Kemijski sastav Zemljinog plašta i jezgre. Korelacija pojmova "zemljina kora", "litosfera", "tektonosfera" Sastav plašta i jezgre Zemlje

Plašt sadrži najveći dio Zemljine materije. Plašt se nalazi i na drugim planetima. Zemljin omotač je u rasponu od 30 do 2900 km.

U njegovim granicama prema seizmičkim podacima razlikuju se: gornji sloj plašta NA do 400 km dubine i IZ do 800-1000 km (neki istraživači sloj IZ nazvan srednji plašt); donji sloj plašta D prije dubine 2700 s prijelaznim slojem D1 od 2700 do 2900 km.

Granica između kore i plašta je Mohorovichic granica ili skraćeno Moho. Na njemu postoji nagli porast seizmičkih brzina - sa 7 na 8-8,2 km / s. Ta se granica nalazi na dubini od 7 (ispod oceana) do 70 kilometara (ispod naboranih pojaseva). Zemljin omotač se dijeli na gornji i donji omotač. Granica između ovih geosfera je Golicinov sloj, koji se nalazi na dubini od oko 670 km.

Građa Zemlje prema različitim istraživačima

Razlika u sastavu zemljine kore i plašta posljedica je njihova nastanka: prvobitno homogena Zemlja se djelomičnim otapanjem podijelila na topljivi i lagani dio - koru i gusti i vatrostalni plašt.

Izvori informacija o plaštu

Zemljin je omotač nedostupan izravnom istraživanju: ne dopire do Zemljine površine i nije dosegnut dubokim bušenjem. Stoga je većina podataka o plaštu dobivena geokemijskim i geofizičkim metodama. Podaci o njegovoj geološkoj građi vrlo su ograničeni.

Plašt se proučava prema sljedećim podacima:

geofizički podaci. Prije svega podaci o brzinama seizmičkih valova, električnoj vodljivosti i gravitaciji.
Taline plašta - bazalti, komatiiti, kimberliti, lamproiti, karbonatiti i neke druge magmatske stijene nastaju kao rezultat djelomičnog taljenja plašta. Sastav taline posljedica je sastava otopljenih stijena, interanizma taljenja i fizikalno-kemijskih parametara procesa taljenja. Općenito, rekonstrukcija izvora iz taline je težak zadatak.
Fragmenti stijena plašta koje su taline plašta iznijele na površinu - kimberliti, alkalni bazalti itd. To su ksenoliti, ksenokristali i dijamanti. Dijamanti zauzimaju posebno mjesto među izvorima informacija o plaštu. U dijamantima se nalaze najdublji minerali, koji čak mogu potjecati iz donjeg plašta. U ovom slučaju, ovi dijamanti predstavljaju najdublje fragmente zemlje dostupne izravnom proučavanju.
Stijene plašta u sastavu zemljine kore. Takvi kompleksi najviše odgovaraju plaštu, ali se i razlikuju od njega. Najvažnija razlika je u samoj činjenici da su u sastavu zemljine kore, iz čega slijedi da su nastali kao rezultat ne sasvim običnih procesa i, možda, ne odražavaju tipični plašt. Javljaju se u sljedećim geodinamičkim postavkama:

Hiperbaziti alpskog tipa su dijelovi plašta ugrađeni u zemljinu koru kao rezultat izgradnje planina. Najčešći u Alpama, odakle i dolazi ime.
Ofioliti hiperbaziti – peredotiti u sastavu ofiolitnih kompleksa – dijelovi drevne oceanske kore.
Abisalni peridotiti su projekcije stijene plašta na dnu oceana ili pukotina.

Ovi kompleksi imaju prednost što se u njima mogu uočiti geološki odnosi između različitih stijena.

Nedavno je objavljeno da japanski istraživači planiraju pokušati probušiti oceansku koru sve do plašta. Za to je izgrađen brod Chikyu. Početak bušenja planiran je za 2007. godinu.

Glavni nedostatak informacija dobivenih iz ovih fragmenata je nemogućnost utvrđivanja geoloških odnosa između različitih vrsta stijena. Ovo su dijelovi slagalice. Kao što je klasik rekao, "određivanje sastava plašta iz ksenolita podsjeća na pokušaje utvrđivanja geološke strukture planina iz kamenčića koje je rijeka iznijela iz njih."

Sastav plašta

Plašt je sastavljen uglavnom od ultrabazičnih stijena: peridotita, (lerzoliti, harzburgiti, wehrliti, pirokseniti), dunita i manjim dijelom bazičnih stijena - eklogita.

Također, među stijenama plašta identificirane su rijetke vrste stijena koje se ne nalaze u zemljinoj kori. To su različiti flogopitni peridotiti, grospiditi i karbonatiti.

Sadržaj glavnih elemenata u Zemljinom omotaču u masenim postocima

Element	Koncentracija	Oksid	Koncentracija
	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
Iznos	99.7	Iznos	99.1

Građa plašta

Procesi koji se odvijaju u plaštu imaju najizravniji utjecaj na zemljinu koru i površinu zemlje, uzrok su kretanja kontinenata, vulkanizma, potresa, izgradnje planina i stvaranja rudnih naslaga. Sve je više dokaza da je sam plašt pod aktivnim utjecajem metalne jezgre planeta.

Konvekcija i oblake

Bibliografija

Pushcharovsky D.Yu., Pushcharovsky Yu.M. Sastav i struktura Zemljinog omotača // Soros Educational Journal, 1998, br. 11, str. 111–119 (prikaz, stručni).
Kovtun A.A. Električna vodljivost Zemlje // Soros Educational Journal, 1997, br. 10, str. 111–117 (prikaz, stručni).

Izvor: Koronovsky N.V., Yakushova A.F. "Osnove geologije", M., 1991

Linkovi

Slike Zemljine kore i gornjeg plašta // International Geological Correlation Program (IGCP), Projekt 474

Atmosfera
Biosfera

Planeta na kojoj živimo je treća od Sunca, sa prirodnim satelitom - Mjesecom.

Naš planet karakterizira slojevita struktura. Sastoji se od čvrste silikatne ljuske – zemljine kore, plašta i metalne jezgre, iznutra čvrste, izvana tekuće.

Granična zona (Moho površina) odvaja Zemljinu koru od plašta. Ime je dobio u čast jugoslavenskog seizmologa A. Mohorovichicha, koji je, proučavajući balkanske potrese, utvrdio postojanje ove razlike. Ova zona se naziva donja granica kore globusa.

Sljedeći sloj je Zemljin omotač

Upoznajmo ga. Plašt Zemlje je fragment koji se nalazi ispod kore i gotovo doseže jezgru. Drugim riječima, to je veo koji prekriva "srce" Zemlje. Ovo je glavna komponenta globusa.

Sastoji se od stijena čija struktura uključuje silikate željeza, kalcija, magnezija itd. Općenito, znanstvenici vjeruju da je njegov unutarnji sadržaj po sastavu sličan kamenim meteoritima (kondritima). Zemljin omotač u većoj mjeri uključuje kemijske elemente koji su u čvrstom obliku ili u čvrstim kemijskim spojevima: željezo, kisik, magnezij, silicij, kalcij, oksidi, kalij, natrij itd.

