|
Верхняя мантия – слои «В» и «С» - распространяется до глубины 900 – 1000 км.
Слой В (35 – 400 км) включает область с пониженными значениями скоростей распространения сейсмических волн. Это «истощённая» («деплетированная») мантия. Она обеднена кремнезёмом, щелочами, ураном, торием, редкими землями и другими некогерентными элементами благодаря выплавлению из неё базальтовых пород земной коры. Она охватывает почти всю её литосферную часть. Глубже она сменяется «неистощенной» мантией. Средний первичный состав мантии близок к шпинелевому лерцолиту или гипотетической смеси перидотита и базальта в пропорции 3:1, которая была названа А.Е. Рингвудом пиролитом.
Сейсмическими методами в слое «В» верхней мантии установлен слой относительно менее плотных, как бы «размягченных» пластичных горных пород. Он называется астеносферой (от греч. «астянос» - слабый). В астеносферном слое наблюдается понижение скорости сейсмических волн, особенно поперечных, а также повышенная электрическая проводимость. Это свидетельствует о своеобразном состоянии вещества – вязком и более пластичном по отношению к горным породам вышележащей земной коры и нижележащей мантии.
Твердый надастеносферный слой мантии с земной корой называется литосферой, являющуюся верхней твердой оболочкой Земли, в противоположность гидро- и атмосфере. Благодаря теории тектоники литосферных плит термин "литосфера" получил широчайшее распространение. Теория предполагает движение плит по астеносфере - размягченном, частично, возможно, жидком глубинном слое пониженной вязкости. Однако сейсмология не показывает выдержанной в пространстве астеносферы. Для многих областей выявлены несколько астеносферных слоев, расположенных по вертикали, а также прерывистость их по горизонтали. Особенно определенно их чередование фиксируется в пределах континентов, где глубина залегания астеносферных слоев (линз) варьирует от 100 км до многих сотен. Под океанскими абиссальными впадинами астеносферный слой лежит на глубинах 70-80 км и менее.
Соответственно нижняя граница литосферы фактически является неопределенной, а это создает большие трудности для теории кинематики литосферных плит, что отмечается многими исследователями.
Слой С, или слой Голицина (средняя мантия (мезосфера) – переходная зона между верхней и нижней мантией. Простирается он с глубины 410 км, где отмечается резкое возрастание скоростей продольных волн, до глубины 670 км. Возрастание скоростей объясняется увеличением плотности вещества мантии примерно на 10%, в связи с переходом минеральных видов в другие виды с более плотной упаковкой: например, оливина в вадслеит, а затем вадслеита в рингвудит со структурой шпинели; пироксена в гранат.
Слой D (1000 – 2900 км) – нижняя мантия Земли. Здесь различают слой D (1000 – 2700 км) – область нормального возрастания скоростей сейсмических волн и слой D' (2700 – 2900 км) – узкую пограничную область мантии с ядром, характеризующуюся постоянством скоростей продольных и поперечных волн (рис. 2.4.).
Слой D', находящийся в непосредственном соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре значительно превышают температуры мантии. Местами данный слой порождает огромные, направленные к поверхности Земли, мантийные тепломассопотоки, называемые плюмами, которые в виде потока энергии или высокоэнергетического вещества поднимаются вверх, формируя в земной коре или на её поверхности магматические породы. Они могут проявляться на планете в виде крупных вулканических областей, как, например, на Гавайских островах, в Исландии и других регионах. Гипотеза плюм-тектоники будет более подробно рассмотрена в параграфе. 3.3.
Верхняя граница слоя D' неопределенна; ее уровень от поверхности ядра может варьировать от 200 до 500 км и более. Таким образом, можно заключить, что данный слой отражает неравномерное и разноинтенсивное поступление энергии ядра в область мантии.
Таким образом, нижняя мантия, заключенная между глубинами 670 и 2900 км, простирается по радиусу Земли на 2230 км. Верхняя мантия имеет хорошо фиксирующийся внутренний сейсмический раздел, проходящий на глубине 410 км. При переходе этой границы сверху вниз сейсмические скорости резко возрастают. Здесь, как и на нижней границе верхней мантии, происходят существенные минеральные преобразования.
Сейсмическая граница между манией и ядром на глубине 2900 км, открытая в 1914 г. немецким сейсмологом Б. Гуттенбергом, является наиболее резкой границей раздела в недрах Земли. Здесь скорость продольных сейсмических волн падает от 13,6 до 8,1 км/с; скорость поперечных волн резко изменяется – от 7,3 км/с до нуля. После прохождения границы мантии и ядра скорость продольных волн снова медленно и постепенно нарастает до 11,3 км/с во внутреннем ядре. На глубине 5120 км отмечено слабое отражение сейсмических волн. Эта граница внешнего и внутреннего ядра открыта в 1936 г. датским сейсмологом мисс Леман.
Слои E, F, G образуют ядро Земли: Слой E (2900 – 4980 км) – внешнее ядро. Судя по затуханию в нем поперечных сейсмических волн, находится в расплавленном состоянии. Его вещество испытывает интенсивное конвективное перемешивание, что в сочетании с осевым вращением Земли создает ее главное магнитное поле. Ориентировка этого поля (магнитного диполя) время от времени испытывает быстрое обращение (инверсию), когда знак полюсов меняется на обратный. Состоит внешнее ядро в основном из железа и никеля с некоторой примесью легких элементов – Si, O, S, возможно К и Н.
Слой F (4980 – 5120 км) – переходная зона ядра.
Слой G (5120 – 6371 км) – внутреннее ядро, в отличие от внешнего твердое и, вероятно, полностью состоит из железа и никеля. Предполагается, что оно обособилось позднее ядра в целом и что в связи с охлаждением Земли оно продолжает расти при вытеснении элементов-примесей, содержащихся во внешнем ядре. Внутреннее ядро обладает двумя важными особенностями – оно анизотропно и, главное, вращается со скоростью, несколько отличной от скорости внешнего ядра (и остальной планеты). Эта особенность имеет важное значение для всей геодинамики.
Do'stlaringiz bilan baham: |
