فلزات در فشارهای بالا (300000 اتمسفر و بالاتر) در دمای نسبتاً پایین به حالت مایع می روند. طبق برخی محاسبات، آلیاژ آهن با مخلوط نیکل و سیلیکون (76٪ آهن، 10٪ نیکل، 14٪ Si) در عمق 2900 کیلومتری تحت تأثیر فشار بالا باید در حالت مایع باشد. دمای 1000 درجه سانتیگراد. اما درجه حرارت در این اعماق، طبق محافظه کارانه ترین تخمین های ژئوفیزیکدانان، باید بسیار بالاتر باشد.

بنابراین، با توجه به داده های مدرن ژئوفیزیک و فیزیک فشار بالا، و همچنین داده های کیهان شیمی که نشان دهنده نقش اصلی آهن به عنوان فراوان ترین فلز در فضا است، باید فرض کرد که هسته زمین عمدتاً از آهن مایع با مخلوطی از نیکل با این حال، محاسبات ژئوفیزیکدان آمریکایی F. Birch نشان داد که چگالی هسته زمین 10٪ کمتر از یک آلیاژ آهن نیکل در دماها و فشارهای غالب در هسته است. بنابراین، هسته فلزی زمین باید حاوی مقدار قابل توجهی (10-20٪) از نوعی ریه باشد. از بین همه سبک ترین و رایج ترین عناصر، سیلیکون (Si) و گوگرد (S) محتمل ترین | وجود یکی یا دیگری می تواند خواص فیزیکی مشاهده شده هسته زمین را توضیح دهد. بنابراین، این سوال که ترکیبی از هسته زمین - سیلیکون یا گوگرد - چیست، قابل بحث است و با نحوه شکل گیری سیاره ما در عمل مرتبط است.

A. Ridgwood در سال 1958 فرض کرد که هسته زمین حاوی سیلیکون به عنوان یک عنصر سبک است، و این فرض را با این واقعیت استدلال می کند که سیلیکون عنصری به مقدار چند درصد وزنی در فاز فلزی برخی از شهاب سنگ های کندریتی کاهش یافته (انستاتیت) یافت می شود. با این حال، هیچ استدلال دیگری به نفع وجود سیلیکون در هسته زمین وجود ندارد.

این فرض که گوگرد در هسته زمین وجود دارد از مقایسه توزیع آن در مواد کندریتی شهاب سنگ ها و گوشته زمین ناشی می شود. بنابراین، مقایسه نسبت‌های اتمی ابتدایی برخی عناصر فرار در مخلوطی از پوسته و گوشته و در کندریت‌ها کمبود شدید گوگرد را نشان می‌دهد. در مواد گوشته و پوسته، غلظت گوگرد سه مرتبه قدر کمتر از مواد متوسط است. منظومه شمسی، که برای آن کندریت گرفته می شود.

احتمال از دست دادن گوگرد در دماهای بالای زمین اولیه حذف شده است، زیرا سایر عناصر فرارتر از گوگرد (مثلا H2 به شکل H2O) که کمبود بسیار کمتری دارند، به مقدار بسیار بیشتری از دست خواهند رفت. وسعت علاوه بر این، هنگامی که گاز خورشیدی سرد می شود، گوگرد از نظر شیمیایی با آهن پیوند می خورد و دیگر عنصر فرار نیست.

در این راستا این احتمال وجود دارد که مقادیر زیادی گوگرد وارد هسته زمین شود. لازم به ذکر است که با توجه به موارد دیگر، نقطه ذوب سیستم Fe-FeS بسیار کمتر از نقطه ذوب آهن یا سیلیکات گوشته است. بنابراین، در فشار 60 کیلوبار، دمای ذوب سیستم (یوتکتیک) Fe-FeS 990 درجه سانتیگراد خواهد بود، در حالی که آهن خالص - 1610 درجه، و پیرولیت گوشته - 1310. بنابراین، با افزایش دما در روده ها. از زمین اولیه همگن، مذاب آهن غنی شده با گوگرد، ابتدا تشکیل می شود و به دلیل ویسکوزیته کم و چگالی بالا، به راحتی به قسمت های مرکزی سیاره تخلیه می شود و یک هسته گوگرد-فروگینی را تشکیل می دهد. بنابراین، وجود گوگرد در محیط نیکل-آهن به عنوان یک شار عمل می کند و نقطه ذوب آن را به طور کلی کاهش می دهد. فرضیه وجود مقادیر قابل توجهی گوگرد در هسته زمین بسیار جذاب است و با تمام داده های شناخته شده ژئوشیمی و کیهان شیمی در تضاد نیست.

بنابراین، ایده های مدرن در مورد ماهیت داخلی سیاره ما با یک کره متفاوت شیمیایی مطابقت دارد که معلوم شد به دو بخش مختلف تقسیم می شود: یک گوشته اکسید سیلیکات-اکسید جامد قوی و یک هسته مایع عمدتاً فلزی. پوسته زمین سبک ترین پوسته جامد بالایی است که از آلومینوسیلیکات ها تشکیل شده و پیچیده ترین ساختار را دارد.