Nikada ga nije vidjelo ljudsko oko, ali, prema znanstvenicima, potrebno je najviše volumen Zemlje, oko 83%, njegova masa - gotovo 70% globusa.

Također postoji pretpostavka da prema zemljinoj jezgri tlak raste, a temperatura doseže svoj maksimum.

Kao rezultat toga, temperatura Zemljinog omotača mjeri se u više od tisuću stupnjeva. U takvim okolnostima činilo bi se da bi se tvar plašta trebala rastopiti ili prijeći u plinovito stanje, no taj proces biva zaustavljen snažnim pritiskom.

Stoga je Zemljin omotač u kristalno-čvrstom stanju. Iako je vruće.

Kakva je građa Zemljinog omotača?

Geosfera se može karakterizirati prisutnošću triju slojeva. Ovo je gornji omotač Zemlje, zatim astenosfera, a niz zatvara donji omotač.

Plašt se sastoji od gornjeg i donjeg plašta, prvi se proteže u širinu od 800 do 900 km, drugi ima širinu od 2 tisuće kilometara. Ukupna debljina Zemljinog plašta (oba sloja) je otprilike tri tisuće kilometara.

Vanjski fragment nalazi se ispod zemljine kore i ulazi u litosferu, donji se sastoji od astenosfere i golicinovog sloja, koji karakterizira povećanje brzine seizmičkih valova.

Prema hipotezi znanstvenika, gornji plašt formiraju jake stijene, stoga je čvrst. Ali na segmentu od 50 do 250 kilometara od površine zemljine kore nalazi se nepotpuno otopljeni sloj - astenosfera. Materijal u ovom dijelu plašta nalikuje amorfnom ili polu-taljenom stanju.

Ovaj sloj ima strukturu mekog plastelina, po kojoj se pomiču tvrdi slojevi iznad. U vezi s ovom značajkom, ovaj dio plašta ima sposobnost vrlo sporog protoka, nekoliko desetaka milimetara godišnje. Ipak, ovo je vrlo opipljiv proces u pozadini kretanja zemljine kore.

Procesi koji se odvijaju unutar plašta imaju utjecaj i izravan učinak na koru zemaljske kugle, uslijed čega dolazi do pomicanja kontinenata, izgradnje planina, a čovječanstvo se suočava s takvim prirodni fenomen poput vulkanizma, potresa.

Litosfera

Vrh plašta, koji se nalazi na vrućoj astenosferi, u tandemu sa zemljinom korom našeg planeta tvori snažno tijelo - litosferu. Prevedeno sa grčki- kamen. Nije čvrsta, već se sastoji od litosfernih ploča.

Njihov broj je trinaest, iako nije konstantan. Kreću se vrlo sporo, do šest centimetara godišnje.

Njihova kombinirana višesmjerna kretanja, koja su popraćena greškama s stvaranjem utora u zemljinoj kori, nazivaju se tektonskim.

Taj se proces aktivira stalnom migracijom sastojaka plašta.

Stoga nastaju spomenuta podrhtavanja, postoje vulkani, dubokovodne depresije, grebeni.

magmatizam

Ova akcija se može opisati kao težak proces. Njegovo lansiranje događa se zbog kretanja magme, koja ima odvojene komore smještene u različitim slojevima astenosfere.

Zbog tog procesa možemo promatrati erupciju magme na površini Zemlje. To su dobro poznati vulkani.

PITANJE #5

Plašt i jezgra Zemlje. Struktura, snaga, fizičko stanje i sastav. Korelacija pojmova "zemljina kora", "litosfera", "tektonosfera".

Plašt:

Ispod zemljine kore je sljedeći sloj, tzv plašt. Okružuje jezgru planeta i debljine je gotovo tri tisuće kilometara. Struktura Zemljinog omotača vrlo je složena i stoga zahtijeva detaljnu studiju.

Naziv ove školjke (geosfera) dolazi od grčke riječi za ogrtač ili veo. U stvarnosti, plašt poput vela obavija srž. Čini oko 2/3 mase Zemlje i približno 83% njezinog volumena.

Temperatura ljuske ne prelazi 2500 stupnjeva Celzijusa. Sastoji se plašt od čvrstih kristalnih tvari (teški minerali bogati željezom i magnezijem). Jedina je iznimka astenosfera, koji je u poluotopljenom stanju.

Građa zemljinog omotača:

Geosfera se sastoji od sljedećih dijelova:

gornji plašt, debljine 800-900 km;

· astenosfera;

Donji plašt je debeo oko 2000 km.

Gornji plašt:

Dio ljuske, koji se nalazi ispod zemljine kore i ulazi u litosferu. Zauzvrat se dijeli na astenosferu i Golicin sloj, koji karakterizira intenzivan porast brzina seizmičkih valova. Ova čvrsta komponenta plašta, zajedno sa zemljinom korom, čini neku vrstu krutog omotača Zemlje, naziva litosfera .

Ovaj dio Zemljinog plašta utječe na procese kao što su tektonski pokreti ploča, metamorfizam i magmatizam. Važno je napomenuti da se njegova struktura razlikuje ovisno o tome pod kojim se tektonskim objektom nalazi.

Astenosfera:

Naziv srednjeg sloja ljuske preveden je s grčkog kao "slaba lopta". Geosfera, koja se pripisuje gornjem dijelu plašta, a ponekad se izdvaja kao zaseban sloj, karakterizira smanjena tvrdoća, čvrstoća i viskoznost.

Gornja granica astenosfere uvijek je ispod krajnje linije zemljine kore: ispod kontinenata - na dubini od 100 km, ispod morskog dna - 50 km.

Njegova donja linija nalazi se na dubini od 250-300 km.

Astenosfera je glavni izvor magme na planetu, a kretanje amorfne i plastične tvari smatra se uzrokom tektonskih pomaka u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini, magmatizma i metamorfizma zemljine kore.

Donji plašt:

Znanstvenici malo znaju o donjem dijelu plašta. Vjeruje se da na granici s jezgrom postoji poseban sloj D, koji podsjeća na astenosferu. Karakterizira ga visoka temperatura (zbog blizine užarene jezgre) i nehomogenost tvari. Sastav mase uključuje željezo i nikal.

Ispod najnižeg sloja plašta, na dubini od oko 2900 km, postoji još jedno granično područje u kojem seizmički valovi dramatično mijenjaju prirodu svog širenja. Ovdje se uopće ne šire transverzalni seizmički valovi, što ukazuje na promjenu kvalitativnog sastava tvari koja tvori granični sloj.

Ovdje je granica između plašta i jezgre Zemlje.

Sastav plašta:

Geosfera se stvara prisutni su olivin i ultrabazične stijene (peridotiti, perovskiti, duniti), ali i bazične stijene (eklogiti). Utvrđeno je da školjka sadrži rijetke varijetete koji se ne nalaze u zemljinoj kori (grospiditi, flogopitni peridotiti, karbonatiti).

Ako govorimo o kemijski sastav , tada plašt sadrži u različitim koncentracijama: kisik, magnezij, silicij, željezo, aluminij, kalcij, natrij i kalij, kao i njihove okside.

Vlast:

Debljina Zemljinog omotača je: 2800 km.

Jezgra:

Postojanje jezgre našeg planeta otkriveno je još 1936. godine, a do sada se malo zna o njenom sastavu i strukturi.

Dubina - 2900 km. Prosječni radijus sfere je 3500 km.

