Что такое мантия в географии

Мантия Земли

Ма́нтия — часть Земли (геосфера), расположенная непосредственно под корой и выше ядра. В мантии находится большая часть вещества Земли. Мантия есть и на других планетах. Земная мантия находится в диапазоне от 30 до 2900 км от земной поверхности.

Границей между корой и мантией служит граница Мохоровичича или, сокращённо, Мохо. На ней происходит резкое увеличение сейсмических скоростей — от 7 до 8—8,2 км/с. Находится эта граница на глубине от 7 (под океанами) до 70 километров (под складчатыми поясами). Мантия Земли подразделяется на верхнюю мантию и нижнюю мантию. Границей между этими геосферами служит слой Голицына, располагающийся на глубине около 670 км.

В начале 17 века активно обсуждалась природа границы Мохоровичича. Некоторые исследователи предполагали, что там происходит метаморфическая реакция, в результате которой образуются породы с высокой плотностью. В качестве такой реакции предлагалась реакция эклогитизации, в результате которой породы базальтового состава превращаются в эклогит, и их плотность увеличивается на 30 %. Другие учёные объясняли резкое увеличение скоростей сейсмических волн изменением состава пород — от относительно лёгких коровых кислых и основных к плотным мантийным ультраосновным породам. Это точка зрения сейчас является общепризнанной.

Отличие состава земной коры и мантии — следствие их происхождения: исходно однородная Земля в результате частичного плавления разделилась на легкоплавкую и лёгкую часть — кору и плотную и тугоплавкую мантию.

Содержание

Источники информации о мантии

Мантия Земли недоступна непосредственному исследованию: она не выходит на земную поверхность и не достигнута глубинным бурением. Поэтому большая часть информации о мантии получена геохимическими и геофизическими методами. Данные же о её геологическом строении очень ограничены.

Мантию изучают по следующим данным:

Эти комплексы имеют то преимущество, что в них можно наблюдать геологические соотношения между различными породами.

Недавно было объявлено, что японские исследователи планируют предпринять попытку пробурить океаническую кору до мантии. Начало бурения планируется на 2007 год. Обсуждалась также возможность проникновения к границе Мохоровичича и в верхнюю мантию с помощью самопогружающихся вольфрамовых капсул, обогреваемых теплом распадающихся радионуклидов (M.I. Ojovan, F.G.F. Gibb, P.P. Poluektov, E.P. Emets. Probing of the interior layers of the Earth with self-sinking capsules. Atomic Energy, 99, No. 2, 556—562 (2005)).

Состав мантии

Также среди мантийных пород установлены редкие разновидности пород, не встречающиеся в земной коре. Это различные флогопитовые перидотиты, гроспидиты, карбонатиты.

Строение мантии

Процессы, идущие в мантии, оказывают самое непосредственное влияние на земную кору и поверхность земли, являются причиной движения континентов, вулканизма, землетрясений, горообразования и формирования рудных месторождений. Всё больше свидетельств того, что на саму мантию активно влияет металлическое ядро Земли.

Источник

Шесть основных фактов про мантию Земли

Мантия – это толстый слой горячей твердой породы между земной корой и ядром из расплавленного железа. Она занимает основную часть Земли, составляя две трети массы планеты. Мантия начинается на глубине около 30 километров и достигает 2900 километров.

Структура Земли

Земля имеет тот же состав элементов, что и Солнце и другие планеты (не учитывая водород и гелий, которые улетучились из-за гравитации Земли). Не беря во внимание железо в ядре, мы можем подсчитать, что мантия представляет собой смесь магния, кремния, железа и кислорода, что примерно соответствует по составу минералам.

Но именно то, что смесь минералов присутствует на заданной глубине является сложным вопросом, который не достаточно обоснован. Мы можем получает образцы из мантии, куски пород, поднятые при определенных вулканических извержениях, с глубины около 300 километров, а иногда и гораздо глубже. Они показывают, что самая верхняя часть мантии состоит из перидотита и эклогита. Самое интересное, что мы получаем от мантии – это бриллианты.

