Mantiya va yer yadrosining kimyoviy tarkibi. "Yer qobig'i", "litosfera", "tektonosfera" tushunchalarining o'zaro bog'liqligi Mantiya va Yer yadrosining tarkibi

Mantiya Yerdagi moddalarning katta qismini o'z ichiga oladi. Mantiya boshqa sayyoralarda ham uchraydi. Yer mantiyasi 30 dan 2900 km gacha.

Uning chegaralarida, seysmik ma'lumotlarga ko'ra, quyidagilar ajralib turadi: yuqori mantiya qatlami DA 400 km gacha chuqurlikda va FROM 800-1000 km gacha (ba'zi tadqiqotchilar qatlam FROM o'rta mantiya deb ataladi); pastki mantiya qatlami D oldin chuqurligi 2700 o'tish qatlami bilan D1 2700 dan 2900 km gacha.

Yer qobig'i va mantiya o'rtasidagi chegara Mohorovichic chegarasi yoki qisqacha Moho. Unda seysmik tezliklarning keskin o'sishi kuzatilmoqda - 7 dan 8-8,2 km / s gacha. Bu chegara 7 (okeanlar ostida) dan 70 kilometrgacha (katlama kamarlari ostida) chuqurlikda joylashgan. Yer mantiyasi yuqori mantiya va pastki mantiyaga bo'linadi. Bu geosferalar orasidagi chegara taxminan 670 km chuqurlikda joylashgan Golitsin qatlamidir.

Turli tadqiqotchilarning fikricha Yerning tuzilishi

Er qobig'i va mantiya tarkibidagi farq ularning kelib chiqishining natijasidir: dastlab bir hil bo'lgan Yer qisman erish natijasida eriydigan va engil qismga bo'lingan - qobiq va zich va o'tga chidamli mantiya.

Mantiya haqida ma'lumot manbalari

Yer mantiyasini to'g'ridan-to'g'ri tekshirish mumkin emas: u yer yuzasiga etib bormaydi va chuqur burg'ulash orqali erishilmagan. Shuning uchun mantiya haqidagi ma'lumotlarning aksariyati geokimyoviy va geofizik usullar bilan olingan. Uning geologik tuzilishi haqidagi ma'lumotlar juda cheklangan.

Mantiya quyidagi ma'lumotlarga ko'ra o'rganiladi:

  • geofizik ma'lumotlar. Avvalo, seysmik to'lqinlar tezligi, elektr o'tkazuvchanligi va tortishish haqidagi ma'lumotlar.
  • Mantiya eritmalari - bazaltlar, komatitlar, kimberlitlar, lamproitlar, karbonatitlar va boshqa ba'zi magmatik jinslar mantiyaning qisman erishi natijasida hosil bo'ladi. Eritmaning tarkibi erigan jinslarning tarkibi, erish interanizmi va erish jarayonining fizik-kimyoviy parametrlarining natijasidir. Umuman olganda, eritmadan manbani qayta tiklash qiyin ishdir.
  • Mantiya eritmalari bilan yer yuzasiga chiqarilgan mantiya jinslarining bo'laklari - kimberlitlar, ishqoriy bazaltlar va boshqalar Bular ksenolitlar, ksenokristallar va olmoslardir. Mantiya haqidagi ma'lumot manbalari orasida olmos alohida o'rin tutadi. Aynan olmoslarda eng chuqur minerallar topilgan, ular hatto pastki mantiyadan ham kelib chiqishi mumkin. Bunday holda, bu olmoslar to'g'ridan-to'g'ri o'rganish uchun mavjud bo'lgan erning eng chuqur qismlarini ifodalaydi.
  • Yer qobig'i tarkibidagi mantiya jinslari. Bunday komplekslar mantiya bilan eng mos keladi, lekin ayni paytda undan farq qiladi. Eng muhim farq shundaki, ularning er qobig'i tarkibida mavjudligi, bu ular unchalik oddiy bo'lmagan jarayonlar natijasida hosil bo'lganligini va, ehtimol, tipik mantiyani aks ettirmasligini anglatadi. Ular quyidagi geodinamik sharoitlarda yuzaga keladi:
  1. Alp tipidagi giperbazitlar togʻ qurilishi natijasida yer qobigʻiga singib ketgan mantiya qismlari. Alp tog'larida eng keng tarqalgan bo'lib, bu nom kelib chiqadi.
  2. Ofiyolit giperbazitlari - ofiyolit komplekslari tarkibidagi peredotitlar - qadimgi okean qobig'ining qismlari.
  3. Abissal peridotitlar - okeanlar tubidagi mantiya jinslarining proyeksiyalari yoki yoriqlar.

Bu komplekslarning afzalligi shundaki, ularda turli jinslar orasidagi geologik aloqalar kuzatilishi mumkin.

Yaqinda yapon tadqiqotchilari okean qobig'ini mantiyagacha burg'ilashni rejalashtirayotgani e'lon qilindi. Buning uchun Chikyu kemasi qurilgan. Burg'ilashni boshlash 2007 yilga mo'ljallangan.

Ushbu bo'laklardan olingan ma'lumotlarning asosiy kamchiliklari - har xil turdagi jinslar o'rtasida geologik aloqalarni o'rnatishning mumkin emasligi. Bu jumboq qismlari. Klassik aytganidek, "ksenolitlardan mantiya tarkibini aniqlash tog'larning geologik tuzilishini ulardan daryo olib chiqqan toshlardan aniqlashga urinishlarni eslatadi".

Mantiyaning tarkibi

Mantiya asosan oʻta asosli jinslar: peridotitlar, (lgerzolitlar, xarzburgitlar, verlitlar, piroksenitlar), dunitlar va kamroq darajada asosli jinslar — eklogitlardan tashkil topgan.

Shuningdek, mantiya jinslari orasida er qobig'ida uchramaydigan tog' jinslarining noyob navlari aniqlangan. Bular turli xil flogopit peridotitlar, grospiditlar va karbonatitlardir.

Yer mantiyasidagi asosiy elementlarning massa foizida tarkibi
ElementDiqqat OksidDiqqat
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
so'm 99.7 so'm 99.1

Mantiyaning tuzilishi

Mantiyada sodir bo'layotgan jarayonlar er qobig'i va er yuzasiga eng to'g'ridan-to'g'ri ta'sir qiladi, qit'alar harakati, vulkanizm, zilzilalar, tog'lar qurilishi va ruda konlarining shakllanishiga sabab bo'ladi. Mantiyaning o'zi sayyoramizning metall yadrosi tomonidan faol ta'sir ko'rsatishi haqida ko'proq dalillar mavjud.

Konvektsiya va plyuslar

Adabiyotlar ro'yxati

  • Pushcharovskiy D.Yu., Pushcharovskiy Yu.M. Yer mantiyasining tarkibi va tuzilishi // Soros Educational Journal, 1998, No 11, p. 111–119.
  • Kovtun A.A. Yerning elektr o'tkazuvchanligi // Soros Educational Journal, 1997, No 10, p. 111–117

Manba: Koronovskiy N.V., Yakushova A.F. «Geologiya asoslari», M., 1991 y

Havolalar

  • Yer qobig'i va yuqori mantiya tasvirlari // Xalqaro geologik korrelyatsiya dasturi (IGCP), 474-loyiha
Atmosfera
Biosfera

Biz yashayotgan sayyora Quyoshdan uchinchi, tabiiy sun'iy yo'ldoshi - Oy bilan.

Bizning sayyoramiz qatlamli tuzilish bilan ajralib turadi. U qattiq silikat qobig'idan iborat - er qobig'i, mantiya va metall yadro, ichi qattiq, tashqarisi suyuq.

Chegara zonasi (Moho yuzasi) Yer qobig'ini mantiyadan ajratib turadi. U o'z nomini Yugoslaviya seysmologi A. Mohorovichich sharafiga oldi, u Bolqon zilzilalarini o'rganib, bu farqning mavjudligini aniqladi. Bu zona yer shari qobig'ining pastki chegarasi deb ataladi.

Keyingi qatlam Yer mantiyasidir

Keling, u bilan tanishamiz. Yerning mantiyasi - bu qobiq ostida joylashgan va deyarli yadroga etib boradigan parcha. Boshqacha qilib aytganda, bu Yerning "qalbini" qoplaydigan parda. Bu yer sharining asosiy tarkibiy qismidir.

U tog' jinslaridan iborat bo'lib, ularning tuzilishi temir, kaltsiy, magniy va boshqalarning silikatlarini o'z ichiga oladi.Umuman olganda, olimlar uning ichki tarkibi tosh meteoritlarga (xondritlarga) o'xshash deb hisoblashadi. Ko'proq er mantiyasi qattiq shaklda yoki qattiq kimyoviy birikmalarda bo'lgan kimyoviy elementlarni o'z ichiga oladi: temir, kislorod, magniy, kremniy, kaltsiy, oksidlar, kaliy, natriy va boshqalar.