Temperatura na površini čvrste jezgre Zemlje vjerojatno doseže 5960 ± 500 °C, u središtu jezgre gustoća može biti oko 12,5 t / m³, tlak je do 3,7 milijuna atm. Masa jezgre je 1,932 1024 kg.

Sasvim je moguće da tvari koje čine središnja područja jezgre ne prelaze u tekuće stanje i kristaliziraju čak i pri ogromnim temperaturama. Vjeruje se da glavninu zemljine jezgre čine željezo ili legure željeza i nikla, čija količina u ukupnoj masi jezgre može doseći jednu trećinu.

Struktura zemljine jezgre:

Prema suvremenim idejama o strukturi zemljine jezgre, razlikuju se njezine vanjske i unutarnje komponente.

vanjska jezgra

unutarnja jezgra

Vanjska jezgra:

Prvi sloj jezgre koji je u izravnom kontaktu s plaštem je vanjska jezgra. Njegova gornja granica nalazi se na dubini od 2,3 tisuće kilometara ispod razine mora, a donja je na dubini od 2900 kilometara.

vanjska jezgra je tekućina, sadrži veliku količinu željeza iu neprekidnom je kretanju.

vanjska jezgra zagrijava plašt - i to na nekim mjestima toliko da uzlazni tokovi magme čak dopiru do površine, uzrokujući vulkanske erupcije.

Postojanje magnetsko polje oko Zemlje. Oko vodiča kroz koji teče struja formira se magnetsko polje, a budući da je tekući sloj jezgre koji sadrži željezo vodič i stalno se kreće, sasvim je razumljiva pojava snažnih tokova električne energije u njemu.

Ova struja tvori magnetsko polje našeg planeta.

Vlast:

Snaga vanjske jezgre Zemlje je: 2220 km.

Na dubini od nešto više od 5000 km proteže se granica između tekuće (vanjske) i čvrste (unutarnje) jezgre.

Unutarnja jezgra:

Unutar tekuće ljuske je unutarnja jezgra. Ovo je čvrsta jezgra Zemlje, čiji je promjer 1220 kilometara.

Ovaj dio jezgre je vrlo gust - prosječna koncentracija tvari doseže 12,8-13 g / cm3, što je dvostruko više od gustoće željeza, i vruće - užarenost doseže poznatih 5-6 tisuća stupnjeva Celzijusa.

Prema postojećoj hipotezi, čvrsta faza materije u njemu se održava zahvaljujući kolosalnim temperaturama i tlaku. Osim željeza, jezgra može sadržavati lakše elemente - silicij, sumpor, kisik, vodik itd.

Među znanstvenicima postoji hipoteza da su pod utjecajem ogromnih pritisaka te tvari, koje po prirodi nisu metali, sposobne za metalizaciju. Vrlo je moguće da je čak i metalizirani vodik prisutan u čvrstoj jezgri našeg planeta.

Vlast:

Snaga unutarnje jezgre Zemlje je: 1250 km.

Korelacija pojmova "zemljina kora", "litosfera", "tektonosfera".

Zemljina kora	Litosfera	tektonosfera
Vanjski tvrdi omotač našeg planeta.	Gornja kamena ljuska Zemlje, uključujući zemljinu koru i suprastenosferni omotač.	Geosfera Zemlje, koja uključuje litosferu i sloj niske viskoznosti, astenosferu.
kontinentalna kora ima debljinu od 35-45 km, u planinskim područjima do 80 km. Kontinentalna kora je podijeljena na slojeve: Sedimentni sloj; · Granitni sloj; · Bazaltni sloj. oceanska kora ima debljinu od 5-10 km. Oceanska kora se dijeli na 3 sloja: · Sloj morskih sedimenata; Srednji sloj ili "drugi"; · Najniži sloj ili "oceanski". Postoji i prijelazni tip zemljine kore.	U strukturi litosfere razlikuju se mobilna područja (naborani pojasevi) i relativno stabilne platforme. Gornji dio litosfere graniči s atmosferom i hidrosferom. Donja granica litosfere nalazi se iznad astenosfere – sloja smanjene tvrdoće, čvrstoće i viskoznosti u gornjem sloju Zemljinog plašta.	U geološkom smislu, prema materijalnom sastavu, tektonosfera se može pratiti do dubine od 400 km, ali u fizičkom, reološkom smislu, dijeli se na litosfera i astenosfera, a litosfera uključuje, osim kore, i dio gornjeg plašta.

Ima poseban sastav koji se razlikuje od sastava zemljine kore koja ga prekriva. Podaci o kemijskom sastavu plašta dobiveni su analizama najdubljih magmatskih stijena koje su ušle u gornje horizonte Zemlje kao rezultat snažnih tektonskih izdizanja s uklanjanjem materijala plašta. Ove stijene uključuju ultrabazične stijene - dunite, peridotite koji se javljaju u planinskim sustavima. Stijene otoci svetog Pavla u srednjem dijelu Atlantskog oceana prema svim geološkim podacima pripadaju materijalu plašta. Materijal plašta također uključuje fragmente stijena koje su prikupile sovjetske oceanografske ekspedicije s dna Indijskog oceana u području grebena Indijskog oceana. Što se tiče mineraloškog sastava plašta, ovdje se mogu očekivati značajne promjene, počevši od gornjih horizonata pa sve do baze plašta, zbog povećanja tlaka. Gornji plašt je sastavljen uglavnom od silikata (olivina, piroksena, granata), koji su stabilni i unutar relativno niskih pritisaka. Donji plašt se sastoji od minerala visoke gustoće.

Najčešća komponenta plašta je silicijev oksid u sastavu silikata. Ali pri visokim pritiscima silicij može prijeći u gušću polimorfnu modifikaciju - stišovit. Ovaj mineral dobio je sovjetski istraživač Stishov i po njemu je dobio ime. Ako obični kvarc ima gustoću 2,533 r/cm 3 , onda stišovit, nastao iz kvarca pod pritiskom od 150 000 bara, ima gustoću 4,25 g/cm 3 .

Osim toga, vjerojatne su i gušće mineralne modifikacije drugih spojeva u donjem plaštu. Na temelju navedenog može se opravdano pretpostaviti da se s povećanjem tlaka uobičajeni željezno-magnezijski silikati olivina i piroksena razlažu na okside koji pojedinačno imaju veću gustoću od silikata, koji se pokazuju stabilnima u gornjem plaštu.

Gornji plašt sastoji se uglavnom od željezno-magnezijskih silikata (olivini, pirokseni). Neki aluminosilikati se ovdje mogu transformirati u gušće minerale kao što su granati. Ispod kontinenata i oceana, gornji plašt ima drugačija svojstva i vjerojatno drugačiji sastav. Može se samo pretpostaviti da je u području kontinenata plašt diferenciraniji i ima manje SiO 2 zbog koncentracije ove komponente u aluminosilikatnoj kori. Ispod oceana plašt je manje diferenciran. U gornjem plaštu se mogu pojaviti gušće polimorfne modifikacije olivina sa strukturom spinela itd.

Prijelazni sloj plašta karakterizira konstantno povećanje brzina seizmičkih valova s dubinom, što ukazuje na pojavu gušćih polimorfnih modifikacija tvari. Ovdje se očito pojavljuju FeO, MgO, GaO, SiO 2 oksidi u obliku vustita, periklaza, vapna i stišovita. Njihov broj raste s dubinom, dok količina običnih silikata opada, te ispod 1000 km čine neznatan udio.