با جمع بندی مطالب فوق می توان به نتایج زیر دست یافت.

زمین دارای ساختار ناحیه ای لایه ای است. از دو سوم یک پوسته اکسید سیلیکات جامد - گوشته و یک سوم یک هسته مایع فلزی تشکیل شده است.
ویژگی های اصلی زمین نشان می دهد که هسته در حالت مایع است و تنها آهن از متداول ترین فلزات با مخلوطی از عناصر سبک (به احتمال زیاد گوگرد) قادر به ارائه این خواص است.
در افق های بالایی زمین، ساختار نامتقارن دارد که پوسته و گوشته بالایی را می پوشاند. نیمکره اقیانوسی در گوشته بالایی نسبت به نیمکره قاره ای مخالف تفاوت کمتری دارد.

وظیفه هر نظریه کیهانی درباره منشأ زمین، توضیح این ویژگی های اصلی آن است طبیعت درونیو ترکیب.

گوشته زمین -این یک پوسته سیلیکات زمین است که عمدتاً از پریدوتیت ها - سنگ هایی متشکل از سیلیکات های منیزیم، آهن، کلسیم و غیره تشکیل شده است. ذوب جزئی سنگ های گوشته باعث ایجاد بازالت و مذاب های مشابه می شود که در هنگام بالا آمدن به سطح پوسته زمین را تشکیل می دهند. .

گوشته 67 درصد از جرم کل زمین و حدود 83 درصد از کل حجم زمین را تشکیل می دهد. از اعماق 5 تا 70 کیلومتری زیر مرز با پوسته زمین تا مرز هسته در عمق 2900 کیلومتری امتداد دارد. گوشته در محدوده وسیعی از اعماق واقع شده است و با افزایش فشار در ماده، انتقال فاز رخ می دهد که در آن مواد معدنی ساختار متراکم فزاینده ای پیدا می کنند. مهم ترین تحول در عمق 660 کیلومتری رخ می دهد. ترمودینامیک این انتقال فاز به گونه ای است که ماده گوشته زیر این مرز نمی تواند به آن نفوذ کند و بالعکس. بالای مرز 660 کیلومتر گوشته بالایی و زیر آن به ترتیب پایین است. این دو قسمت گوشته دارای ترکیبات و خواص فیزیکی متفاوتی هستند. اگرچه اطلاعات مربوط به ترکیب گوشته پایینی محدود است و تعداد داده های مستقیم بسیار اندک است، اما با اطمینان می توان ادعا کرد که ترکیب آن از زمان شکل گیری زمین بسیار کمتر از گوشته بالایی تغییر کرده است. پوسته زمین.

انتقال حرارت در گوشته با همرفت آهسته، از طریق تغییر شکل پلاستیکی مواد معدنی صورت می گیرد. سرعت حرکت ماده در طول جابجایی گوشته در حدود چندین سانتی متر در سال است. این همرفت صفحات لیتوسفر را به حرکت در می آورد. همرفت در گوشته بالایی به طور جداگانه اتفاق می افتد. مدل‌هایی وجود دارند که ساختار همرفتی پیچیده‌تری را فرض می‌کنند.

مدل لرزه ای ساختار زمین

ترکیب و ساختار پوسته های عمیق زمین در دهه های اخیر همچنان یکی از جذاب ترین مشکلات زمین شناسی مدرن است. تعداد داده های مستقیم در مورد موضوع مناطق عمیق بسیار محدود است. در این راستا، یک سنگدانه معدنی از لوله کیمبرلیت لسوتو (آفریقای جنوبی) که به عنوان نماینده سنگ های گوشته در عمق 250 کیلومتری رخ می دهد، جایگاه ویژه ای را اشغال می کند. این هسته از عمیق ترین چاه جهان که در شبه جزیره کولا حفاری شده بود و به ارتفاع 12262 متری رسید، به طور قابل توجهی درک علمی از افق های عمیق پوسته زمین را گسترش داد - یک فیلم نازک نزدیک به سطح کره زمین. در عین حال، آخرین داده‌های ژئوفیزیک و آزمایش‌های مربوط به مطالعه تحولات ساختاری مواد معدنی در حال حاضر امکان مدل‌سازی بسیاری از ویژگی‌های ساختار، ترکیب و فرآیندهای رخ داده در اعماق زمین را فراهم می‌کند که دانش آن به حل کمک می‌کند. مشکلات کلیدی علوم طبیعی مدرن مانند شکل گیری و تکامل سیاره، پویایی پوسته و گوشته زمین، منابع منابع معدنیارزیابی ریسک دفع زباله های خطرناک در اعماق زیاد، منابع انرژی زمین و غیره.