Uni hech qachon inson ko'zi ko'rmagan, ammo olimlarning fikriga ko'ra, bu kerak eng Yerning hajmi, taxminan 83%, massasi - Yer sharining deyarli 70%.

Shuningdek, er yadrosiga qarab bosim kuchayadi va harorat maksimal darajaga etadi, degan taxmin mavjud.

Natijada, Yer mantiyasining harorati ming darajadan ortiq darajada o'lchanadi. Bunday sharoitda mantiya moddasi erishi yoki gazsimon holatga aylanishi kerakdek tuyuladi, ammo bu jarayon kuchli bosim bilan to'xtatiladi.

Shuning uchun Yer mantiyasi kristall-qattiq holatda. Issiq bo'lsa ham.

Yer mantiyasining tuzilishi qanday?

Geosferani uchta qatlam mavjudligi bilan tavsiflash mumkin. Bu Yerning yuqori mantiyasi, undan keyin astenosfera va qator pastki mantiya bilan yopiladi.

Mantiya yuqori va pastki mantiyadan iborat bo'lib, birinchisining kengligi 800 dan 900 km gacha, ikkinchisining kengligi 2 ming kilometrga etadi. Yer mantiyasining umumiy qalinligi (har ikkala qatlam) taxminan uch ming kilometrni tashkil qiladi.

Tashqi bo'lak yer qobig'i ostida joylashgan va litosferaga kiradi;

Olimlarning gipotezasiga ko'ra, yuqori mantiya kuchli jinslardan hosil bo'lgan, shuning uchun u qattiqdir. Ammo er qobig'ining yuzasidan 50 dan 250 kilometrgacha bo'lgan segmentda to'liq erimagan qatlam - astenosfera mavjud. Mantiyaning bu qismidagi material amorf yoki yarim erigan holatga o'xshaydi.

Bu qatlam yumshoq plastilinli tuzilishga ega, uning bo'ylab yuqoridagi qattiq qatlamlar harakatlanadi. Bu xususiyat bilan bog'liq holda, mantiyaning bu qismi juda sekin, yiliga bir necha o'n millimetrga oqishi qobiliyatiga ega. Shunga qaramay, bu er qobig'ining harakati fonida juda aniq jarayon.

Mantiya ichida sodir bo'ladigan jarayonlar yer qobig'iga ta'sir qiladi va bevosita ta'sir qiladi, buning natijasida qit'alar harakati, tog'lar qurilishi sodir bo'ladi va insoniyat shunday muammolarga duch keladi. tabiiy hodisalar vulkanizm, zilzilalar kabi.

Litosfera

Issiq astenosferada joylashgan mantiya tepasi sayyoramizning er qobig'i bilan tandemda kuchli tanani - litosferani hosil qiladi. dan tarjima qilingan yunoncha- tosh. U qattiq emas, balki litosfera plitalaridan iborat.

Ularning soni o'n uchta, garchi u doimiy qolmasa ham. Ular juda sekin harakatlanadi, yiliga olti santimetrgacha.

Ularning er qobig'ida yivlar hosil bo'lishi bilan bog'liq yoriqlar bilan birga keladigan ko'p yo'nalishli kombinatsiyalangan harakatlari tektonik deyiladi.

Bu jarayon mantiya tarkibiy qismlarining doimiy migratsiyasi bilan faollashadi.

Shuning uchun yuqorida aytib o'tilgan silkinishlar sodir bo'ladi, vulqonlar, chuqur suv cho'kindilari, tizmalar mavjud.

Magmatizm

Ushbu harakatni qiyin jarayon deb ta'riflash mumkin. Uning ishga tushirilishi astenosferaning turli qatlamlarida joylashgan alohida kameralarga ega bo'lgan magma harakati tufayli sodir bo'ladi.

Bu jarayon tufayli Yer yuzasida magmaning otilishini kuzatishimiz mumkin. Bular taniqli vulqonlardir.

№5 SAVOL

Mantiya va Yerning yadrosi. Tuzilishi, kuchi, jismoniy holati va tarkibi. "Yer qobig'i", "litosfera", "tektonosfera" tushunchalarining o'zaro bog'liqligi.

Mantiya:

Er qobig'ining ostida keyingi qatlam deb ataladi mantiya. U sayyora yadrosini o'rab oladi va qalinligi deyarli uch ming kilometrga etadi. Yer mantiyasining tuzilishi juda murakkab va shuning uchun batafsil o'rganishni talab qiladi.

Bu qobiqning nomi (geosfera) yunoncha plash yoki parda degan so'zdan kelib chiqqan. Aslida, mantiya xuddi parda yadroni o'rab olgandek. U Yer massasining 2/3 qismini va hajmining taxminan 83% ni tashkil qiladi.

Qobiq harorati 2500 darajadan oshmaydi. O'z ichiga oladi mantiya qattiq kristall moddalardan (temir va magniyga boy og'ir minerallar). Faqat istisno astenosfera, yarim erigan holatda bo'lgan.

Yer mantiyasining tuzilishi:

Geosfera quyidagi qismlardan iborat:

ustki mantiya, qalinligi 800-900 km;

· astenosfera;

Pastki mantiya qalinligi taxminan 2000 km.

Yuqori mantiya:

Yer qobig'ining ostida joylashgan va litosferaga kiradigan qobiqning bir qismi. O'z navbatida, u astenosfera va Golitsin qatlamiga bo'linadi, bu seysmik to'lqin tezligining intensiv o'sishi bilan tavsiflanadi. Mantiyaning bu qattiq komponenti er qobig'i bilan birgalikda Yerning o'ziga xos qattiq qobig'ini hosil qiladi, litosfera deb ataladi .

Yer mantiyasining bu qismi plitalar tektonik harakati, metamorfizm va magmatizm kabi jarayonlarga ta'sir qiladi. Qaysi tektonik ob'ekt ostida joylashganiga qarab uning tuzilishi har xil ekanligini ta'kidlash joiz.

Astenosfera:

Qobiqning o'rta qatlamining nomi yunon tilidan "zaif to'p" deb tarjima qilingan. Mantiyaning yuqori qismiga mansub, ba'zan alohida qatlam sifatida ajratilgan geosfera qattiqligi, mustahkamligi va yopishqoqligining pasayishi bilan tavsiflanadi.

Astenosferaning yuqori chegarasi har doim er qobig'ining ekstremal chizig'idan pastda bo'ladi: materiklar ostida - 100 km chuqurlikda, dengiz tubida - 50 km.



Uning pastki chizig'i 250-300 km chuqurlikda joylashgan.

Astenosfera sayyoradagi magmaning asosiy manbai boʻlib, amorf va plastik moddalarning harakati gorizontal va vertikal tekisliklardagi tektonik harakatlarning, yer qobigʻining magmatizm va metamorfizmining sababi hisoblanadi.

Pastki mantiya:

Olimlar mantiyaning pastki qismi haqida kam ma'lumotga ega. Yadro bilan chegarada astenosferaga o'xshash maxsus D qatlami mavjud deb ishoniladi. U yuqori harorat (qizil-issiq yadro yaqinligi tufayli) va moddaning bir hilligi bilan ajralib turadi. Massaning tarkibi temir va nikelni o'z ichiga oladi.

Mantiyaning eng quyi qatlami ostida, taxminan 2900 km chuqurlikda, seysmik to'lqinlar ularning tarqalish xarakterini keskin o'zgartiradigan yana bir chegara hududi mavjud. Ko'ndalang seysmik to'lqinlar bu erda umuman tarqalmaydi, bu chegara qatlamini tashkil etuvchi moddaning sifat tarkibining o'zgarishini ko'rsatadi.

Bu erda mantiya va Yer yadrosi o'rtasidagi chegara.

Mantiya tarkibi:

Geosfera yaratilmoqda olivin va oʻta asosli jinslar (peridotitlar, perovskitlar, dunitlar), shuningdek, asosli jinslar (eklogitlar) ham mavjud. Chig'anoq tarkibida yer qobig'ida uchramaydigan noyob navlar (grospiditlar, flogopit peridotitlar, karbonatitlar) mavjudligi aniqlangan.

Agar haqida gapirsangiz kimyoviy tarkibi , keyin mantiya turli konsentratsiyalarda o'z ichiga oladi: kislorod, magniy, kremniy, temir, alyuminiy, kaltsiy, natriy va kaliy, shuningdek, ularning oksidlari.

Quvvat:

Yer mantiyasining qalinligi: 2800 km.

Yadro:

Sayyoramiz yadrosining mavjudligi 1936 yilda kashf etilgan, hozirgacha uning tarkibi va tuzilishi haqida juda kam narsa ma'lum.

