1.4.5 Нижня мантія

Нижня мантія простежується до глибини 2900 км (границя Віхерта-Гутенберга). Тут різко зменшується швидкість повздовжніх хвиль з 12.6 до 8.1 км/с.

В основі границі нижньої мантії виділяють перехідну оболонку, де швидкість повздовжніх хвиль становить 13,6-12,5 км/с (на глибині 2700-2900 км). Нарощування швидкості повздовжніх хвиль від середньої до кінця нижньої мантії обумовлено результатом стиснення речовини під дією підвищеного тиску. Вважається, що в перехідній оболонці речовина має флюїдоподібну текстуру, в якій міжгранулярний простір в тугоплавкій силікатній основі заповнений розплавленим оксидом заліза.

1.4.6 Склад мантії та її властивості

Існує, як уже відзначалося вище, теорія “хондритової моделі” Землі. Хондрити мають ультраосновний склад. Вони вміщують в середньому 46% олівіну, 25% піроксену, 11% плагіоклазу, 12% залізо-нікелевої металічної фази.

Друга теорія, яка базується на вимірах сейсмохвиль, говорить про те, що таку швидкість (8,0 км/с) мають ультраосновні породи типу перидотиту або еклоґіту (форма габро при високому тиску).

Так чи інакше, але мантія має ультраосновний склад, подібний до складу перидотиту або силікатної фази хондритів.

Відомо, що при виверженні речовини з мантії, деякі різновиди її порід доходять і до поверхні. Це переважно базальт, який є найбільш розповсюдженою породою океанічних регіонів. Джерела базальтової магми розташовані у верхній мантії на глибині 60км.

Теоретично базальтова магма може утворитися або при повному, або при частковому плавленні еклоґітової основи, або при частковому плавленні різного типу основних порід.

Питання про утворення різних типів базальтової магми є одним з основних у сучасній петрології.

Пряму інформацію про склад верхньої мантії дають олівінові та перидотитові включення, які часто зустрічаються в базальтах і підтверджують теорію ультраосновного складу верхньої мантії.

Щільність в мантії змінюється як з глибиною, так і по горизонталі. Згідно з моделлю Буллена, щільність збільшується до глибини 400 км (3,36 г/см³). Далі йде більш інтенсивне збільшення щільності в перехідній зоні мантії, на глибині 2900 км вона становить 5,68 г/см³. Далі йде стрибок і на глибині 2920-3000 км вона вже дорівнює 9,43-9,57 г/см³. Горизонтальні неоднорідності щільності мантії встановлені під океанічними хребтами в самих верхніх шарах мантії, де бракує мас. Але вважається, що цей дефіцит маси не є постійним. Ймовірно, ці аномалії виникають при змінах температури, яка впливає на фізичні властивості порід. Зміна температур може відбуватися за рахунок:

-теплового розширення та стискання;

-фазового переходу;

-часткового плавлення (гіпотеза зонної плавки).

На основі вищевикладеного можна зробити висновок, що значні горизонтальні варіації щільності у верхній мантії, які є достатніми для збереження океанічних хребтів і піднять типу плато, можуть бути викликані зростанням температури (рис. 1.30).

Причиною виникнення позитивних гравітаційних аномалій вважається занурення холодної океанічної літосфери у верхню мантію (Рис. 1.31). Іншим поясненням утворення областей гравітаційних аномалій можуть бути горизонтальні варіації температури у перехідній зоні мантії. Ці зміни температури можуть бути викликані локальними особливостями розташування радіаційних джерел тепла у верхній мантії та нижче.

Рисунок 1.30 – Розподіл температур у мантії та ядрі Землі

.

Рисунок 1.31 – Ідеалізована схема занурення холодної плити у верхню мантію. 1–глибоководні жолоби; 2–острівна дуга; 3–осадки; 4–літосферна плита; 5–астеносфера; 6–гіпоцентри землетрусів; 7–вулкани і зони магмоутворення; 8–умовні лінії рівних температур; 9 – збільшення складу оксиду калію вхрест простягання фронту вулканізму в острівній дузі