Donji plašt unutar dubina od 1000-2900 km gotovo se u potpunosti sastoji od gustih varijanti minerala - oksida, što dokazuje njegova visoka gustoća u rasponu od 4,08-5,7 g/cm 3 . Pod utjecajem povećanog tlaka, gusti oksidi se sabijaju, dodatno povećavajući njihovu gustoću. Sadržaj željeza također vjerojatno raste u donjem plaštu.

Zemljina jezgra. Pitanje sastava i fizička priroda Jezgra našeg planeta jedan je od najuzbudljivijih i najtajnovitijih problema geofizike i geokemije. Tek nedavno je došlo do malog prosvjetljenja u rješavanju ovog problema.

Ogromna središnja jezgra Zemlje, koja zauzima unutarnje područje dublje od 2900 km, sastoji se od velike vanjske jezgre i male unutarnje. Prema seizmičkim podacima, vanjska jezgra ima svojstva tekućine. Ne prenosi transverzalne seizmičke valove. Odsutnost kohezijskih sila između jezgre i donjeg plašta, priroda plime i oseke u plaštu i kori, osobitosti kretanja Zemljine osi rotacije u svemiru, priroda prolaska seizmičkih valova dublje od 2900 km ukazuju da je vanjska jezgra Zemlje tekuća.

Neki autori pretpostavljaju da je sastav jezgre za kemijski homogeni model Zemlje bio silikatni, a pod utjecajem visokog tlaka silikati su prešli u "metalizirano" stanje, poprimajući atomsku strukturu u kojoj su vanjski elektroni zajednički. Međutim, gore navedeni geofizički podaci proturječe pretpostavci o "metaliziranom" stanju silikatnog materijala u Zemljinoj jezgri. Konkretno, odsutnost kohezije između jezgre i plašta ne može biti kompatibilna s "metaliziranom" čvrstom jezgrom, što je pretpostavljeno u hipotezi Lodočnikova-Ramsaya. Vrlo važni neizravni podaci o jezgri Zemlje dobiveni su tijekom pokusa sa silikatima pod visokim tlakom. U ovom slučaju, pritisak je dosegao 5 milijuna atm. U međuvremenu, u središtu Zemlje tlak je 3 milijuna atm., A na granici jezgre - približno 1 milijun atm. Tako se eksperimentalno uspjelo blokirati pritiske koji postoje u samim dubinama Zemlje. U ovom slučaju, za silikate je opažena samo linearna kompresija bez skoka i prijelaza u "metalizirano" stanje. Osim toga, pri visokim tlakovima i unutar dubina od 2900-6370 km, silikati ne mogu biti u tekućem stanju, poput oksida. Njihovo talište raste s povećanjem tlaka.

Po posljednjih godina Dobiveni su vrlo zanimljivi rezultati istraživanja utjecaja vrlo visokih tlakova na talište metala. Pokazalo se da određeni broj metala pri visokim tlakovima (300 000 atm. i više) prelazi u tekuće stanje pri relativno niskim temperaturama. Prema nekim proračunima, legura željeza s primjesom nikla i silicija (76% Fe, 10% Ni, 14% Si) na dubini od 2900 km pod utjecajem visokog tlaka trebala bi biti u tekućem stanju već pri temperatura od 1000 ° C. Ali temperatura na tim dubinama, prema najkonzervativnijim procjenama geofizičara, trebala bi biti mnogo viša.

Stoga, u svjetlu podataka moderne geofizike i fizike visokog tlaka, kao i kozmokemijskih podataka koji ukazuju na vodeću ulogu željeza kao najrasprostranjenijeg metala u svemiru, treba pretpostaviti da je Zemljina jezgra uglavnom sastavljena od tekućeg željeza s primjesa nikla. Međutim, proračuni američkog geofizičara F. Bircha pokazali su da je gustoća zemljine jezgre 10% manja od one legure željeza i nikla pri temperaturama i tlakovima koji vladaju u jezgri. Iz toga slijedi da metalna jezgra Zemlje mora sadržavati značajnu količinu (10-20%) neke vrste pluća. Od svih najlakših i najčešćih elemenata silicij (Si) i sumpor (S) su najvjerojatniji | Prisutnost jednog ili drugog može objasniti promatrana fizička svojstva zemljine jezgre. Stoga se pitanje što je primjesa zemljine jezgre - silicij ili sumpor, pokazuje kao diskutabilno i povezano je s načinom na koji je naš planet u praksi formiran.

A. Ridgwood je 1958. pretpostavio da zemljina jezgra sadrži silicij kao laki element, argumentirajući tu pretpostavku činjenicom da se elementarni silicij u količini od nekoliko težinskih postotaka nalazi u metalnoj fazi nekih reduciranih hondritnih meteorita (enstatit). Međutim, nema drugih argumenata u prilog prisutnosti silicija u zemljinoj jezgri.

Pretpostavka da u Zemljinoj jezgri ima sumpora proizlazi iz usporedbe njegove raspodjele u hondritnom materijalu meteorita i Zemljinog plašta. Stoga usporedba elementarnih atomskih omjera nekih hlapljivih elemenata u mješavini kore i plašta te u hondritima pokazuje oštar nedostatak sumpora. U materijalu plašta i kore koncentracija sumpora je tri reda veličine niža nego u prosječnom materijalu. Sunčev sustav, za koje se uzimaju hondriti.

Mogućnost gubitka sumpora na visokim temperaturama primitivne Zemlje je eliminirana, budući da bi drugi hlapljiviji elementi od sumpora (na primjer, H2 u obliku H2O), za koje se utvrdi da imaju mnogo manji nedostatak, bili izgubljeni u mnogo većoj mjeri. opseg. Osim toga, kada se solarni plin ohladi, sumpor se kemijski veže sa željezom i prestaje biti hlapljiv element.

S tim u vezi, vrlo je moguće da velike količine sumpora ulaze u zemljinu jezgru. Treba napomenuti da je, pod jednakim uvjetima, talište sustava Fe-FeS mnogo niže od tališta željeza ili plaštnog silikata. Dakle, pri tlaku od 60 kbara, točka taljenja sustava (eutektika) Fe-FeS bit će 990 ° C, dok će čisto željezo - 1610 °, a plašt pirolit - 1310. Stoga, s povećanjem temperature u crijevima prvobitno homogene Zemlje, prvo će nastati željezna talina obogaćena sumporom koja će zbog niske viskoznosti i velike gustoće lako otjecati u središnje dijelove planeta, tvoreći željezno-sumpornu jezgru. Dakle, prisutnost sumpora u okruženju nikal-željezo djeluje kao fluks, snižavajući točku taljenja u cjelini. Hipoteza o prisutnosti značajnih količina sumpora u zemljinoj jezgri vrlo je atraktivna i ne proturječi svim poznatim podacima geokemije i kozmokemije.

Dakle, moderne ideje o prirodi unutrašnjosti našeg planeta odgovaraju kemijski diferenciranoj kugli, za koju se pokazalo da je podijeljena na dva različita dijela: moćni čvrsti silikat-oksidni plašt i tekuću, uglavnom metalnu jezgru. Zemljina kora je najlakša gornja čvrsta ljuska, koja se sastoji od aluminosilikata i ima najsloženiju strukturu.