Chuqurligi - 2900 km. Sharning o'rtacha radiusi 3500 km.

Erning qattiq yadrosi yuzasida harorat taxminan 5960 ± 500 ° C ga etadi, yadro markazida zichlik taxminan 12,5 t / m³ bo'lishi mumkin, bosim 3,7 million atm gacha. Yadroning massasi 1,932 1024 kg.

Yadroning markaziy qismlarini tashkil etuvchi moddalar suyuq holatga o'tmasligi va hatto ulkan haroratlarda ham kristallanishi mumkin. Er yadrosining asosiy qismi temir yoki temir-nikel qotishmalari bilan ifodalanadi, deb ishoniladi, ularning miqdori yadroning umumiy massasida uchdan biriga etishi mumkin.

Yer yadrosining tuzilishi:

Yer yadrosining tuzilishi haqidagi zamonaviy g'oyalarga ko'ra, uning tashqi va ichki qismlari ajratiladi.

tashqi yadro

ichki yadro

Tashqi yadro:

Mantiya bilan bevosita aloqada bo'lgan yadroning birinchi qatlami tashqi yadro. Uning yuqori chegarasi dengiz sathidan 2,3 ming kilometr chuqurlikda, pastki chegarasi esa 2900 kilometr chuqurlikda joylashgan.

tashqi yadro suyuq bo'lib, ko'p miqdorda temirni o'z ichiga oladi va doimiy harakatda bo'ladi.

tashqi yadro mantiyani isitadi - va ba'zi joylarda shu qadar ko'tarilgan magma oqimlari hatto sirtga etib, vulqon otilishiga olib keladi.

ning mavjudligi magnit maydon Yer atrofida. Oqim o'tkazuvchi o'tkazgich atrofida magnit maydon hosil bo'ladi va yadroning temir o'z ichiga olgan suyuqlik qatlami o'tkazgich bo'lgani uchun va doimiy ravishda harakatlanadi, unda kuchli elektr oqimlarining paydo bo'lishi juda tushunarli.

Bu oqim sayyoramizning magnit maydonini tashkil qiladi.

Quvvat:

Yerning tashqi yadrosining quvvati: 2220 km.

5000 km dan sal ko'proq chuqurlikda suyuqlik (tashqi) va qattiq (ichki) yadro o'rtasidagi chegara cho'ziladi.

Ichki yadro:

Ichkarida suyuqlik qobig'i joylashgan ichki yadro. Bu diametri 1220 kilometr bo'lgan Yerning qattiq yadrosi.

Yadroning bu qismi juda zich - moddaning o'rtacha kontsentratsiyasi 12,8-13 g / sm3 ga etadi, bu temirning ikki barobar zichligi va issiq - qizg'in nuri mashhur 5-6 ming daraja Selsiyga etadi.

Mavjud gipotezaga ko'ra, undagi materiyaning qattiq fazasi ulkan harorat va bosim tufayli saqlanadi. Temirdan tashqari, yadro engilroq elementlarni o'z ichiga olishi mumkin - kremniy, oltingugurt, kislorod, vodorod va boshqalar.

Olimlar orasida juda katta bosim ta'sirida tabiatan metallar bo'lmagan bu moddalar metalllashtirishga qodir degan gipoteza mavjud. Sayyoramizning qattiq yadrosida hatto metalllangan vodorod ham bo'lishi mumkin.

Quvvat:

Yerning ichki yadrosining quvvati: 1250 km.

"Yer qobig'i", "litosfera", "tektonosfera" tushunchalarining o'zaro bog'liqligi.

Yer qobig'i Litosfera tektonosfera
Sayyoramizning tashqi qattiq qobig'i. Yerning yuqori toshli qobig'i, shu jumladan er qobig'i va suprastenosfera mantiyasi. Litosfera va past yopishqoqlik qatlamini o'z ichiga olgan Yerning geosferasi, astenosfera.
kontinental qobiq qalinligi 35-45 km, tog'li hududlarda 80 km gacha. Materik qobig'i qatlamlarga bo'linadi: Cho'kindi qatlam; · Granit qatlami; · Bazalt qatlami. okean qobig'i qalinligi 5-10 km ga etadi. Okean qobig'i 3 qatlamga bo'linadi: · Dengiz cho'kindilari qatlami; O'rta qatlam yoki "ikkinchi"; · Eng quyi qatlam yoki "okean". Yer qobig'ining o'tish turi ham mavjud. Litosfera tuzilishida harakatlanuvchi maydonlar (buklangan kamarlar) va nisbatan barqaror platformalar ajralib turadi. Litosferaning yuqori qismi atmosfera va gidrosfera bilan chegaradosh. Litosferaning pastki chegarasi astenosfera ustida joylashgan - Yerning yuqori mantiyasidagi qattiqlik, kuch va yopishqoqlik pasaygan qatlam. Geologik ma'noda, moddiy tarkibiga ko'ra, tektonosferani 400 km chuqurlikda kuzatish mumkin, ammo fizik, reologik ma'noda u quyidagilarga bo'linadi. litosfera va astenosfera, va litosfera, yer qobig'idan tashqari, yuqori mantiyaning bir qismini o'z ichiga oladi.

U maxsus tarkibga ega bo'lib, uni qoplagan er qobig'ining tarkibidan farq qiladi. Mantiyaning kimyoviy tarkibi to'g'risidagi ma'lumotlar mantiya materialini olib tashlash bilan kuchli tektonik ko'tarilishlar natijasida Yerning yuqori gorizontlariga kirgan eng chuqur magmatik jinslarni tahlil qilish asosida olingan. Bu jinslarga togʻ sistemalarida uchraydigan oʻta asosli jinslar – dunitlar, peridotitlar kiradi. Toshlar Atlantika okeanining o'rta qismidagi Sankt-Pol orollari, barcha geologik ma'lumotlarga ko'ra, mantiya materialiga tegishli. Mantiya materiallari, shuningdek, Hind okeani tizmasi hududidagi Hind okeanining tubidan sovet okeanografik ekspeditsiyalari tomonidan to'plangan tosh parchalarini ham o'z ichiga oladi. Mantiyaning mineralogik tarkibiga kelsak, bu erda bosimning oshishi tufayli yuqori gorizontlardan boshlab mantiya poydevorigacha bo'lgan sezilarli o'zgarishlarni kutish mumkin. Yuqori mantiya asosan silikatlardan (olivinlar, piroksenlar, granatlardan) iborat bo'lib, ular barqaror va nisbatan past bosim ostida. Pastki mantiya yuqori zichlikdagi minerallardan tashkil topgan.

Mantiyaning eng keng tarqalgan komponenti silikatlar tarkibidagi kremniy oksididir. Ammo yuqori bosimlarda silika zichroq polimorfik modifikatsiyaga - stishovitga o'tishi mumkin. Ushbu mineral sovet tadqiqotchisi Stishov tomonidan olingan va uning nomi bilan atalgan. Agar oddiy kvartsning zichligi 2,533 r/sm 3 bo'lsa, u holda 150 000 bar bosimda kvartsdan hosil bo'lgan stishovit 4,25 g / sm 3 zichlikka ega.

Bundan tashqari, pastki mantiyada boshqa birikmalarning zichroq mineral modifikatsiyalari ham mumkin. Yuqorida aytilganlarga asoslanib, bosimning oshishi bilan olivin va piroksenlarning odatdagi temir-magniy silikatlari yuqori mantiyada barqaror bo'lgan silikatlarga qaraganda yuqori zichlikka ega bo'lgan oksidlarga parchalanadi, deb asosli taxmin qilish mumkin.

Yuqori mantiya asosan temir-magniy silikatlaridan (olivinlar, piroksenlar) iborat. Ba'zi aluminosilikatlar bu erda granatalar kabi zichroq minerallarga aylanishi mumkin. Qit'alar va okeanlar ostida yuqori mantiya turli xil xususiyatlarga ega va ehtimol boshqa tarkibga ega. Faqat qit'alar hududida mantiya ko'proq farqlanadi va aluminosilikat qobig'ida ushbu komponentning kontsentratsiyasi tufayli kamroq SiO 2 ga ega deb taxmin qilish mumkin. Okeanlar ostida mantiya kamroq farqlanadi. Yuqori mantiyada olivinning shpinel tuzilishi va boshqalar bilan zichroq polimorf modifikatsiyalari paydo bo'lishi mumkin.

Mantiyaning o'tish qatlami chuqurlik bilan seysmik to'lqin tezligining doimiy o'sishi bilan tavsiflanadi, bu moddaning zichroq polimorf modifikatsiyalari paydo bo'lishini ko'rsatadi. Bu erda, shubhasiz, FeO, MgO, GaO, SiO 2 oksidlari vustit, periklaza, ohak va stishovit shaklida paydo bo'ladi. Ularning soni chuqurlik bilan ortadi, oddiy silikatlar miqdori esa kamayadi va 1000 km dan pastda ular ahamiyatsiz qismni tashkil qiladi.

