Самостійна робота на тему: «Проблеми складу та будови мантії Землі»

Виконав студент1 курсу магістратури

групи геоінформатика

Слиш Костянтин

Склад й будову глибинних оболонок Землі за останні десятиліття усе ще однією з найбільш інтригуючих проблем сучасної геології. Кількість прямих даних про речовині глибинних зон дуже обмежено. У цьому плані окреме місце посідає мінеральний агрегат з кімберлітової трубки Лесото (країни Південної Африки), який як представника мантийных порід, залягаючих на глибині ~250 км. Керн, який з найглибшій у світі свердловини, пробуренной на Кольському півострові й загалом досягла позначки 12 262 м, істотно розширив наукові ставлення до глибинних горизонтах земної кори - тонкої приповерхностной плівці земної кулі. Разом про те новітні дані геофізики і експериментів, пов'язаних з дослідженням структурних перетворень мінералів, вже нині дозволяють змоделювати багато особливості будівлі, складу і процесів, які у глибинах Землі, знання яких сприяє рішенню таких ключових проблем сучасного природознавства, як формування та еволюція планети, динаміка земної кори і мантії, джерела мінеральних ресурсів, оцінка ризику поховання небезпечних відходів великих глибинах, енергетичні ресурси Землі та ін.

Сейсмічна модель будівлі Землі

Широко відома модель внутрішнього будівлі Землі (розподіл в ядро, мантію і земну кору) розроблена сейсмологами Р. Джеффрисом і Б. Гутенбергом ще першій половині ХХ століття. Вирішальним чинником у своїй виявилося виявлення різкого зниження швидкості проходження сейсмічних хвиль всередині земної кулі на глибині 2900 км - при радіусі планети 6371 км. Швидкість проходження поздовжніх сейсмічних хвиль безпосередньо над зазначеним кордоном дорівнює 13,6 км/с, а під нею - 8,1 км/с. Це і кордон мантії і ядра.

Відповідно радіус ядра становить 3471 км. Верхній кордоном мантії служить сейсмічний розділ Мохоровичича (Мохо, М), виділений югославським сейсмологом А. Мохоровичичем (1857-1936) ще 1909 року. Він відокремлює земну кору від мантії. У цьому межі швидкості поздовжніх хвиль, минулих через земну кору, стрибкоподібно збільшуються з 6,7-7,6 до 7,9-8,2 км/с, проте відбувається це різних глибинних рівнях. Під континентами глибина розділу М (тобто підошви земної кори) становить перші десятки кілометрів, причому розумітися під деякими гірськими спорудами (Памір, Анд) може становити 60 км, тоді як під океанськими западинами, зокрема й воду, глибина дорівнює лише 10-12 км. Взагалі ж земна кора у цій схемі вимальовується як тонка шкаралупа, тоді як мантія поширюється завглибшки на 45% земного радіуса.

Проте всередині ХХ століття до науки ввійшли ставлення до більш дробовому глибинному будову Землі. З нових сейсмологічних даних стало можливим розділити ядро на внутрішнє і зовнішня, а мантію - на нижню й верхній (рис. 1). Ця модель, отримавши стала вельми поширеною, використовують і нині. Початок їй поклав австралійський сейсмолог К.Є. Буллен, який запропонував на початку 40-х років схему поділу Землі на зони, які позначив літерами: А - земна кора, У - зона в інтервалі глибин 33-413 км, З - зона 413-984 км, D - зона 984-2898 км, Д - 2898-4982 км, F - 4982-5121 км, G - 5121-6371 км (центр Землі). Ці зони відрізняються сейсмічними характеристиками. Пізніше зону D він розділив на зони D' (984-2700 км) і D" (2700-2900 км). Нині цю схему значно видозмінено і тільки шар D" широко використовують у літературі. Його головна характеристика - зменшення градієнтів сейсмічних швидкостей проти вышележащей областю мантії.

Внутрішнє ядро, має радіус 1225 км, тверде й володіє величезною щільністю - 12,5 г/см3. Зовнішнє ядро рідке, його щільність 10 г/см3. На кордоні ядра і мантії відзначається різкий стрибок у швидкості поздовжніх хвиль, а й у щільності. У мантії знижуючись до 5,5 г/см3. Шар D", що у безпосередньому поєднанні з зовнішнім ядром, відчуває його вплив, оскільки температури в ядрі значно перевищує температури мантії. Місцями даний шар породжує величезні, спрямовані до поверхні Землі крізь мантийные тепломассопотоки, звані плюмами. Вони виявлятися планети як великих вулканічних областей, як, наприклад, на Гавайських островах, в Ісландії та інших регіонах.

Верхня кордон шару D" невизначена; її від поверхні ядра може варіювати від 200 до 500 км і більше. Отже, можна зрозуміти, що це шар відбиває нерівномірне і разноинтенсивное надходження енергії ядра до області мантії.

Границей нижньої і верхньої мантії в аналізованої схемою служить сейсмічний розділ, що лежить на глибині 670 км. Вона має глобальне поширення та обгрунтовується стрибком сейсмічних швидкостей у бік їхнього збільшення, і навіть зростанням щільності речовини нижньої мантії. Цей поділ також і кордоном змін мінерального складу порід у мантії.

Отже, нижня мантія, ув'язнена між глибинами 670 і 2900 км, простирається по радіусу Землі на 2230 км. Верхня мантія має добре фиксирующийся внутрішній сейсмічний розділ, проходить на глибині 410 км. При переході цього кордону згори донизу сейсмічні швидкості різко зростають. Тут, як і нижній межі верхньої мантії, відбуваються суттєві мінеральні перетворення.

Верхню частина верхньої мантії і земну кору разом виділяють як літосферу, що є верхньої твердої оболонкою Землі, на противагу гідро- і атмосфері. Завдяки теорії тектоніки літосферних плит термін "літосфера" отримав щонайширший поширення. Теорія передбачає рух плит по астеносфері - размягченном, частково, можливо, рідкому глибинному шарі зниженою в'язкості. Проте сейсмологія не показує витриманій у просторі астеносферы. Багатьом областей виявлено кілька астеносферных верств, розташованих за вертикаллю, і навіть переривчастість їх за горизонталі. Особливо точно їх чергування фіксується не більше континентів, де глибина залягання астеносферных верств (лінз) варіює від 100 км до багатьох сотень.

Під океанськими абиссальными западинами астеносферный шар лежить глибинах 70-80 км і менше. Відповідно нижню межу літосфери фактично є невизначеною, що створює великі труднощі, щоб теорії кінематики літосферних плит, як і відзначається багатьма дослідниками.

Такі основи поглядів на будову Землі, сформовані на сьогодні. Далі звернімося до новітнім даним щодо глибинних сейсмічних рубежів, які мають найважливішу інформацію про внутрішній будову планети.