مدل شناخته شده ساختار داخلی زمین (تقسیم آن به هسته، گوشته و پوسته زمین) توسط زلزله شناسان G. Jeffreys و B. Gutenberg در نیمه اول قرن بیستم ایجاد شد. عامل تعیین کننده در این امر، کشف کاهش شدید سرعت عبور امواج لرزه ای در داخل کره زمین در عمق 2900 کیلومتری با شعاع سیاره 6371 کیلومتر بود. سرعت انتشار امواج لرزه ای طولی مستقیماً بالای مرز مشخص شده 13.6 کیلومتر بر ثانیه و در زیر آن - 8.1 کیلومتر بر ثانیه است. این مرز بین گوشته و هسته است.

بر این اساس، شعاع هسته 3471 کیلومتر است. مرز بالایی گوشته، بخش لرزه ای موهورویچیچ (Moho, M) است که توسط زلزله شناس یوگسلاوی A. Mohorovichić (1857-1936) در سال 1909 شناسایی شد. پوسته زمین را از گوشته جدا می کند. در این مرز، سرعت امواج طولی که از پوسته زمین عبور کرده اند به طور ناگهانی از 6.7-7.6 به 7.9-8.2 کیلومتر بر ثانیه افزایش می یابد، اما این در سطوح مختلف عمق اتفاق می افتد. در زیر قاره ها، عمق بخش M (یعنی کف پوسته زمین) چند ده کیلومتر است و در زیر برخی از سازه های کوهستانی (پامیر، آند) می تواند به 60 کیلومتر برسد، در حالی که در زیر حوضه های اقیانوسی، از جمله ستون آب، عمق تنها 10-12 کیلومتر است. به طور کلی، پوسته زمین در این طرح به صورت یک پوسته نازک ظاهر می شود، در حالی که گوشته در عمق تا 45 درصد شعاع زمین گسترش می یابد.

اما در اواسط قرن بیستم، ایده هایی در مورد ساختار عمیق کسری زمین وارد علم شد. بر اساس داده های لرزه شناسی جدید، می توان هسته را به درونی و بیرونی و گوشته را به زیرین و بالایی تقسیم کرد. این مدل محبوب هنوز هم استفاده می شود. این کار توسط زلزله شناس استرالیایی K.E. بولن، که در اوایل دهه 40 طرحی را برای تقسیم زمین به مناطق ارائه کرد که آنها را با حروف تعیین کرد: A - پوسته زمین، B - منطقه ای در فاصله 33-413 کیلومتری، C - منطقه 413- 984 کیلومتر، D - یک منطقه 984-2898 کیلومتر، D - 2898-4982 کیلومتر، F - 4982-5121 کیلومتر، G - 5121-6371 کیلومتر (مرکز زمین). این مناطق از نظر ویژگی های لرزه ای متفاوت هستند. بعداً منطقه D را به مناطق D "(984-2700 کیلومتر) و D" (2700-2900 کیلومتر) تقسیم کرد. در حال حاضر، این طرح به طور قابل توجهی اصلاح شده است و تنها لایه D به طور گسترده در ادبیات استفاده می شود. مشخصه اصلی آن کاهش شیب سرعت لرزه ای در مقایسه با ناحیه گوشته پوشاننده است.

هسته داخلی، با شعاع 1225 کیلومتر، جامد است و چگالی بالایی دارد - 12.5 گرم بر سانتی متر مکعب. هسته بیرونی مایع است، چگالی آن 10 گرم بر سانتی متر مکعب است. در مرز بین هسته و گوشته، یک جهش شدید نه تنها در سرعت امواج طولی، بلکه در چگالی نیز وجود دارد. در گوشته به 5.5 گرم بر سانتی متر مکعب کاهش می یابد. لایه D که در تماس مستقیم با هسته خارجی است تحت تأثیر آن قرار می گیرد، زیرا دمای هسته به طور قابل توجهی از دمای گوشته فراتر می رود. در برخی مکان ها، این لایه گرما و جریانات عظیمی را تولید می کند که به سطح زمین هدایت می شود. از طریق گرمای گوشته و جریان های توده ای که به آنها توده می گویند. آنها می توانند خود را در سیاره به شکل مناطق آتشفشانی بزرگ مانند جزایر هاوایی، ایسلند و مناطق دیگر نشان دهند.

مرز بالایی لایه D نامشخص است؛ سطح آن از سطح هسته می تواند از 200 تا 500 کیلومتر یا بیشتر متغیر باشد. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که این لایه هجوم ناهموار و با شدت متفاوتی از انرژی هسته را به گوشته منعکس می کند. منطقه

مرز گوشته تحتانی و فوقانی در طرح مورد بررسی، بخش لرزه ای است که در عمق 670 کیلومتری قرار دارد. توزیع جهانی دارد و با جهش در سرعت های لرزه ای به سمت افزایش آنها و همچنین افزایش چگالی ماده گوشته پایین توجیه می شود. این بخش همچنین مرز تغییرات ترکیب معدنی سنگ های گوشته است.

بنابراین، گوشته پایینی که بین اعماق 670 و 2900 کیلومتر محصور شده است، در امتداد شعاع زمین به مدت 2230 کیلومتر امتداد دارد. گوشته بالایی دارای بخش لرزه ای داخلی است که از عمق 410 کیلومتری عبور می کند. هنگام عبور از این مرز از بالا به پایین، سرعت لرزه ای به شدت افزایش می یابد. در اینجا، و همچنین در مرز پایینی گوشته بالایی، دگرگونی های معدنی قابل توجهی رخ می دهد.