1000-2900 km chuqurlikdagi pastki mantiya deyarli butunlay minerallar - oksidlarning zich navlaridan iborat, bu uning 4,08-5,7 g / sm 3 oralig'idagi yuqori zichligi bilan tasdiqlanadi. Ko'tarilgan bosim ta'sirida zich oksidlar siqilib, ularning zichligini yanada oshiradi. Temirning tarkibi, ehtimol, pastki mantiyada ham ortadi.

Yerning yadrosi. Tarkibi masalasi va jismoniy tabiat Sayyoramizning yadrosi geofizika va geokimyoning eng hayajonli va sirli muammolaridan biridir. Faqat yaqinda bu muammoni hal qilishda biroz ma'rifat paydo bo'ldi.

2900 km dan chuqurroq ichki mintaqani egallagan Yerning ulkan markaziy yadrosi katta tashqi yadro va kichik ichki yadrodan iborat. Seysmik ma'lumotlarga ko'ra, tashqi yadro suyuqlikning xususiyatlariga ega. U ko'ndalang seysmik to'lqinlarni uzatmaydi. Yadro va pastki mantiya o'rtasida birlashtiruvchi kuchlarning yo'qligi, mantiya va qobiqdagi suv toshqini tabiati, Yer aylanish o'qining kosmosdagi harakatining xususiyatlari, seysmik to'lqinlarning 2900 km dan chuqurroq o'tish xususiyati shundan dalolat beradi. Yerning tashqi yadrosi suyuq ekanligi.

Ba'zi mualliflar Yerning kimyoviy jihatdan bir hil modeli uchun yadro tarkibi silikat ekanligini taxmin qilishdi va yuqori bosim ta'sirida silikatlar "metalllashtirilgan" holatga o'tib, tashqi elektronlar keng tarqalgan atom tuzilishiga ega bo'ldi. Biroq, yuqorida sanab o'tilgan geofizik ma'lumotlar Yer yadrosidagi silikat moddasining "metalllashgan" holati haqidagi taxminga zid keladi. Xususan, yadro va mantiya o'rtasidagi uyg'unlikning yo'qligi Lodochnikov-Ramsay gipotezasida taxmin qilingan "metalllashtirilgan" qattiq yadro bilan mos kelishi mumkin emas. Erning yadrosi haqida juda muhim bilvosita ma'lumotlar yuqori bosim ostida silikatlar bilan tajribalar paytida olingan. Bu holatda bosim 5 million atmga yetdi. Ayni paytda, Yerning markazida bosim 3 million atm., yadro chegarasida esa taxminan 1 million atm. Shunday qilib, eksperimental ravishda, Yerning eng chuqurligida mavjud bo'lgan bosimlarni to'sib qo'yish mumkin edi. Bunday holda, silikatlar uchun sakrash va "metalllashtirilgan" holatga o'tishsiz faqat chiziqli siqilish kuzatildi. Bundan tashqari, yuqori bosimlarda va 2900-6370 km chuqurlikda silikatlar oksidlar kabi suyuq holatda bo'lolmaydi. Ularning erish nuqtasi bosim ortishi bilan ortadi.

Per o'tgan yillar Metalllarning erish nuqtasiga juda yuqori bosimlarning ta'siri bo'yicha juda qiziqarli tadqiqot natijalari olindi. Aniqlanishicha, bir qator metallar yuqori bosimda (300 000 atm. va undan yuqori) nisbatan past haroratlarda suyuq holatga o‘tadi. Ba'zi hisob-kitoblarga ko'ra, yuqori bosim ta'sirida 2900 km chuqurlikda nikel va kremniy (76% Fe, 10% Ni, 14% Si) aralashmasi bo'lgan temir qotishmasi allaqachon suyuqlik holatida bo'lishi kerak. 1000 ° S harorat Ammo bu chuqurlikdagi harorat, geofiziklarning eng konservativ hisob-kitoblariga ko'ra, u ancha yuqori bo'lishi kerak.

Shu sababli, geofizika va yuqori bosim fizikasining zamonaviy ma'lumotlari, shuningdek, kosmosda eng ko'p tarqalgan metall sifatida temirning etakchi rolini ko'rsatadigan kosmokimyo ma'lumotlarini hisobga olgan holda, Yer yadrosi asosan suyuq temirdan iborat deb taxmin qilish kerak. nikel aralashmasi. Biroq, amerikalik geofizik F.Birchning hisob-kitoblari shuni ko'rsatdiki, yer yadrosining zichligi yadroda hukmron bo'lgan harorat va bosimlarda temir-nikel qotishmasidan 10% past bo'ladi. Bundan kelib chiqadiki, Yerning metall yadrosida katta miqdordagi (10-20%) o'pkaning bir turi bo'lishi kerak. Eng engil va eng keng tarqalgan elementlardan kremniy (Si) va oltingugurt (S) eng ehtimoliy | Birining yoki boshqasining mavjudligi yer yadrosining kuzatilgan jismoniy xususiyatlarini tushuntirishi mumkin. Shu sababli, er yadrosining aralashmasi - kremniy yoki oltingugurt nima degan savol munozarali bo'lib chiqadi va bizning sayyoramizning amalda shakllanishi bilan bog'liq.

1958 yilda A. Ridgvud er yadrosida engil element sifatida kremniy bor, deb faraz qildi va bu taxminni bir necha og'irlik foiz miqdorida elementar kremniyning ba'zi bir qisqartirilgan xondrit meteoritlarining (enstatit) metall fazasida topilganligi bilan isbotladi. Biroq, er yadrosida kremniy mavjudligini tasdiqlovchi boshqa dalillar yo'q.

Yer yadrosida oltingugurt borligi haqidagi taxmin uning meteoritlarning xondrit materialida va Yer mantiyasida tarqalishini taqqoslashdan kelib chiqadi. Shunday qilib, qobiq va mantiya aralashmasi va xondritlardagi ba'zi uchuvchi elementlarning elementar atom nisbatlarini taqqoslash oltingugurtning keskin etishmasligini ko'rsatadi. Mantiya va qobiq materialida oltingugurt kontsentratsiyasi o'rtacha materialga qaraganda uch marta pastroqdir. quyosh sistemasi, buning uchun xondritlar olinadi.

Ibtidoiy Yerning yuqori haroratida oltingugurtni yo'qotish ehtimoli yo'qoladi, chunki oltingugurtdan boshqa uchuvchan elementlar (masalan, H2O ko'rinishidagi H2) kamroq tanqis bo'lib, ko'proq yo'qoladi. darajada. Bundan tashqari, quyosh gazi soviganida, oltingugurt temir bilan kimyoviy bog'lanadi va uchuvchi element bo'lishni to'xtatadi.

Shu munosabat bilan, katta miqdordagi oltingugurt er yadrosiga kirishi mumkin. Shuni ta'kidlash kerakki, boshqa narsalar teng bo'lganda, Fe-FeS tizimining erish nuqtasi temir yoki mantiya silikatining erish nuqtasidan ancha past. Shunday qilib, 60 kbar bosimda tizimning erish harorati (evtektik) Fe-FeS 990 ° C bo'ladi, sof temir esa - 1610 ° va mantiya piroliti - 1310. Shuning uchun, ichaklarda haroratning oshishi bilan. Dastlab bir hil bo'lgan Yerda oltingugurt bilan boyitilgan temir eritmasi birinchi bo'lib hosil bo'ladi va past yopishqoqligi va yuqori zichligi tufayli sayyoraning markaziy qismlariga osongina oqib, temir-oltingugurtli yadro hosil qiladi. Shunday qilib, nikel-temir muhitida oltingugurt mavjudligi oqim sifatida harakat qiladi va umuman erish nuqtasini pasaytiradi. Yer yadrosida katta miqdordagi oltingugurt mavjudligi haqidagi gipoteza juda jozibali va geokimyo va kosmokimyoning barcha ma'lum ma'lumotlariga zid emas.

Shunday qilib, sayyoramizning ichki qismining tabiati haqidagi zamonaviy g'oyalar kimyoviy jihatdan farqlangan globusga mos keladi, u ikki xil qismga bo'lingan: kuchli qattiq silikat oksidli mantiya va suyuq, asosan metall yadro. Yer qobig'i aluminosilikatlardan tashkil topgan va eng murakkab tuzilishga ega bo'lgan eng engil yuqori qattiq qobiqdir.

Yuqoridagilarni umumlashtirib, biz quyidagi xulosalar chiqarishimiz mumkin.

