Nën koren e tokës është shtresa tjetër, e quajtur manteli. Ai rrethon bërthamën e planetit dhe është pothuajse tre mijë kilometra i trashë. Struktura e mantelit të Tokës është shumë komplekse, dhe për këtë arsye kërkon një studim të hollësishëm.

Manteli dhe veçoritë e tij

Emri i kësaj guaskë (gjeosferë) vjen nga fjala greke për një mantel ose vello. Në fakt, manteli mbështillet rreth bërthamës si një vello. Ajo përbën rreth 2/3 e masës së Tokës dhe afërsisht 83% të vëllimit të saj.

Në përgjithësi pranohet që temperatura e guaskës nuk i kalon 2500 gradë Celsius. Dendësia e tij në shtresa të ndryshme ndryshon dukshëm: në pjesën e sipërme është deri në 3,5 t/m3, dhe në pjesën e poshtme është 6 t/m3. Manteli është i përbërë nga të ngurta substanca kristalore(mineralet e rënda të pasura me hekur dhe magnez). Përjashtimi i vetëm është astenosfera, e cila është në një gjendje gjysmë të shkrirë.

struktura e guaskës

Tani merrni parasysh strukturën e mantelit të tokës. Gjeosfera përbëhet nga pjesët e mëposhtme:

• manteli i sipërm, i trashë 800-900 km;
• astenosferë;
• manteli i poshtëm, rreth 2000 km i trashë.

Manteli i sipërm është pjesa e guaskës që ndodhet nën koren e tokës dhe hyn në litosferë. Nga ana tjetër, ajo ndahet në astenosferën dhe shtresën Golitsyn, e cila karakterizohet nga një rritje intensive e shpejtësive të valëve sizmike. Kjo pjesë e mantelit të Tokës ndikon në procese të tilla si lëvizjet tektonike të pllakave, metamorfizmi dhe magmatizmi. Vlen të përmendet se struktura e tij ndryshon në varësi të cilit objekt tektonik ndodhet.

Astenosfera. Vetë emri i shtresës së mesme të guaskës me greke përkthehet si "top i dobët". Gjeosfera, e cila i atribuohet pjesës së sipërme të mantelit, dhe ndonjëherë e izoluar si një shtresë e veçantë, karakterizohet nga ngurtësia, forca dhe viskoziteti i reduktuar. Kufiri i sipërm i astenosferës është gjithmonë nën vijën ekstreme të kores së tokës: nën kontinente - në një thellësi prej 100 km, nën shtratin e detit - 50 km. Vija e saj e poshtme ndodhet në një thellësi prej 250-300 km. Astenosfera është burimi kryesor i magmës në planet, dhe lëvizja e lëndës amorfe dhe plastike konsiderohet shkaku i lëvizjeve tektonike në rrafshin horizontal dhe vertikal, magmatizmi dhe metamorfizmi i kores së tokës.

Shkencëtarët dinë pak për pjesën e poshtme të mantelit. Besohet se në kufirin me bërthamën ka një shtresë të veçantë D, që i ngjan astenosferës. Karakterizohet nga temperatura e lartë (për shkak të afërsisë së bërthamës së kuqe të nxehtë) dhe johomogjeniteti i materies. Përbërja e masës përfshin hekur dhe nikel.

Përbërja e mantelit të Tokës

Përveç strukturës së mantelit të Tokës, interesante është edhe përbërja e tij. Gjeosfera është formuar nga shkëmbinj olivin dhe ultramafik (peridotite, perovskite, dunite), por ka edhe shkëmbinj mafik (eklogit). Është vërtetuar se guaska përmban varietete të rralla që nuk gjenden në koren e tokës (grospidite, peridotite flogopite, karbonatite).

Nëse flasim për përbërjen kimike, atëherë manteli përmban në përqendrime të ndryshme: oksigjen, magnez, silikon, hekur, alumin, kalcium, natrium dhe kalium, si dhe oksidet e tyre.

Manteli dhe studimi i tij - video

Predha silikate e Tokës, manteli i saj, ndodhet midis tabanit të kores së tokës dhe sipërfaqes së bërthamës së tokës në një thellësi prej rreth 2900 km. Zakonisht, sipas të dhënave sizmike, manteli ndahet në pjesën e sipërme (shtresa B), deri në një thellësi prej 400 km, shtresa kalimtare Golitsyn (shtresa C) në intervalin e thellësisë 400-1000 km, dhe manteli i poshtëm ( shtresa D) me bazë në një thellësi rreth 2900 km. Nën oqeanet në mantelin e sipërm, ekziston gjithashtu një shtresë me shpejtësi të ulëta të përhapjes së valëve sizmike - përcjellësi i valëve Gutenberg, zakonisht i identifikuar me astenosferën e Tokës, në të cilën substanca e mantelit është në një gjendje pjesërisht të shkrirë. Nën kontinente, zona e shpejtësive të ulëta, si rregull, nuk dallohet ose shprehet dobët.

Përbërja e mantelit të sipërm zakonisht përfshin edhe pjesët nënkorsale të pllakave litosferike, në të cilat lënda e mantelit ftohet dhe kristalizohet plotësisht. Nën oqeane, trashësia e litosferës varion nga zero nën zonat e çarjes në 60-70 km nën pellgjet humnerore të oqeaneve. Nën kontinente, trashësia e litosferës mund të arrijë 200-250 km.

Informacioni ynë për strukturën e mantelit dhe bërthamës së Tokës, si dhe për gjendjen e materies në këto gjeosfera, është marrë kryesisht nga vëzhgimet sizmologjike, duke interpretuar kurbat e kohës së udhëtimit të valëve sizmike, duke marrë parasysh ekuacionet e njohura të hidrostatikës, që lidhin gradientët e densitetit dhe vlerat e shpejtësive të përhapjes së valëve gjatësore dhe tërthore në mjedis. Kjo teknikë u zhvillua nga gjeofizianët e njohur G. Jeffries, B. Gutenberg dhe veçanërisht C. Bullen në mesin e viteve 1940 dhe më pas u përmirësua ndjeshëm nga C. Bullen dhe sizmologë të tjerë. Shpërndarjet e densitetit në mantelin e ndërtuar duke përdorur këtë metodë për disa nga modelet më të njohura të Tokës janë paraqitur në Fig. dhjetë.

Figura 10.
1 - Modeli Naimark-Sorokhtin (1977a); 2 - Bullen model A1 (1966); 3 - Modeli i Zharkovit "Toka-2" (Zharkov etj., 1971); 4 - rillogaritja e të dhënave të Pankov dhe Kalinin (1975) për përbërjen e lherzoliteve me një shpërndarje të temperaturës adiabatike.

Siç shihet nga figura, dendësia e mantelit të sipërm (shtresa B) rritet me thellësinë nga 3,3-3,32 në rreth 3,63-3,70 g/cm 3 në një thellësi rreth 400 km. Më tej, në shtresën e tranzicionit Golitsyn (shtresa C), gradienti i densitetit rritet ndjeshëm dhe dendësia rritet në 4,55-4,65 g/cm 3 në një thellësi prej 1000 km. Shtresa Golitsyn gradualisht kalon në mantelin e poshtëm, dendësia e së cilës gradualisht (sipas një ligji linear) rritet në 5,53-5,66 g/cm 3 në një thellësi prej rreth 2900 km në bazën e saj.