قسمت بالایی گوشته بالایی و پوسته زمین به صورت لیتوسفر که پوسته جامد بالایی زمین است، بر خلاف آب و اتمسفر، با هم ذوب می شوند. به لطف تئوری تکتونیک صفحات لیتوسفر، اصطلاح "لیتوسفر" به طور گسترده ای رایج شده است. این تئوری حرکت صفحات را در امتداد استنوسفر فرض می کند - یک لایه نرم، تا حدی، احتمالاً مایع عمیق با ویسکوزیته کاهش یافته است. با این حال، لرزه‌شناسی یک استنوسفر پایدار در فضا را نشان نمی‌دهد. برای بسیاری از مناطق، چندین لایه استنوسفر واقع در امتداد عمودی، و همچنین ناپیوستگی آنها در امتداد افقی، شناسایی شده است. تناوب آنها به ویژه در قاره ها مشخص است، جایی که عمق رخداد لایه های آستنوسفر (عدسی) از 100 کیلومتر تا صدها متغیر است. در زیر فرورفتگی های پرتگاه اقیانوسی، لایه استنوسفر در عمق 70 تا 80 کیلومتری یا کمتر قرار دارد. بر این اساس، مرز پایینی لیتوسفر در واقع نامشخص است و این مشکلات زیادی را برای نظریه سینماتیک صفحات لیتوسفر ایجاد می کند که توسط بسیاری از محققین ذکر شده است.

داده های مدرن در مورد مرزهای لرزه ای

با انجام مطالعات لرزه‌شناسی، پیش‌نیازهایی برای شناسایی مرزهای لرزه‌ای جدید وجود دارد. مرزهای جهانی 410، 520، 670، 2900 کیلومتر در نظر گرفته شده است که افزایش سرعت امواج لرزه ای در آن ها به ویژه محسوس است. همراه با آنها، مرزهای میانی متمایز می شوند: 60، 80، 220، 330، 710، 900، 1050، 2640 کیلومتر. علاوه بر این، نشانه هایی از ژئوفیزیکدانان در مورد وجود مرزهای 800، 1200-1300، 1700، 1900-2000 کیلومتر وجود دارد. N.I. پاولنکووا اخیراً مرز 100 را به عنوان یک مرز جهانی مشخص کرده است که مربوط به سطح پایین تقسیم گوشته بالایی به بلوک است. مرزهای میانی دارای توزیع فضایی متفاوتی هستند که نشان دهنده تغییرپذیری جانبی خواص فیزیکی گوشته است که به آن بستگی دارد. مرزهای جهانی دسته متفاوتی از پدیده ها را نشان می دهند. آنها با تغییرات جهانی در محیط گوشته در امتداد شعاع زمین مطابقت دارند.

مرزهای لرزه‌ای جهانی مشخص‌شده در ساخت مدل‌های زمین‌شناسی و ژئودینامیکی استفاده می‌شوند، در حالی که مرزهای متوسط از این نظر تاکنون تقریباً هیچ توجهی را به خود جلب نکرده‌اند. در این میان، تفاوت در مقیاس و شدت تظاهرات آنها، مبنایی تجربی برای فرضیه های مربوط به پدیده ها و فرآیندهای اعماق سیاره ایجاد می کند.

ترکیب گوشته بالایی

البته مشکل ترکیب، ساختار و ترکیبات معدنی پوسته‌های عمیق زمین یا ژئوسفرها هنوز با راه‌حل نهایی فاصله دارد، اما نتایج و ایده‌های تجربی جدید به طور قابل‌توجهی ایده‌های مربوطه را گسترش داده و جزئیات می‌دهند.

بر اساس دیدگاه های مدرن، ترکیب گوشته تحت سلطه یک گروه نسبتا کوچک است عناصر شیمیایی: Si، Mg، Fe، Al، Ca و O. مدل‌های پیشنهادی ترکیب ژئوسفرها اساساً بر اساس تفاوت در نسبت‌های این عناصر است (تغییرات Mg / (Mg + Fe) = 0.8-0.9؛ (Mg + Fe) / Si = 1.2Р1.9)، و همچنین تفاوت در محتوای Al و برخی عناصر کمیاب دیگر برای سنگ های عمیق. مطابق با ترکیب شیمیایی و کانی شناسی، این مدل ها نام خود را دریافت کردند: پیرولیتیک (مواد معدنی اصلی الیوین، پیروکسن ها و گارنت به نسبت 4: 2: 1)، پیکلوژیتیک (مواد معدنی اصلی پیروکسن و گارنت و نسبت هستند). الیوین به 40٪ کاهش می یابد و اکلوژیتیک است، که همراه با مشخصه پیوند پیروکسن-گارنت اکلوژیت ها، همچنین حاوی برخی مواد معدنی کمیاب تر، به ویژه کیانیت Al-Bearing Al 2 SiO 5 (تا 10 درصد وزنی) است. با این حال، همه این مدل‌های سنگ‌شناسی عمدتاً به سنگ‌های گوشته بالایی اشاره دارند که تا عمق 670 کیلومتری گسترش می‌یابند. با توجه به ترکیب توده‌ای ژئوسفرهای عمیق‌تر، فقط فرض می‌شود که نسبت اکسیدهای عناصر دو ظرفیتی (MO) به سیلیس (MO / SiO 2) ~ 2، نزدیک‌تر به الیوین (Mg, Fe) 2 SiO 4 نسبت به پیروکسن (Mg, Fe) SiO 3 و در بین کانی ها فازهای پروسکایت (Mg, Fe) SiO 3 با اعوجاج های ساختاری مختلف، منیزیووستیت (Mg, Fe)O با ساختاری از نوع NaCl و برخی فازهای دیگر در مقادیر بسیار کمتر غالب است. .