  1. Yer qatlamli zonal tuzilishga ega. U qattiq silikat-oksid qobig'ining uchdan ikki qismidan - mantiyadan va metall suyuq yadroning uchdan bir qismidan iborat.
  2. Yerning asosiy xususiyatlari shuni ko'rsatadiki, yadro suyuq holatda va faqat ba'zi engil elementlarning (ehtimol oltingugurt) aralashmasi bo'lgan eng keng tarqalgan metallardan olingan temir bu xususiyatlarni ta'minlashga qodir.
  3. O'zining yuqori gorizontlarida Yer qobig'i va yuqori mantiyani qoplaydigan assimetrik tuzilishga ega. Yuqori mantiya ichidagi okean yarim shari qarama-qarshi kontinental yarim sharga qaraganda kamroq farqlanadi.

Yerning kelib chiqishi haqidagi har qanday kosmogonik nazariyaning vazifasi uning asosiy xususiyatlarini tushuntirishdan iborat ichki tabiat va tarkibi.

Yer mantiyasi - bu Yerning silikat qobig'i bo'lib, asosan peridotitlardan tashkil topgan - magniy, temir, kaltsiy va boshqalar silikatlaridan iborat jinslar. Mantiya jinslarining qisman erishi bazalt va shunga o'xshash eritmalarni keltirib chiqaradi, ular yer yuzasiga ko'tarilganda er qobig'ini hosil qiladi. .

Mantiya Yerning umumiy massasining 67% va Yerning umumiy hajmining taxminan 83% ni tashkil qiladi. U yer qobig'i bilan chegaradan 5-70 km chuqurlikdan, 2900 km chuqurlikdagi yadro chegarasigacha cho'zilgan. Mantiya juda katta chuqurliklarda joylashgan va moddadagi bosim ortishi bilan fazaviy o'tishlar sodir bo'ladi, unda minerallar tobora zichroq tuzilishga ega bo'ladi. Eng muhim o'zgarishlar 660 kilometr chuqurlikda sodir bo'ladi. Bu fazaga o'tishning termodinamiği shundayki, bu chegaradan pastda joylashgan mantiya moddasi unga kira olmaydi va aksincha. 660 kilometr chegaradan yuqorida mantiyaning yuqori qismi, pastda esa mos ravishda pastki qismi joylashgan. Mantiyaning bu ikki qismi turli xil tarkibga va fizik xususiyatlarga ega. Pastki mantiyaning tarkibi haqidagi ma'lumotlar cheklangan bo'lsa-da va to'g'ridan-to'g'ri ma'lumotlar soni juda oz bo'lsa-da, ishonch bilan aytish mumkinki, uning tarkibi Yer paydo bo'lgandan beri yuqori mantiyaga qaraganda ancha kamroq o'zgargan, bu esa mantiyaning paydo bo'lishiga sabab bo'lgan. er qobig'i.

Mantiyadagi issiqlik almashinuvi sekin konveksiya, minerallarning plastik deformatsiyasi orqali sodir bo'ladi. Mantiya konvektsiyasi paytida materiyaning harakat tezligi yiliga bir necha santimetrga teng. Ushbu konvektsiya litosfera plitalarini harakatga keltiradi. Yuqori mantiyadagi konvektsiya alohida sodir bo'ladi. Konveksiyaning yanada murakkab tuzilishini qabul qiladigan modellar mavjud.

Yer tuzilishining seysmik modeli

So'nggi o'n yilliklarda Yerning chuqur qobiqlarining tarkibi va tuzilishi zamonaviy geologiyaning eng qiziqarli muammolaridan biri bo'lib qolmoqda. Chuqur zonalar masalasi bo'yicha to'g'ridan-to'g'ri ma'lumotlar soni juda cheklangan. Shu munosabat bilan alohida o'rinni ~250 km chuqurlikda joylashgan mantiya jinslarining vakili hisoblangan Lesoto kimberlit trubasidan (Janubiy Afrika) mineral agregat egallaydi. Kola yarim orolida burg'ulangan va 12262 m ga etgan dunyodagi eng chuqur quduqdan topilgan yadro er qobig'ining chuqur ufqlari haqidagi ilmiy tushunchani sezilarli darajada kengaytirdi - Yer sharining yupqa yuzasiga yaqin plyonka. Shu bilan birga, geofizikaning so'nggi ma'lumotlari va minerallarning strukturaviy o'zgarishlarini o'rganish bilan bog'liq eksperimentlar allaqachon tuzilish, tarkib va ​​Yer tubida sodir bo'ladigan jarayonlarning ko'plab xususiyatlarini modellashtirishga imkon beradi, ularning bilimlari ularni hal qilishga yordam beradi. sayyoraning shakllanishi va evolyutsiyasi, er qobig'i va mantiya dinamikasi, manbalar kabi zamonaviy tabiatshunoslikning asosiy muammolari. mineral resurslar, katta chuqurlikdagi xavfli chiqindilarni yo'q qilish xavfini baholash, Yerning energiya resurslari va boshqalar.

Yerning ichki tuzilishining keng tarqalgan modeli (uning yadro, mantiya va er qobig'iga bo'linishi) 20-asrning birinchi yarmida seysmologlar G. Jeffreys va B. Gutenberglar tomonidan ishlab chiqilgan. Buning hal qiluvchi omili sayyora radiusi 6371 km bo'lgan 2900 km chuqurlikda yer shari ichida seysmik to'lqinlarning o'tish tezligining keskin pasayishining aniqlanishi edi. Belgilangan chegaradan to'g'ridan-to'g'ri uzunlamasına seysmik to'lqinlarning tarqalish tezligi 13,6 km/s, undan pastda esa 8,1 km/s. Bu mantiya va yadro o'rtasidagi chegara.

Shunga ko'ra, yadro radiusi 3471 km. Mantiyaning yuqori chegarasi 1909 yilda Yugoslaviya seysmologi A. Mohorovichić (1857-1936) tomonidan aniqlangan Mohorovichich (Moho, M) ning seysmik qismidir. U yer qobig'ini mantiyadan ajratib turadi. Bu chegarada yer qobig'idan o'tgan uzunlamasına to'lqinlarning tezligi keskin ravishda 6,7-7,6 dan 7,9-8,2 km / s gacha oshadi, lekin bu turli xil chuqurlik darajalarida sodir bo'ladi. Materiklar ostida M kesimining chuqurligi (ya'ni er qobig'ining tagligi) bir necha o'nlab kilometrlarni tashkil etadi va ba'zi tog'li tuzilmalar ostida (Pomir, And tog'lari) 60 km ga etadi, okean havzalari ostida esa, M. suv ustunini hisobga olgan holda, chuqurligi atigi 10-12 km . Umuman olganda, bu sxemada er qobig'i yupqa qobiq shaklida ko'rinadi, mantiya esa er radiusining 45% gacha chuqurlikda cho'zilgan.

Ammo 20-asrning o'rtalarida Yerning yanada chuqurroq tuzilishi haqidagi g'oyalar fanga kirdi. Yangi seysmologik ma'lumotlarga asoslanib, yadroni ichki va tashqi, mantiyani esa pastki va yuqoriga bo'lish mumkin edi. Ushbu mashhur model bugungi kunda ham qo'llanilmoqda. Uni avstraliyalik seysmolog K.E. 40-yillarning boshlarida Yerni zonalarga bo'lish sxemasini taklif qilgan Bullen, u harflar bilan belgilagan: A - er qobig'i, B - 33-413 km chuqurlik oralig'idagi zona, C - 413- 984 km, D - 984-2898 km zona, D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (Yerning markazi). Bu zonalar seysmik xarakteristikalari bilan farqlanadi. Keyinchalik u D zonasini D "(984-2700 km) va D" (2700-2900 km) zonalariga ajratdi. Hozirgi vaqtda ushbu sxema sezilarli darajada o'zgartirildi va adabiyotda faqat D "qatlami keng qo'llaniladi. Uning asosiy xarakteristikasi seysmik tezlik gradientlarining tepada joylashgan mantiya mintaqasiga nisbatan kamayishidir.

Radiusi 1225 km bo'lgan ichki yadro qattiq va yuqori zichlikka ega - 12,5 g / sm 3 . Tashqi yadro suyuq, uning zichligi 10 g/sm 3. Yadro va mantiya o'rtasidagi chegarada nafaqat bo'ylama to'lqinlarning tezligida, balki zichlikda ham keskin sakrash mavjud. Mantiyada u 5,5 g/sm 3 gacha kamayadi. Tashqi yadro bilan to'g'ridan-to'g'ri aloqada bo'lgan D qavati unga ta'sir qiladi, chunki yadrodagi harorat mantiya haroratidan sezilarli darajada oshadi.Ba'zi joylarda bu qatlam Yer yuzasiga yo'naltirilgan ulkan issiqlik va massa oqimlarini hosil qiladi. mantiya issiqligi va massa oqimlari orqali plumlar deb ataladi.Ular sayyorada Gavayi orollari, Islandiya va boshqa mintaqalar kabi yirik vulqon mintaqalari shaklida o'zini namoyon qilishi mumkin.

