1.2. Мантия.

В настоящее время в результате применения различных методов исследования была выяснена детальная структура верхней мантии Земли. Граница наружной зоны литосферы расположена на глубине 70 км. Литосфера включает в себя как земную кору, так и верха мантии. Жесткая литосферная плита расколота на 10 больших плит. Под жесткой литосферой на глубине от 70 до 250 км расположен слой повышенной текучести – астеносфера. Из-за малой вязкости астеносферы жесткие наружные плиты находятся в изостатическом равновесии. Именно в астеносфере образуются базальтовые магмы, которые затем по вулканическим каналам изливаются на поверхность. Границы астеносферы совпадают со слоем пониженных скоростей сейсмических волн в верхней мантии. Это объясняется высокой температурой мантийного вещества. Начиная с глубины приблизительно 250 км скорости сейсмических волн начинают расти. Это показывает, что на глубине 250-400 км влияние давления преобладает над влиянием температуры. На глубинах около 400 км нарастание скорости аномально велико из-за переходов оливинов в шпинелевую модификацию. На глубинах 400-650 км скорости сейсмических волн снова плавно возрастают под влиянием роста давления вышележащих слоев. На глубинах 650-700 км наблюдается второй всплеск скоростей. В настоящее время причина этого явления не установлена. Начиная с глубин 700 км и вплоть до границы с ядром Земли скорости плавно нарастают под влиянием давления вышележащих слоев.

Важный вопрос о постоянстве химического состава нижней мантии находится в состоянии изучения. Здесь конкурируют два мнения. Согласно одному химический состав нижней мантии тот же, что и верхней мантии. Согласно другому мнению величина отношения Fe/Mg в нижней мантии несколько больше, чем в верхней.

1.3. Земное ядро.

Ядро - внутренняя геосфера диаметром 3470 км, расположенная на средней глубине около 2900 км; разделяется на внутреннее ядро и внешнее ядро. Внутреннее ядро, имеет радиус 1225 км, твердое и обладает большой плотностью ~ 12,5 г/см³. Внешнее ядро жидкое, мощностью около 2200 км, его плотность ~10 г/см³. На границе ядра и мантии отмечается резкий скачок не только в скорости продольных волн, но и в плотности. В мантии она снижается до 5,5 г/см³. Слой, находящийся в непосредственном соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре значительно превышают температуры мантии. Местами, данный слой порождает огромные, направленные к поверхности Земли сквозь мантию тепломассопотоки, называемые плюмами. Они могут проявляться на планете в виде крупных вулканических областей, как, например, на Гавайских островах, в Исландии и других регионах.

Единый взгляд на состав и состояние ядра 3емли отсутствует.

Существует несколько концепций происхождения земного ядра. Согласно первой концепции, ядро Земли состоит преимущественно из металлического железа, которое стекало в центральные части Земли под действием силы тяжести. В первом варианте этой концепции разделение вещества ядра и мантии произошло во время предполагаемой стадии общего расплавления Земли, причем процесс разделения шел достаточно быстро и был практически завершен. Второй вариант не признает стадии общего расплавления Земли и предполагает, что произошло медленное опускание металлического железа через высоко вязкую среду первичной планеты, причем процесс может быть незавершенным, и рост ядра за счет продолжающегося очищения мантии от тяжелой компоненты может продолжаться до нашего времени.

Вторая концепция образования ядра основывается на представлении о том, что железные частицы должны слипаться первыми, затем аккумулировались каменные частицы, создавшие мантию Земли.

Согласно третьей концепции образование земного ядра произошло на некоторой стадии роста планеты из первичного облака. Когда масса растущей планеты и, следовательно, и давление в ее центральных частях достигли критического значения, начался лавинный процесс металлизации центральных частей планеты.

Т.к. ядро обладает значительно большей плотностью, чем Земля в целом, и оно состоит из двух частей: твердого внутреннего ядра, окруженного жидким внешним, то возникает ряд вопросов. Прежде всего, полезно определить состав внутреннего и внешнего ядра и, таким образом, установить, почему внутреннее ядро является твердым, несмотря на его, предположительно более высокую температуру по сравнению с внешним ядром. Состав внутреннего и внешнего ядра в любой модели должен быть таким, чтобы:

1. он (состав) согласовался с известными значениями плотности и геохимическими законами;

2. распределение температур позволяло внутреннему ядру быть твердым, а внешнему – жидким;

3. имелся источник энергии, достаточной для генерации магнитного поля.

Наиболее вероятно предположение, что внутреннее и внешнее ядро имеют различный химический состав и тем самым разные температуры плавления. Существует предположение, сделанное на основании данных о плотности, что внутреннее ядро содержит значительное количество никеля, тогда как во внешнем ядре железо растворено серой, и это сильно понижает точку плавления.

В настоящее время достигнуто согласие в вопросе о том, что значительная часть ядра образовалась на ранней стадии истории Земли. Первоначально ядро представляло собой, вероятно, полностью расплавленную смесь, состоящую главным образом из железа, никеля и серы.

Если земное ядро начало свое существование в виде расплавленной смеси Fe-Ni-S, то его температура должна была превышать 4000⁰С. Однако вследствие непрерывной потери энергии оно остывало, чему способствовала главным образом теплопроводность мантии. На некоторой стадии процесса охлаждение должно было оказаться эффективнее, чем процесс нагревания внутренними источниками тепла, т.к. началось образование внутреннего ядра путем кристаллизации железо-никелевого сплава. Относительно того, происходит ли и теперь существенное остывание ядра «что означало бы продолжающийся рост внутреннего ядра и существование гравитационной конвекции» или же внутреннее ядро имеет уже почти стабильные размеры, а во внешнем ядре преобладает тепловая конвекция, питаемая энергией радиоактивности, мнения расходятся. Внутренне ядро составляет в настоящее время 1,7% массы Земли. Согласно некоторым гипотезам можно предвидеть дальнейший рост внутреннего ядра, пока его масса не достигнет 10% массы Земли (около трети массы ядра). На этой стадии внутреннее ядро будет состоять в основном из почти чистого железа и включать весь имеющийся никель, а во внешнем ядре останется настоящая эвтектическая смесь, которая, остыв до температуры 1800⁰С, будет кристаллизоваться, в результате чего ядро полностью перейдет в твердое состояние.