Rritja e densitetit të mantelit me thellësinë shpjegohet me ngjeshjen e substancës së tij nën ndikimin e presionit gjithnjë në rritje të shtresave të sipërme të mantelit, i cili arrin vlerat 1,35-1,40 Mbar në bazën e mantelit. Një ngjeshje veçanërisht e dukshme e silikateve të mantelit ndodh në intervalin e thellësisë prej 400-1000 km. Siç tregoi A. Ringwood, pikërisht në këto thellësi shumë minerale pësojnë transformime polimorfike. Në veçanti, minerali më i zakonshëm në mantel, olivina, fiton një strukturë kristalore spineli, dhe piroksenet fitojnë një ilmenit, dhe më pas strukturën më të dendur perovskite. Për më shumë thellësi të mëdha shumica e silikateve, me përjashtim të mundshëm vetëm të enstatitit, zbërthehen në okside të thjeshta me paketimin më të afërt të atomeve në kristalitët e tyre përkatës.

Faktet e lëvizjes së pllakave litosferike dhe zhvendosja e kontinenteve dëshmojnë bindshëm ekzistencën e lëvizjeve intensive konvektive në mantel, të cilat vazhdimisht përzienin të gjithë substancën e kësaj gjeosfere gjatë jetës së Tokës. Nga kjo mund të konkludojmë se përbërjet e manteleve të sipërme dhe të poshtme janë mesatarisht të njëjta. Sidoqoftë, përbërja e mantelit të sipërm përcaktohet me siguri nga gjetjet e shkëmbinjve ultrabazikë të kores oqeanike dhe përbërjet e komplekseve ofiolite. Duke studiuar ofiolitet e brezave të palosur dhe bazalteve të ishujve oqeanikë, A. Ringwood, në vitin 1962, propozoi një përbërje hipotetike të mantelit të sipërm, të cilin ai e quajti pirolit, të marrë nga përzierja e tre pjesëve të peridotitit të tipit alpin - Habsburgit me një pjesë të Havait. bazalt. Piroliti Ringwood është i afërt në përbërje me lherzolitet oqeanike të studiuara në detaje nga L.V. Dmitriev (1969, 1973). Por në ndryshim nga piroliti, lherzoliti oqeanik nuk është një përzierje hipotetike e shkëmbinjve, por një shkëmb i vërtetë manteli që është ngritur nga manteli në zonat e çara të Tokës dhe është i ekspozuar në thyerjet e transformimit pranë këtyre zonave. Për më tepër, L.V. Dmitriev tregoi komplementaritetin e bazalteve oqeanike dhe harzburgitëve të mbetur (të mbetur pas shkrirjes së bazalteve) në lidhje me lherzolitet oqeanike, duke vërtetuar kështu përparësinë e lherzoliteve, nga të cilët, rrjedhimisht, kreshtat e bazaliteteve toleitike janë dhe bazalitetet e toleitit. mbetje është ruajtur harzburgite restite. Kështu, më e afërta me përbërjen e mantelit të sipërm, dhe rrjedhimisht, të gjithë mantelit, korrespondon me lherzolitin oqeanik të përshkruar nga L.V. Dmitriev, përbërja e të cilit është dhënë në Tabelën. një.

Përveç kësaj, njohja e ekzistencës së lëvizjeve konvektive në mantel bën të mundur përcaktimin e regjimit të temperaturës së tij, pasi gjatë konvekcionit shpërndarja e temperaturës në mantel duhet të jetë afër adiabatit, d.m.th. tek ai në të cilin nuk ka shkëmbim nxehtësie midis vëllimeve ngjitur të mantelit, të lidhur me përçueshmërinë termike të substancës. Në këtë rast, humbja e nxehtësisë së mantelit ndodh vetëm në shtresën e sipërme të saj - përmes litosferës së Tokës, shpërndarja e temperaturës në të cilën tashmë ndryshon ndjeshëm nga ajo adiabatike. Por shpërndarja adiabatike e temperaturës llogaritet lehtësisht nga parametrat e materies së mantelit.

Për të testuar hipotezën e një përbërjeje të vetme të mantelit të sipërm dhe të poshtëm, dendësia e lherzolitit oqeanik të ngritur në fajin e transformimit të Kreshtit Carlsberg në Oqeanin Indian u llogarit duke përdorur metodën e kompresimit të goditjes të silikateve në presione prej rreth 1.5 Mbar. Për një "eksperiment" të tillë nuk është aspak e nevojshme të ngjeshni vetë kampionin e shkëmbit në presione kaq të larta, mjafton të njihni përbërjen e tij kimike dhe rezultatet e eksperimenteve të mëparshme mbi ngjeshjen me goditje të oksideve individuale që formojnë shkëmbinj. Rezultatet e një llogaritjeje të tillë, të kryer për shpërndarjen e temperaturës adiabatike në mantel, u krahasuan me shpërndarjet e njohura të densitetit në të njëjtën gjeosferë, por të marra nga të dhënat sizmologjike (shih Fig. 10). Siç mund të shihet nga krahasimi i mësipërm, shpërndarja e densitetit të lherzolitit oqeanik në presione të larta dhe temperaturë adiabatike përafron mirë shpërndarjen e densitetit real në mantel, të marrë nga të dhëna krejtësisht të pavarura. Kjo dëshmon në favor të realitetit të supozimeve të bëra për përbërjen e lherzolitit të të gjithë mantelit (sipërm dhe i poshtëm) dhe për shpërndarjen e temperaturës adiabatike në këtë gjeosferë. Duke ditur shpërndarjen e densitetit të materies në mantel, mund të llogaritet edhe masa e saj: rezulton të jetë e barabartë me (4,03-4,04) × 10 2 g, që është 67,5% e masës totale të Tokës.

Në bazën e mantelit të poshtëm, dallohet një shtresë tjetër manteli me trashësi rreth 200 km, zakonisht e shënuar me simbolin D'', në të cilën zvogëlohen gradientët e shpejtësive të përhapjes së valëve sizmike dhe zbehet zbutja e valëve tërthore. Për më tepër, bazuar në analizën e veçorive dinamike të përhapjes së valëve të reflektuara nga sipërfaqja e bërthamës së tokës, I.S. Berzon dhe kolegët e saj (1968, 1972) arritën të identifikonin një shtresë të hollë kalimtare midis mantelit dhe bërthamës rreth 20 km të trashë, të cilën e quajtëm shtresa e Berzonit, në të cilën shpejtësia e valëve tërthore në gjysmën e poshtme zvogëlohet me thellësi nga 7.3. km/s në pothuajse zero. Ulja e shpejtësisë së valëve tërthore mund të shpjegohet vetëm me një ulje të vlerës së modulit të ngurtësisë dhe, rrjedhimisht, me një ulje të koeficientit të viskozitetit efektiv të substancës në këtë shtresë.

Vetë kufiri i kalimit nga manteli në thelbin e Tokës mbetet mjaft i mprehtë. Duke gjykuar nga intensiteti dhe spektri i valëve sizmike të reflektuara nga sipërfaqja e bërthamës, trashësia e një shtrese të tillë kufitare nuk kalon 1 km.

