Silikatna ljuska Zemlje, njen plašt, nalazi se između tabana zemljine kore i površine Zemljinog jezgra na dubini od oko 2.900 km. Obično se, prema seizmičkim podacima, plašt dijeli na gornji (sloj B), do dubine od 400 km, prelazni Golitsin sloj (sloj C) u dubinskom intervalu od 400-1000 km, i donji plašt ( sloj D) sa osnovom na dubini od oko 2.900 km. Ispod okeana u gornjem plaštu nalazi se i sloj niskih brzina širenja seizmičkih talasa - Gutenbergov talasovod, koji se obično poistovjećuje sa astenosferom Zemlje, u kojoj je supstanca plašta u djelomično rastopljenom stanju. Pod kontinentima zona malih brzina se po pravilu ne razlikuje ili je slabo izražena.
Sastav gornjeg omotača obično uključuje i subcrustalne dijelove litosferskih ploča, u kojima je materija plašta ohlađena i potpuno kristalizirana. Pod okeanima, debljina litosfere varira od nule ispod zona rascjepa do 60-70 km ispod ambisalnih basena okeana. Pod kontinentima, debljina litosfere može doseći 200-250 km.
Naše informacije o strukturi plašta i Zemljinog jezgra, kao i o stanju materije u ovim geosferama, dobijene su uglavnom iz seizmoloških posmatranja, tumačenjem krivulja vremena putovanja seizmičkih talasa, uzimajući u obzir poznate jednačine hidrostatike, koji povezuju gradijente gustoće i vrijednosti brzina širenja uzdužnih i poprečnih valova u mediju. Ovu tehniku razvili su poznati geofizičari G. Jeffries, B. Gutenberg, a posebno C. Bullen još sredinom 1940-ih, a zatim su je značajno poboljšali C. Bullen i drugi seizmolozi. Raspodjela gustine u omotaču konstruisana ovom metodom za nekoliko najpopularnijih modela Zemlje prikazana je na Sl. deset.
Slika 10.
1 - Naimark-Sorokhtin model (1977a); 2 - Bullen model A1 (1966); 3 - Žarkovljev model "Zemlja-2" (Zharkov et al., 1971); 4 - preračunavanje podataka Pankova i Kalinjina (1975) za sastav lerzolita sa adijabatskom raspodelom temperature.
Kao što se može vidjeti sa slike, gustina gornjeg plašta (sloj B) raste sa dubinom od 3,3-3,32 do oko 3,63-3,70 g/cm 3 na dubini od oko 400 km. Nadalje, u prijelaznom sloju Golitsyn (sloj C), gradijent gustoće naglo raste i gustoća raste na 4,55-4,65 g/cm 3 na dubini od 1000 km. Sloj Golitsyn postupno prelazi u donji plašt, čija se gustoća postepeno (prema linearnom zakonu) povećava na 5,53–5,66 g/cm 3 na dubini od oko 2.900 km u njegovoj osnovi.
Povećanje gustoće plašta sa dubinom objašnjava se zbijanjem njegove supstance pod uticajem sve većeg pritiska slojeva plašta koji se nalaze iznad, koji dostiže vrednosti od 1,35-1,40 Mbar u podnožju plašta. Posebno uočljivo zbijanje plaštnih silikata javlja se u dubinskom intervalu od 400-1000 km. Kao što je pokazao A. Ringwood, upravo na tim dubinama mnogi minerali prolaze kroz polimorfne transformacije. Konkretno, najčešći mineral u plaštu, olivin, poprima kristalnu strukturu spinela, a pirokseni dobijaju ilmenit, a zatim i najgušću strukturu perovskita. Na još većim dubinama, većina silikata, sa mogućim izuzetkom samo enstatita, raspada se u jednostavne okside s najbližim pakiranjem atoma u odgovarajućim kristalitima.
Činjenice o kretanju litosfernih ploča i pomicanju kontinenata uvjerljivo svjedoče o postojanju intenzivnih konvektivnih kretanja u omotaču, koji su u više navrata miješali svu tvar ove geosfere tokom života Zemlje. Iz ovoga možemo zaključiti da su sastavi i gornjeg i donjeg plašta u prosjeku isti. Međutim, sastav gornjeg omotača pouzdano se utvrđuje na osnovu nalaza ultrabazičnih stijena okeanske kore i sastava ofiolitskih kompleksa. Proučavajući ofioliti naboranih pojaseva i bazalta okeanskih ostrva, A. Ringwood je još 1962. godine predložio hipotetički sastav gornjeg omotača, koji je nazvao pirolit, dobijen mešanjem tri dela peridotita alpskog tipa - habzburgita sa jednim delom havajskog bazalt. Ringwood pirolit je po sastavu blizak okeanskim lerzolitima koje je detaljno proučavao L.V. Dmitriev (1969, 1973). Ali, za razliku od pirolita, okeanski lherzolit nije hipotetička mješavina stijena, već prava stijena plašta koja se uzdigla iz plašta u zonama rifta Zemlje i izložena je transformacijskim rasjedama u blizini ovih zona. Osim toga, L.V. Dmitriev je pokazao komplementarnost okeanskih bazalta i restita (zaostalih nakon topljenja bazalta) harcburgita u odnosu na okeanske lerzolite, čime je dokazao primat lerzolita, od kojih su, posljedično, nastali toleitski smelridski bazalti i sredina ostatak je očuvan resit harcburgit. Dakle, najbliži sastavu gornjeg plašta, a samim tim i cijelog plašta, odgovara okeanskom lerzolitu koji je opisao L.V. Dmitriev, čiji je sastav dat u tabeli. jedan.
| oksidi | Sastav kontinentalne kore (1) | Model sastava Zemljinog omotača (2) | Model sastava Zemljinog jezgra | Sastav primarne materije Zemlje (proračun) | Prosječan sastav hondrita (3) | Prosječan sastav karbonskih hondrita (4) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SiO2 | 59,3 | 45,5 | — | 30,78 | 38,04 | 33,0 |
| TiO2 | 0,7 | 0,6 | — | 0,41 | 0,11 | 0,11 |
| Al2O3 | 15,0 | 3,67 | — | 2,52 | 2,50 | 2,53 |
| Fe2O3 | 2,4 | 4,15 | — | — | — | — |
| FeO | 5,6 | 4,37 | 49,34 | 22,76 | 12,45 | 22,0 |
| MNO | 0,1 | 0,13 | — | 0,09 | 0,25 | 0,24 |
| MgO | 4,9 | 38,35 | — | 25,77 | 23,84 | 23,0 |
| CaO | 7,2 | 2,28 | — | 1,56 | 1,95 | 2,32 |
| Na2O | 2,5 | 0,43 | — | 0,3 | 0,95 | 0,72 |
| K2O | 2,1 | 0,012 | — | 0,016 | 0,17 | — |
| Cr2O3 | — | 0,41 | — | 0,28 | 0,36 | 0,49 |
| P2O5 | 0,2 | — | — | — | — | 0,38 |
| NiO | — | 0,1 | — | 0,07 | — | — |
| FeS | — | — | 6,69 | 2,17 | 5,76 | 13,6 |
| Fe | — | — | 43,41 | 13,1 | 11,76 | — |
| Ni | — | — | 0,56 | 0,18 | 1,34 | — |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 99,48 | 98,39 |
Osim toga, prepoznavanje postojanja konvektivnih kretanja u plaštu omogućava određivanje njegovog temperaturnog režima, budući da tokom konvekcije distribucija temperature u plaštu treba da bude bliska adijabatskoj, tj. na onaj u kojem nema razmjene topline između susjednih volumena plašta, što je povezano s toplinskom provodljivošću tvari. U ovom slučaju, gubitak topline plašta se događa samo u njegovom gornjem sloju - kroz Zemljinu litosferu, distribucija temperature u kojoj se već oštro razlikuje od adijabatske. Ali adijabatska raspodjela temperature lako se izračunava iz parametara materije plašta.