همه مدل های پیشنهادی بسیار کلی و فرضی هستند. مدل پیرولیتی گوشته بالایی تحت سلطه الیوین نشان می‌دهد که ترکیب شیمیایی آن بسیار نزدیک‌تر به کل گوشته عمیق‌تر است. در مقابل، مدل پیکلوژیتی وجود یک تضاد شیمیایی خاص بین قسمت بالایی و بقیه گوشته را فرض می کند. یک مدل اکلوژیتی خاص تر امکان حضور لنزها و بلوک های اکلوژیتی جداگانه در گوشته بالایی را فراهم می کند.

تلاش برای هماهنگ کردن داده های ساختاری- کانی شناسی و ژئوفیزیک مربوط به گوشته فوقانی بسیار جالب توجه است. حدود 20 سال است که فرض شده است که افزایش سرعت امواج لرزه ای در عمق 410 کیلومتری عمدتاً با بازآرایی ساختاری الیوین a-(Mg, Fe) 2 SiO 4 به wadsleyite b-(Mg, Fe) مرتبط است. 2 SiO 4، همراه با تشکیل فاز متراکم تر با ارزش های بزرگضرایب کشش با توجه به داده های ژئوفیزیکی، در چنین اعماق در داخل زمین، سرعت امواج لرزه ای 3-5٪ افزایش می یابد، در حالی که بازآرایی ساختاری الیوین به وادسلییت (مطابق با مقادیر مدول الاستیک آنها) باید با افزایش همراه باشد. در سرعت امواج لرزه ای حدود 13٪. در عین حال، نتایج مطالعات تجربی مخلوط الیوین و الیوین-پیروکسن در دماها و فشارهای بالا، تطابق کاملی را بین افزایش محاسبه‌شده و تجربی در سرعت‌های امواج لرزه‌ای در فاصله عمقی 200-400 کیلومتر نشان داد. از آنجایی که الیوین تقریباً همان خاصیت ارتجاعی پیروکسن های مونوکلینیک با چگالی بالا دارد، این داده ها باید نشان دهنده عدم وجود یک گارنت بسیار الاستیک در ناحیه زیرین باشد، که حضور آن در گوشته ناگزیر باعث افزایش قابل توجهی در سرعت امواج لرزه ای می شود. با این حال، این ایده ها در مورد گوشته بدون گارنت با مدل های سنگ شناسی ترکیب آن در تضاد بود.

بنابراین، این ایده مطرح شد که جهش در سرعت امواج لرزه ای در عمق 410 کیلومتری عمدتاً با بازآرایی ساختاری گارنت های پیروکسن در داخل قسمت های غنی شده با سدیم در گوشته بالایی مرتبط است. چنین مدلی فقدان تقریباً کامل همرفت را در گوشته بالایی فرض می‌کند که با مفاهیم ژئودینامیکی مدرن در تضاد است. غلبه بر این تناقضات را می توان با مدل کاملتری که اخیراً از گوشته بالایی ارائه شده است، مرتبط دانست که امکان ترکیب اتم های آهن و هیدروژن را در ساختار وادسلییت فراهم می کند.

در حالی که انتقال چند شکلی الیوین به وادسلییت با تغییر همراه نیست ترکیب شیمیایی، در حضور گارنت واکنشی رخ می دهد که منجر به تشکیل وادسلییت غنی شده از آهن در مقایسه با الیوین اصلی می شود. علاوه بر این، وادسلییت می تواند به طور قابل توجهی اتم های هیدروژن بیشتری نسبت به الیوین داشته باشد. مشارکت اتم های آهن و H در ساختار وادسلییت منجر به کاهش صلبیت آن و بر این اساس، کاهش سرعت انتشار امواج لرزه ای عبوری از این کانی می شود.