D" qatlamning yuqori chegarasi noaniq; uning yadro yuzasidan sathi 200 dan 500 km gacha yoki undan ko'proq o'zgarishi mumkin. Shunday qilib, biz xulosa qilishimiz mumkinki, bu qatlam yadro energiyasining mantiyaga notekis va o'zgaruvchan intensivlik oqimini aks ettiradi. mintaqa.

Ko'rib chiqilayotgan sxemada pastki va yuqori mantiyaning chegarasi 670 km chuqurlikda joylashgan seysmik uchastkadir. U global taqsimotga ega va seysmik tezliklarning ularning ortishi tomon sakrashi, shuningdek pastki mantiya materiyasining zichligi oshishi bilan oqlanadi. Bu qism mantiyadagi tog` jinslarining mineral tarkibidagi o`zgarishlar chegarasi ham hisoblanadi.

Shunday qilib, 670 va 2900 km chuqurliklar oralig'ida o'ralgan pastki mantiya Yer radiusi bo'ylab 2230 km ga cho'zilgan. Yuqori mantiya 410 km chuqurlikdan o'tuvchi yaxshi mustahkamlangan ichki seysmik uchastkaga ega. Bu chegarani yuqoridan pastgacha kesib o'tganda seysmik tezliklar keskin ortadi. Bu yerda, shuningdek, yuqori mantiyaning pastki chegarasida muhim mineral o'zgarishlar sodir bo'ladi.

Yuqori mantiya va er qobig'ining yuqori qismi gidro va atmosferadan farqli o'laroq, Yerning yuqori qattiq qobig'i bo'lgan litosfera sifatida birlashadi. Litosfera plitalari tektonikasi nazariyasi tufayli "litosfera" atamasi keng tarqaldi. Nazariya plitalarning astenosfera bo'ylab harakatlanishini nazarda tutadi - yumshatilgan, qisman, ehtimol, suyuq chuqur qatlam, past viskozite. Biroq, seysmologiya kosmosda saqlanib qolgan astenosferani ko'rsatmaydi. Ko'pgina hududlar uchun vertikal bo'ylab joylashgan bir nechta astenosfera qatlamlari, shuningdek ularning gorizontal bo'ylab uzilishlari aniqlangan. Ularning almashinishi, ayniqsa, astenosfera qatlamlarining (linzalarning) paydo bo'lish chuqurligi 100 km dan ko'p yuzlabgacha bo'lgan qit'alar ichida aniq. Okean tubsizliklari ostida astenosfera qatlami 70–80 km yoki undan kamroq chuqurlikda yotadi. Shunga ko'ra, litosferaning quyi chegarasi aslida noaniqdir va bu ko'plab tadqiqotchilar tomonidan qayd etilgan litosfera plitalari kinematikasi nazariyasi uchun katta qiyinchiliklar tug'diradi.

Seysmik chegaralar bo'yicha zamonaviy ma'lumotlar

Seysmologik tadqiqotlar olib borilishi bilan yangi seysmik chegaralarni aniqlash uchun zarur shart-sharoitlar mavjud. Global chegaralar 410, 520, 670, 2900 km deb hisoblanadi, bu erda seysmik to'lqinlar tezligining oshishi ayniqsa sezilarli. Ular bilan bir qatorda oraliq chegaralar ajratiladi: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 km. Bundan tashqari, geofiziklarning 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 km chegaralari mavjudligi haqida ko'rsatmalar mavjud. N.I. Pavlenkova yaqinda global chegara sifatida 100-chi chegarani ajratib ko'rsatdi, bu yuqori mantiyaning bloklarga bo'linishining pastki darajasiga to'g'ri keladi. Oraliq chegaralar turli xil fazoviy taqsimotga ega, bu mantiyaning fizik xususiyatlarining lateral o'zgaruvchanligini ko'rsatadi, ular bog'liqdir. Global chegaralar hodisalarning boshqa toifasini ifodalaydi. Ular Yer radiusi bo'ylab mantiya muhitidagi global o'zgarishlarga mos keladi.

Belgilangan global seysmik chegaralar geologik va geodinamik modellarni qurishda qo'llaniladi, bu ma'noda oraliq chegaralar esa hozirgacha deyarli e'tiborni jalb qilmagan. Shu bilan birga, ularning namoyon bo'lish ko'lami va intensivligidagi farqlar sayyora tubidagi hodisalar va jarayonlarga oid farazlar uchun empirik asos yaratadi.

Yuqori mantiyaning tarkibi

Chuqur er qobig'i yoki geosferalarning tarkibi, tuzilishi va mineral assotsiatsiyasi muammosi, shubhasiz, hali ham yakuniy yechimdan uzoqdir, ammo yangi eksperimental natijalar va g'oyalar tegishli g'oyalarni sezilarli darajada kengaytiradi va batafsil bayon qiladi.

Zamonaviy qarashlarga ko'ra, mantiya tarkibida nisbatan kichik guruh ustunlik qiladi kimyoviy elementlar: Si, Mg, Fe, Al, Ca va O. Geosferalar tarkibining tavsiya etilgan modellari, birinchi navbatda, ushbu elementlarning nisbatlaridagi farqga asoslanadi (variatsiyalar Mg / (Mg + Fe) = 0,8-0,9; (Mg) + Fe) / Si = 1.2R1.9), shuningdek, chuqur jinslar uchun Al va boshqa nodir elementlarning tarkibidagi farqlar. Kimyoviy va mineralogik tarkibiga ko'ra, ushbu modellar o'z nomlarini oldi: pirolitik (asosiy minerallar olivin, piroksenlar va granat 4: 2: 1 nisbatda), piklogitik (asosiy minerallar piroksen va granat va nisbati). olivin miqdori 40% gacha kamayadi va eklogitlar eklogitlarga xos bo'lgan piroksen-granat assotsiatsiyasi bilan bir qatorda ba'zi noyob minerallarni ham o'z ichiga oladi, xususan, al-o'z ichiga olgan siyanit Al 2 SiO 5 (og'irligi 10% gacha). Biroq, bu barcha petrologik modellar, birinchi navbatda, ~ 670 km chuqurlikka cho'zilgan yuqori mantiya jinslariga tegishli. Chuqurroq geosferalarning massa tarkibiga kelsak, ikki valentli elementlar oksidlarining (MO) kremniy oksidiga (MO / SiO 2) ~ 2 nisbati, olivin (Mg, Fe) 2 SiO 4 ga nisbatan yaqinroq bo'lishi taxmin qilinadi. piroksen (Mg, Fe) SiO 3 va minerallar orasida turli strukturali buzilishlarga ega perovskit fazalari (Mg, Fe)SiO 3, NaCl tipidagi tuzilishga ega magneziovustit (Mg, Fe)O va boshqa fazalar ancha kichikroq miqdorda ustunlik qiladi. .

Barcha taklif qilingan modellar juda umumlashtirilgan va faraziydir. Olivin hukmron bo'lgan yuqori mantiyaning pirolitik modeli uning kimyoviy tarkibi butun chuqur mantiyanikiga ancha yaqinroq ekanligini ko'rsatadi. Aksincha, piklogitik model mantiyaning yuqori va qolgan qismlari o'rtasida ma'lum bir kimyoviy kontrast mavjudligini taxmin qiladi. Aniqroq eklogitik model yuqori mantiyada alohida eklogitik linzalar va bloklarning mavjudligiga imkon beradi.

Yuqori mantiya bilan bog'liq strukturaviy-mineralogik va geofizik ma'lumotlarni uyg'unlashtirishga urinish katta qiziqish uyg'otadi. Taxminan 20 yil davomida ~410 km chuqurlikdagi seysmik to'lqin tezligining oshishi asosan olivin a-(Mg, Fe) 2 SiO 4 ning vadsleyit b- (Mg, Fe) ga strukturaviy o'zgarishi bilan bog'liq deb taxmin qilingan. 2 SiO 4, zichroq fazaning shakllanishi bilan birga katta qiymatlar elastiklik koeffitsientlari. Geofizik ma'lumotlarga ko'ra, Yerning ichki qismidagi bunday chuqurliklarda seysmik to'lqin tezligi 3-5% ga oshadi, olivinning vadsleyitga tarkibiy qayta joylashishi (ularning elastik modullarining qiymatlariga muvofiq) o'sish bilan birga bo'lishi kerak. seysmik to'lqinlar tezligida taxminan 13% ga. Shu bilan birga, olivin va olivin-piroksen aralashmasining yuqori harorat va bosimdagi eksperimental tadqiqotlari natijalari 200-400 km chuqurlik oralig'ida seysmik to'lqinlar tezligining hisoblangan va eksperimental o'sishi o'rtasida to'liq mos kelishini aniqladi. Olivin yuqori zichlikdagi monoklinik piroksenlar bilan taxminan bir xil elastiklikka ega bo'lganligi sababli, bu ma'lumotlar pastki zonada yuqori elastik granataning yo'qligini ko'rsatishi kerak, uning mantiyada mavjudligi muqarrar ravishda seysmik to'lqin tezligining sezilarli darajada oshishiga olib keladi. Biroq, garnetsiz mantiya haqidagi bu g'oyalar uning tarkibining petrologik modellari bilan ziddiyatga tushib qoldi.