Sumirajući gore navedeno, možemo izvući sljedeće zaključke.

Zemlja ima slojevitu zonalnu strukturu. Sastoji se od dvije trećine čvrste silikatno-oksidne ljuske - plašta i jedne trećine od metalne tekuće jezgre.
Glavna svojstva Zemlje pokazuju da je jezgra u tekućem stanju i samo željezo od najčešćih metala s primjesom nekih lakih elemenata (najvjerojatnije sumpora) može osigurati ta svojstva.
U svojim gornjim horizontima Zemlja ima asimetričnu strukturu, prekrivajući koru i gornji plašt. Oceanska hemisfera unutar gornjeg plašta manje je diferencirana od suprotne kontinentalne hemisfere.

Zadatak svake kozmogonijske teorije o postanku Zemlje je objasniti ove njezine glavne značajke unutarnja priroda i sastav.

Zemljin plašt - ovo je silikatna ljuska Zemlje, sastavljena uglavnom od peridotita - stijena koje se sastoje od silikata magnezija, željeza, kalcija itd. Djelomičnim taljenjem stijena plašta nastaje bazalt i slične taline, koje tvore zemljinu koru kad se izdižu na površinu .

Plašt čini 67% ukupne mase Zemlje i oko 83% ukupnog volumena Zemlje. Proteže se od dubine od 5-70 kilometara ispod granice sa zemljinom korom, do granice s jezgrom na dubini od 2900 km. Plašt se nalazi u ogromnom rasponu dubina, a s povećanjem tlaka u tvari dolazi do faznih prijelaza u kojima minerali dobivaju sve gušću strukturu. Najznačajnija transformacija događa se na dubini od 660 kilometara. Termodinamika ovog faznog prijelaza je takva da materija plašta ispod ove granice ne može prodrijeti kroz nju, i obrnuto. Iznad granice od 660 kilometara nalazi se gornji plašt, a ispod donji. Ova dva dijela plašta imaju različit sastav i fizikalna svojstva. Iako su podaci o sastavu donjeg plašta ograničeni, a broj izravnih podataka vrlo mali, može se pouzdano tvrditi da se njegov sastav mnogo manje promijenio od nastanka Zemlje nego gornji plašt, koji je iznjedrio Zemljina kora.

Prijenos topline u plaštu odvija se sporom konvekcijom, plastičnom deformacijom minerala. Brzine kretanja tvari tijekom konvekcije u plaštu su reda veličine nekoliko centimetara godišnje. Ova konvekcija pokreće litosferne ploče. Konvekcija u gornjem plaštu događa se zasebno. Postoje modeli koji pretpostavljaju još složeniju strukturu konvekcije.

Seizmički model građe zemlje

Sastav i struktura dubokih ljuski Zemlje posljednjih desetljeća i dalje su jedan od najintrigantnijih problema moderne geologije. Broj izravnih podataka o dubinskim zonama vrlo je ograničen. U tom pogledu posebno mjesto zauzima mineralni agregat iz kimberlitne cijevi Lesotho (Južna Afrika), koji se smatra predstavnikom stijena plašta koje se nalaze na dubini od ~250 km. Jezgra izvađena iz najdublje bušotine na svijetu, izbušene na poluotoku Kola i dosežući 12 262 m, značajno je proširila znanstveno razumijevanje dubokih horizonata zemljine kore - tankog bliskog površinskog filma globusa. Istodobno, najnoviji podaci geofizike i eksperimenti vezani uz proučavanje strukturnih transformacija minerala već sada omogućuju modeliranje mnogih značajki strukture, sastava i procesa koji se odvijaju u dubinama Zemlje, čije poznavanje pridonosi rješenju ključnih problema moderne prirodne znanosti kao što su nastanak i evolucija planeta, dinamika zemljine kore i plašta, izvori mineralni resursi, procjena rizika odlaganja opasnog otpada na velikim dubinama, energetski resursi Zemlje i dr.

Nadaleko poznati model unutarnje strukture Zemlje (njezine podjele na jezgru, plašt i zemljinu koru) razvili su seizmolozi G. Jeffreys i B. Gutenberg u prvoj polovici 20. stoljeća. Odlučujući čimbenik u tome bilo je otkriće naglog smanjenja brzine prolaska seizmičkih valova unutar kugle na dubini od 2900 km s radijusom planeta od 6371 km. Brzina širenja longitudinalnih seizmičkih valova neposredno iznad navedene granice je 13,6 km/s, a ispod nje 8,1 km/s. Ovo je granica između plašta i jezgre.

Prema tome, radijus jezgre je 3471 km. Gornja granica plašta je seizmički presjek Mohorovichić (Moho, M), koji je identificirao jugoslavenski seizmolog A. Mohorovichić (1857-1936) još 1909. godine. Odvaja zemljinu koru od plašta. Na ovoj granici, brzine longitudinalnih valova koji su prošli kroz zemljinu koru naglo rastu sa 6,7-7,6 na 7,9-8,2 km/s, ali to se događa na različitim razinama dubine. Ispod kontinenata dubina presjeka M (odnosno podnožja zemljine kore) iznosi nekoliko desetaka kilometara, a pod nekim planinskim strukturama (Pamir, Ande) može doseći i 60 km, dok ispod oceanskih bazena, uključujući vodeni stupac, dubina je samo 10-12 km. Općenito, zemljina kora u ovoj shemi izgleda kao tanka ljuska, dok se plašt proteže u dubinu do 45% polumjera Zemlje.

No sredinom 20. stoljeća u znanost su ušle ideje o frakcijskoj dubinskoj strukturi Zemlje. Na temelju novih seizmoloških podataka jezgru je moguće podijeliti na unutarnju i vanjsku, a plašt na donji i gornji. Ovaj popularni model i danas je u upotrebi. Započeo ju je australski seizmolog K.E. Bullen, koji je početkom 40-ih predložio shemu podjele Zemlje na zone, koje je označio slovima: A - zemljina kora, B - zona u dubinskom intervalu od 33-413 km, C - zona od 413- 984 km, D - zona od 984-2898 km, D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (središte Zemlje). Ove se zone razlikuju po seizmičkim karakteristikama. Kasnije je zonu D podijelio na zone D "(984-2700 km) i D" (2700-2900 km). Trenutno je ova shema značajno modificirana, au literaturi se široko koristi samo D "sloj. Njegova glavna karakteristika je smanjenje gradijenata seizmičke brzine u usporedbi s gornjim područjem plašta.

Unutarnja jezgra, polumjera 1225 km, čvrsta je i ima veliku gustoću - 12,5 g/cm 3 . Vanjska jezgra je tekuća, gustoća joj je 10 g/cm 3 . Na granici između jezgre i plašta dolazi do oštrog skoka ne samo u brzini uzdužnih valova, već iu gustoći. U plaštu se smanjuje na 5,5 g/cm 3 . Sloj D", koji je u izravnom kontaktu s vanjskom jezgrom, pod njegovim je utjecajem, budući da temperature u jezgri znatno premašuju temperature plašta. Na nekim mjestima ovaj sloj stvara ogromne tokove topline i mase usmjerene prema površini Zemlje kroz plašt tokovi topline i mase, koji se nazivaju perjanicama, mogu se manifestirati na planetu u obliku velikih vulkanskih regija, kao što su Havajski otoci, Island i druga područja.