Деятельность в мантии

Верхнюю часть мантии медленно перемешивают движения плит, проходящих над ней. Это вызвано двумя видами деятельности. Во-первых, происходит движение подвижных плит вниз, которые скользят друг под другом. Во-вторых, происходит восходящее движение мантийной породы, когда две тектонические плиты расходятся и раздвигаются. Тем не менее, все эти действие не полностью смешивает верхний слой мантии, и геохимики считают верхнюю мантию каменной версией мраморного пирога.

Мировые модели вулканизма отражают действие тектоники плит, за исключением нескольких областей планеты, называемых горячими точками. Горячие точки могут служить ключом к подъему и опусканию материалов гораздо глубже в мантии, возможно, с самого ее основания. В наши дни идет энергичная научная дискуссия о горячих точках планеты.

Изучение мантии с помощью сейсмических волн

Наши инструменты достаточно хороши, чтобы рассматривать мантию Земли так, как врачи делают ультразвуковые снимки своих пациентов. После столетия сбора данных о землетрясениях мы можем сделать несколько впечатляющих карт мантии.

Моделирование мантии в лаборатории

Минералы и породы меняются под высоким давлением. Например, общий мантийный минерал – оливин преобразовывается в различные кристаллические формы на глубинах около 410 километров и снова на 660 километрах.

Изучение поведения минералов в условиях мантии происходит двумя способами: компьютерное моделирование, основанное на уравнениях физики минералов и лабораторных экспериментах. Таким образом, современные исследования мантии проводятся сейсмологами, программистами и лабораторными исследователями, которые теперь могут воспроизводить условия в любом месте мантии с помощью лабораторного оборудования под высоким давлением, такого как ячейка с алмазной наковальней.

Слои мантии и внутренние границы

Столетие исследований позволило заполнить некоторые пробелы в знаниях о мантии. Она имеет три основных слоя. Верхняя мантия простирается от основания коры (Мохоровичича) до глубины 660 километров. Переходная зона расположена между 410 и 660 километрами, где происходят значительные физические изменения минералов.

Нижняя мантия простирается от 660 до примерно 2700 километров. Здесь сейсмические волны сильно приглушены, и большинство исследователей считают, что породы под ними различны по химическому составу, а не только по кристаллографии. И последний спорный слой на дне мантии имеет толщину около 200 километров и является границей между ядром и мантией.

Почему мантия Земли особенная

Поскольку мантия является основной частью Земли, ее история имеет фундаментальное значение для геологии. Мантия сформировалась во время рождения Земли, как океан жидкой магмы на железном ядре. Поскольку она затвердевала, элементы, которые не вписывались в основные минералы, собрались в виде накипи на вершине коры. Затем, мантия начала медленную циркуляцию, которую продолжает последние 4 миллиарда лет. Верхняя часть мантии начала охлаждаться, потому что она перемешивалась и гидратировалась тектоническими движениями поверхностных плит.

В то же время мы многое узнали о структуре других планет земной группы (Меркурия, Венеры и Марса). По сравнению с ними, у Земли есть активная смазанная мантия, которая является особенной благодаря тому же элементу, который отличает ее поверхность: воде.

Источник

Мантия Земли

Земля — это планета земной группы, на которой есть жизнь. Строение и состав планеты изучает множество наук: астрономия, геология, метеорология, география и биология. Под земной корой кроется мантия — интересная и загадочная оболочка, непосредственно исследовать которую невозможно. На земной поверхности мантия не появляется, глубинным бурением к ней добраться не получится. Что же такое мантия? Из чего она состоит и каким образом её изучают?

Что такое мантия Земли

Мантия Земли — одна из внутренних оболочек планеты, которая расположена между земной корой и ядром. Она имеет более половины массы Земли и занимает более 80% объёма земного шара. Поверхность Мохоровичича является границей между земной корой и мантией. На этой поверхности быстрота сейсмических волн внезапно увеличивается и достигает 8 км/с. Глубина границы Мохоровичича равняется от 7-8 до 70 километров.