D.Yu. Pushcharovsky, Yu.M. Pushcharovsky (Universiteti Shtetëror i Moskës me emrin M.V. Lomonosov)

Përbërja dhe struktura e predhave të thella të Tokës në dekadat e fundit vazhdon të jetë një nga problemet më intriguese të gjeologjisë moderne. Numri i të dhënave të drejtpërdrejta për çështjen e zonave të thella është shumë i kufizuar. Në këtë drejtim, një agregat mineral nga tubi kimberlite Lesoto zë një vend të veçantë ( Afrika e Jugut), i cili konsiderohet si përfaqësues i shkëmbinjve të mantelit që ndodhin në një thellësi prej ~250 km. Bërthama e nxjerrë nga pusi më i thellë në botë, i shpuar në Gadishullin Kola dhe duke arritur 12,262 m, ka zgjeruar ndjeshëm kuptimin shkencor të horizontit të thellë të kores së tokës - një film i hollë afër sipërfaqes së globit. Në të njëjtën kohë, të dhënat më të fundit të gjeofizikës dhe eksperimenteve që lidhen me studimin e transformimeve strukturore të mineraleve tashmë tani lejojnë modelimin e shumë veçorive të strukturës, përbërjes dhe proceseve që ndodhin në thellësitë e Tokës, njohja e të cilave kontribuon në zgjidhjen. të problemeve të tilla kyçe të shkencës moderne natyrore si formimi dhe evolucioni i planetit, dinamika e kores dhe mantelit të tokës, burimet burimet minerale, vlerësimi i rrezikut të depozitimit të mbetjeve të rrezikshme në thellësi të mëdha, burimeve energjetike të Tokës, etj.

Modeli sizmik i strukturës së Tokës

modele e njohur strukturën e brendshme Toka (ndarja e saj në thelbin, mantelin dhe koren e tokës) u zhvillua nga sizmologët G. Jeffreys dhe B. Gutenberg në gjysmën e parë të shekullit të 20-të. Faktori vendimtar në këtë ishte zbulimi i një rënie të mprehtë të shpejtësisë së valëve sizmike brenda globit në një thellësi prej 2900 km me një rreze të planetit prej 6371 km. Shpejtësia e përhapjes së valëve sizmike gjatësore direkt mbi kufirin e specifikuar është 13.6 km/s, dhe nën të - 8.1 km/s. Kjo është ajo që është kufiri mantel-bërthamë.

Prandaj, rrezja e bërthamës është 3471 km. Kufiri i sipërm i mantelit është seksioni sizmik i Mohoroviç ( Moho, M), të identifikuar nga sizmologu jugosllav A. Mohorovichich (1857-1936) në vitin 1909. Ai ndan koren e tokës nga manteli. Në këtë kufi shpejtësie valët gjatësore duke kaluar nëpër koren e tokës rritet papritur nga 6,7-7,6 në 7,9-8,2 km/s, por kjo ndodh në nivele të ndryshme thellësie. Nën kontinente, thellësia e seksionit M (domethënë thembra e kores së tokës) është disa dhjetëra kilometra, dhe nën disa struktura malore (Pamir, Ande) mund të arrijë 60 km, ndërsa nën pellgjet e oqeanit, duke përfshirë kolonën e ujit, thellësia është vetëm 10-12 km. Në përgjithësi, korja e tokës në këtë skemë shfaqet si një guaskë e hollë, ndërsa manteli shtrihet në thellësi deri në 45% të rrezes së tokës.

Por në mesin e shekullit të 20-të, idetë për një strukturë të thellë më të pjesshme të Tokës hynë në shkencë. Bazuar në të dhënat e reja sizmologjike, rezultoi se ishte e mundur të ndahej bërthama në të brendshme dhe të jashtme, dhe manteli në të poshtëm dhe të sipërm (Fig. 1). Ky model, i cili mori përdorim të gjerë, është ende në përdorim sot. Ajo u nis nga sizmologu australian K.E. Bullen, i cili propozoi në fillim të viteve 40 një skemë për ndarjen e Tokës në zona, të cilat ai i caktoi me shkronja: A - korja e tokës, B - një zonë në intervalin e thellësisë 33-413 km, C - një zonë prej 413- 984 km, D - një zonë prej 984-2898 km , D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (qendra e Tokës). Këto zona ndryshojnë në karakteristikat sizmike. Më vonë, ai e ndau zonën D në zonat D "(984-2700 km) dhe D" (2700-2900 km). Aktualisht, kjo skemë është modifikuar ndjeshëm, dhe vetëm shtresa D " përdoret gjerësisht në literaturë. Karakteristika kryesore e saj është një rënie në gradientët e shpejtësisë sizmike në krahasim me rajonin e sipërm të mantelit.

Oriz. 1. Diagrami i strukturës së thellë të Tokës

Sa më shumë të bëhen studime sizmologjike, aq më shumë shfaqen kufijtë sizmikë. Kufijtë globalë konsiderohen të jenë 410, 520, 670, 2900 km, ku vërehet veçanërisht rritja e shpejtësisë së valëve sizmike. Së bashku me to dallohen kufijtë e ndërmjetëm: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 km. Për më tepër, ka indikacione të gjeofizikanëve për ekzistencën e kufijve 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 km. N.I. Pavlenkova kohët e fundit veçoi kufirin 100 si një kufi global, i cili korrespondon me nivelin më të ulët të ndarjes së mantelit të sipërm në blloqe. Kufijtë e ndërmjetëm kanë një shpërndarje të ndryshme hapësinore, e cila tregon ndryshueshmërinë anësore të vetive fizike të mantelit, nga të cilat varen. Kufijtë globalë paraqesin një kategori të ndryshme fenomenesh. Ato korrespondojnë me ndryshimet globale në mjedisin e mantelit përgjatë rrezes së Tokës.

Kufijtë e shënuar globalë sizmikë përdoren në ndërtimin e modeleve gjeologjike dhe gjeodinamike, ndërsa ato të ndërmjetme në këtë kuptim deri më tani nuk kanë tërhequr thuajse asnjë vëmendje. Ndërkohë, dallimet në shkallën dhe intensitetin e manifestimeve të tyre krijojnë një bazë empirike për hipoteza në lidhje me fenomenet dhe proceset në thellësi të planetit.

Më poshtë do të shqyrtojmë se si kufijtë gjeofizikë lidhen me rezultatet e fundit të ndryshimeve strukturore në minerale nën ndikimin e presioneve dhe temperaturave të larta, vlerat e të cilave korrespondojnë me kushtet e thellësive të tokës.

Problemi i përbërjes, strukturës dhe lidhjeve minerale të predhave ose gjeosferave të thella të tokës, natyrisht, është ende larg zgjidhjes përfundimtare, por rezultatet dhe idetë e reja eksperimentale zgjerojnë dhe detajojnë ndjeshëm idetë përkatëse.

Sipas pikëpamjeve moderne, përbërja e mantelit dominohet nga një grup relativisht i vogël elementet kimike: Si, Mg, Fe, Al, Ca dhe O. Sugjeruar Modelet e përbërjes së gjeosferës bazohen kryesisht në ndryshimin në raportet e këtyre elementeve (variacionet Mg / (Mg + Fe) = 0,8-0,9; (Mg + Fe) / Si = 1,2Р1,9), si dhe ndryshimet në përmbajtjen e Al dhe disa elementë të tjerë më të rrallë për shkëmbinj të thellë. Në përputhje me përbërjen kimike dhe mineralogjike, këto modele morën emrat e tyre: pirolitike(mineralet kryesore janë olivina, piroksenet dhe granata në një raport 4:2:1), piklogjike(mineralet kryesore janë pirokseni dhe granata, ndërsa përqindja e olivinës zvogëlohet në 40%) dhe ekloggjitike, e cila, së bashku me lidhjen piroksen-garnet karakteristike të eklogitëve, përmban edhe disa minerale më të rralla, në veçanti kianit Al2SiO5 (lart deri në 10% peshë). Megjithatë, të gjitha këto modele petrologjike i referohen kryesisht shkëmbinjtë e sipërm të mantelit duke u shtrirë në thellësi ~670 km. Në lidhje me përbërjen më të madhe të gjeosferave më të thella, supozohet vetëm se raporti i oksideve të elementeve dyvalente (MO) me silicën (MO/SiO2) ~ 2, duke qenë më afër olivinës (Mg, Fe) 2SiO4 sesa piroksenit (Mg , Fe)SiO3 dhe mineralet mbizotërohen nga fazat e perovskitit (Mg, Fe)SiO3 me shtrembërime të ndryshme strukturore, magneziouustiti (Mg, Fe)O me strukturë të tipit NaCl dhe disa faza të tjera në sasi shumë më të vogla.