Da bi se testirala hipoteza o istom sastavu gornjeg i donjeg plašta, gustina okeanskog lerzolita podignutog u transformacionom rasjedu Carlsbergovog grebena u Indijskom okeanu izračunata je metodom udarne kompresije silikata do pritisaka od oko 1,5 Mbara. Za ovakav "eksperiment" uopće nije potrebno sam uzorak stijene komprimirati na tako visoke tlakove, dovoljno je poznavati njegov kemijski sastav i rezultate dosadašnjih eksperimenata udarne kompresije pojedinih kamenotvornih oksida. Rezultati takvog proračuna, obavljenog za adijabatsku raspodjelu temperature u plaštu, upoređeni su s poznatim raspodjelama gustoće u istoj geosferi, ali dobijeni iz seizmoloških podataka (vidi sliku 10). Kao što se može vidjeti iz gornjeg poređenja, raspodjela gustoće okeanskog lerzolita pri visokim pritiscima i adijabatskoj temperaturi dobro je približna stvarnoj raspodjeli gustoće u plaštu, dobivenoj iz potpuno nezavisnih podataka. Ovo svedoči u prilog realnosti postavljenih pretpostavki o lerzolitnom sastavu čitavog plašta (gornjeg i donjeg) i o adijabatskoj raspodeli temperature u ovoj geosferi. Znajući raspodjelu gustine materije u plaštu, može se izračunati i njegova masa: ispada da je jednaka (4,03-4,04) × 10 2 g, što je 67,5% ukupne mase Zemlje.
U podnožju donjeg plašta izdvaja se još jedan sloj plašta debljine oko 200 km, obično označen simbolom D'', u kojem se smanjuju gradijenti brzina širenja seizmičkih valova, a pojačava prigušenje poprečnih valova. Štaviše, na osnovu analize dinamičkih karakteristika prostiranja talasa reflektovanih od površine Zemljinog jezgra, I.S. Berzon i njene kolege (1968, 1972) uspjele su identificirati tanak prelazni sloj između plašta i jezgra debljine oko 20 km, koji smo nazvali Berzonov sloj, u kojem brzina transverzalnih valova u donjoj polovini opada sa dubinom od 7,3 km/s do skoro nule. Smanjenje brzine poprečnih valova može se objasniti samo smanjenjem vrijednosti modula krutosti, a samim tim i smanjenjem koeficijenta efektivne viskoznosti tvari u ovom sloju.
Sama granica prijelaza od plašta do Zemljinog jezgra ostaje prilično oštra. Sudeći po intenzitetu i spektru seizmičkih valova reflektiranih od površine jezgre, debljina takvog graničnog sloja ne prelazi 1 km.
D.Yu. Pushcharovsky, Yu.M. Pushcharovsky (Moskovski državni univerzitet po imenu M.V. Lomonosov)
Sastav i struktura dubokih ljuski Zemlje posljednjih decenija i dalje su jedan od najintrigantnijih problema moderne geologije. Broj direktnih podataka o materiji dubokih zona je vrlo ograničen. U tom pogledu, posebno mjesto zauzima mineralni agregat iz lesotske kimberlitne cijevi (Južna Afrika), koji se smatra predstavnikom plaštnih stijena koje se nalaze na dubini od ~250 km. Jezgro izvučeno iz najdublje bušotine na svetu, izbušene na poluostrvu Kola i dostiglo 12.262 m, značajno je proširilo naučno razumevanje dubokih horizonata zemljine kore - tankog prizemnog filma zemaljske kugle. Istovremeno, najnoviji podaci geofizike i eksperimenti vezani za proučavanje strukturnih transformacija minerala već sada omogućavaju modeliranje mnogih karakteristika strukture, sastava i procesa koji se dešavaju u dubinama Zemlje, čije poznavanje doprinosi rješenju ključnih problema savremene prirodne nauke kao što su formiranje i evolucija planete, dinamika zemljine kore i plašta, izvori mineralnih resursa, procena rizika od odlaganja opasnog otpada na velikim dubinama, energetski resursi Zemlje itd.
Seizmički model strukture Zemlje
Nadaleko poznati model unutrašnje strukture Zemlje (njena podjela na jezgro, plašt i zemljinu koru) razvili su seizmolozi G. Jeffreys i B. Gutenberg još u prvoj polovini 20. stoljeća. Odlučujući faktor u tome bilo je otkriće naglog smanjenja brzine prolaska seizmičkih valova unutar globusa na dubini od 2900 km s polumjerom planete od 6371 km. Brzina širenja longitudinalnih seizmičkih talasa direktno iznad navedene granice je 13,6 km/s, a ispod nje - 8,1 km/s. To je ono što je granica plašta-jezgra.
Prema tome, polumjer jezgra je 3471 km. Gornja granica plašta je seizmički presjek Mohorovića ( Moho, M), koji je identifikovao jugoslovenski seizmolog A. Mohorovichich (1857-1936) još 1909. godine. Odvaja zemljinu koru od plašta. Na ovoj granici, brzine uzdužnih talasa koji su prošli kroz zemljinu koru naglo se povećavaju sa 6,7-7,6 na 7,9-8,2 km/s, ali to se dešava na različitim nivoima dubine. Pod kontinentima, dubina sekcije M (odnosno tabana zemljine kore) iznosi nekoliko desetina kilometara, a ispod nekih planinskih struktura (Pamir, Andi) može doseći i 60 km, dok pod okeanskim basenima, uključujući i vodeni stub, dubina je samo 10-12 km. Općenito, zemljina kora u ovoj shemi izgleda kao tanka ljuska, dok se plašt proteže u dubinu do 45% Zemljinog polumjera.
Ali sredinom 20. vijeka ideje o djelimičnoj dubokoj strukturi Zemlje ušle su u nauku. Na osnovu novih seizmoloških podataka pokazalo se da je moguće podijeliti jezgro na unutrašnje i vanjsko, a plašt na donje i gornje (sl. 1). Ovaj popularni model je i danas u upotrebi. Pokrenuo ga je australijski 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 dubinom intervala od 33-413 km, C - zona 413- 984 km, D - zona od 984-2898 km, D - 2898-4982 km, Ž - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (centar Zemlje). Ove zone se 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 izmijenjena, a u literaturi se široko koristi samo D" sloj. Njegova glavna karakteristika je smanjenje gradijenata seizmičke brzine u odnosu na područje plašta iznad njega.