Виды мантии Земли

Мантия Земли разделяется на верхнюю и нижнюю мантию. Между ними есть так называемая переходная зона — слой Голицына. Этот слой располагается на глубине около 670 км. Именно на этой глубине происходит резкий скачок скорости волн, а также меняется характер их происхождения. Слой Голицына находится между нижней и наружной мантией.

Строение и слои мантии Земли

О строении мантии наверняка не могут знать даже учёные. Однозначного и конкретного ответа на этот вопрос пока нет. Но так как проводились некоторые исследования, то предположения о строении мантии есть. Мантия состоит из наружного слоя, переходной зоны и нижнего слоя. Каждая из поверхностей мантии имеет свои геофизические и геохимические данные, которые изучались учёными на протяжении десятков, а то и сотен лет.

Состав мантии Земли

Состав мантии установить крайне сложно, как и её строение. Её изучают с помощью тех обломков, которые иногда появляются на поверхности земли. Данный участок внутренней поверхности Земли имеет зеленовато-чёрный цвет. Горные породы в составе являются основными и состоят из железа, магния, кислорода, кальция, кремния. Видимый вид обломков мантии напоминает метеориты из камня, которые иногда падают на Землю.

Вещества, находящиеся в мантии, вязкие и жидкие. Вязкость мантийной породы колеблется от 10 21 до 10 24 Па•с и зависит от глубины. Температура в этой породе очень высокая и иногда достигает не одной тысячи градусов. Мантия находится в постоянном движении, поэтому происходит круговорот породы: некоторые массы охлаждаются и затвердевают, а другие расплавляются под воздействием высоких температур. Этот процесс никогда не останавливается.

Верхняя часть мантии Земли

Наружный слой мантии достигает глубины от 30-40 км до 400 км. Под океанами и материками планеты располагается основная часть верхнего слоя мантии — подкорковая мантия. Она достигает глубины 80 км под океанами и 200-300 км под континентами. Продольные и поперечные сейсмические волны в этом слое плавно набирают скорость, так как происходит давление располагающихся выше толщ породы.

Под подкорковой мантией располагается слой, в котором скорость сейсмических волн постепенно снижается и достигает своего минимума, а на некоторых участках волны совсем не проходят. Учёные считают, что на таких сегментах мантия Земли находится в жидком состоянии. Этот слой в верхней части мантии называется астеносферой. Астеносфера характеризуется снижением скорости и пониженной прочностью.

Внутренняя мантия Земли

Внутренняя (нижняя) мантия начинается после переходного слоя на глубине 670 км. В этой части мантии скорость волн более или менее постоянная, без резких скачков и изменений. Нижняя мантия располагается на глубине от 670 км и до 2700 км. После этой части начинается граница Гуттенберга, которая отделяет мантию от ядра Земли и имеет толщину около 200 км. Учёные считают, что породы в нижней части мантии различны по своему химическому составу и кристаллографии.

Температура мантии Земли

Измерить точную температуру мантии невозможно, поэтому учёные в лабораторных условиях создали похожую среду с помощью аналога самого распространённого материала мантии. Затем его подвергли высокому давлению и температуре. Этот эксперимент постоянно корректировали из-за неправильного содержания воды в синтетическом оливине, который использовали в качестве аналога породы мантии. В конечном итоге всё-таки удалось довести эксперимент до конца и добиться достоверных результатов.

Температура мантии оказалась на 60°C выше, чем изначально считалось. Благодаря экспериментам с плавлением пород удалось достичь отметки 1410°C. Но ученые считают, чем ближе к ядру Земли, тем температура мантии выше и может достигать 4000°C. А возле земной коры ближе к поверхности Земли температура мантии составляет около 900°C.