Shunday qilib, seysmik to'lqin tezligining 410 km chuqurlikda sakrashi, asosan, yuqori mantiyaning Na bilan boyitilgan qismlari ichidagi piroksenli granatlarning tarkibiy qayta joylashishi bilan bog'liq degan fikr paydo bo'ldi. Bunday model yuqori mantiyada konveksiyaning deyarli to'liq yo'qligini nazarda tutadi, bu zamonaviy geodinamik tushunchalarga zid keladi. Ushbu qarama-qarshiliklarni bartaraf etishni temir va vodorod atomlarini vadsleyit tuzilishiga kiritish imkonini beruvchi yuqori mantiyaning yaqinda taklif qilingan yanada to'liq modeli bilan bog'lash mumkin.

Olivinning vadsleyitga polimorf o'tishi o'zgarish bilan birga bo'lmaydi kimyoviy tarkibi, granat borligida, asl olivin bilan solishtirganda Fe bilan boyitilgan vadsleyit hosil bo'lishiga olib keladigan reaktsiya paydo bo'ladi. Bundan tashqari, vadsleyit olivinga qaraganda ko'proq vodorod atomlarini o'z ichiga olishi mumkin. Vadsleyit tuzilishida Fe va H atomlarining ishtiroki uning qattiqligining pasayishiga va shunga mos ravishda ushbu mineral orqali o'tadigan seysmik to'lqinlarning tarqalish tezligining pasayishiga olib keladi.

Bundan tashqari, Fe bilan boyitilgan vadsleyitning hosil bo'lishi mos keladigan reaktsiyada ko'proq olivinning ishtirok etishini ko'rsatadi, bu 410-qism yaqinidagi jinslarning kimyoviy tarkibining o'zgarishi bilan birga bo'lishi kerak. Ushbu transformatsiyalar haqidagi g'oyalar zamonaviy global tomonidan tasdiqlangan. seysmik ma'lumotlar. Umuman olganda, yuqori mantiyaning bu qismining mineralogik tarkibi ko'proq yoki kamroq aniq ko'rinadi. Pirolitik minerallar assotsiatsiyasiga kelsak, uning ~800 km chuqurlikgacha o'zgarishi etarlicha batafsil o'rganilgan. Bunday holda, 520 km chuqurlikdagi global seysmik chegara vadsleyit b-(Mg, Fe) 2 SiO 4 ning ringwooditga - g-modifikatsiyasi (Mg, Fe) 2 SiO 4 ning shpinel tuzilishi bilan qayta joylashishiga mos keladi. Piroksen (Mg, Fe)SiO 3 granat Mg 3 (Fe, Al, Si) 2 Si 3 O 12 ning transformatsiyasi yuqori mantiyada kengroq chuqurlik oralig'ida sodir bo'ladi. Shunday qilib, yuqori mantiyaning 400-600 km oralig'idagi barcha nisbatan bir hil qobiq asosan granat va shpinel strukturali fazalarni o'z ichiga oladi.

Mantiya jinslarining tarkibi uchun hozirda taklif qilinayotgan barcha modellar ular tarkibida ~4 wt miqdorida Al 2 O 3 borligini tan oladi. %, bu ham strukturaviy o'zgarishlarning o'ziga xos xususiyatlariga ta'sir qiladi. Shu bilan birga, ta'kidlanishicha, yuqori mantiyaning bir xil bo'lgan ba'zi joylarida Al korund Al 2 O 3 yoki siyanit Al 2 SiO 5 kabi minerallarda to'planishi mumkin, bu esa mos keladigan bosim va haroratlarda. ~450 km chuqurlikda, korundga aylanadi va stishovit SiO 2 ning modifikatsiyasi bo'lib, uning tuzilishi SiO 6 oktaedr ramkasini o'z ichiga oladi. Bu minerallarning ikkalasi ham nafaqat pastki mantiyada, balki chuqurroqda ham saqlanib qolgan.

400-670 km zonaning kimyoviy tarkibining eng muhim komponenti suv bo'lib, uning tarkibi, ba'zi ma'lumotlarga ko'ra, ~0,1 wt. % va mavjudligi birinchi navbatda Mg-silikatlar bilan bog'liq. Ushbu qobiqda saqlanadigan suv miqdori shunchalik kattaki, u Yer yuzasida qalinligi 800 m bo'lgan qatlamni tashkil qiladi.

670 km chegara ostidagi mantiya tarkibi

So'nggi ikki-uch o'n yillikda yuqori bosimli rentgen kameralari yordamida minerallarning strukturaviy o'tishlarini o'rganish geosferalarning tarkibi va tuzilishining ba'zi xususiyatlarini 670 km chegaradan chuqurroq modellashtirish imkonini berdi.

Bu tajribalarda oʻrganilayotgan kristall ikkita olmos piramidasi (anvillar) orasiga joylashtiriladi, ular siqilganda mantiya va Yer yadrosi ichidagi bosimlarga mutanosib bosim hosil qiladi. Shunga qaramay, Yerning butun ichki qismining yarmidan ko'pini tashkil etadigan mantiyaning bu qismi haqida hali ham ko'plab savollar mavjud. Hozirgi vaqtda ko'pchilik tadqiqotchilar bu chuqur (an'anaviy ma'noda pastroq) mantiya asosan perovskitga o'xshash fazadan (Mg, Fe) SiO 3 dan iborat degan fikrga qo'shiladilar, bu uning hajmining taxminan 70% ni (40%) tashkil qiladi. butun Yer hajmi) va magneziuustit (Mg, Fe) O (~ 20%). Qolgan 10% stishovit va Ca, Na, K, Al va Fe ni o'z ichiga olgan oksid fazalari bo'lib, ularning kristallanishi ilmenit-korundning strukturaviy turlarida (qattiq eritma (Mg, Fe)SiO 3 -Al 2 O 3) ruxsat etiladi. , kubik perovskit (CaSiO 3) va Ca-ferrit (NaAlSiO 4). Ushbu birikmalarning hosil bo'lishi yuqori mantiyadagi minerallarning turli strukturaviy o'zgarishlari bilan bog'liq. Shu bilan birga, 410-670 km chuqurlik oralig'ida joylashgan nisbatan bir hil qobiqning asosiy mineral fazalaridan biri, shpinelga o'xshash ringwoodit, (Mg, Fe)-perovskit va Mg-vustit assotsiatsiyasiga aylanadi. chegarasi 670 km, bu erda bosim ~24 GPa. O'tish zonasining yana bir muhim tarkibiy qismi, granatlar oilasining vakili, Mg 3 Al 2 Si 3 O 12 piropi rombsimon perovskit (Mg, Fe) SiO 3 va korund-ilmenitning qattiq eritmasi hosil bo'lishi bilan transformatsiyaga uchraydi. Mg, Fe) SiO 3 - Al 2 O 3 bir necha yuqori bosimlarda. Bu o'tish 850-900 km burilishda seysmik to'lqinlar tezligining oraliq seysmik chegaralaridan biriga mos keladigan o'zgarishi bilan bog'liq. Andradit sagarnetning ~21 GPa past bosimlarda o'zgarishi quyi mantiyada yuqorida aytib o'tilgan yana bir muhim Ca 3 Fe 2 3+ Si 3 O 12 komponenti kubik Saperovskit CaSiO 3 hosil bo'lishiga olib keladi. Ushbu zonaning asosiy minerallari (Mg,Fe) - perovskit (Mg,Fe)SiO 3 va Mg-vustit (Mg, Fe)O o'rtasidagi qutb nisbati juda keng diapazonda va ~1170 km chuqurlikda o'zgarib turadi. ~29 GPa bosim va 2000 -2800 0 S harorat 2:1 dan 3:1 gacha o'zgaradi.

