Верхняя мантия

О составе пород мантии судят по обломкам, выносимым кимберлитовой магмой с глубины, где наряду с перидотитами содержащими гранат, шпинель, алмазы, встречаются включения высоко метаморфизованных пород — эклогитов.

Эклогиты близки по составу основной глубинной породе — габбро, но отличаются от нее большей плотностью, что говорит о том, что они были сформированы на большой глубине при больших давлениях (глубина до 150–200 км — глубина зарождения алмазов).

Анализируя средний состав пород верхней мантии ученые пришли к выводу о том, что она состоит главным образом из перидотита с гранатом. Такие породы они называют (А. Е. Рингвуд, 1962) пиролитом (по корням породообразующих эту породу минералам — пироксена и оливина) или пироксеново-оливиновой. Эта порода по предположениям ученых (В. Н. Жариков) должна распространяться до глубины 350—400 км. Ее состав: 57% оливина, 17% ортопироксена, 12% клинопироксена, 14% граната.

Верхний слой мантии считают твердым до глубины 100–200, а иногда даже до 400 км. Этот слой называют слоем В (по К. Буллену) или волноводом и совместно с земной корой включают в состав литосферы (литос — камень).

ЛИТОСФЕРА (термин lithosphere введен в геологическую литературу Дж. Баррелом в 1916 г.) — верхняя твердая оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю мантию до волновода Голицина-Гуттенберга. Мощность литосферы в океанах в пределах рифтовых долин срединно-океанических хребтов 5–10 км, и до 70–80 км по периферии океанов, что позволяет указывать на ее связь с возрастом. Литосфера континентов в большинстве случаев образована одной лишь корой (под молодыми платформами и орогенами), и только в пределах неактивизированных частей древних платформ включает еще 50–100-километровый слой внешней мантии. Средняя же толщина литосферы — ленты, которая движется по астеносфере составляет 80 км (Городницкий, Сорохтин, 1979).

Ниже литосферы в мантии отмечается менее вязкий (или более жидкий, податливый) или более пластичный слой, называемый АСТЕНОСФЕРНЫМ (греч. астенос — слабый) или слоем Голицина. Граница литосферы и астеносферы — фазовая, т. е. характеризуется постепенным переходом частично расплавленного вещества астеносферы в кристаллическое литосферы.

С астеносферным слоем связывают горизонтальные перемещения литосферных плит (литосферные плиты скользят по нему как по маслу). Под рифтами срединно-океанических хребтов этот слой залегает на глубинах 2–3 км от поверхности дна, а под континентами его часто не могут обнаружить и на глубинах 200–250 км, от чего иногда говорят о его линзовидном распространении (идея астенолинз). Нижняя граница астеносферы залегает на глубинах 300–400 км.

Ниже астеносферного слоя залегает подастеносферный слой (слой Голицина) до глубин 700–1000 км. Состав его считают примерно тем же, что и астеносферного, т. е. состоящим из оливина, пироксена и граната, только их фазовое состояние несколько иное — шпинелевое. В этом состоянии атомы и молекулы минералов приобретают плотнейшую упаковку близкую к кубической гранецентрированной, в результате чего плотность горных пород возрастает на 11% по отношению к оливиновой упаковке вышележащих слоев пиролита.

В основании слоя Голицина на глубинах 700–1000 км происходит еще большее уплотнение «горных пород», где структура шпинели переходит в перевскитовую (CaTiO₃). Поэтому нижний слой мантии (нижнюю мантию) называют перевскитовым или слоем D. Этот слой распространяется до глубины 2900 км, с которой начинается уже жидкое внешнее ядро Земли.