Давление мантии Земли

Мантия является самым массивным и объёмным слоем планеты и достигает глубины 2890 км, имеет высокую плотность. Её давление рассчитывается, основываясь на плотностной модели Земли. Давление мантии, как и её температура, может отличаться в разных слоях и зависит от глубины. Возле континентальной коры оно равняется 1 ГПа, а в нижних слоях мантии достигает 140 ГПа. Под океанами, как правило, давление спадает.

Движение мантии Земли

Процессы, которые происходят в мантии, напрямую влияют на земную кору и всю поверхность планеты. Все эти движения являются причиной землетрясений, извержения вулканов, образования гор и перемещения материков.

На саму мантию сильно влияет земное ядро, возле которого она расположена. Есть предположение, что земная кора сформировалась из мантии и этот процесс не прекращается. Также учёные считают, что ядро Земли увеличивается за счёт мантии. На их границе происходит резкий скачок плотности и скорости волн.

Корни вулканов уходят в верхний слой мантии. Выход лавы и газов во время извержения тесно связан с процессами, происходящими в наружном слое мантии. Также на деятельность вулканов влияют разрывы в земной коре планеты. Магму, которая движется из глубин вулканов к их поверхности во время извержения, изучить практически невозможно. Более или менее доступна изучению лава, которая в отличие от магмы уже не имеет паров и газов.

Процессы, происходящие в мантии Земли

Под воздействием разницы температур в земной мантии обнаруживается тепловая конвекция. Это означает, что из нижних слоёв некоторые вещества поднимаются в верхние слои мантии. За счёт тепловой конвекции происходит движение литосферных плит.

Предполагается, что движение плит происходит по астеносфере, которая находится в размягчённом состоянии. Астеносферные слои располагаются как по вертикали, так и по горизонтали. Их чередование хорошо фиксируется под континентами на глубине от 100 км.

Способы изучения мантии Земли

Все слои, которые находятся ниже земной коры, очень труднодоступны для изучения. Огромные глубины, высочайшие температуры, прирост плотности и сильное давление существенно снижают возможности для получения информации о мантии и коре планеты.

Некоторые данные учёные получают с помощью фрагментов мантии, алмазов, горных образцов. Но стоит учитывать, что они никогда не заменят породу из глубоких слоёв Земли. Даже если некоторые фрагменты мантии достигают земной коры и выходят на поверхность, они теряют свои прежние свойства и особенности из-за изменения среды, в которой находятся.

На сегодняшний день основным способом изучения мантии Земли являются геофизические данные. Учёные делают свои предположения об особенностях строения мантии, изучая скорость сейсмических волн и электропроводность породы.

До появления сейсмологии знания человечества о строении Земли основывались только на предположениях и догадках. Благодаря этой науке и множеству проведённых исследований, современные знания о строении планеты вышли на новый уровень.

Сейсмические волны образуются в результате разлома породы. На определённых участках происходит высокое напряжение, которое нарушает прочность, и происходит разлом земной коры. Сейсмические волны бывают трёх видов.

Скорость поперечных и продольных волн напрямую зависит от того, в каких именно породах они проходят. Участки прохождения волн отличаются по упругости, плотности, происхождению.

Подземный «океан» в мантии

Учёные пока затрудняются ответить, почему в недрах планеты находится так много воды и как она туда попала. Существует предположение, что она оказалась во внутренних слоях Земли ещё во времена формирования планеты. Ранее геофизики считали, что водные ресурсы проникают в недра планеты из Мирового океана в результате движения литосферных плит, а также наслоения одной плиты на другую. Но количество воды слишком высокое для данного механизма её появления под землёй.

Исследования показывают, что так называемый круговорот воды на планете устроен намного сложнее, чем считалось ранее. В обычном для людей смысле назвать водой вещество, которое называют подземным «океаном», нельзя. Это не совсем та вода, которую человечество привыкло видеть. Этот минерал называется брусит. Он состоит из воды на 79%. Хотя содержание бурсита в мантии Земли равняется примерно 3%, подземный «океан», выйдя на поверхность, охватил бы всю Землю. Это явление считается невероятным и нереальным, если пользоваться только теми знаниями, которыми владеет человечество на данный момент.

