Мантия Земли — часть Земли, расположенная между земной корой и ядром. Она составляет более 80% объёма нашей планеты, её масса — почти 70% массы нашей планеты. Вещество мантии в основном находится в твёрдом состоянии, но его плотность ниже плотности земного ядра. Общественная служба новостей расскажет, что из себя представляет мантия Земли.
Общая характеристика земной мантии
Мантия Земли — это слой, расположенный между земной корой и ядром. Она начинается на глубине от 5–70 км под поверхностью, в зависимости от типа коры (океанической или континентальной), и простирается до границы с внешним ядром на глубине около 2900 км. Мантия занимает более 80% объема планеты и около 65% ее массы. Этот слой отделен от коры границей Мохоровичича, а от ядра — границей Гутенберга.
Средняя толщина мантии составляет примерно 2850 км. Ее объем оценивается в 8,3·10¹¹ км³. Из-за огромной глубины залегания прямые исследования мантии невозможны, поэтому основная информация о ней получена косвенными методами: анализом сейсмических волн, экспериментами с высоким давлением и изучением мантийных ксенолитов — фрагментов пород, вынесенных на поверхность вулканической деятельностью.
Верхняя граница мантии совпадает с подошвой земной коры. Нижняя граница отделяет мантию от внешнего ядра, которое находится в жидком состоянии. Переход между мантией и ядром сопровождается резким изменением плотности и химического состава. Сейсмические данные указывают на существование зон с аномальными свойствами, например, слоя D” на границе мантии и ядра толщиной около 200 км.
Состав и структура земной мантии
Химический и минералогический состав мантии определяет ее физические свойства.
Минералогический состав
Основу мантии составляют силикатные породы, богатые железом и магнием. В верхней мантии преобладают оливин, пироксены и гранаты. На глубине 410–660 км эти минералы трансформируются в высокобарические фазы: вадслеит, рингвудит, майорит и бриджманит. В нижней мантии доминирует перовскит и ферропериклаз.
Химический состав
Химически мантия состоит преимущественно из кислорода (44,8%), магния (22,8%), кремния (21,5%), железа (5,8%), алюминия (2,2%) и кальция (2,3%). Также присутствуют примеси натрия, калия, титана и других элементов. Состав варьируется с глубиной: в верхней мантии больше алюмосиликатов, в нижней — оксидов и соединений, устойчивых к экстремальным давлениям.
Структура мантии
Мантию делят на верхнюю (до 660 км) и нижнюю (до 2900 км). Верхняя мантия включает литосферную мантию (жесткий слой, соединенный с корой) и астеносферу — пластичный слой, где температура приближается к точке плавления пород. Нижняя мантия более однородна по составу, но имеет зоны с аномальной плотностью, связанные с погружением литосферных плит или восходящими потоками.
Переходная зона
На глубине 410–660 км расположена переходная зона, где происходят фазовые переходы минералов. Например, оливин преобразуется в вадслеит (410 км), а затем в рингвудит (520 км). Эти изменения влияют на скорость сейсмических волн и теплоперенос. Переходная зона играет роль барьера для движения вещества между верхней и нижней мантией.
Физические условия земной мантии
Мантия Земли существует в экстремальных условиях, недоступных для прямого наблюдения. Температура, давление, плотность и вязкость в ней достигают колоссальных значений.
Температура и давление
Температура в мантии повышается с глубиной: от 500–900°C у границы с корой до 3500–4000°C у границы с ядром. Давление возрастает от 1,4 ГПа (на глубине 50 км) до 140 ГПа (у ядра).
Плотность и вязкость
Плотность мантии увеличивается с 3,3 г/см³ в верхних слоях до 5,7 г/см³ у границы с ядром. Вязкость варьируется от 10¹⁹–10²¹ Па*с в астеносфере до 10²²–10²⁴ Па*с в нижней мантии. Высокая вязкость замедляет конвекционные процессы, но не останавливает их.
Сейсмические волны
Скорость распространения сейсмических волн — ключевой источник данных о мантии. P-волны (продольные) ускоряются до 13,7 км/с в нижней мантии, S-волны (поперечные) — до 7,3 км/с. Резкие изменения скорости на глубинах 410 и 660 км подтверждают фазовые переходы.
Электропроводность
Электропроводность мантии растет с глубиной из-за увеличения температуры и давления. В нижней мантии она достигает 10²–10³ См/м, что сопоставимо с полупроводниками. Мантия не генерирует магнитное поле, но влияет на его структуру через тепловые потоки, воздействующие на жидкое ядро.
Читайте также по теме: