 | МАНТИЯ |
Мантия - силикатная оболочка Земли, расположенная между подошвой земной коры и поверхностью земного ядра. По сейсмическим данным мантию делят на верхнюю (слой В), до глубины 400 км, переходный слой С в интервале глубин 400–1000 км и нижнюю мантию (слой D) с подошвой на глубине примерно 2900 км. Под океанами в верхней мантии выделяется слой пониженных скоростей сейсмических волн – волновод Гутенберга, отождествляемый с астеносферой Земли. Под континентами зона пониженных скоростей выражена плохо.
В состав верхней мантии включаются и подкоровые части литосферных плит, в которых мантийное вещество охлаждено и полностью раскристаллизовано. Под океанами мощность литосферы меняется от нуля под рифтовыми зонами до 60–70 км под абиссальными котловинами. Под континентами толщина литосферы достигает 200–250 км.
Плотность верхней мантии (слоя В) с глубиной увеличивается от 3,3–3,32 до 3,63–3,70 г/см3 на глубине около 400 км. Далее в слое С градиент плотности резко возрастает и плотность повышается до 4,55–4,65 г/см3 на глубине 1000 км. В нижней мантии плотность плавно (по линейному закону) возрастает до 5,53–5,66 г/см3 на глубине ее подошвы.
Увеличение плотности мантии с глубиной объясняется уплотнением ее вещества под влиянием давления, достигающего на подошве мантии значений 1,35–1,40 Мбар. Особенно заметное уплотнение силикатов происходит в интервале глубин 400–1000 км. Как показал А. Рингвуд, именно здесь минералы испытывают полиморфные превращения: оливин приобретает кристаллическую структуру шпинели, а пироксены – ильменитовую, а затем и плотнейшую перовскитовую структуру. На еще больших глубинах большинство силикатов, кроме энстатита, распадаются на простые окислы с плотнейшей упаковкой атомов в соответствующих им кристаллитах.
Существующие в мантии интенсивные конвективные потоки неоднократно перемешивали вещество этой геосферы. Отсюда можно сделать вывод, что составы и верхней и нижней мантии одинаковые. Состав верхней мантии уверенно определяется по находкам ультраосновных пород океанической коры и составам офиолитовых комплексов. Состав близок к океаническим лерцолитам, поднявшимся из мантии в рифтовых зонах Земли. Л.В.Дмитриев показал комплиментарность океанических базальтов и реститовых (остаточных после выплавки базальтов) гарцбургитов по отношению к океаническим лерцолитам, доказав тем самым первичность лерцолитов, из которых выплавляются толеитовые базальты срединно-океанических хребтов, а в остатке сохраняется реститовый гарцбургит.
При конвекции распределение температуры в мантии должно быть близким к адиабатическому, т.е. к такому, при котором между смежными объемами мантии не происходит теплообмена, связанного с теплопроводностью вещества. В этом случае теплопотери мантии происходят только в ее верхнем слое – через литосферу Земли, распределение температуры в которой уже резко отличается от адиабатического. Адиабатическое распределение температуры легко рассчитывается по параметрам мантийного вещества.
Зная распределение плотности вещества в мантии, можно подсчитать и ее массу: она оказывается равной (4,03–4,04)*1027 г, что составляет 67,5% от общей массы Земли.
На подошве нижней мантии выделяется слой D толщиной в 200 км, в котором уменьшаются градиенты скоростей распространения сейсмических волн и возрастает затухание поперечных волн. На основании анализа динамических особенностей распространения волн, отраженных от поверхности земного ядра, И.С. Берзон и др.,1968, 1972, выделили тонкий переходный слой между мантией и ядром толщиной в 20 км, названный нами слоем Берзон, в котором скорость поперечных волн в нижней половине убывает с глубиной от 7,3 км/с до нуля. Снижение скорости поперечных волн можно объяснить лишь уменьшением значения модуля жесткости, а следовательно, и уменьшением коэффициента эффективной вязкости вещества в этом слое. Сама граница перехода от мантии к земному ядру остается резкой.Судя по интенсивности и спектру отраженных от поверхности ядра сейсмических волн, толщина такого пограничного слоя не превышает 1 км.