Продолжаем цикл статей о том, как устроена наша планета. Раньше было несколько статей на тему древних континентов и океанов Земли, теперь о том, что находится этажом ниже земной коры – о мантии Земли.
Что представляет собой мантия? Она начинается под подошвой земной коры, и заканчивается на поверхности ядра, на глубине около 2900 км. Мантию делят на верхнюю (слой В), до глубины 400 км, переходный слой Голицына (слой С) в интервале глубин 400–1000 км и нижнюю мантию (слой D) с подошвой на глубине примерно 2900 км. Под океанами в верхней мантии есть еще слой пониженных скоростей распространения сейсмических волн – волновод Гутенберга. Плотность верхней мантии увеличивается от 3,3–3,32 у коры до 3,63–3,70 г/см3 на глубине около 400 км. Далее плотность возрастает до 4,55–4,65 г/см3 на глубине 1000 км. Слой Голицына постепенно переходит в нижнюю мантию, плотность которой плавно возрастает до 5,53–5,66 г/см3 на глубине около 2900 км. Всего мантия составляет 67,5 % общей массы Земли.
Когда 4,6 млрд лет назад из протопланетного облака сформировалась Земля, она состояла из первичного вещества, включавшего в себя равномерно перемешанные соединения железа, более тяжелые, и соединения силикатов, более легкие. Вскоре началось расслоение первичного вещества, соединения железа начались постепенно спускаться вниз, к ядру, а более легкие силикатные соединения подниматься наверх, к коре. Между корой и ядром начал формироваться промежуточный слой мантии. При этом расслоении происходит выделение тепла, и как в любой нагретой жидкости, в мантии возникают процессы тепловой конвекции, в виде восходящих и нисходящих потоков мантийного вещества. Конвективные потоки являются движущей силой дрейфа континентов.
Объем первичного вещества с начала существования Земли все уменьшается, и постепенно закончится совсем, полностью расслоившись на соединения железа, опустившиеся к ядру, и соединения железа, поднявшиеся ближе к коре. При этом перестанет выделяться тепло, начнется охлаждение Земли, и прекращение дрейфа континентов.
Когда после формирования Земли, запустились конвекционные потоки в мантии, то число конвекционных ячеек, по расчетам, составило 80. Ячейки группировались попарно, каждая пара ячеек начала формировать над собой один блок континентальной колы - кратон, то есть кратонов изначально было 40.
Конвекционные потоки сливались вместе, их число уменьшалось, а вместе с ними и сливались и кратоны. 2,6 млрд лет назад возникла одна единственная на всю мантию ячейка конвекции, и над ней возник единый суперконтинент Моногея, объединивший все кратоны. Запустился циклический процесс, когда 400+- млн лет происходит формирование единого суперконтинента за счет объединяющих конвекционных потоков в одноячеистой конвективной системе, затем следующие 400+- млн лет происходит распад единого суперконтинента за счет разделяющих конвекционных потоков в многоячеистой конвективной системе. На данный момент, возникло и распалось 4 единых суперконтинента. Через 1,2 млрд лет предстоит возникнуть последнему, пятому.
Одним из ярких примеров восходящего потока мантийного вещества является северная Атлантика. Поток здесь настолько мощный, что выдавливает океаническую кору выше уровня моря, так получается остров Исландия. Избыточное давление мантии здесь составляет 700-800 бар.
Что происходит с восходящим мантийным потоком, дошедшим до коры? Как правило, восходящие мантийные потоки доходят до коры в центре океанических плит, формируя срединно-океанические хребты. Здесь мантийное вещество выходит на поверхность коры, остывая и превращаясь в вещество океанической земной коры. Ранее существовавшее вещество океанической коры сдвигается в стороны от срединного хребта, сдвигаясь к соседним континентам. Таким образом, океанические плиты коры работают как конвейеры, где вещество коры выходит из мантии в срединных хребтах, остывает, сдвигается следующим мантийным веществом к краю океанической плиты, и там опускается под континентальную кору.
При погружении в мантию, вещество океанической коры оказывается более холодным и плотным, чем окружающее мантийное вещество, которое налипает на опускающуюся кору. Постепенно вещество коры опускается через весь слой мантии и доходит до ядра, погружаясь в него. Легкая мантия, налипшая на кору с начала погружения, при достижении ядра стекает с коры над ядром. Массивы легкой мантии с поверхности, формирующиеся у ядра, начинают подниматься обратно наверх, к коре. Так возникают восходящие потоки мантии. Если в данный момент все континенты соединены в единый суперконтинент, то потоки легкой мантии, поднимающиеся наверх под этим суперконтинентом, рано или поздно начинают разрывать суперконтинент на отдельные плиты, расходящиеся в разные стороны от бывшего центра. По этой причине, все суперконтиненты в истории Земли были обречены на распад, и не существовали дольше 100 млн лет.
Другие статьи из земного цикла – здесь.
Продолжение следует.
На этом спасибо за внимание!