Të gjitha modelet e propozuara janë shumë të përgjithësuara dhe hipotetike. Modeli pirolitik i mantelit të sipërm të dominuar nga olivina sugjeron se është shumë më afër në përbërje kimike me gjithë mantelin më të thellë. Përkundrazi, modeli piklogitik supozon ekzistencën e një kontrasti të caktuar kimik midis pjesës së sipërme dhe pjesës tjetër të mantelit. Një model eklogjitik më i veçantë lejon praninë e lenteve dhe blloqeve të veçanta eklogjitike në mantelin e sipërm.

Me interes të madh është përpjekja për të harmonizuar të dhënat strukturore-mineralogjike dhe gjeofizike që lidhen me mantelin e sipërm. Prej rreth 20 vitesh supozohet se rritja e shpejtësisë së valëve sizmike në një thellësi prej ~410 km lidhet kryesisht me rirregullimin strukturor të olivinës a-(Mg, Fe)2SiO4 në wadsleyite b-(Mg, Fe)2SiO4, shoqëruar me formimin e një faze më të dendur me vlera të mëdha të elasticitetit të koeficientëve. Sipas të dhënave gjeofizike, në thellësi të tilla në brendësi të Tokës, shpejtësitë e valëve sizmike rriten me 3-5%, ndërsa rirregullimi strukturor i olivinës në wadsleyite (në përputhje me vlerat e moduleve të tyre elastike) duhet të shoqërohet me një rritje. në shpejtësitë e valëve sizmike me rreth 13%. Megjithatë, rezultatet studime eksperimentale përzierje olivin dhe olivin-piroksen në temperaturat e larta dhe presionet zbuluan një koincidencë të plotë të rritjes së llogaritur dhe eksperimentale të shpejtësive të valëve sizmike në intervalin e thellësisë 200-400 km. Meqenëse olivina ka përafërsisht të njëjtin elasticitet si piroksenet monoklinike me densitet të lartë, këto të dhëna duhet të tregojnë mungesën e një granate shumë elastike në zonën e poshtme, prania e së cilës në mantel në mënyrë të pashmangshme do të shkaktonte një rritje më të konsiderueshme të shpejtësive të valëve sizmike. Sidoqoftë, këto ide për mantelin pa granatë ranë në konflikt me modelet petrologjike të përbërjes së tij.

Tabela 1. Përbërja minerale e pirolitit (sipas L. Liu, 1979)

Kështu, lindi ideja që kërcimi në shpejtësitë e valëve sizmike në një thellësi prej 410 km shoqërohet kryesisht me rirregullimin strukturor të granatave të piroksenit brenda pjesëve të pasuruara me Na të mantelit të sipërm. Një model i tillë supozon një mungesë pothuajse të plotë të konvekcionit në mantelin e sipërm, gjë që bie ndesh me konceptet moderne gjeodinamike. Tejkalimi i këtyre kontradiktave mund të shoqërohet me modelin më të plotë të propozuar së fundmi të mantelit të sipërm, i cili lejon përfshirjen e atomeve të hekurit dhe hidrogjenit në strukturën wadsleyite.

Oriz. 2. Ndryshimi në përmasat vëllimore të mineraleve të pirolitit me rritjen e presionit (thellësisë), sipas M. Akaogi (1997). Simbolet e mineraleve: Ol - olivina, Gar - granata, Cpx - piroksenet monoklinike, Opx - piroksenet ortorhombike, MS - "spinel i modifikuar", ose wadsleyite (b-(Mg, Fe)2SiO4), Sp - spinel, Mj - mejorite Mg3 (Fe, Al, Si)2(SiO4)3, Mw - magneziowustit (Mg, Fe)O, Mg-Pv -Mg-perovskite, Ca-Pv-Ca-perovskite, X - faza e supozuar që përmban Al- me struktura si ilmeniti , Ca-ferrit dhe/ose holandit

Ndërsa kalimi polimorfik i olivinës në wadsleyit nuk shoqërohet me një ndryshim të përbërjes kimike, në prani të granatës ndodh një reaksion që çon në formimin e wadsleyitit të pasuruar me Fe në krahasim me olivinën origjinale. Për më tepër, wadsleyite mund të përmbajë dukshëm më shumë atome hidrogjeni sesa olivina. Pjesëmarrja e atomeve Fe dhe H në strukturën wadsleyite çon në një ulje të ngurtësisë së tij dhe, në përputhje me rrethanat, një ulje të shpejtësisë së përhapjes së valëve sizmike që kalojnë nëpër këtë mineral.

Përveç kësaj, formimi i vadsleyitit të pasuruar me Fe sugjeron përfshirjen e një sasie më të madhe të olivinës në reaksionin përkatës, i cili duhet të shoqërohet me një ndryshim në përbërjen kimike të shkëmbinjve pranë seksionit 410. Idetë rreth këtyre transformimeve konfirmohen nga moderne globale të dhëna sizmike. Në tërësi, përbërja mineralogjike e kësaj pjese të mantelit të sipërm duket të jetë pak a shumë e qartë. Nëse flasim për lidhjen e mineraleve pirolitike (Tabela 1), atëherë transformimi i tij deri në thellësi prej ~ 800 km është studiuar në detaje të mjaftueshme dhe është përmbledhur në Fig. 1. 2. Në këtë rast, kufiri sizmik global në një thellësi prej 520 km korrespondon me rirregullimin e wadsleyite b-(Mg, Fe)2SiO4 në ringwoodite - g-modifikimi i (Mg, Fe)2SiO4 me një strukturë spineli. Transformimi i granatës së piroksenit (Mg, Fe)SiO3 Mg3(Fe, Al, Si)2Si3O12 ndodh në mantelin e sipërm në një gamë më të gjerë thellësie. Kështu, e gjithë guaska relativisht homogjene në intervalin 400-600 km të mantelit të sipërm përmban kryesisht faza me lloje strukturore granate dhe spinel.

Të gjitha modelet e propozuara aktualisht për përbërjen e shkëmbinjve të mantelit lejojnë përmbajtjen e Al2O3 në to në një sasi prej ~4 wt. %, që ndikon edhe në specifikat e transformimeve strukturore. Në të njëjtën kohë, vihet re se në disa zona të mantelit të sipërm me një përbërje heterogjene, Al mund të përqendrohet në minerale të tilla si korundi Al2O3 ose kianiti Al2SiO5, i cili, në presione dhe temperatura që korrespondojnë me thellësi ~ 450 km, transformohet në korund dhe stishovit - një modifikim i SiO2, strukturë e cila përmban një kornizë oktaedrash SiO6. Të dy këto minerale ruhen jo vetëm në mantelin e poshtëm, por edhe më thellë.