Rice. 1. Dijagram dubinske strukture Zemlje
Što se više seizmoloških studija provodi, to se više seizmičkih granica pojavljuje. Smatra se da su globalne granice 410, 520, 670, 2900 km, gdje je posebno uočljivo povećanje brzina seizmičkih valova. Uz njih, razlikuju se međugranice: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 km. Dodatno, postoje indicije geofizičara o postojanju granica 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 km. N.I. Pavlenkova je nedavno izdvojila granicu 100 kao globalnu, koja odgovara donjem nivou podjele gornjeg plašta na blokove. Međugranice imaju drugačiju prostornu distribuciju, što ukazuje na lateralnu varijabilnost fizičkih svojstava plašta, od kojih zavise. Globalne granice predstavljaju drugu kategoriju fenomena. Oni odgovaraju globalnim promjenama u okruženju plašta duž radijusa Zemlje.
Označene globalne seizmičke granice koriste se u izgradnji geoloških i geodinamičkih modela, dok one srednje u tom smislu do sada nisu privlačile gotovo nikakvu pažnju. U međuvremenu, razlike u obimu i intenzitetu njihovih manifestacija stvaraju empirijsku osnovu za hipoteze o pojavama i procesima u dubinama planete.
U nastavku razmatramo kako geofizičke granice koreliraju sa nedavnim rezultatima strukturnih promjena u mineralima pod utjecajem visokih pritisaka i temperatura, čije vrijednosti odgovaraju uvjetima Zemljinih dubina.
Problem sastava, strukture i mineralnih asocijacija dubokih zemaljskih školjki ili geosfera, naravno, još je daleko od konačnog rješenja, ali novi eksperimentalni rezultati i ideje značajno proširuju i detaljiziraju odgovarajuće ideje.
Prema modernim pogledima, u sastavu plašta dominira relativno mala grupa hemijskih elemenata: Si, Mg, Fe, Al, Ca i O. modeli sastava geosfere prvenstveno se zasnivaju na razlici u odnosima ovih elemenata (varijacije Mg / (Mg + Fe) = 0,8-0,9; (Mg + Fe) / Si = 1,2R1,9), kao i na razlikama u sadržaju Al i neki drugi rjeđi elementi za duboke stijene. U skladu sa hemijskim i mineraloškim sastavom, ovi modeli su dobili imena: pirolitičan(glavni minerali su olivin, pirokseni i granat u omjeru 4:2:1), piklogitic(glavni minerali su piroksen i granat, a udio olivina opada na 40%) i eklogitic, koji, uz piroksen-granatnu asocijaciju karakterističnu za eklogite, sadrži i neke rijeđe minerale, posebno Al-kijanit Al2SiO5 (gore do 10 tež. %). Međutim, svi ovi petrološki modeli se prvenstveno odnose na stijene gornjeg plašta proteže se do dubine od ~670 km. Što se tiče zapreminskog sastava dubljih geosfera, samo se pretpostavlja da je odnos oksida dvovalentnih elemenata (MO) prema silicijum dioksidu (MO/SiO2) ~ 2, budući da je bliži olivinu (Mg, Fe)2SiO4 nego piroksenu (Mg , Fe)SiO3 i mineralima dominiraju faze perovskita (Mg, Fe)SiO3 sa različitim strukturnim distorzijama, magnezijum (Mg, Fe)O sa strukturom tipa NaCl i neke druge faze u znatno manjim količinama.
Svi predloženi modeli su vrlo generalizirani i hipotetički. Pirolitski 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. Specifičniji eklogitički model dozvoljava prisustvo odvojenih eklogitskih sočiva i blokova u gornjem plaštu.
Od velikog je interesa pokušaj harmonizacije strukturno-mineraloških i geofizičkih podataka vezanih za gornji plašt. Pretpostavlja se već 20-ak godina da je povećanje brzina seizmičkih talasa na dubini od ~410 km uglavnom povezano sa strukturnim preuređenjem olivina a-(Mg, Fe)2SiO4 u wadsleyit b-(Mg, Fe)2SiO4, praćeno formiranjem gušće faze sa velikim vrijednostima koeficijenata elastičnosti. Prema geofizičkim podacima, na takvim dubinama u unutrašnjosti Zemlje, brzine seizmičkih valova se povećavaju za 3-5%, dok bi strukturno preuređenje olivina u wadsleyit (u skladu s vrijednostima njihovih modula elastičnosti) trebalo biti praćeno povećanjem. u brzinama seizmičkih talasa za oko 13%. Istovremeno, rezultati eksperimentalnih istraživanja mješavine olivina i olivin-piroksena pri visokim temperaturama i pritiscima otkrili su potpunu saglasnost između proračunskog i eksperimentalnog povećanja brzina seizmičkih valova u dubinom intervala od 200-400 km. Budući da olivin ima približno istu elastičnost kao monoklinski pirokseni visoke gustoće, ovi podaci bi trebali ukazivati na odsustvo visokoelastičnog granata u donjoj zoni, čije bi prisustvo u plaštu neminovno izazvalo značajnije povećanje brzina seizmičkih valova. Međutim, ove ideje o plaštu bez granata došle su u sukob s petrološkim modelima njegovog sastava.
Tabela 1. Mineralni sastav pirolita (prema L. Liu, 1979.)
Tako je nastala ideja da je skok brzine seizmičkih valova na dubini od 410 km povezan uglavnom sa strukturnim preuređenjem piroksenskih granata unutar dijelova gornjeg omotača obogaćenih Na. Takav model pretpostavlja gotovo potpuno odsustvo konvekcije u gornjem plaštu, što je u suprotnosti sa modernim geodinamičkim konceptima. Prevazilaženje ovih kontradikcija može se povezati s nedavno predloženim potpunijim modelom gornjeg plašta, koji omogućava ugradnju atoma željeza i vodika u strukturu wadsleyita.
Rice. 2. Promjena volumnih proporcija pirolitnih minerala s povećanjem pritiska (dubine), prema M. Akaogi (1997). Simboli minerala: Ol - olivin, Gar - granat, Cpx - monoklinski pirokseni, Opx - rombični pirokseni, MS - "modifikovani spinel", ili vadsleit (b-(Mg, Fe)2SiO4), Sp - spinel, Mj - mejorit Mg3 (Fe, Al, Si)2(SiO4)3, Mw - magneziovustit (Mg, Fe)O, Mg-Pv -Mg-perovskit, Ca-Pv-Ca-perovskit, X - navodne faze koje sadrže Al- sa strukturama poput ilmenita , Ca-ferit i/ili holandit
Dok polimorfna tranzicija olivina u vadsliit nije praćena promjenom hemijskog sastava, u prisustvu granata dolazi do reakcije koja dovodi do stvaranja vadsliita obogaćenog Fe u odnosu na početni olivin. Štaviše, wadsleyit može sadržavati znatno više atoma vodika od olivina. Učešće atoma Fe i H u strukturi wadsleyita dovodi do smanjenja njegove krutosti i, shodno tome, do smanjenja brzina širenja seizmičkih valova koji prolaze kroz ovaj mineral.