علاوه بر این، تشکیل وادسلییت غنی شده با آهن نشان دهنده دخالت مقدار بیشتری از الیوین در واکنش مربوطه است که باید با تغییر در ترکیب شیمیایی سنگ ها در نزدیکی بخش 410 همراه باشد. ایده های مربوط به این دگرگونی ها توسط جهانی مدرن تایید شده است. داده های لرزه ای در مجموع ترکیب کانی شناسی این قسمت از گوشته بالایی کم و بیش واضح به نظر می رسد. با توجه به ارتباط مواد معدنی پیرولیتی، تبدیل آن به عمق 800 کیلومتری با جزئیات کافی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مورد، مرز لرزه ای جهانی در عمق 520 کیلومتری مربوط به بازآرایی wadsleyite b-(Mg, Fe) 2 SiO 4 به رینگ وودیت - g-اصلاح (Mg, Fe) 2 SiO 4 با ساختار اسپینل است. تبدیل پیروکسن (Mg, Fe)SiO 3 گارنت Mg 3 (Fe, Al, Si) 2 Si 3 O 12 در گوشته بالایی در محدوده عمق وسیع تری رخ می دهد. بنابراین، کل پوسته نسبتا همگن در فاصله 400-600 کیلومتری گوشته بالایی عمدتاً شامل فازهایی با انواع ساختاری گارنت و اسپینل است.

تمام مدل‌های پیشنهادی در حال حاضر برای ترکیب سنگ‌های گوشته اذعان دارند که حاوی Al 2 O 3 در مقدار ~ 4 وزنی هستند. ٪، که بر ویژگی های تحولات ساختاری نیز تأثیر می گذارد. در عین حال، ذکر شده است که در برخی از نواحی گوشته بالایی که از نظر ترکیب ناهمگن است، Al را می توان در کانی هایی مانند کوراندوم Al 2 O 3 یا کیانیت Al 2 SiO 5 متمرکز کرد که در فشارها و دماهای مربوطه تا عمق 450 کیلومتری به کوروندوم تبدیل می‌شود و استیشوویت اصلاحی از SiO 2 است که ساختار آن شامل چارچوبی از هشت وجهی SiO 6 است. هر دوی این کانی ها نه تنها در گوشته پایینی، بلکه در عمق بیشتری نیز حفظ می شوند.

مهمترین جزء ترکیب شیمیایی منطقه 400-670 کیلومتری آب است که مقدار آن طبق برخی برآوردها 1/0 ~ وزنی است. درصد و حضور آن در درجه اول با سیلیکات های منیزیم مرتبط است. مقدار آب ذخیره شده در این پوسته به قدری قابل توجه است که در سطح زمین لایه ای به ضخامت 800 متر را تشکیل می دهد.

ترکیب گوشته در زیر مرز 670 کیلومتری

مطالعات انتقال ساختاری کانی‌ها در دو یا سه دهه اخیر با استفاده از اتاقک‌های پرفشار پرتو ایکس، مدل‌سازی برخی از ویژگی‌های ترکیب و ساختار ژئوسفرهای عمیق‌تر از مرز 670 کیلومتری را ممکن کرد.

در این آزمایشات، کریستال مورد مطالعه بین دو هرم الماس ( سندان ) قرار می گیرد که در صورت فشرده شدن، فشارهایی متناسب با فشارهای داخل گوشته و هسته زمین ایجاد می کنند. با این وجود، هنوز سوالات زیادی در مورد این قسمت از گوشته وجود دارد که بیش از نیمی از کل فضای داخلی زمین را تشکیل می دهد. در حال حاضر، اکثر محققان با این ایده موافق هستند که تمام این گوشته عمیق (به معنای سنتی پایین تر) عمدتاً از یک فاز پروسکایت مانند (Mg,Fe)SiO 3 تشکیل شده است که حدود 70 درصد حجم آن (40 درصد) را تشکیل می دهد. حجم کل زمین) و magnesiowiustite (Mg, Fe)O (~20%). 10 درصد باقیمانده فازهای استیشوویت و اکسید حاوی کلسیم، سدیم، پتاسیم، آل و آهن است که تبلور آن در انواع ساختاری ایلمنیت-کوروندم (محلول جامد (Mg, Fe) SiO 3 -Al 2 O 3 مجاز است. پروسکیت مکعبی (CaSiO 3) و Ca-فریت (NaAlSiO4). تشکیل این ترکیبات با دگرگونی های ساختاری مختلف کانی ها در گوشته بالایی همراه است. در همان زمان، یکی از فازهای معدنی اصلی یک پوسته نسبتا همگن که در عمق 410 تا 670 کیلومتری قرار دارد، رینگ‌وودیت اسپینل‌مانند، به ترکیبی از (Mg, Fe)-proovskite و Mg-wustite تبدیل می‌شود. مرز 670 کیلومتر، که در آن فشار ~24 GPa است. یکی دیگر از اجزای مهم منطقه انتقال، نماینده خانواده گارنت، پیروپ Mg 3 Al 2 Si 3 O 12 است که با تشکیل پروسکیت لوزی (Mg, Fe) SiO 3 و محلول جامد کوراندوم-ایلمنیت (Corundum-ilmenite) دچار دگرگونی می شود. Mg, Fe) SiO 3 - Al 2 O 3 در چندین فشار بالا. این انتقال با تغییر در سرعت امواج لرزه ای در پیچ 850-900 کیلومتر، مربوط به یکی از مرزهای لرزه ای میانی همراه است. دگرگونی ساگارنت آندرادیت در فشارهای کمتر ~21 گیگا پاسکال منجر به تشکیل یکی دیگر از اجزای مهم Ca 3 Fe 2 3 + Si 3 O 12 می شود که در بالا ذکر شد، Saperovskite مکعبی CaSiO 3 . نسبت قطبی بین کانی های اصلی این منطقه (Mg,Fe) - پروسکایت (Mg,Fe)SiO 3 و Mg-wustite (Mg,Fe)O در یک محدوده نسبتاً وسیع و در عمق ~1170 کیلومتری در فشار ~29 GPa و دمای 2000 -2800 0 C از 2:1 به 3:1 تغییر می کند.