Komponenti më i rëndësishëm i përbërjes kimike të zonës 400-670 km është uji, përmbajtja e të cilit, sipas disa vlerësimeve, është ~0,1 wt. % dhe prania e të cilave lidhet kryesisht me Mg-silikate. Sasia e ujit të ruajtur në këtë guaskë është aq e konsiderueshme sa në sipërfaqen e Tokës do të përbënte një shtresë me trashësi 800 m.

Përbërja e mantelit nën kufirin prej 670 km

Studimet e tranzicioneve strukturore të mineraleve të kryera në dy-tre dekadat e fundit duke përdorur dhoma me rreze X me presion të lartë kanë bërë të mundur modelimin e disa veçorive të përbërjes dhe strukturës së gjeosferave më të thella se kufiri 670 km. Në këto eksperimente, kristali në studim vendoset midis dy piramidave (kudhërave) diamanti, kur ngjeshet krijohen presione që janë në përpjesëtim me presionet brenda mantelit dhe bërthamës së tokës. Megjithatë, ka ende shumë pyetje në lidhje me këtë pjesë të mantelit, e cila përbën më shumë se gjysmën e të gjithë brendësisë së Tokës. Aktualisht, shumica e studiuesve pajtohen me idenë se i gjithë ky mantel i thellë (më i ulët në kuptimin tradicional) përbëhet kryesisht nga një fazë e ngjashme me perovskitit (Mg, Fe)SiO3, e cila përbën rreth 70% të vëllimit të saj (40% të vëllimit). të gjithë Tokës). ), dhe magnesiowiustiti (Mg, Fe)O (~20%). Pjesa e mbetur prej 10% janë faza stishovite dhe okside që përmbajnë Ca, Na, K, Al dhe Fe, kristalizimi i të cilave lejohet në llojet strukturore të ilmenit-korundit (tretësirë ​​e ngurtë (Mg, Fe)SiO3-Al2O3), perovskit kub ( CaSiO3) dhe Ca-ferit (NaAlSiO4). Formimi i këtyre komponimeve shoqërohet me transformime të ndryshme strukturore mineralet e mantelit të sipërm. Në të njëjtën kohë, një nga fazat kryesore minerale të një guaskë relativisht homogjene që shtrihet në intervalin e thellësisë 410-670 km, ringwoodite në formë spineli, shndërrohet në një lidhje të (Mg, Fe)-perovskitit dhe Mg-wustitit në kufiri prej 670 km, ku presioni është ~24 GPa. Një përbërës tjetër i rëndësishëm i zonës së tranzicionit, një anëtar i familjes së granatave, piropi Mg3Al2Si3O12, i nënshtrohet një transformimi me formimin e perovskitit ortohombik (Mg, Fe)SiO3 dhe një zgjidhje të ngurtë të korund-ilmenitit (Mg, Fe)SiO3 - Al2O3 në presione disi më të larta. Ky tranzicion shoqërohet me një ndryshim në shpejtësitë e valëve sizmike në kthesën 850-900 km, që korrespondon me një nga kufijtë e ndërmjetëm sizmik. Transformimi i andraditit Ca-garnet në presione më të ulëta ~21 GPa çon në formimin e një komponenti tjetër të rëndësishëm të mantelit të poshtëm të përmendur më sipër - Ca-perovskite kub CaSiO3. Raporti polar midis mineraleve kryesore të kësaj zone (Mg,Fe) - perovskit (Mg,Fe)SiO3 dhe Mg-wustite (Mg, Fe)O ndryshon brenda një diapazoni mjaft të gjerë dhe në një thellësi prej ~1170 km në presion. prej ~29 GPa dhe temperaturat 2000- 2800 0C ndryshojnë nga 2:1 në 3:1.

Stabiliteti i jashtëzakonshëm i MgSiO3 me një strukturë perovskite rombike në një gamë të gjerë presionesh që korrespondojnë me thellësitë e mantelit të poshtëm na lejon ta konsiderojmë atë një nga përbërësit kryesorë të kësaj gjeosfere. Baza për këtë përfundim ishin eksperimentet, gjatë të cilave mostrat e Mg-perovskitit MgSiO3 iu nënshtruan një presioni 1.3 milion herë më të lartë se presioni atmosferik, dhe njëkohësisht një rreze lazer me një temperaturë prej rreth 2000 0C u aplikua në kampionin e vendosur midis diamantit. kudhërat.

Kështu, u modeluan kushtet që ekzistojnë në thellësi ~2800 km, pra pranë kufirit të poshtëm të mantelit të poshtëm. Doli se as gjatë dhe as pas eksperimentit minerali nuk e ndryshoi strukturën dhe përbërjen e tij. Kështu, L. Liu, si dhe E. Nittle dhe E. Zhanloz dolën në përfundimin se qëndrueshmëria e Mg-perovskite na lejon ta konsiderojmë atë si mineralin më të zakonshëm në Tokë, duke përbërë, me sa duket, pothuajse gjysmën e masës së tij.

FexO wustiti nuk është më pak i qëndrueshëm, përbërja e të cilit në kushtet e mantelit të poshtëm karakterizohet nga vlera e koeficientit stoikiometrik 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.

Duhet të theksohet se fazat e ngjashme me perovskitin që mbizotërojnë në thellësi të mëdha mund të përmbajnë një sasi shumë të kufizuar të Fe, dhe përqendrimet e ngritura të Fe midis mineraleve të lidhjes së thellë janë karakteristikë vetëm për magneziowustitin. Në të njëjtën kohë, për magnesiowiustite, mundësia e kalimit nën ndikimin e presioneve të larta të një pjese të hekurit hekuri që përmban në hekur ferrik, i cili mbetet në strukturën e mineralit, me çlirimin e njëkohshëm të sasisë përkatëse. prej hekuri neutral, është vërtetuar. Bazuar në këto të dhëna, H. Mao, P. Bell dhe T. Yagi, punonjës të laboratorit gjeofizik të Institutit Carnegie, parashtruan ide të reja për diferencimin e materies në thellësi të Tokës. Në fazën e parë, për shkak të paqëndrueshmërisë gravitacionale, magneziowustiti zhytet në një thellësi ku nën ndikimin e presionit, një pjesë e hekurit në formë neutrale lirohet prej tij. Magneziowustiti i mbetur, i cili karakterizohet nga një densitet më i ulët, ngrihet në shtresat e sipërme, ku përzihet përsëri me faza të ngjashme me perovskit. Kontakti me ta shoqërohet me rivendosjen e stoikiometrisë (d.m.th., raporti i plotë i elementeve në formula kimike) të magnesiowiustitit dhe çon në mundësinë e përsëritjes së procesit të përshkruar. Të dhënat e reja bëjnë të mundur zgjerimin disi të grupit të elementeve kimike të mundshme për mantelin e thellë. Për shembull, qëndrueshmëria e magnezitit në presione që korrespondojnë me thellësi ~ 900 km, e vërtetuar nga N. Ross (1997), tregon praninë e mundshme të karbonit në përbërjen e tij.