Osim toga, formiranje fem obogaćenog vadsleyita sugerira uključivanje veće količine olivina u odgovarajuću reakciju, koja bi trebala biti praćena promjenom hemijskog sastava stijena u blizini sekcije 410. Ideje o ovim transformacijama potvrđuju moderni globalni seizmički podaci. U cjelini, čini se da je mineraloški sastav ovog dijela gornjeg plašta manje-više jasan. Ako govorimo o pirolitičkoj mineralnoj asocijaciji (tablica 1), onda je njena transformacija do dubine od ~800 km dovoljno detaljno proučena i sažeta na slici 1. 2. U ovom slučaju, globalna seizmička granica na dubini od 520 km odgovara prestrojavanju wadsleyita b-(Mg, Fe)2SiO4 u ringwoodit - g-modifikacija (Mg, Fe)2SiO4 sa spinelnom strukturom. Transformacija piroksen (Mg, Fe)SiO3 granata Mg3(Fe, Al, Si)2Si3O12 događa se u gornjem plaštu u širem rasponu dubina. Dakle, čitava relativno homogena ljuska u intervalu od 400-600 km gornjeg omotača uglavnom sadrži faze sa granatnim i spinelnim strukturnim tipovima.
Svi trenutno predloženi modeli za sastav stijena plašta dozvoljavaju sadržaj Al2O3 u njima u količini od ~4 tež. %, što utiče i na specifičnosti strukturnih transformacija. Istovremeno, primjećuje se da u nekim područjima gornjeg plašta, koji je heterogen po sastavu, Al može biti koncentrisan u mineralima kao što su korund Al2O3 ili kijanit Al2SiO5, koji pri pritiscima i temperaturama odgovaraju dubinama od ~450 km. , transformiše se u korund i stišovit - modifikaciju SiO2, strukture koja sadrži okvir od SiO6 oktaedara. Oba ova minerala su sačuvana ne samo u donjem plaštu, već iu dubini.
Najvažnija komponenta hemijskog sastava zone od 400-670 km je voda, čiji sadržaj, prema nekim procjenama, iznosi ~0,1 tež. % i čije je prisustvo prvenstveno povezano sa Mg-silikatima. Količina vode pohranjena 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 posljednje dvije ili tri decenije pomoću rendgenskih komora visokog pritiska omogućile su modeliranje nekih karakteristika sastava i strukture geosfera dublje od granice od 670 km. U ovim eksperimentima kristal koji se proučava nalazi se između dvije dijamantske piramide (nakovnja), pri čijem sabijanju se stvaraju pritisci koji su srazmjerni pritiscima unutar plašta i Zemljinog jezgra. Ipak, još uvijek postoji mnogo pitanja o ovom dijelu plašta, koji čini više od polovine cjelokupne unutrašnjosti Zemlje. Trenutno se većina istraživača slaže s idejom da se sav ovaj duboki (u tradicionalnom smislu niži) plašt uglavnom sastoji od faze slične perovskitu (Mg,Fe)SiO3, koja čini oko 70% njegove zapremine (40% zapremine). čitave Zemlje). ), i magnezijeviustit (Mg, Fe)O (~20%). Preostalih 10% su stišovitne i oksidne faze koje sadrže Ca, Na, K, Al i Fe, čija je kristalizacija dozvoljena u strukturnim tipovima ilmenit-korund (čvrsti rastvor (Mg, Fe)SiO3-Al2O3), kubni perovskit ( CaSiO3) i Caferite (NaAlSiO4). Formiranje ovih spojeva povezano je s različitim strukturnim transformacijama minerali gornjeg plašta. Istovremeno, jedna od glavnih mineralnih faza relativno homogene ljuske koja leži u dubinom intervala od 410–670 km, spinelolikog ringvudita, transformiše se u asocijaciju (Mg, Fe)-perovskita i Mg-vustita na granica od 670 km, gdje je pritisak ~24 GPa. Druga važna komponenta prelazne zone, član porodice granata, pirop Mg3Al2Si3O12, prolazi kroz transformaciju sa formiranjem ortorombičnog perovskita (Mg, Fe)SiO3 i čvrstog rastvora korund-ilmenita (Mg, Fe)SiO3 - Al2O3 na nešto višim pritiscima. Ovaj prijelaz je povezan s promjenom brzina seizmičkih valova na prijelazu od 850-900 km, što odgovara jednoj od srednjih seizmičkih granica. Transformacija andraditnog Ca-garneta pri nižim pritiscima od ~21 GPa dovodi do formiranja još jedne važne komponente donjeg omotača spomenutog gore, kubnog Ca-perovskita CaSiO3. Polarni odnos između glavnih minerala ove zone (Mg,Fe) - perovskita (Mg,Fe)SiO3 i Mg-vustita (Mg, Fe)O varira u prilično širokom rasponu i na dubini od ~1170 km pod pritiskom od ~29 GPa i temperatura od 2000-2800 0C se mijenja od 2:1 do 3:1.
Izuzetna stabilnost MgSiO3 sa rombičnom strukturom perovskita u širokom rasponu pritisaka koji odgovara dubinama donjeg plašta omogućava nam da ga smatramo jednom od glavnih komponenti ove geosfere. Osnova za ovaj zaključak bili su eksperimenti, tokom kojih su uzorci Mg-perovskita MgSiO3 bili izloženi pritisku 1,3 miliona puta većem od atmosferskog, a istovremeno je na površinu primijenjen laserski zrak temperature oko 2000 0C. uzorak postavljen između dijamantskih nakovnja.
Tako su modelirani uslovi koji postoje na dubinama od ~2800 km, odnosno blizu donje granice donjeg plašta. Ispostavilo se da ni tokom ni nakon eksperimenta mineral nije promijenio svoju strukturu i sastav. Tako su L. Liu, kao i E. Nittle i E. Zhanloz došli do zaključka da stabilnost Mg-perovskita omogućava da ga smatramo najčešćim mineralom na Zemlji, koji čini, naizgled, skoro polovinu njegove mase.
Ništa manje stabilan nije ni FexO vustit, čiji sastav u uslovima donjeg plašta karakteriše vrednost stehiometrijskog koeficijenta x< 0,98, что означает одновременное присутствие в его составе Fe2+ и Fe3+. 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 0С, предполагаемой для этого уровня (при средних температурах мантии ~2500 0С в основании нижней мантии допускается повышение температуры приблизительно на 1300 0С). 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.