Gornja granica sloja D" je neodređena; njegova razina od površine jezgre može varirati od 200 do 500 km ili više. Stoga se može zaključiti da ovaj sloj odražava neravnomjeran i različitog intenziteta dotok energije jezgre u područje plašta.

Granica donjeg i gornjeg plašta u razmatranoj shemi je seizmički presjek koji leži na dubini od 670 km. Ima globalnu rasprostranjenost i opravdava se skokom seizmičkih brzina prema njihovom porastu, kao i povećanjem gustoće materije donjeg plašta. Ovaj odjeljak je ujedno i granica promjena u mineralnom sastavu stijena u plaštu.

Tako se donji plašt, zatvoren između dubina od 670 do 2900 km, proteže duž polumjera Zemlje 2230 km. Gornji plašt ima dobro fiksiran unutarnji seizmički presjek koji prolazi na dubini od 410 km. Pri prelasku ove granice odozgo prema dolje, seizmičke brzine naglo rastu. Ovdje, kao i na donjoj granici gornjeg plašta, odvijaju se značajne mineralne transformacije.

Gornji dio gornjeg plašta i zemljina kora spojeni su zajedno u litosferu, koja je gornji čvrsti omotač Zemlje, za razliku od hidro i atmosfere. Zahvaljujući teoriji tektonike litosfernih ploča, termin "litosfera" postao je široko rasprostranjen. Teorija pretpostavlja kretanje ploča duž astenosfere - omekšanog, djelomično, moguće, tekućeg dubokog sloja smanjene viskoznosti. Međutim, seizmologija ne pokazuje postojanje astenosfere u svemiru. Za mnoga područja identificirano je nekoliko astenosfernih slojeva smještenih duž vertikale, kao i njihov diskontinuitet duž horizontale. Njihova je izmjena posebno izražena unutar kontinenata, gdje dubina pojavljivanja astenosfernih slojeva (leća) varira od 100 km do više stotina. Pod oceanskim abisalnim depresijama, astenosferski sloj leži na dubinama od 70-80 km ili manje. Prema tome, donja granica litosfere zapravo je neodređena, što stvara velike poteškoće za teoriju kinematike litosfernih ploča, što primjećuju mnogi istraživači.

Suvremeni podaci o seizmičkim granicama

Provođenjem seizmoloških istraživanja stvaraju se preduvjeti za utvrđivanje novih seizmičkih granica. Globalnim granicama smatraju se 410, 520, 670, 2900 km, gdje je posebno uočljiv porast brzina seizmičkih valova. Uz njih se razlikuju međugranice: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 km. Osim toga, postoje naznake geofizičara o postojanju granica 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 km. N.I. Pavlenkova je nedavno kao globalnu izdvojila granicu 100, koja odgovara nižoj razini podjele gornjeg plašta na blokove. Intermedijarne granice imaju drugačiju prostornu distribuciju, što ukazuje na lateralnu varijabilnost fizičkih svojstava plašta o kojima ovise. Globalne granice predstavljaju drugu kategoriju fenomena. Oni odgovaraju globalnim promjenama u okolišu plašta duž polumjera Zemlje.

Označene globalne seizmičke granice koriste se u izradi geoloških i geodinamičkih modela, dok srednje u tom smislu do sada nisu privlačile gotovo nikakvu pozornost. U međuvremenu, razlike u opsegu i intenzitetu njihovih manifestacija stvaraju empirijsku osnovu za hipoteze o pojavama i procesima u dubinama planeta.

Sastav gornjeg plašta

Problem sastava, strukture i mineralnih asocijacija dubokih zemljinih ljuski ili geosfera, naravno, još je daleko od konačnog rješenja, ali novi eksperimentalni rezultati i ideje značajno proširuju i detaljiziraju odgovarajuće ideje.

Prema suvremenim pogledima, u sastavu plašta dominira relativno mala skupina kemijski elementi: Si, Mg, Fe, Al, Ca i O. Predloženi modeli sastava geosfera prvenstveno se temelje na razlici u omjerima ovih elemenata (varijacije Mg / (Mg + Fe) = 0,8-0,9; (Mg + Fe) / Si = 1,2R1,9), kao i razlike u sadržaju Al i nekih drugih rjeđih elemenata za duboke stijene. Ovi modeli su prema kemijskom i mineraloškom sastavu dobili nazive: pirolitski (glavni minerali su olivin, pirokseni i granat u omjeru 4:2:1), piklogitski (glavni minerali su piroksen i granat, a udio olivina reducira se na 40%) i eklogit, koji uz piroksensko-granatnu asocijaciju karakterističnu za eklogite, sadrži i neke rjeđe minerale, posebice Al-sadrži kijanit Al 2 SiO 5 (do 10 tež. %). Međutim, svi ti petrološki modeli prvenstveno se odnose na stijene gornjeg plašta koje se protežu do dubina od ~670 km. Što se tiče ukupnog sastava dubljih geosfera, samo se pretpostavlja da je omjer oksida dvovalentnih elemenata (MO) prema silici (MO / SiO 2) ~ 2, koji je bliži olivinu (Mg, Fe) 2 SiO 4 nego piroksen (Mg, Fe) SiO 3 , a među mineralima prevladavaju perovskitne faze (Mg, Fe)SiO 3 s različitim strukturnim poremećajima, magnezijevustit (Mg, Fe)O sa strukturom tipa NaCl i neke druge faze u znatno manjim količinama. .

Svi predloženi modeli vrlo su generalizirani i hipotetski. Pirolitički model gornjeg plašta kojim dominira olivin sugerira da je njegov kemijski sastav mnogo bliži onom cijelog dubljeg plašta. Naprotiv, piklogitički model pretpostavlja postojanje određenog kemijskog kontrasta između gornjeg i ostatka plašta. Određeniji eklogitski model dopušta prisutnost zasebnih eklogitskih leća i blokova u gornjem plaštu.

Od velikog je interesa pokušaj usklađivanja strukturno-mineroloških i geofizičkih podataka vezanih uz gornji plašt. Pretpostavlja se već oko 20 godina da je povećanje brzina seizmičkih valova na dubini od ~410 km uglavnom povezano sa strukturnom pregradnjom olivina a-(Mg, Fe) 2 SiO 4 u wadsleyite b-(Mg, Fe) 2 SiO 4 , praćeno stvaranjem gušće faze With velike vrijednosti koeficijenti elastičnosti. Prema geofizičkim podacima, na takvim dubinama u unutrašnjosti Zemlje, brzine seizmičkih valova rastu za 3-5%, dok bi strukturno preuređenje olivina u wadsleyite (u skladu s vrijednostima njihovih modula elastičnosti) trebalo pratiti porast u brzinama seizmičkih valova za oko 13%. Istodobno, rezultati eksperimentalnih istraživanja olivina i smjese olivin-piroksen pri visokim temperaturama i tlakovima otkrili su potpuno slaganje između proračunskog i eksperimentalnog porasta brzina seizmičkih valova u dubinskom intervalu od 200-400 km. Budući da olivin ima približno istu elastičnost kao monoklinski pirokseni visoke gustoće, ovi bi podaci trebali ukazivati na odsutnost visokoelastičnog granata u ispod zone, čija bi prisutnost u plaštu neizbježno uzrokovala značajnije povećanje brzina seizmičkih valova. Međutim, te ideje o plaštu bez granata došle su u sukob s petrološkim modelima njegovog sastava.