MgSiO 3 ning rombsimon perovskit tuzilishi bilan pastki mantiya chuqurliklariga mos keladigan keng bosim diapazonida ajoyib barqarorligi uni ushbu geosferaning asosiy tarkibiy qismlaridan biri deb hisoblash imkonini beradi. Ushbu xulosaga asos bo'lgan tajribalar Mg-perovskit MgSiO 3 namunalari atmosfera bosimidan 1,3 million marta yuqori bosimga duchor bo'lgan va shu bilan birga, taxminan 2000 0 S haroratli lazer nurlari ta'sirlangan. olmos anvillari orasiga joylashtirilgan namunaga Shunday qilib, biz ~2800 km chuqurlikda, ya'ni pastki mantiyaning pastki chegarasi yaqinida mavjud bo'lgan sharoitlarni simulyatsiya qildik. Ma’lum bo‘lishicha, tajriba davomida ham, undan keyin ham mineral o‘zining tuzilishi va tarkibini o‘zgartirmagan. Shunday qilib, L. Liu, shuningdek, E. Nittl va E. Janloz Mg-perovskitning barqarorligi uni Yerdagi eng keng tarqalgan mineral sifatida ko'rib chiqishga imkon beradi, degan xulosaga kelishdi, shekilli, uning massasining deyarli yarmini tashkil qiladi.

Wustite F x O barqaror emas, uning tarkibi pastki mantiya sharoitida stexiometrik koeffitsient x qiymati bilan tavsiflanadi.< 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.

Shuni ta'kidlash kerakki, katta chuqurlikdagi perovskitga o'xshash fazalar juda cheklangan miqdordagi Feni o'z ichiga olishi mumkin va chuqur birikma minerallari orasida Fe ning yuqori konsentratsiyasi faqat magneziovustitga xosdir. Shu bilan birga, magneziovustit uchun, yuqori bosim ta'sirida uning tarkibidagi temirning bir qismi mineral tarkibida qoladigan temir temirga o'tish va bir vaqtning o'zida tegishli miqdorda ajralish ehtimoli mavjud. neytral temir ekanligi isbotlangan. Ushbu ma'lumotlarga asoslanib, Karnegi instituti geofizika laboratoriyasi xodimlari X. Mao, P. Bell va T. Yagi Yer qa'ridagi moddalarning differensiatsiyasi haqida yangi g'oyalarni ilgari surdilar. Birinchi bosqichda gravitatsion beqarorlik tufayli magneziovustit chuqurlikka cho'kadi, bu erda bosim ta'sirida neytral shakldagi temirning bir qismi undan ajralib chiqadi. Pastroq zichlik bilan tavsiflangan qoldiq magneziovustit yuqori qatlamlarga ko'tarilib, u erda yana perovskitga o'xshash fazalar bilan aralashadi. Ular bilan aloqa stexiometriyani tiklash bilan birga keladi (ya'ni elementlarning butun son nisbati). kimyoviy formula) magneziuustit va tasvirlangan jarayonni takrorlash imkoniyatiga olib keladi. Yangi ma'lumotlar chuqur mantiya uchun mumkin bo'lgan kimyoviy elementlar to'plamini biroz kengaytirish imkonini beradi. Masalan, N. Ross (1997) tomonidan tasdiqlangan ~900 km chuqurlikka mos keladigan bosimdagi magnezitning barqarorligi uning tarkibida uglerodning mumkin bo'lgan mavjudligini ko'rsatadi.

670 chizig'idan pastda joylashgan individual oraliq seysmik chegaralarni aniqlash mantiya minerallarining strukturaviy o'zgarishlari haqidagi ma'lumotlarga mos keladi, ularning shakllari juda xilma-xil bo'lishi mumkin. Chuqur mantiyaga to'g'ri keladigan fizik-kimyoviy parametrlarning yuqori qiymatlarida turli kristallarning ko'plab xossalarining o'zgarishining misoli R. Janlose va R. Hazenning fikriga ko'ra, tajribalar davomida qayd etilgan vuestitning ion-kovalent bog'lanishlarini qayta tashkil etish bo'lishi mumkin. 70 gigapaskal (GPa) (~1700 km) bosimda atomlararo o'zaro ta'sirlarning metall turi bilan bog'liq. 1200 bosqich SiO 2 ning stishovit strukturasi bilan CaCl 2 strukturaviy turiga (rutil TiO 2 ning rombik analogi) qayta joylashishiga va 2000 km - keyinchalik uning a-PbO 2 va oraliq tuzilishga ega bo'lgan fazaga aylanishiga to'g'ri kelishi mumkin. ZrO 2, kremniy-kislorodli oktaedrning zichroq qadoqlanishi bilan tavsiflanadi (L.S. Dubrovinskiy va boshqalar ma'lumotlari). Shuningdek, ushbu chuqurliklardan (~ 2000 km) boshlab, 80-90 GPa bosimda perovskitga o'xshash MgSiO 3 ning parchalanishiga ruxsat beriladi, bu periklaza MgO va erkin kremniyning ko'payishi bilan birga keladi. Bir oz yuqoriroq bosim (~ 96 GPa) va 800 0 S haroratda FeO dagi politipiyaning namoyon bo'lishi aniqlandi, bu nikelin NiAs tipidagi tarkibiy qismlarining shakllanishi bilan bog'liq bo'lib, ularda Fe nikelga qarshi domenlar bilan almashinadi. atomlar As atomlari, O atomlari esa Ni atomlari pozitsiyalarida joylashgan. D" chegarasi yaqinida korund strukturasi bilan Al 2 O 3 ning Rh 2 O 3 strukturali fazaga aylanishi sodir bo'ladi, bu ~100 GPa bosimda, ya'ni ~2200-2300 chuqurlikda eksperimental modellashtirilgan. km.Myosbauer spektroskopiya usulidan bir xil bosimda foydalanib, magneziowustit strukturasidagi Fe atomlarining yuqori spinli (HS) holatidan past spinli (LS) holatiga o’tish, ya’ni elektron tuzilishini o’zgartirish. Shu munosabat bilan, wuestite FeO ning tuzilishini ta'kidlash kerak Yuqori bosim kompozitsiyaning nonstoixiometriyasi, atomik qadoqlash nuqsonlari, politipiya, shuningdek, Fe atomlarining elektron tuzilishining o'zgarishi (HS => LS - o'tish) bilan bog'liq magnit tartibdagi o'zgarish bilan tavsiflanadi. Qayd etilgan xususiyatlar vustitni D chegarasi yaqinida u bilan boyitilgan Yerning chuqur zonalarining o'ziga xos xususiyatlarini aniqlaydigan g'ayrioddiy xususiyatlarga ega bo'lgan eng murakkab minerallardan biri sifatida ko'rib chiqishga imkon beradi.

Seysmologik o'lchovlar shuni ko'rsatadiki, Yerning ichki (qattiq) va tashqi (suyuq) yadrolari faqat bir xil fizik-kimyoviy parametrlarga ega bo'lgan metall temirdan iborat yadro modeli asosida olingan qiymatga nisbatan pastroq zichlik bilan tavsiflanadi. Aksariyat tadqiqotchilar zichlikning bunday pasayishini yadroda temir bilan qotishma hosil qiluvchi Si, O, S va hatto O kabi elementlarning mavjudligi bilan izohlashadi. Bunday "Faustian" fizik-kimyoviy sharoitlar uchun ehtimoliy bo'lgan fazalar orasida (bosim ~250 GPa va harorat 4000-6500 0 C) Fe 3 S, Cu 3 Au va Fe 7 S bilan mashhur. yadroda b-Fe bo'lib, uning tuzilishi Fe atomlarining to'rt qavatli yaqin o'rashi bilan tavsiflanadi. Ushbu fazaning erish harorati 360 GPa bosimda 5000 0 S deb baholanadi. Atmosfera bosimida temirda past eruvchanligi tufayli yadroda vodorodning mavjudligi uzoq vaqtdan beri bahsli bo'lib kelgan. Biroq, yaqinda o'tkazilgan tajribalar (J. Badding, H. Mao va R. Hamley (1992) ma'lumotlari) temir gidrid FeH yuqori harorat va bosimlarda hosil bo'lishi mumkinligini va 62 GPa dan ortiq bosimlarda barqarorligini aniqlashga imkon berdi, bu esa chuqurligi ~ 1600 km. Shu munosabat bilan, yadroda vodorodning sezilarli miqdori (40 mol.% gacha) mavjudligi juda maqbuldir va uning zichligini seysmologik ma'lumotlarga mos keladigan qiymatlarga kamaytiradi.

Katta chuqurlikdagi mineral fazalardagi strukturaviy o'zgarishlar to'g'risidagi yangi ma'lumotlar Yer tubida o'rnatilgan boshqa muhim geofizik chegaralarning adekvat talqinini topishga imkon beradi, deb taxmin qilish mumkin. Umumiy xulosa shundan iboratki, 410 va 670 km kabi global seysmik chegaralarda mantiya jinslarining mineral tarkibida sezilarli o'zgarishlar kuzatiladi. Mineral o'zgarishlar ~850, 1200, 1700, 2000 va 2200-2300 km chuqurlikda, ya'ni pastki mantiya ichida ham qayd etilgan. Bu uning bir hil tuzilishi g'oyasidan voz kechishga imkon beradigan juda muhim holat.