Treba napomenuti da faze nalik perovskitu koje prevladavaju na velikim dubinama mogu sadržavati vrlo ograničenu količinu Fe, a povišene koncentracije Fe među mineralima duboke asocijacije karakteristične su samo za magnezijevustit. Istovremeno, za magnezijev justit, mogućnost prelaska pod uticajem visokih pritisaka dela obojenog gvožđa sadržanog u njemu u feri gvožđe, koje ostaje u strukturi minerala, uz istovremeno oslobađanje odgovarajuće količine neutralno gvožđe, dokazano je. Na osnovu ovih podataka, H. Mao, P. Bell i T. Yagi, zaposleni u geofizičkoj laboratoriji Karnegijevog instituta, izneli su nove ideje o diferencijaciji materije u dubinama Zemlje. U prvoj fazi, usled gravitacione nestabilnosti, magneziovustit tone u dubinu, gde se pod uticajem pritiska iz njega oslobađa deo gvožđa u neutralnom obliku. Zaostali magneziovustit, koji se odlikuje manjom gustinom, diže se u gornje slojeve, gdje se ponovo miješa sa fazama sličnim perovskitu. Kontakt s njima je praćen obnavljanjem stehiometrije (tj. cjelobrojnog omjera elemenata u kemijskoj formuli) magnezijevog vijastita i dovodi do mogućnosti ponavljanja opisanog procesa. Novi podaci omogućavaju donekle proširenje skupa hemijskih elemenata vjerojatnih za duboki plašt. Na primjer, stabilnost magnezita na pritiscima koji odgovaraju dubinama od ~900 km, koju je potkrijepio N. Ross (1997), ukazuje na moguće prisustvo ugljika u njegovom sastavu.
Identifikacija pojedinačnih međuseizmičkih granica smještenih ispod linije 670 korelira s podacima o strukturnim transformacijama minerali plašta, koji može imati različite oblike. Ilustracija promjene mnogih svojstava različitih kristala pri visokim vrijednostima fizičko-hemijskih parametara koji odgovaraju dubokom plaštu može biti, prema R. Jeanloseu i R. Hazenu, preuređenje ionsko-kovalentnih veza wuestita zabilježeno tokom eksperimenata. pri pritiscima od 70 gigapaskala (GPa) (~1700 km) u vezi sa metalnim tipom međuatomskih interakcija. Prekretnica od 1200 može odgovarati preuređivanju SiO2 sa strukturom stišovita u strukturni tip CaCl2 (rombični analog rutila TiO2) koji je predviđen na osnovu teorijskih kvantnomehaničkih proračuna i naknadno modeliran pri pritisku od ~45 GPa i temperaturi od ~ 2000 0C i 2000 km do njegove naknadne transformacije u a sa strukturom između a-PbO2 i ZrO2, koju karakterizira gušće pakiranje oktaedara silicij-kisik (podaci L.S. Dubrovinsky et al.). Takođe, počevši od ovih dubina (~2000 km), pri pritiscima od 80–90 GPa, dozvoljena je razgradnja MgSiO3 sličnog perovskitu, praćena povećanjem sadržaja periklasa MgO i slobodnog silicijum dioksida. Pri nešto višem pritisku (~96 GPa) i temperaturi od 800 0S ustanovljena je manifestacija politipije u FeO, povezana sa formiranjem strukturnih fragmenata tipa nikel NiAs, naizmjenično sa antinikl domenima, u kojima se nalaze atomi Fe. nalaze se na pozicijama As atoma, a O atomi - na pozicijama atoma Ni. Blizu D" granice, Al2O3 sa strukturom korunda se transformiše u fazu sa strukturom Rh2O3, koja je eksperimentalno modelovana na pritiscima od ~100 GPa, tj. na dubini od ~2200–2300 km. spin (HS) u nisko spinskom stanju (LS) atoma Fe u strukturi magnezij-vustita, odnosno promjena njihove elektronske strukture. S tim u vezi, treba naglasiti da strukturu vuestita FeO pri visokom pritisku karakteriše kompoziciona nestehiometrija, defekti atomskog pakovanja, politip i promena magnetnog poretka povezana sa promenom elektronske strukture (HS => LS - prelaz ) atoma Fe. Navedene karakteristike nam omogućavaju da posmatramo wustit kao jedan od najsloženijih minerala sa neobičnim svojstvima koja određuju specifičnosti dubokih zona Zemlje obogaćenih njime u blizini D granice.
Rice. 3. Tetragonalna struktura Fe7S-moguće komponente unutrašnjeg (čvrstog) jezgra, prema D.M. Sherman (1997)
Seizmološka mjerenja pokazuju da se i unutrašnje (čvrsto) i vanjsko (tečno) jezgro Zemlje odlikuje manjom gustinom u odnosu na vrijednost dobijenu na osnovu modela jezgra koji se sastoji samo od metalnog željeza sa istim fizičko-hemijskim parametrima. Većina istraživača ovo smanjenje gustoće pripisuje prisutnosti u jezgri elemenata kao što su Si, O, S, pa čak i O, koji formiraju legure sa željezom. Među fazama koje su verovatne za ovakve "faustovske" fizičko-hemijske uslove (pritisak ~250 GPa i temperature 4000-6500 0C), Fe3S sa poznatim strukturnim tipom Cu3Au i Fe7S, čija je struktura prikazana na sl. 3. Druga faza za koju se pretpostavlja da je u jezgru je b-Fe, čiju strukturu karakteriše četveroslojno blisko pakovanje atoma Fe. Temperatura topljenja ove faze je procijenjena na 5000 0C pri pritisku od 360 GPa. Prisustvo vodonika u jezgru je dugo bilo kontroverzno zbog njegove niske rastvorljivosti u gvožđu pri atmosferskom pritisku. Međutim, nedavni eksperimenti (podaci J. Baddinga, H. Maoa i R. Hamleya (1992)) omogućili su da se utvrdi da gvozdeni hidrid FeH se može formirati na visokim temperaturama i pritiscima i stabilan je pri pritiscima većim od 62 GPa, što odgovara dubinama od ~1600 km. S tim u vezi, prisustvo značajnih količina (do 40 mol.%) vodonik u jezgri je sasvim prihvatljiv i smanjuje svoju gustoću na vrijednosti u skladu sa seizmološkim podacima.
Može se predvidjeti da će novi podaci o strukturnim promjenama mineralnih faza na velikim dubinama omogućiti da se pronađe adekvatna interpretacija drugih važnih geofizičkih granica fiksiranih u utrobi Zemlje. Opšti zaključak je da na takvim globalnim seizmičkim granicama kao što su 410 i 670 km, dolazi do značajnih promjena u mineralnom sastavu. stene plašta. Mineralne transformacije su također zabilježene na dubinama od ~850, 1200, 1700, 2000 i 2200-2300 km, odnosno unutar donjeg plašta. Ovo je vrlo važna okolnost koja omogućava napuštanje ideje o njegovoj homogenoj strukturi.
Do 80-ih godina 20. stoljeća, seizmološke studije koje koriste longitudinalne i poprečne seizmičke valove, sposobne da prodru kroz cijeli volumen Zemlje, pa se stoga nazivaju volumetrijskim, za razliku od površinskih, koje su raspoređene samo po njenoj površini, pokazale su se kao biti toliko značajni da su omogućili izradu karata seizmičkih anomalija za različite nivoe planete. Temeljne radove u ovoj oblasti izveo je američki seizmolog A. Dževonski i njegove kolege.