Identifikimi i kufijve individualë sizmikë të ndërmjetëm të vendosur nën vijën 670 lidhet me të dhënat mbi transformimet strukturore mineralet e mantelit, të cilat mund të marrin një larmi formash. Një ilustrim i ndryshimit të shumë vetive të kristaleve të ndryshme në vlera të larta të parametrave fiziko-kimikë që korrespondojnë me mantelin e thellë mund të jetë, sipas R. Jeanlose dhe R. Hazen, ristrukturimi i lidhjeve jon-kovalente të wuestitit të regjistruar gjatë eksperimenteve. në presione prej 70 gigapaskal (GPa) (~1700 km).në lidhje me llojin metalik të ndërveprimeve ndëratomike. Pika historike 1200 mund të korrespondojë me rirregullimin e SiO2 me strukturën stishovite në tipin strukturor CaCl2 (analog rombik i rutilit TiO2) dhe 2000 km me transformimin e tij të mëvonshëm në fazën me një strukturë të ndërmjetme midis a-PbO2 dhe ZrO2, e karakterizuar nga një paketë më e dendur e oktaedrave silikon-oksigjen (të dhëna nga L.S. Dubrovinsky et al.). Gjithashtu, duke u nisur nga këto thellësi (~2000 km), në presionet 80–90 GPa, lejohet zbërthimi i MgSiO3 si perovskiti, i shoqëruar me rritje të përmbajtjes së periklazës MgO dhe silicit të lirë. Me disa më shumë presion(~96 GPa) dhe një temperaturë prej 800 0С, u konstatua një manifestim i politipit në FeO, i shoqëruar me formimin e fragmenteve strukturore të tipit nikelin NiAs, të alternuara me domene anti-nikel, në të cilat atomet e Fe ndodhen në pozicione. të atomeve As, dhe atomeve O - në pozicionet e atomeve Ni. Pranë kufirit D" ndodh shndërrimi i Al2O3 me strukturën e korundit në një fazë me strukturën Rh2O3, e cila është modeluar eksperimentalisht në presione prej ~ 100 GPa, d.m.th., në një thellësi prej ~ 2200-2300 km. "Tranzicioni nga rrotullimi i lartë (HS) në gjendjen e rrotullimit të ulët (LS) të atomeve të Fe në strukturën e magneziowustitit, domethënë një ndryshim në strukturë elektronike. Në këtë drejtim, duhet theksuar se struktura e wuestitit FeO në presion të lartë karakterizohet nga jostoikometria kompozicionale, defekte të paketimit atomike, politipi dhe një ndryshim në renditjen magnetike të shoqëruar me një ndryshim në strukturën elektronike (HS => LS - tranzicioni ) të atomeve të Fe. Karakteristikat e vërejtura na lejojnë të konsiderojmë wustitin si një nga mineralet më komplekse me veti të pazakonta që përcaktojnë specifikat e zonave të thella të Tokës të pasuruara me të pranë kufirit D.

Oriz. 3. Struktura tetragonale e komponentës së mundshme Fe7S të bërthamës së brendshme (të ngurtë), sipas D.M. Sherman (1997)

Matjet sizmologjike tregojnë se si bërthama e brendshme (e ngurtë) dhe e jashtme (e lëngshme) e Tokës karakterizohen nga një densitet më i ulët në krahasim me vlerën e përftuar në bazë të një modeli bërthamor që përbëhet vetëm nga hekuri metalik me të njëjtat parametra fiziko-kimikë. Shumica e studiuesve ia atribuojnë këtë ulje të densitetit pranisë në thelbin e elementeve si Si, O, S, madje edhe O, të cilët formojnë lidhje me hekurin. Ndër fazat që janë të mundshme për kushte të tilla fiziko-kimike “faustiane” (presion ~250 GPa dhe temperatura 4000-6500 0С), Fe3S me tipin strukturor të njohur Cu3Au dhe Fe7S, struktura e së cilës është paraqitur në Fig. 3. Një fazë tjetër që supozohet të jetë në bërthamë është b-Fe, struktura e së cilës karakterizohet nga një paketim i ngushtë me katër shtresa të atomeve të Fe. Temperatura e shkrirjes së kësaj faze vlerësohet në 5000 0C në një presion prej 360 GPa. Prania e hidrogjenit në bërthamë ka qenë e diskutueshme për një kohë të gjatë për shkak të tretshmërisë së tij të ulët në hekur në presioni atmosferik. Megjithatë, eksperimentet e fundit (të dhënat nga J. Badding, H. Mao dhe R. Hamley (1992)) bënë të mundur që të vërtetohet se hidridi i hekurit FeH mund të formohet në temperatura dhe presione të larta dhe është i qëndrueshëm në presione mbi 62 GPa, që korrespondon me thellësi prej ~ 1600 km. Në këtë drejtim, prania e sasive të konsiderueshme (deri në 40 mol.%) hidrogjeni në bërthamë është mjaft i pranueshëm dhe ul dendësinë e tij në vlera në përputhje me të dhënat sizmologjike.

Mund të parashikohet se të dhënat e reja mbi ndryshimet strukturore në fazat minerale në thellësi të mëdha do të bëjnë të mundur gjetjen e një interpretimi adekuat të kufijve të tjerë të rëndësishëm gjeofizikë të fiksuar në zorrët e Tokës. Përfundimi i përgjithshëm është se në kufijtë sizmikë globalë si 410 dhe 670 km, ka ndryshime të rëndësishme në përbërjen minerale. shkëmbinjtë e mantelit. Shndërrimet minerale vërehen gjithashtu në thellësi ~850, 1200, 1700, 2000 dhe 2200-2300 km, domethënë brenda mantelit të poshtëm. Kjo është një rrethanë shumë e rëndësishme që bën të mundur braktisjen e idesë së strukturës së saj homogjene.

Deri në vitet 80 të shekullit të 20-të, studimet sizmologjike duke përdorur metodat e valëve sizmike gjatësore dhe tërthore, të afta të depërtojnë në të gjithë vëllimin e Tokës, dhe për këtë arsye quhen vëllimore, në kontrast me ato sipërfaqësore, të cilat shpërndahen vetëm në sipërfaqen e saj, rezultuan të ishin aq domethënëse sa bënë të mundur hartimin e hartave të anomalive sizmike për nivele të ndryshme të planetit. Puna themelore në këtë fushë u krye nga sizmologu amerikan A. Dzevonsky dhe kolegët e tij.

Në fig. 4 tregon mostra të hartave të ngjashme nga një seri e botuar në 1994, megjithëse botimet e para u shfaqën 10 vjet më parë. Punimi paraqet 12 harta për seksione të thella të Tokës në intervalin nga 50 në 2850 km, domethënë, pothuajse duke mbuluar të gjithë mantelin. Në këto harta më interesante është e lehtë të shihet se modeli sizmik është i ndryshëm në nivele të ndryshme thellësie. Kjo mund të shihet nga zonat dhe konturet e shpërndarjes. zona anormale sizmike, veçoritë e kalimeve ndërmjet tyre dhe, në përgjithësi, pamja e përgjithshme e kartave. Disa prej tyre dallohen nga diversiteti dhe kontrasti i madh në shpërndarjen e zonave me shpejtësi të ndryshme të valëve sizmike (Fig. 5), ndërsa të tjerat tregojnë marrëdhënie më të buta dhe më të thjeshta ndërmjet tyre.