Открытие подземных гор

В начале 2019 года на границе Голицына между верхней и нижней мантией геологи обнаружили горы и расщелины. В этом открытии помогли данные, которые были собраны сейсмическими станциями во время землетрясения в Боливии в 1994 году. Оно было такой силы, что волны достигли пограничного слоя между мантиями.

Исследователи сделали вывод, что наличие гор в мантии говорит о сохранности земной коры и наружного слоя мантии в таком виде, который был ещё во время формирования планеты.

Изучение строения Земли — это актуальное направление геологических наук. Отличие в сейсмических характеристиках геосфер создаёт возможность моделировать геодинамические процессы. Благодаря изучению внутренних слоёв планеты стало понятно, что все земные оболочки обладают автономностью.

Источник

Мантия Земли

Мантия Земли – это наиболее важный участок нашей планеты, так как именно тут сосредоточена большая часть веществ. Он намного толще, чем остальные компоненты и, по сути, занимает большую часть пространства – около 80%. Изучению именно этой части планеты ученые посвятили большую часть времени.

Строение

Строение мантии ученые могут только предполагать, так как методов, которые бы однозначно дали ответ на данный вопрос, пока что не существует. Но, проведенные исследования дали возможность предположить, что данный участок нашей планеты состоит из таких слоев:

Следует отметить, что в мантии планеты есть такие горные породы, которых нет в земной коре.

Состав

Само собой, что точно установить из чего состоит мантия нашей планеты, нельзя, так как добраться туда невозможно. Поэтому, все, что удается изучить ученым, происходит при помощи обломков этого участки, которые периодически появляются на поверхности.

Так, после ряда исследований удалось выяснить, что этот участок Земли черно-зеленого цвета. Основной состав – это горные породы, которые состоят из таких химических элементов:

По внешнему виду, а в чем-то даже и по составу, она очень похожа на каменные метеориты, которые также периодически попадают на нашу планету.

Вещества, которые находятся в самой мантии, жидкие, вязкообразные, так как температура на данном участке превышает тысячи градусов. Ближе к коре Земли температура снижается. Таким образом, происходит некоторый круговорот – те массы, которые уже охладились, спускаются вниз, а разогретые до предела попадают наверх, поэтому процесс «смешивания» никогда не прекращается.

Периодически, такие разогретые потоки попадают в самую кору планеты, в чем им оказывают содействие действующие вулканы.

Способы изучения

Само собой разумеется, что слои, которые находятся на большой глубине достаточно сложно изучать и не только потому, что не такой техники. Усложняется процесс еще и тем, что температура практически постоянно повышается, а вместе с тем возрастает и плотность. Поэтому, можно сказать, что глубина нахождения слоя, является наименьшей проблемой, в этом случае.

Вместе с тем, ученым все же удалось продвинуться в изучении данного вопроса. Для исследования этого участка нашей планеты, главным источником информации были выбраны как раз геофизические показатели. Кроме этого, в ходе исследования, ученые используют и такие данные:

Что касается последнего, то здесь особенного внимания ученых заслуживают именно алмазы – по их мнению, изучая состав и строение этого камня, можно выяснить много интересного даже о нижних слоях мантии.

Изредка, но встречаются мантийные породы. Их изучение также позволяет добыть ценную информацию, но в той или иной степени все же будут присутствовать искажения. Обусловлено это тем, что в коре происходят различные процессы, которые несколько отличаются от тех, которые происходят в глубинах нашей планеты.

Отдельно следует рассказать о технике, при помощи которой ученые пытаются достать оригинальные породы мантии. Так, в 2005 году в Японии было возведено специальное судно, которое, по мнению самих разработчиков проекта, сможет сделать рекордно глубокую скважину. На данный момент работы еще идут, а старт проекта намечен уже на 2020 год – ждать осталось не так уж и много.