Na sl. 4 prikazuje uzorke sličnih karata iz serije objavljene 1994. godine, iako su se prve publikacije pojavile 10 godina ranije. U radu je prikazano 12 karata za duboke dijelove Zemlje u rasponu od 50 do 2850 km, odnosno pokrivaju gotovo cijeli plašt. Na ovim najzanimljivijim kartama lako je uočiti da se seizmički obrazac razlikuje na različitim dubinama. To se može vidjeti iz područja i kontura distribucije. seizmičkih anomalnih područja, karakteristike prijelaza između njih i, općenito, opći izgled karata. Neki od njih se odlikuju velikom raznolikošću i kontrastom u raspodjeli područja s različitim brzinama seizmičkih valova (slika 5), dok drugi pokazuju glatkije i jednostavnije odnose među njima.
Iste 1994. godine objavljen je sličan rad japanskih geofizičara. Sadrži 14 karata za nivoe od 78 do 2900 km. Na obje serije karata jasno je vidljiva pacifička heterogenost, koja se, iako se mijenja u obrisima, može pratiti sve do Zemljinog jezgra. Iza ove velike nehomogenosti, seizmički obrazac postaje složeniji, značajno se mijenja kada se prelazi s jednog nivoa na drugi. Ali, bez obzira na značajnu razliku između ovih karata, među nekima od njih postoje sličnosti. One se izražavaju u određenoj sličnosti u postavljanju pozitivnih i negativnih seizmičkih anomalija u prostoru i, u konačnici, u općim karakteristikama dubinske seizmičke strukture. To omogućuje grupiranje takvih karata, što omogućava razlikovanje unutarmantilnih školjki različitih seizmičkih obrazaca. I ovaj posao je obavljen. Na osnovu analize karata japanskih geofizičara, pokazalo se da je moguće predložiti mnogo frakcijski struktura Zemljinog omotača prikazano na sl. 5 u poređenju sa konvencionalnim modelom zemaljske školjke.
Postoje dvije fundamentalno nove odredbe:
Kako predložene granice dubokih geosfera koreliraju sa seizmičkim granicama koje su prethodno izolirali seizmolozi? Poređenje pokazuje da donja granica srednjeg plašta korelira sa granicom 1700. godine, čiji je globalni značaj naglašen u radu. Njegova gornja granica približno odgovara linijama od 800-900. Što se tiče gornjeg plašta, ovdje nema odstupanja: njegova donja granica je predstavljena granicom 670, a gornja Mohorovićevom granicom. Obratimo posebnu pažnju na nesigurnost gornje granice donjeg plašta. U procesu daljnjih istraživanja može se pokazati da će nedavno zacrtane seizmičke granice od 1900. i 2000. godine omogućiti prilagođavanje njegove debljine. Dakle, rezultati poređenja svjedoče o valjanosti predloženog novog modela strukture plašta.
Zaključak
Proučavanje dubinske strukture Zemlje jedno je od najvećih i najvažnijih područja geoloških nauka. Novo slojevitost plašta Zemlja nam omogućava da kompleksnom problemu duboke geodinamike pristupimo mnogo manje shematski nego ranije. Razlika u seizmičkim karakteristikama zemljinih školjki ( geosfere), odražavajući razliku u njihovim fizičkim svojstvima i mineralnom sastavu, stvara mogućnosti za modeliranje geodinamičkih procesa u svakom od njih posebno. Geosfere u tom smislu, kao što je sada sasvim jasno, imaju određenu autonomiju. Međutim, ova izuzetno važna tema je izvan okvira ovog članka. Dalji razvoj seizmičke tomografije, kao i nekih drugih geofizičkih istraživanja, kao i proučavanje mineralnog i hemijskog sastava dubina, zavisiće od mnogo utemeljenijih konstrukcija u pogledu sastava, strukture, geodinamike i evolucije Zemlje kao što je cjelina.
Bibliografija
geotimes. 1994 Vol. 39, br. 6. str. 13-15.
Ross A. The Earths Mantle Remodeled // Nature. 1997 Vol. 385, br. 6616. P. 490.
Thompson A.B. Voda u gornjem plaštu ZemljeX // Nature. 1992 Vol. 358, br. 6384. P. 295-302.
Pushcharovsky D.Yu. Dubinski minerali Zemlje // Priroda. 1980. N 11. S. 119-120.
Su W., Woodward R.L., Dziewonski A.M. Stupanj 12 Model heterogenosti posmične brzine u plaštu // J. Geophys. Res. 1994 Vol. 99, N B4. P. 6945-6980.
J. Geol. soc. Japan. 1994 Vol. 100, br. 1. P. VI-VII.
Pushcharovsky Yu.M. Seizmička tomografija i struktura plašta: tektonska perspektiva // Doklady AN. 1996. T. 351, N 6. S. 805-809.
Ispod zemljine kore nalazi se sledeći sloj, koji se zove plašt. Okružuje jezgro planete i debeo je skoro tri hiljade kilometara. Struktura Zemljinog omotača je vrlo složena i stoga zahtijeva detaljno proučavanje.
Plašt i njegove karakteristike
Naziv ove školjke (geosfere) dolazi od grčke riječi za ogrtač ili veo. U stvari, plašt se obavija oko jezgra poput vela. Na njega otpada oko 2/3 mase Zemlje i otprilike 83% njene zapremine.
Općenito je prihvaćeno da temperatura ljuske ne prelazi 2500 stepeni Celzijusa. Njegova gustina u različitim slojevima značajno se razlikuje: u gornjem dijelu iznosi do 3,5 t/m3, au donjem dijelu iznosi 6 t/m3. Plašt se sastoji od čvrstih kristalnih materija (teških minerala bogatih gvožđem i magnezijumom). Jedini izuzetak je astenosfera, koja je u polu-otopljenom stanju.
struktura ljuske
Sada razmotrite strukturu Zemljinog omotača. Geosfera se sastoji od sledećih delova:
- gornji plašt, debljine 800-900 km;
- astenosfera;
- donji plašt, debljine oko 2000 km.
Gornji plašt je dio ljuske koji se nalazi ispod zemljine kore i ulazi u litosferu. Zauzvrat, podijeljen je na astenosferu i sloj Golitsyn, koji karakterizira intenzivno povećanje brzina seizmičkih valova. Ovaj dio Zemljinog omotača utiče na procese kao što su tektonski pokreti ploča, metamorfizam i magmatizam. Vrijedi napomenuti da se njegova struktura razlikuje ovisno o tome pod kojim se tektonskim objektom nalazi.
Astenosfera. Sam naziv srednjeg sloja ljuske preveden je sa grčkog kao "slaba lopta". Geosfera, koja se pripisuje gornjem dijelu plašta, a ponekad je izolirana kao poseban sloj, karakterizira smanjena tvrdoća, čvrstoća i viskozitet. Gornja granica astenosfere je uvijek ispod ekstremne 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 planeti, a kretanje amorfne i plastične materije smatra se uzrokom tektonskih kretanja u horizontalnoj i vertikalnoj ravni, magmatizma i metamorfizma zemljine kore.