پایداری استثنایی MgSiO 3 با ساختار پروسکایتی لوزی در طیف وسیعی از فشارهای مربوط به اعماق گوشته پایینی به ما این امکان را می دهد که آن را یکی از اجزای اصلی این ژئوسفر بدانیم. مبنای این نتیجه‌گیری آزمایش‌هایی بود که طی آن نمونه‌های Mg-proovskite MgSiO 3 تحت فشاری 1.3 میلیون برابر بیشتر از فشار اتمسفر قرار گرفتند و در همان زمان، یک پرتو لیزر با دمای حدود 2000 درجه سانتی‌گراد در معرض دید قرار گرفت. به نمونه ای که بین سندان های الماس قرار داده شده است. بنابراین، ما شرایطی را که در عمق 2800 کیلومتری وجود دارد، یعنی نزدیک مرز پایینی گوشته پایین، شبیه سازی کردیم. مشخص شد که نه در طول آزمایش و نه پس از آن، این کانی ساختار و ترکیب خود را تغییر نداد. بنابراین، L. Liu، و همچنین E. Nittle و E. Zhanloz به این نتیجه رسیدند که پایداری منیزیم پروسکایت به ما اجازه می دهد آن را به عنوان رایج ترین ماده معدنی روی زمین در نظر بگیریم، که ظاهراً تقریباً نیمی از جرم آن را تشکیل می دهد.

Wustite F x O کمتر پایدار نیست، ترکیب آن در شرایط گوشته پایین با مقدار ضریب استوکیومتری x مشخص می شود.< 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.

لازم به ذکر است که فازهای پروسکایت مانند غالب در اعماق زیاد می توانند حاوی مقدار بسیار محدودی آهن باشند و غلظت بالای آهن در میان مواد معدنی انجمن عمیق تنها مشخصه منیزیووستیت است. در عین حال، برای منیزیووستیت، امکان انتقال تحت تأثیر فشارهای زیاد بخشی از آهن آهن موجود در آن به آهن آهن باقی مانده در ساختار ماده معدنی، با آزادسازی همزمان مقدار مربوطه آهن خنثی، ثابت شده است. بر اساس این داده ها، H. Mao، P. Bell و T. Yagi، کارمندان آزمایشگاه ژئوفیزیک موسسه کارنگی، ایده های جدیدی در مورد تمایز ماده در اعماق زمین ارائه کردند. در مرحله اول به دلیل ناپایداری گرانشی، منیزیووستیت به عمقی فرو می‌رود که تحت تأثیر فشار مقداری از آهن به شکل خنثی از آن خارج می‌شود. magnesiowustite باقیمانده، که با چگالی کمتر مشخص می شود، به لایه های بالایی می رسد، جایی که دوباره با فازهای پروسکایت مانند مخلوط می شود. تماس با آنها با بازیابی استوکیومتری (یعنی نسبت عدد صحیح عناصر در فرمول شیمیایی) از magnesiowiustite و منجر به امکان تکرار فرآیند توصیف شده می شود. داده های جدید این امکان را فراهم می کند که تا حدودی مجموعه عناصر شیمیایی احتمالی برای گوشته عمیق را گسترش دهیم. به عنوان مثال، پایداری منیزیت در فشارهای مربوط به عمق 900 کیلومتری، که توسط N. Ross (1997) اثبات شده است، وجود احتمالی کربن در ترکیب آن را نشان می دهد.

