IV. Физика мантии и геохимические модели земли

По геофизическим данным, под континентами на глубине 300— 400 км находится резкий сейсмический раздел, обусловливающий особенно мощное вступление продольных и поперечных волн на 15—20-градусном расстоянии от эпицентра (по дуге большого кру­га). Данная сейсмическая граница получила название «двадцати­градусной» (Гутенберг, 1963), или раздела Голицына. Этот раздел имеет глобальное распространение и повсеместно исключительно четко проявлен в отличие от границы Мохо, которая местами как бы расплывается. По разделу Голицына резко изменяются многие физические свойства мантии — ниже него аномально быстро ра­стут плотность мантии и скорости прохождения сейсмических волн, быстро возрастает теплопроводность и происходит резкое увеличе­ние электропроводности на четыре-пять порядков (Магницкий, 1965; Гутенберг, 1963, Рикитаки, 1968, Любимова, 1968).

1. Кислородное сложение мантии и се физика

В соответствии с современными представлениями о силикатно-окисном сложении всей мантии для объяснения аномального гра­диента уплотнения допускается возможность увеличения с глуби-

ной в слое С содержания железа, которое является единственным тяжелым элементом, широко распространенным в недрах Земли. Однако это предположение не согласуется с сейсмическими дан-ными, Так как повышение содержания железа всегда ведет к сни-жению скоростей прохождения сейсмических волн, тогда как на самом деле скорости сейсмических волн в слое С резко возраста-ют (Магницкий, 1965). Высказываются предположения, что аномальные градиенты .длотнения и скоростей прохождения сейсмических волн связаны с серией полиморфных превращений силикатов в более плотные модификации (Birh, .1952; Стншов, 1962). В этом случае раздел р₀лпцына должен был бы находиться на определенной глубине, _н0, как сейчас выясняется, эта граница может существенно варь­ировать по вертикали, и в океанах, в частности (если судить по скачку электропроводности), она залегает на значительно мень­ших глубинах, порядка 75—100 км (Сох, 1966; Результаты глубин-¹ лого- • •■ 1972). Кроме того, экспериментальное определение воз­можности полиморфных превращений в широком интервале тем­ператур (Дальнейшие сведения..., 1963) показало узкие темпера­турные интервалы устойчивости плотных модификаций, что свиде­тельствует о резко ограниченном проявлении этих эффектов в ман­тии (Магницкий, 1965).

^Согласно расчетам многих исследователей силикатная мантия должна быть полностью расплавлена на глубинах 600—700 км, • если в ней выдерживаются геотермические градиенты, характер­ные для верхних горизонтов. Так как это не подтверждается гео­физическими данными, следует полагать, что на глубинах в не­сколько сот километров происходит увеличение теплопроводности. Некоторые исследователи (Любимова, 1968) допускают, что уве­личение теплопроводности на таких глубинах обусловлено ростом экситонпой' составляющей. Однако в отношении силикатов мас­штабы проявления экситонпой теплопроводности не ясны, и воз­можный вклад этой составляющей в суммарную теплопроводность Другими исследователями оспаривается (Macdonald, 1959). Кроме того, скачок в электропроводности по разделу Голицына позволяет •предполагать, что увеличение теплопроводности также должно происходить достаточно резко, а это не согласуется с возможным Постепенным приростом экситонной составляющей.

Наконец, глубинное магнитно-теллурическое зондирование (Об электромагнитном..., 1961) и анализ геомагнитных вариаций, обус­ловленных внешними источниками (Рикитаки, 1968), показывают Резкое увеличение электропроводности ниже раздела Голицина на четыре-пить порядков. Расчеты показали (Любимова, 1968), ЧТО ^эТот скачок не может быть вызван увеличением ионной проводи­мости силикатов с повышением температуры, так как данный эф­фект целиком нейтрализуется возросшим давлением, которое рез-⁰ ограничивает внутреннюю подвижность ионов в решетках кри-сталлических тел. Резкое повышение электропроводности в связи

19

с возможностью оливин-шпинелевого перехода также не объя ет этого явления, так как во многих местах аномально проводят .мантия залегает на глубинах в несколько десятков километр? где не может быть необходимых для такого фазового перехов давлений (Рикитаки, 1968).

Таким образом, представление о силикатно-Окиском составе мантии в пределах всей ее мощности встречается с определение затруднениями при истолковании физических аномалий слоя выяснение природы которого, по мнению В. А. Магницкого, яляется «.. .ключевой проблемой физики мантии».