Naučnici malo znaju o donjem dijelu plašta. Vjeruje se da se na granici s jezgrom nalazi poseban sloj D, koji podsjeća na astenosferu. Karakteriše ga visoka temperatura (zbog blizine usijanog jezgra) i nehomogenost materije. Sastav mase uključuje gvožđe i nikal.
Sastav Zemljinog omotača
Osim strukture Zemljinog omotača, zanimljiv je i njegov sastav. Geosferu čine olivine i ultramafične stijene (peridotiti, perovskiti, duniti), ali postoje i mafičke stijene (eklogiti). Utvrđeno je da ljuska sadrži rijetke varijante koje se ne nalaze u zemljinoj kori (grospiditi, flogopitni peridotiti, karbonatiti).
Ako govorimo o hemijskom sastavu, onda plašt sadrži u različitim koncentracijama: kiseonik, magnezij, silicijum, željezo, aluminij, kalcij, natrij i kalij, kao i njihove okside.
Plašt i njegovo proučavanje - video
Zemljin omotač je dio geosfere koji se nalazi između kore i jezgra. Sadrži veliki udio cjelokupne supstance planete. Proučavanje plašta nije važno samo sa stanovišta razumijevanja unutrašnjeg omotača, već može rasvijetliti formiranje planete, omogućiti pristup rijetkim jedinjenjima i stijenama, pomoći u razumijevanju mehanizma zemljotresa, itd. nije lako doći do informacija o sastavu i karakteristikama plašta. Ljudi još ne znaju kako da buše tako duboke bunare. Zemljin omotač se sada uglavnom proučava pomoću seizmičkih talasa. I modeliranjem u laboratoriji.
Građa Zemlje: plašt, jezgro i kora
Prema modernim konceptima, unutrašnja struktura naše planete podijeljena je na nekoliko slojeva. Gornji sloj je kora, a zatim plašt i jezgro Zemlje. Kora je tvrda školjka podijeljena na okeansku i kontinentalnu. Zemljin plašt je od njega odvojen takozvanom Mohorovičićevom granicom (nazvanom po hrvatskom seizmologu koji je utvrdio njegovu lokaciju), koju karakterizira nagli porast brzina longitudinalnih seizmičkih valova.
Plašt čini oko 67% mase planete. Prema savremenim podacima, može se podijeliti u dva sloja: gornji i donji. U prvom se također razlikuje sloj Golitsyn ili srednji plašt, koji je prijelazna zona od gornjeg ka donjem. Općenito, plašt se prostire na dubini od 30 do 2900 km.
Jezgro planete, prema savremenim naučnicima, sastoji se uglavnom od legura gvožđa i nikla. Također je podijeljen na dva dijela. Unutrašnje jezgro je čvrsto, radijus mu se procjenjuje na 1300 km. Vanjski - tekući, ima radijus od 2200 km. Između ovih dijelova izdvaja se prijelazna zona.
Litosfera
Koru i gornji omotač Zemlje objedinjuje koncept "litosfere". To je tvrda školjka sa stabilnim i pokretnim područjima. Čvrsta ljuska planete se sastoji od koje se, očekivano, kreću kroz astenosferu - prilično plastičan sloj, vjerovatno viskozna i jako zagrijana tekućina. To je dio gornjeg plašta. Treba napomenuti da postojanje astenosfere kao kontinuirane viskozne ljuske nije potvrđeno seizmološkim studijama. Proučavanje strukture planete omogućava nam da identificiramo nekoliko sličnih slojeva smještenih okomito. U horizontalnom smjeru, astenosfera je, očigledno, stalno prekinuta.
Načini proučavanja plašta
Slojevi koji leže ispod kore su nepristupačni za proučavanje. Ogromna dubina, stalno povećanje temperature i povećanje gustine predstavljaju ozbiljan problem za dobijanje informacija o sastavu plašta i jezgra. Međutim, još uvijek je moguće zamisliti strukturu planete. Prilikom proučavanja plašta, geofizički podaci postaju glavni izvori informacija. Brzina seizmičkih talasa, karakteristike električne provodljivosti i gravitacije omogućavaju naučnicima da naprave pretpostavke o sastavu i drugim karakteristikama slojeva ispod.
Osim toga, neke informacije mogu se dobiti iz fragmenata stijena plašta. Potonji uključuju dijamante, koji mogu puno reći čak i o donjem plaštu. Stene plašta se takođe nalaze u zemljinoj kori. Njihovo proučavanje pomaže u razumijevanju sastava plašta. Međutim, oni neće zamijeniti uzorke dobivene direktno iz dubokih slojeva, jer se zbog različitih procesa koji se odvijaju u kori njihov sastav razlikuje od sastava plašta.
Zemljin omotač: sastav
Drugi izvor informacija o tome kakav je plašt su meteoriti. Prema modernim konceptima, hondriti (najčešća grupa meteorita na planeti) su po sastavu bliski Zemljinom omotaču.
Pretpostavlja se da sadrži elemente koji su bili u čvrstom stanju ili su ušli u čvrsto jedinjenje tokom formiranja planete. To uključuje silicijum, gvožđe, magnezijum, kiseonik i neke druge. U plaštu se spajaju sa silikatima. Magnezijum silikati se nalaze u gornjem sloju, količina željeznog silikata raste sa dubinom. U donjem plaštu, ova jedinjenja se razlažu u okside (SiO 2 , MgO, FeO).
Naučnicima posebno zanimaju stijene koje se ne nalaze u zemljinoj kori. Pretpostavlja se da u plaštu ima mnogo takvih spojeva (grospiditi, karbonatiti itd.).
Slojevi
Zaustavimo se detaljnije na opsegu slojeva plašta. Prema naučnicima, gornji od njih zauzima raspon od oko 30 do 400 km odatle, a zatim postoji prelazna zona, koja ide dublje u još 250 km. Sljedeći sloj je dno. Njegova granica se nalazi na dubini od oko 2900 km i u kontaktu je sa vanjskim jezgrom planete.
pritisak i temperaturu
Kako se krećete dublje u planetu, temperatura raste. Zemljin omotač je pod izuzetno visokim pritiskom. U zoni astenosfere utjecaj temperature je veći, pa je ovdje tvar u takozvanom amorfnom ili poluotopljenom stanju. Dublje pod pritiskom postaje čvrsta.
Studije plašta i Mohorovičićeve granice
Zemljin plašt proganja naučnike prilično dugo. U laboratorijima se izvode eksperimenti na stijenama koje su vjerojatno dio gornjeg i donjeg sloja, što nam omogućava da razumijemo sastav i karakteristike plašta. Tako su japanski naučnici otkrili da donji sloj sadrži veliku količinu silicijuma. Gornji plašt sadrži rezerve vode. Dolazi iz zemljine kore, a odavde prodire i na površinu.