Tako se pojavila ideja da je skok u brzinama seizmičkih valova na dubini od 410 km uglavnom povezan sa strukturnim preuređivanjem piroksenskih granata unutar Na-obogaćenih dijelova gornjeg plašta. Takav model pretpostavlja gotovo potpunu odsutnost konvekcije u gornjem plaštu, što je u suprotnosti s modernim geodinamičkim konceptima. Prevladavanje ovih proturječja može se povezati s nedavno predloženim potpunijim modelom gornjeg plašta, koji omogućuje ugradnju atoma željeza i vodika u strukturu wadsleyita.

Dok polimorfni prijelaz olivina u wadsleyite nije popraćen promjenom kemijski sastav, u prisutnosti granata dolazi do reakcije koja dovodi do stvaranja wadsleyita obogaćenog Fe u usporedbi s izvornim olivinom. Štoviše, wadsleyite može sadržavati znatno više atoma vodika od olivina. Sudjelovanje atoma Fe i H u strukturi wadsleyita dovodi do smanjenja njegove krutosti i, sukladno tome, smanjenja brzine širenja seizmičkih valova koji prolaze kroz ovaj mineral.

Osim toga, stvaranje wadsleyita obogaćenog Fe sugerira uključenost veće količine olivina u odgovarajuću reakciju, koja bi trebala biti popraćena promjenom kemijskog sastava stijena u blizini odjeljka 410. Ideje o tim transformacijama potvrđuju moderni globalni seizmički podaci. U cjelini, čini se da je mineraloški sastav ovog dijela gornjeg plašta više-manje jasan. Što se tiče pirolitičke mineralne asocijacije, njezina transformacija do dubine od ~800 km dovoljno je detaljno proučena. U ovom slučaju, globalna seizmička granica na dubini od 520 km odgovara preuređenju wadsleyita b-(Mg, Fe) 2 SiO 4 u ringwoodit - g-modifikacija (Mg, Fe) 2 SiO 4 sa strukturom spinela. Transformacija piroksen (Mg, Fe)SiO 3 granata Mg 3 (Fe, Al, Si) 2 Si 3 O 12 događa se u gornjem plaštu u širem rasponu dubina. Dakle, cijela relativno homogena ljuska u intervalu od 400-600 km gornjeg plašta uglavnom sadrži faze sa strukturnim tipovima granata i spinela.

Svi trenutno predloženi modeli za sastav stijena plašta priznaju da sadrže Al 2 O 3 u količini od ~4 tež. %, što također utječe na specifičnosti strukturnih transformacija. Istovremeno se primjećuje da se u nekim područjima kompozicijski heterogenog gornjeg plašta Al može koncentrirati u takvim mineralima kao što su korund Al 2 O 3 ili kijanit Al 2 SiO 5 , koji pri tlakovima i temperaturama koji odgovaraju dubinama od ~ 450 km, prelazi u korund i stišovit je modifikacija SiO 2 čija struktura sadrži okvir od SiO 6 oktaedra. Oba ova minerala sačuvana su ne samo u donjem plaštu, već i dublje.

Najvažnija komponenta kemijskog sastava zone 400-670 km je voda, čiji sadržaj prema nekim procjenama iznosi ~0,1 mas. % i čija je prisutnost prvenstveno povezana s Mg-silikatima. Količina vode pohranjene u ovoj ljusci je toliko značajna da bi na površini Zemlje činila sloj debljine 800 m.

Sastav plašta ispod granice od 670 km

Studije strukturnih prijelaza minerala provedene u posljednja dva ili tri desetljeća pomoću visokotlačnih rendgenskih komora omogućile su modeliranje nekih značajki sastava i strukture geosfera dublje od granice od 670 km.

U ovim pokusima, kristal koji se proučava nalazi se između dvije dijamantne piramide (nakovnja), koje, kada se stisnu, stvaraju tlakove razmjerne tlakovima unutar plašta i Zemljine jezgre. Unatoč tome, još uvijek postoje mnoga pitanja o ovom dijelu plašta, koji čini više od polovice cjelokupne unutrašnjosti Zemlje. Trenutno se većina istraživača slaže s idejom da se sav ovaj duboki (niži u tradicionalnom smislu) omotač uglavnom sastoji od faze slične perovskitu (Mg,Fe)SiO 3 , koja čini oko 70% njegovog volumena (40% volumen cijele Zemlje) i magnezioviustit (Mg, Fe)O (~20%). Preostalih 10% su stišovitne i oksidne faze koje sadrže Ca, Na, K, Al i Fe, čija je kristalizacija dopuštena u strukturnim tipovima ilmenit-korund (kruta otopina (Mg, Fe)SiO 3 -Al 2 O 3) , kubični perovskit (CaSiO 3) i Ca-ferit (NaAlSiO 4). Nastanak ovih spojeva povezan je s različitim strukturnim transformacijama minerala u gornjem plaštu. U ovom slučaju, jedna od glavnih mineralnih faza relativno homogene ljuske koja leži u dubinskom intervalu od 410-670 km, ringwoodit sličan spinelu, prelazi u asocijaciju (Mg, Fe)-perovskita i Mg-wustita na prijelazu od 670 km, gdje je tlak ~24 GPa. Druga važna komponenta prijelazne zone, predstavnik obitelji granata, pirop Mg 3 Al 2 Si 3 O 12, prolazi kroz transformaciju uz stvaranje rombičnog perovskita (Mg, Fe) SiO 3 i čvrste otopine korund-ilmenita ( Mg, Fe) SiO 3 - Al 2 O 3 pri nekoliko visokih tlakova. Ovaj prijelaz povezan je s promjenom brzina seizmičkih valova na prijelazu od 850-900 km, što odgovara jednoj od srednjih seizmičkih granica. Transformacija andraditnog sagarneta pri nižim tlakovima od ~21 GPa dovodi do stvaranja još jedne važne komponente Ca 3 Fe 2 3+ Si 3 O 12 spomenute gore u donjem plaštu, kubičnog saperovskita CaSiO 3 . Polarni omjer između glavnih minerala ove zone (Mg,Fe) - perovskita (Mg,Fe)SiO 3 i Mg-vustita (Mg, Fe)O varira u prilično širokom rasponu i na dubini od ~1170 km na tlak od ~29 GPa i temperature od 2000 -2800 0 C mijenja se od 2:1 do 3:1.

Iznimna stabilnost MgSiO 3 s rombičnom strukturom perovskita u širokom rasponu tlakova koji odgovaraju dubinama donjeg plašta omogućuje nam da ga smatramo jednom od glavnih komponenti ove geosfere. Osnova za ovaj zaključak bili su eksperimenti, tijekom kojih su uzorci Mg-perovskita MgSiO 3 bili podvrgnuti tlaku 1,3 milijuna puta većem od atmosferskog tlaka, au isto vrijeme je laserska zraka s temperaturom od oko 2000 0 C bila izložena. na uzorak postavljen između dijamantnih nakovanj. Dakle, simulirali smo uvjete koji postoje na dubinama od ~2800 km, tj. blizu donje granice donjeg plašta. Ispostavilo se da niti tijekom niti nakon eksperimenta mineral nije promijenio svoju strukturu i sastav. Tako su L. Liu, kao i E. Nittle i E. Zhanloz došli do zaključka da nam stabilnost Mg-perovskita omogućuje da ga smatramo najčešćim mineralom na Zemlji, čineći, čini se, gotovo polovicu njegove mase.