Сейчас же все изучения строения мантии происходят в рамках лаборатории. Ученые уже точно установили, что нижний слой этого участка планеты, практически весь состоит из кремния.

Давление и температура

Распределение давления в пределах мантии неоднозначно, собственно как и температурного режима, но обо всем по порядку. На долю мантии приходится больше половины веса планеты, а если сказать точнее, то 67%. В участках под земной корой давление составляет около 1,3-1,4 млн.атм., при этом, следует отметить, что в местах, где расположены океаны, уровень давления существенно спадает.

Что же касается температурного режима, то здесь данные вовсе неоднозначны и базируются только на теоретических предположениях. Так, у подошвы мантии предполагается температура в 1500-10 000 градусов по Цельсию. В целом, ученые предположили, что температурный уровень на данном участке планеты более близок к температуре плавления.

Источник

Земная мантия

Мантия — часть Земли (геосфера), расположенная непосредственно под корой и выше ядра. В мантии находится большая часть вещества Земли. Мантия есть и на других планетах. Земная мантия находится в диапазоне от 30 до 2900 км.

Границей между корой и мантией служит граница Мохоровичича или, сокращенно, Мохо. На ней происходит резкое увеличение сейсмических скоростей — от 7 до 8—8,2 км/с. Находится эта граница на глубине от 7 (под океанами) до 70 километров (под складчатыми поясами). Мантия Земли подразделяется на верхнюю мантию и нижнюю мантию. Границей между этими геосферами служит слой Голицына, располагающийся на глубине около 670 км.

В начале XX века активно обсуждалась природа границы Мохоровичича. Некоторые исследователи предполагали, что там происходит метаморфическая реакция, в результате которой образуются породы с высокой плотностью. В качестве такой реакции предлагалась реакция эклогитизации, в результате которой породы базальтового состава превращаются в эклогит, и их плотность увеличивается на 30 %. Другие ученые объясняли резкое увеличение скоростей сейсмических волн изменением состава пород — от относительно легких коровых кислых и основных к плотным мантийным ультраосновным породам. Это точка зрения сейчас является общепризнанной.

Отличие состава земной коры и мантии — следствие их происхождения: исходно однородная Земля в результате частичного плавления разделилась на легкоплавкую и легкую часть — кору и плотную и тугоплавкую мантию.

Содержание

Источники информации о мантии

Мантия Земли недоступна непосредственному исследованию: она не выходит на земную поверхность и не достигнута глубинным бурением. Поэтому большая часть информации о мантии получена геохимическими и геофизическими методами. Данные же о её геологическом строении очень ограничены.

Мантию изучают по следующим данным:

Эти комплексы имеют то преимущество, что в них можно наблюдать геологические соотношения между различными породами.

Недавно было объявлено, что японские исследователи планируют предпринять попытку пробурить океаническую кору до мантии. Начало бурения планируется на 2007 год. Обсуждалась также возможность проникновения к границе Мохоровичича и в верхнюю мантию с помощью самопогружающихся вольфрамовых капсул, обогреваемых теплом распадающихся радионуклидов (M.I. Ojovan, F.G.F. Gibb, P.P. Poluektov, E.P. Emets. Probing of the interior layers of the Earth with self-sinking capsules. Atomic Energy, 99, No. 2, 556—562 (2005)).

Состав мантии

Мантия сложена главным образом ультаосновными породами: перовскитами, перидотитами, (лерцолитами, гарцбргитами, верлитами, пироксенитами), дунитами и в меньшей степени основными породами — эклогитами.

Также среди мантийных пород установлены редкие разновидности пород, не встречающиеся в земной коре. Это различные флогопитовые перидотиты, гроспидиты, карбонатиты.

Строение мантии

Процессы, идущие в мантии, оказывают самое непосредственное влияние на земную кору и поверхность земли, являются причиной движения континентов, вулканизма, землетрясений, горообразования и формирования рудных месторождений. Всё больше свидетельств того, что на саму мантию активно влияет металлическое ядро Земли.

Источник