Në të njëjtin vit, 1994, u botua punë të ngjashme Gjeofizikanë japonezë. Ai përmban 14 harta për nivele nga 78 deri në 2900 km. Në të dyja seritë e hartave, heterogjeniteti i Paqësorit është qartë i dukshëm, i cili, megjithëse ndryshon në skicë, mund të gjurmohet deri në thelbin e tokës. Përtej këtij inhomogjeniteti të madh, modeli sizmik bëhet më kompleks, duke ndryshuar ndjeshëm kur lëviz nga një nivel në tjetrin. Por, sado domethënës të jetë ndryshimi midis këtyre hartave, ka ngjashmëri mes disa prej tyre. Ato shprehen në njëfarë ngjashmërie në vendosjen e anomalive sizmike pozitive dhe negative në hapësirë ​​dhe, në fund të fundit, në tipare të përbashkëta struktura e thellë sizmike. Kjo bën të mundur grupimin e hartave të tilla, gjë që bën të mundur dallimin e predhave intramante të modeleve të ndryshme sizmike. Dhe kjo punë është bërë. Bazuar në analizën e hartave nga gjeofizianët japonezë, doli të ishte e mundur të propozohej një shumë më e pjesshme struktura e mantelit të tokës treguar në fig. 5 krahasuar me modelin konvencional të guaskës së tokës.

Ekzistojnë dy dispozita thelbësisht të reja:

Si lidhen kufijtë e propozuar të gjeosferave të thella me kufijtë sizmikë të izoluar më parë nga sizmologët? Krahasimi tregon se kufiri i poshtëm i mantelit të mesëm lidhet me kufirin e vitit 1700, rëndësia globale e të cilit theksohet në vepër. Kufiri i sipërm i tij përafërsisht korrespondon me linjat 800-900. Për sa i përket mantelit të sipërm, këtu nuk ka mospërputhje: kufiri i tij i poshtëm përfaqësohet nga kufiri 670, dhe ai i sipërm nga kufiri Mohorovichic. Le t'i kushtojmë vëmendje të veçantë pasigurisë së kufirit të sipërm të mantelit të poshtëm. Në procesin e kërkimit të mëtejshëm, mund të rezultojë se kufijtë sizmikë të përvijuar së fundmi të viteve 1900 dhe 2000 do të bëjnë të mundur që të bëhen rregullime në trashësinë e tij. Kështu, rezultatet e krahasimit dëshmojnë për vlefshmërinë e modelit të ri të propozuar të strukturës së mantelit.

konkluzioni

Studimi i strukturës së thellë të Tokës është një nga fushat më të mëdha dhe më të rëndësishme të shkencave gjeologjike. I ri shtresimi i mantelit Toka lejon që të afrohet një skemë shumë më pak se më parë problem i vështirë gjeodinamika e thellë. Dallimi në karakteristikat sizmike të predhave të tokës ( gjeosferat), duke reflektuar dallimin në vetitë e tyre fizike dhe përbërjen minerale, krijon mundësi për modelimin e proceseve gjeodinamike në secilën prej tyre veç e veç. Gjeosferat në këtë kuptim, siç është tashmë mjaft e qartë, kanë një autonomi të caktuar. Megjithatë, kjo temë jashtëzakonisht e rëndësishme është përtej qëllimit të këtij artikulli. Zhvillimi i mëtejshëm i tomografisë sizmike, si dhe i disa studimeve të tjera gjeofizike, si dhe studimi i përbërjes minerale dhe kimike të thellësive, do të varet nga ndërtime shumë më të vërtetuara në lidhje me përbërjen, strukturën, gjeodinamikën dhe evolucionin e Tokës si. një e tërë.

Bibliografi

gjeotimat. 1994 Vol. 39, nr. 6. F. 13-15.

Ross A. Manteli i Tokës i rimodeluar // Natyra. 1997 Vol. 385, nr 6616. F. 490.

Thompson A.B. Uji në mantelin e sipërm të Tokës X // Natyra. 1992 Vol. 358, nr 6384. F. 295-302.

Pushcharovsky D.Yu. Mineralet e thella të Tokës // Priroda. 1980. N 11. S. 119-120.

Su W., Woodward R.L., Dziewonski A.M. Modeli i shkallës 12 të heterogjenitetit të shpejtësisë së prerjes në mantel // J. Geophys. Res. 1994 Vol. 99, N B4. F. 6945-6980.

J. Geol. soc. Japonia. 1994 Vol. 100, nr 1. P. VI-VII.

Pushcharovsky Yu.M. Tomografia sizmike dhe struktura e mantelit: Perspektiva tektonike // Doklady AN. 1996. T. 351, N 6. S. 805-809.

Dhe një bërthamë hekuri të shkrirë. Ai zë pjesën më të madhe të Tokës, duke përbërë dy të tretat e masës së planetit. Manteli fillon në një thellësi prej rreth 30 kilometrash dhe arrin 2900 kilometra.

Struktura e tokës

Toka ka të njëjtën përbërje elementesh si (duke mos përfshirë hidrogjenin dhe heliumin, të cilët u larguan për shkak të gravitetit të Tokës). Duke lënë mënjanë hekurin në bërthamë, mund të llogarisim se manteli është një përzierje e magnezit, silikonit, hekurit dhe oksigjenit, që përafërsisht korrespondon me përbërjen e mineraleve.

Por saktësisht se çfarë është e pranishme një përzierje mineralesh në një thellësi të caktuar është një çështje komplekse që nuk është e vërtetuar mirë. Ne mund të marrim mostra nga manteli, copa shkëmbi të ngritura nga shpërthime të caktuara vullkanike, nga një thellësi prej rreth 300 kilometrash, dhe ndonjëherë shumë më thellë. Ato tregojnë se pjesa më e sipërme e mantelit përbëhet nga peridotiti dhe eklogiti. Gjëja më interesante që marrim nga manteli janë diamantet.

Aktivitetet në mantel

Pjesa e sipërme e mantelit përzihet ngadalë nga lëvizjet e pllakave që kalojnë mbi të. Kjo është shkaktuar nga dy aktivitete. Së pari, ka një lëvizje në rënie të pllakave të lëvizshme, të cilat rrëshqasin njëra nën tjetrën. Së dyti, ka një lëvizje lart të shkëmbit të mantelit, kur dy pllaka tektonike ndryshojnë dhe largohen. Megjithatë, i gjithë ky veprim nuk e përzien plotësisht mantelin e sipërm dhe gjeokimistët e konsiderojnë mantelin e sipërm si një version shkëmbor të tortës së mermerit.

Modelet botërore të vullkanizmit pasqyrojnë veprimin e tektonikës së pllakave, me përjashtim të disa zonave të planetit të quajtura pika të nxehta. Pikat e nxehta mund të mbajnë çelësin e rritjes dhe rënies së materialeve shumë më thellë në mantel, ndoshta që nga themelimi i tij. Sot ka një diskutim energjik shkencor për pikat e nxehta të planetit.

Eksplorimi i mantelit me valë sizmike

Metoda jonë më e fuqishme e studimit të mantelit është monitorimi i valëve sizmike nga tërmetet në mbarë botën. Dy tipe te ndryshme Valët sizmike: valët P (të ngjashme valët e zërit) dhe valët S (për shembull, valët nga një litar i tundur) korrespondojnë me vetitë fizike shkëmbinjtë nëpër të cilët kalojnë. Valët sizmike pasqyrojnë disa lloje sipërfaqesh dhe thyejnë (përkulin) lloje të tjera sipërfaqesh kur goditen. Shkencëtarët i përdorin këto efekte për të përcaktuar sipërfaqet e brendshme të Tokës.