شناسایی مرزهای لرزه‌ای میانی منفرد واقع در زیر خط 670 با داده‌های مربوط به دگرگونی‌های ساختاری کانی‌های گوشته مرتبط است، که اشکال آن می‌تواند بسیار متنوع باشد. به گفته R. Jeanlose و R. Hazen، تصویری از تغییر در بسیاری از خواص کریستال‌های مختلف در مقادیر بالای پارامترهای فیزیکوشیمیایی مربوط به گوشته عمیق، می‌تواند بازآرایی پیوندهای یون-کووالانسی ووستیت ثبت شده در طول آزمایش باشد. در فشارهای 70 گیگا پاسکال (GPa) (~1700 کیلومتر) در ارتباط با نوع فلزی برهمکنش های بین اتمی. نقطه عطف 1200 می تواند مربوط به بازآرایی SiO 2 با ساختار استیشوویت به نوع ساختاری CaCl 2 (آنالوگ لوزی شکل روتیل TiO 2) و 2000 کیلومتر - تبدیل بعدی آن به فازی با ساختاری میانی بین a-PbO 2 و ZrO2 که با بسته بندی متراکم تری از هشت وجهی سیلیکون-اکسیژن مشخص می شود (داده های L.S. Dubrovinsky و همکاران). همچنین، با شروع از این اعماق (~2000 کیلومتر)، در فشارهای 80-90 گیگا پاسکال، تجزیه MgSiO 3 مشابه پروسکایت مجاز است که با افزایش محتوای پریکلاز MgO و سیلیس آزاد همراه است. در فشار کمی بالاتر (~96 گیگا پاسکال) و دمای 800 0 C، یک تظاهرات پلی تایپی در FeO ایجاد شد که با تشکیل قطعات ساختاری از نوع نیکلین NiAs، متناوب با دامنه های ضد نیکل، که در آن Fe اتم ها در موقعیت های اتم های As و اتم های O در موقعیت های اتم های Ni قرار دارند. در نزدیکی مرز D"، تبدیل Al 2 O 3 با ساختار کوراندوم به فازی با ساختار Rh 2 O 3 رخ می دهد که به طور تجربی در فشارهای ~ 100 گیگا پاسکال، یعنی در عمق 2200-2300 ~ مدل سازی شده است. کیلومتر با استفاده از روش طیف‌سنجی Mössbauer در همان فشار، انتقال از حالت چرخش بالا (HS) به حالت اسپین پایین (LS) اتم‌های آهن در ساختار magnesiowüstite، یعنی تغییر در ساختار الکترونیکی آنها. در این راستا، باید تاکید کرد که ساختار ووستیت FeO در فشار بالابا غیر استوکیومتری ترکیب، نقص های بسته بندی اتمی، پلی تایپی، و همچنین تغییر در نظم مغناطیسی مرتبط با تغییر در ساختار الکترونیکی (HS => LS - انتقال) اتم های آهن مشخص می شود. ویژگی های ذکر شده به ما امکان می دهد ووستیت را به عنوان یکی از پیچیده ترین کانی ها با خواص غیر معمول در نظر بگیریم که ویژگی های مناطق عمیق زمین غنی شده با آن را در نزدیکی مرز D تعیین می کند.

اندازه‌گیری‌های لرزه‌شناسی نشان می‌دهد که هر دو هسته داخلی (جامد) و بیرونی (مایع) زمین با چگالی کمتری در مقایسه با مقدار به‌دست‌آمده بر اساس مدل هسته‌ای که فقط از آهن فلزی با پارامترهای فیزیکوشیمیایی یکسان تشکیل شده است، مشخص می‌شوند. اکثر محققان این کاهش چگالی را به وجود عناصری مانند Si، O، S و حتی O در هسته می‌دهند که با آهن آلیاژ تشکیل می‌دهند. از جمله فازهایی که برای چنین شرایط فیزیکوشیمیایی "فاوستی" محتمل است (فشار ~250 گیگا پاسکال و دمای 4000-6500 درجه سانتیگراد)، Fe 3 S با نوع ساختاری شناخته شده Cu 3 Au و Fe 7 S نامیده می شود. فاز دیگری فرض می شود. در هسته b-Fe است که ساختار آن با یک بسته بندی نزدیک چهار لایه از اتم های آهن مشخص می شود. دمای ذوب این فاز 5000 درجه سانتیگراد در فشار 360 گیگا پاسکال برآورد شده است. وجود هیدروژن در هسته به دلیل حلالیت کم آن در آهن در فشار اتمسفر مدت ها مورد بحث بوده است. با این حال، آزمایش‌های اخیر (داده‌های J. Badding، H. Mao و R. Hamley (1992)) این امکان را فراهم کرد که ثابت شود هیدرید آهن FeH می‌تواند در دماها و فشارهای بالا تشکیل شود و در فشارهای بیش از 62 گیگا پاسکال پایدار است، که مربوط به عمق 1600 کیلومتر در این راستا وجود مقادیر قابل توجهی (تا 40 مول درصد) هیدروژن در هسته کاملاً قابل قبول است و چگالی آن را به مقادیری مطابق با داده های زلزله شناسی کاهش می دهد.

می توان پیش بینی کرد که داده های جدید در مورد تغییرات ساختاری در فازهای معدنی در اعماق زیاد، یافتن تفسیر کافی از سایر مرزهای مهم ژئوفیزیکی ثابت شده در روده های زمین را ممکن می سازد. نتیجه گیری کلی این است که در مرزهای لرزه ای جهانی مانند 410 و 670 کیلومتر، تغییرات قابل توجهی در ترکیب معدنی سنگ های گوشته وجود دارد. دگرگونی های معدنی نیز در اعماق ~850، 1200، 1700، 2000 و 2200-2300 کیلومتر، یعنی در داخل گوشته پایین مشاهده می شود. این یک شرایط بسیار مهم است که امکان رها کردن ایده ساختار همگن آن را فراهم می کند.