Posebno je zanimljiva Mohorovichičeva površina, čija priroda nije u potpunosti shvaćena. Seizmološke studije sugeriraju da na nivou od 410 km ispod površine dolazi do metamorfne promjene stijena (postaju gušće), što se očituje naglim povećanjem brzine valova. Pretpostavlja se da su bazaltne stijene na tom području pretvorene u eklogit. U ovom slučaju, gustina plašta se povećava za oko 30%. Postoji još jedna verzija prema kojoj razlog za promjenu brzine seizmičkih valova leži u promjeni sastava stijena.
Chikyu Hakken
U Japanu je 2005. godine izgrađen posebno opremljen brod Chikyu. Njegova misija je da napravi rekordnu duboku bušotinu na dnu Tihog okeana. Naučnici predlažu da se uzmu uzorci stijena gornjeg plašta i Mohorovichičeve granice kako bi se dobili odgovori na mnoga pitanja vezana za strukturu planete. Realizacija projekta predviđena je za 2020. godinu.
Treba napomenuti da naučnici nisu samo skrenuli pažnju na okeanska crijeva. Prema studijama, debljina kore na dnu mora mnogo je manja nego na kontinentima. Razlika je značajna: ispod vodenog stupca u okeanu potrebno je savladati samo 5 km do magme u nekim područjima, dok se na kopnu ova brojka povećava na 30 km.
Sada brod već radi: dobijeni su uzorci dubokih slojeva uglja. Implementacija glavnog cilja projekta omogućit će razumjeti kako je uređen Zemljin omotač, koje tvari i elementi čine njegovu prijelaznu zonu, kao i saznati donju granicu širenja života na planeti.
Naše razumijevanje strukture Zemlje još je daleko od potpunog. Razlog tome je otežano prodiranje u crijeva. Međutim, tehnološki napredak ne miruje. Napredak nauke sugeriše da ćemo u bliskoj budućnosti znati mnogo više o karakteristikama plašta.
Plašt sadrži većinu Zemljine materije. Plašt se nalazi i na drugim planetama. Zemljin omotač je u rasponu od 30 do 2.900 km.
U njegovim granicama, prema seizmičkim podacima, izdvajaju se: gornji sloj plašta AT do 400 km dubine i OD do 800-1000 km (neki istraživači sloj OD zove se srednji plašt); donji sloj plašta D prije dubina 2700 sa prelaznim slojem D1 od 2700 do 2900 km.
Granica između kore i plašta je Mohorovićeva granica, ili skraćeno Moho. Na njemu je naglo povećanje seizmičkih brzina - sa 7 na 8-8,2 km / s. Ova granica se nalazi na dubini od 7 (ispod okeana) do 70 kilometara (ispod naboranih pojaseva). Zemljin plašt se dijeli na gornji i donji plašt. Granica između ovih geosfera je sloj Golitsyn, koji se nalazi na dubini od oko 670 km.
Struktura Zemlje prema različitim istraživačima
Razlika u sastavu zemljine kore i omotača posljedica je njihovog nastanka: prvobitno homogena Zemlja, kao rezultat djelomičnog topljenja, podijeljena je na topljivi i lagani dio - koru i gust i vatrostalni omotač.
Izvori informacija o plaštu
Zemljin plašt je nedostupan direktnom istraživanju: ne dopire do površine zemlje i nije dostignut dubokim bušenjem. Stoga je većina podataka o plaštu dobivena geohemijskim i geofizičkim metodama. Podaci o njegovoj geološkoj strukturi su vrlo ograničeni.
Plašt se proučava prema sljedećim podacima:
- geofizičke podatke. Prije svega, podaci o brzinama seizmičkih valova, električnoj provodljivosti i gravitaciji.
- Topline plašta - bazalti, komatiiti, kimberliti, lamproiti, karbonatiti i neke druge magmatske stijene nastaju kao rezultat djelomičnog topljenja plašta. Sastav taline je posljedica sastava otopljenih stijena, interanizma topljenja i fizičko-hemijskih parametara procesa topljenja. Generalno, rekonstrukcija izvora iz taline je težak zadatak.
- Fragmenti plaštnih stijena iznesenih na površinu topljenjem plašta - kimberliti, alkalni bazalti itd. To su ksenoliti, ksenokristi i dijamanti. Posebno mjesto među izvorima informacija o plaštu zauzimaju dijamanti. Upravo u dijamantima nalaze se najdublji minerali, koji čak mogu doći i iz donjeg plašta. U ovom slučaju, ovi dijamanti predstavljaju najdublje fragmente zemlje dostupne za direktno proučavanje.
- Stene 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, što implicira da su nastali kao rezultat ne sasvim uobičajenih procesa i, možda, ne odražavaju tipičan 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.
- Ofiolitski hiperbaziti - peredotiti u sastavu ofiolitskih kompleksa - dijelovi drevne oceanske kore.
- Abisalni peridotiti su projekcije stijena plašta na dnu okeana ili pukotina.
Prednost ovih kompleksa je što se u njima mogu uočiti geološki odnosi između različitih stijena.
Nedavno je objavljeno da japanski istraživači planiraju da pokušaju izbušiti okeansku koru do plašta. Za to je izgrađen brod Chikyu. Početak bušenja planiran je za 2007. godinu.
Glavni nedostatak informacija dobijenih iz ovih fragmenata je nemogućnost uspostavljanja geoloških odnosa između različitih tipova stijena. Ovo su komadi slagalice. Kako je rekao klasik, "određivanje sastava plašta iz ksenolita podsjeća na pokušaje da se utvrdi geološka struktura planina iz oblutaka koje je rijeka iznijela iz njih."
Sastav plašta
Plašt se sastoji uglavnom od ultrabazičnih stijena: peridotita, (lerzoliti, harcburgiti, verliti, pirokseniti), duniti i, u manjoj mjeri, osnovne stijene - eklogiti.
Također, među stijenama plašta identificirane su rijetke vrste stijena koje se ne nalaze u zemljinoj kori. To su različiti flogopitni peridotiti, grospiditi i karbonatiti.
| 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 | ||
| Suma | 99.7 | Suma | 99.1 |
Struktura plašta
Procesi koji se odvijaju u plaštu najdirektnije utiču na zemljinu koru i površinu zemlje, uzrok su pomeranja kontinenata, vulkanizma, zemljotresa, izgradnje planina i formiranja rudnih naslaga. Sve je više dokaza da je sam plašt pod aktivnim utjecajem metalnog jezgra planete.
Konvekcija i perjanice
Bibliografija
- Pushcharovsky D.Yu., Pushcharovsky Yu.M. Sastav i struktura Zemljinog omotača // Soros Educational Journal, 1998, br. 11, str. 111–119.
- Kovtun A.A. Električna provodljivost Zemlje // Soros Educational Journal, 1997, br. 10, str. 111–117
Izvor: Koronovsky N.V., Yakushova A.F. "Osnove geologije", M., 1991
Linkovi
- Slike Zemljine kore i gornjeg plašta // Međunarodni program geološke korelacije (IGCP), projekat 474
| Atmosfera | |||
| Biosfera | |||