Instrumentet tona janë mjaft të mira për të parë mantelin e Tokës në mënyrën se si mjekët marrin ultratinguj të pacientëve të tyre. Pas një shekulli mbledhjeje të të dhënave për tërmetet, ne mund të bëjmë disa harta mbresëlënëse të mantelit.

Simulimi i mantelit në laborator

Mineralet dhe shkëmbinjtë ndryshojnë nën presion të lartë. Për shembull, një mineral i zakonshëm i mantelit, olivina, shndërrohet në forma të ndryshme kristalore në thellësi rreth 410 kilometra dhe përsëri në 660 kilometra.

Studimi i sjelljes së mineraleve në mantel ndodh në dy mënyra: simulimi kompjuterik i bazuar në ekuacionet e fizikës së mineraleve dhe eksperimentet laboratorike. Në këtë mënyrë, kërkime moderne mantelet kryhen nga sizmologë, programues dhe studiues laboratorikë, të cilët tani mund të riprodhojnë kushtet kudo në mantel duke përdorur pajisje laboratorike me presion të lartë si një qelizë kudhër diamanti.

Shtresat e mantelit dhe kufijtë e brendshëm

Një shekull kërkimi ka mbushur disa nga boshllëqet në njohuritë rreth mantelit. Ka tre shtresa kryesore. Manteli i sipërm shtrihet nga baza e kores (Mohorovic) deri në një thellësi prej 660 kilometrash. Zona e tranzicionit ndodhet midis 410 dhe 660 kilometrave, ku ka ndryshime të rëndësishme fizike në minerale.

Manteli i poshtëm shtrihet nga 660 në rreth 2700 kilometra. Këtu, valët sizmike janë shumë të heshtura dhe shumica e studiuesve besojnë se shkëmbinjtë poshtë tyre janë të ndryshëm në përbërjen kimike dhe jo vetëm në kristalografi. Dhe shtresa e fundit e diskutueshme në fund të mantelit ka një trashësi prej rreth 200 kilometrash dhe është kufiri midis bërthamës dhe mantelit.

Pse është i veçantë manteli i Tokës?

Meqenëse manteli është pjesa kryesore e Tokës, historia e saj ka një rëndësi thelbësore për. Manteli u formua gjatë lindjes së Tokës, si një oqean magmë të lëngshme në një bërthamë hekuri. Ndërsa ngurtësohej, elementët që nuk përshtateshin me mineralet bazë u grumbulluan si shkallë në majë të kores. Më pas, manteli filloi një qarkullim të ngadaltë që ka vazhduar për 4 miliardë vitet e fundit. Manteli i sipërm filloi të ftohet sepse u trazua dhe u hidratua nga lëvizjet tektonike të pllakave sipërfaqësore.

Në të njëjtën kohë, mësuam shumë për strukturën e të tjerëve (Merkurit, Venusit dhe Marsit). Krahasuar me to, Toka ka një mantel aktiv, të lubrifikuar që është i veçantë për shkak të të njëjtit element që e bën sipërfaqen e saj të ndryshme: uji.

Shumë njerëz e dinë se planeti Tokë në kuptimin sizmik (tektonik) përbëhet nga një bërthamë, manteli dhe litosferë (korja). Ne do të shqyrtojmë se çfarë është një mantel. Kjo është një shtresë ose guaskë e ndërmjetme që ndodhet midis bërthamës dhe lëvores. Manteli përbën 83% të vëllimit të Tokës. Nëse marrim peshën, atëherë 67% e Tokës është manteli.

Dy shtresa manteli

Edhe në fillim të shekullit të njëzetë, përgjithësisht pranohej se manteli është homogjen, por nga mesi i shekullit, shkencëtarët arritën në përfundimin se ai përbëhet nga dy shtresa. Shtresa më e afërt me bërthamën është manteli i poshtëm. Shtresa që kufizohet me litosferën është manteli i sipërm. Manteli i sipërm shkon thellë në Tokë për rreth 600 kilometra. Kufiri i poshtëm i mantelit të poshtëm ndodhet në një thellësi deri në 2900 kilometra.

Nga se përbëhet manteli?

Shkencëtarët nuk kanë arritur ende t'i afrohen mantelit. Asnjë shpim nuk ka bërë ende të mundur afrimin e saj. Prandaj, të gjitha hulumtimet kryhen jo eksperimentalisht, por teorikisht dhe indirekt. Shkencëtarët nxjerrin përfundimet e tyre për mantelin e tokës kryesisht në bazë të studimeve gjeofizike. Përçueshmëria elektrike, valët sizmike, shpejtësia e përhapjes dhe forca e tyre merren parasysh.

Shkencëtarët japonezë kanë shpallur synimet e tyre për t'iu afruar mantelit të tokës duke shpuar shkëmbinj oqeanikë, por deri më tani planet e tyre nuk janë vënë ende në praktikë. Në fund të oqeanit, tashmë janë gjetur disa vende ku shtresa e kores së tokës është më e holla, domethënë, vetëm rreth 3000 km mund të shpohen deri në pjesën e sipërme të mantelit. Vështirësia qëndron në faktin se shpimi duhet të kryhet në fund të oqeanit, dhe në të njëjtën kohë, stërvitja do të duhet të kalojë nëpër zona të shkëmbinjve të rëndë, dhe kjo mund të krahasohet me një përpjekje të një bishti. e një fije për të thyer muret e një këllëfi. Pa dyshim, mundësia për të studiuar mostrat shkëmbore të marra direkt nga manteli do të jepte një ide më të saktë të strukturës dhe përbërjes së tij.

Diamante dhe peridot

Informativ janë shkëmbinjtë e mantelit, të cilët si rezultat i proceseve të ndryshme gjeofizike dhe sizmike shfaqen në sipërfaqen e tokës. Për shembull, diamantet i përkasin shkëmbinjve të mantelit. Disa prej tyre, sugjerojnë studiuesit, ngrihen nga manteli i poshtëm. Racat më të zakonshme janë peridotët. Ata shpesh hidhen në lavë nga shpërthimet vullkanike. Studimi i shkëmbinjve të mantelit i lejon shkencëtarët të flasin me një saktësi të caktuar për përbërjen dhe veçoritë kryesore të mantelit.

Gjendja e lëngshme dhe uji

Manteli përbëhet nga shkëmbinj silikat të pasur me magnez dhe hekur. Të gjitha substancat që përbëjnë mantelin janë inkandeshente. i shkrirë, gjendje e lëngët, sepse temperatura e kësaj shtrese është mjaft e lartë - deri në dy mijë e gjysmë gradë. Uji është gjithashtu pjesë e mantelit të Tokës. Në terma sasiorë, ka 12 herë më shumë se në oqeanet e botës. Furnizimi me ujë në mantel është i tillë që nëse do të spërkatej në sipërfaqen e tokës, uji do të ngrihej mbi sipërfaqe me 800 metra.

Proceset në mantel

Kufiri i mantelit nuk është një vijë e drejtë. Përkundrazi, në disa vende, për shembull, në rajonin e Alpeve, në fund të oqeaneve, manteli, domethënë shkëmbinjtë që lidhen me mantelin, ngrihen mjaft afër sipërfaqes së Tokës. Është fizike dhe proceset kimike që rrjedha në mantel ndikojnë në atë që ndodh në koren e tokës dhe në sipërfaqen e tokës. Bëhet fjalë për për formimin e maleve, oqeaneve, lëvizjen e kontinenteve.