Wustite F x O nije ništa manje stabilan, čiji sastav u uvjetima donjeg plašta karakterizira vrijednost stehiometrijskog koeficijenta 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.

Valja napomenuti da perovskitne faze koje prevladavaju na velikim dubinama mogu sadržavati vrlo ograničenu količinu Fe, a povišene koncentracije Fe među mineralima duboke asocijacije karakteristične su samo za magnezijevustit. U isto vrijeme, za magnesiowiustite, mogućnost prijelaza pod utjecajem visokih tlakova dijela fero željeza sadržanog u njemu u fero željezo, koje ostaje u strukturi minerala, uz istovremeno oslobađanje odgovarajuće količine neutralnog željeza, dokazano je. Na temelju tih podataka H. Mao, P. Bell i T. Yagi, zaposlenici geofizičkog laboratorija Instituta Carnegie, iznijeli su nove ideje o diferencijaciji materije u dubinama Zemlje. U prvoj fazi, zbog gravitacijske nestabilnosti, magneziovustit tone u dubinu, gdje se pod utjecajem pritiska iz njega oslobađa dio željeza u neutralnom obliku. Zaostali magneziovustit, karakteriziran nižom gustoćom, penje se u gornje slojeve, gdje se ponovno miješa s fazama sličnim perovskitu. Kontakt s njima popraćen je vraćanjem stehiometrije (to jest, cjelobrojnog omjera elemenata u kemijska formula) magnezio-justita i dovodi do mogućnosti ponavljanja opisanog procesa. Novi podaci omogućuju donekle proširenje skupa vjerojatnih kemijskih elemenata za duboki plašt. Na primjer, stabilnost magnezita pri pritiscima koji odgovaraju dubinama od ~900 km, koju je potkrijepio N. Ross (1997), ukazuje na moguću prisutnost ugljika u njegovom sastavu.

Identifikacija pojedinačnih srednjih seizmičkih granica smještenih ispod linije 670 korelira s podacima o strukturnim transformacijama minerala plašta, čiji oblici mogu biti vrlo raznoliki. Ilustracija promjene mnogih svojstava različitih kristala pri visokim vrijednostima fizikalno-kemijskih parametara koji odgovaraju dubokom plaštu može biti, prema R. Jeanloseu i R. Hazenu, restrukturiranje ionsko-kovalentnih veza wuestita zabilježeno tijekom eksperimenata pri tlaku od 70 gigapaskala (GPa) (~1700 km).u vezi s metalnim tipom međuatomskih interakcija. Prekretnica od 1200 može odgovarati preraspodjeli SiO 2 sa strukturom stishovita u strukturni tip CaCl 2 (rombični analog rutilnog TiO 2), a 2000 km - njegovoj naknadnoj transformaciji u fazu sa strukturom posrednom između a-PbO 2 i ZrO 2 , karakteriziran gušćim pakiranjem oktaedra silicij-kisik (podaci iz L.S. Dubrovinsky et al.). Također, počevši od ovih dubina (~2000 km), pri tlaku od 80-90 GPa, dopuštena je razgradnja MgSiO 3 sličnog perovskitu, praćena povećanjem sadržaja periklaza MgO i slobodnog silicija. Pri nešto višem tlaku (~96 GPa) i temperaturi od 800 0 S utvrđena je manifestacija politipije u FeO, povezana s stvaranjem strukturnih fragmenata tipa niklenskog NiAs, koji se izmjenjuju s antinikalnim domenama, u kojima je Fe atomi se nalaze na pozicijama atoma As, a atomi O - na pozicijama atoma Ni. U blizini D" granice dolazi do transformacije Al 2 O 3 sa strukturom korunda u fazu sa strukturom Rh 2 O 3, koja je eksperimentalno modelirana na tlakovima od ~100 GPa, tj. na dubini od ~2200-2300 km. Metodom Mössbauerove spektroskopije pri istom tlaku prijelaz iz visokospinskog (HS) u niskospinsko (LS) stanje atoma Fe u strukturi magneziowüstita, odnosno promjena njihove elektronske strukture. u tom smislu treba naglasiti da struktura wuestita FeO visokotlačni karakterizira nestehiometrija sastava, defekti pakiranja atoma, politip i promjena u magnetskom uređenju povezana s promjenom elektronske strukture (HS => LS - prijelaz) atoma Fe. Navedene značajke omogućuju nam da vustit smatramo jednim od najsloženijih minerala s neobičnim svojstvima koja određuju specifičnosti dubinskih zona Zemlje obogaćenih njime blizu D granice.

Seizmološka mjerenja pokazuju da i unutarnju (krutu) i vanjsku (tekuću) jezgru Zemlje karakterizira niža gustoća u usporedbi s vrijednostima dobivenima na temelju modela jezgre koja se sastoji samo od metalnog željeza s istim fizikalno-kemijskim parametrima. Većina istraživača ovo smanjenje gustoće pripisuje prisutnosti u jezgri elemenata kao što su Si, O, S, pa čak i O, koji tvore legure sa željezom. Među fazama koje su vjerojatne za takve "faustovske" fizikalno-kemijske uvjete (tlak ~250 GPa i temperatura 4000-6500 0 C) nazivaju se Fe 3 S s dobro poznatim strukturnim tipom Cu 3 Au i Fe 7 S. Druga faza pretpostavlja u jezgri je b-Fe, čiju strukturu karakterizira četveroslojno tijesno pakiranje Fe atoma. Temperatura taljenja ove faze procijenjena je na 5000 0 C pri tlaku od 360 GPa. Prisutnost vodika u jezgri dugo je bila kontroverzna zbog njegove niske topljivosti u željezu pri atmosferskom tlaku. Međutim, nedavni eksperimenti (podaci J. Baddinga, H. Maoa i R. Hamleya (1992.)) omogućili su utvrđivanje da se željezni hidrid FeH može formirati pri visokim temperaturama i tlakovima te da je stabilan pri tlakovima većim od 62 GPa, što odgovara dubine ~1600 km . S tim u vezi, prisutnost značajnih količina (do 40 mol.%) vodika u jezgri je sasvim prihvatljiva i smanjuje njegovu gustoću na vrijednosti u skladu sa seizmološkim podacima.

Može se predvidjeti da će novi podaci o strukturnim promjenama mineralnih faza na velikim dubinama omogućiti pronalaženje adekvatne interpretacije drugih važnih geofizičkih granica utvrđenih u utrobi Zemlje. Opći zaključak je da na takvim globalnim seizmičkim granicama kao što su 410 i 670 km postoje značajne promjene u mineralnom sastavu stijena plašta. Mineralne transformacije također su zabilježene na dubinama od ~850, 1200, 1700, 2000 i 2200-2300 km, odnosno unutar donjeg plašta. Ovo je vrlo važna okolnost koja omogućuje napuštanje ideje o njegovoj homogenoj strukturi.