D.Yu. Puščarovskis, Yu.M. Pushcharovsky (Maskavas Valsts universitāte nosaukta M.V. Lomonosova vārdā)

Zemes dziļo čaulu sastāvs un struktūra pēdējās desmitgadēs joprojām ir viena no intriģējošākajām mūsdienu ģeoloģijas problēmām. Tiešo datu par dziļo zonu būtību skaits ir ļoti ierobežots. Šajā sakarā īpašu vietu aizņem minerālu minerāls no Lesoto (Dienvidāfrika) kimberlīta caurules, kas tiek uzskatīts par ~ 250 km dziļumā sastopamo mantijas iežu pārstāvi. Kodols, kas pacelts no pasaules dziļākās akas, kas izurbts Kolas pussalā un sasniedza 12 262 m atzīmi, ievērojami paplašināja zinātnisko izpratni par zemes garozas dziļajiem horizontiem - pasaules plāno virsmas plēvi. Tajā pašā laikā jaunākie ģeofizikas dati un eksperimenti, kas saistīti ar minerālu strukturālo pārveidojumu izpēti, jau tagad ļauj simulēt daudzas Zemes dziļumos notiekošās struktūras, sastāva un procesu iezīmes, kuru zināšanas palīdz atrisināt tādas mūsdienu dabas zinātnes galvenās problēmas kā planētas veidošanās un evolūcija, dinamika garoza un apvalks, derīgo izrakteņu avoti, bīstamo atkritumu apglabāšanas riska novērtējums lielā dziļumā, Zemes enerģijas resursi utt.

Zemes struktūras seismiskais modelis

Zināmo Zemes iekšējās struktūras modeli (tās sadalījumu kodolā, apvalkā un garozā) 20. gadsimta pirmajā pusē izstrādāja seismologi G. Džefrišs un B. Gūtenbergs. Izšķirošais faktors šajā izrādījās seismisko viļņu pārejas ātruma straujas samazināšanās atklāšana pasaules iekšienē 2900 km dziļumā ar planētas rādiusu 6371 km. Seismisko garenvirziena viļņu izplatīšanās ātrums tieši virs norādītās robežas ir 13,6 km / s, bet zem tā - 8,1 km / s. Tā tas ir mantijas un kodola robeža.

Attiecīgi kodola rādiuss ir 3471 km. Apvalka augšējā robeža ir Mokhoroviča seismiskā daļa ( Moho , M), identificēja Dienvidslāvijas seismologs A. Mohorovičs (1857-1936) tālajā 1909. gadā. Tas atdala zemes garozu no apvalka. Uz šīs robežas garenisko viļņu ātrums, kas iet caur zemes garozu, pēkšņi palielinās no 6,7-7,6 līdz 7,9-8,2 km / s, bet tas notiek dažādos dziļuma līmeņos. Zem kontinentiem M sadalījuma dziļums (tas ir, zemes garozas dibens) ir pirmie desmiti kilometri, un zem dažām kalnu struktūrām (Pamira, Andi) tas var sasniegt 60 km, savukārt zem okeāna silēm, ieskaitot ūdens kolonnu, dziļums ir tikai 10-12 km. ... Parasti zemes garoza šajā shēmā veidojas kā plāns apvalks, savukārt apvalka dziļums ir 45% no zemes rādiusa.

Bet 20. gadsimta vidū zinātnē ienāca idejas par vairāk sadalītu Zemes struktūru. Pamatojoties uz jauniem seismoloģiskajiem datiem, izrādījās, ka ir iespējams sadalīt kodolu iekšējā un ārējā, bet apvalku - apakšējā un augšējā (1. attēls). Šis modelis, kas ir kļuvis plaši izplatīts, tiek izmantots arī mūsdienās. To uzsāka Austrālijas seismologs K.E. Bulēns, kurš 40. gadu sākumā piedāvāja Zemes sadalīšanas zonās shēmu, kuru viņš apzīmēja ar burtiem: A - zemes garoza, B - zona dziļuma intervālā 33-413 km, C - zona 413-984 km, D - 984-2898 km zona , D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (Zemes centrs). Šīs zonas izceļas ar seismiskām īpašībām. Vēlāk viņš sadalīja D zonu D "(984-2700 km) un D" (2700-2900 km) zonās. Pašlaik šī shēma ir ievērojami modificēta, un literatūrā tiek plaši izmantots tikai D "slānis. Tās galvenā iezīme ir seismiskā ātruma gradientu samazināšanās salīdzinājumā ar pārklājošo mantijas reģionu.

Attēls: 1. Zemes dziļās struktūras shēma

Jo vairāk tiek veikti seismoloģiskie pētījumi, jo vairāk parādās seismiskās robežas. 410, 520, 670, 2900 km robežas tiek uzskatītas par globālām, kur seismisko viļņu ātrumu pieaugums ir īpaši jūtams. Kopā ar tām izšķir starpposma robežas: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 km. Turklāt ir ģeofiziķu norādes par robežu esamību 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 km. N.I. Pavlenkova nesen identificēja robežu 100 kā globālu, kas atbilst augšējā apvalka dalīšanas apakšējam līmenim blokos. Starpposma robežām ir atšķirīgs telpiskais sadalījums, kas norāda uz apvalka fizisko īpašību sānu mainīgumu, no kā tās ir atkarīgas. Globālās robežas pārstāv atšķirīgu parādību kategoriju. Tie atbilst globālajām izmaiņām mantijas vidē gar Zemes rādiusu.

Ģeoloģisko un ģeodinamisko modeļu konstruēšanā tiek izmantotas iezīmētās globālās seismiskās robežas, savukārt starpprodukti šajā ziņā līdz šim nav piesaistījuši lielu uzmanību. Tikmēr atšķirības to izpausmes mērogā un intensitātē rada empīrisku pamatu hipotēzēm par parādībām un procesiem planētas dziļumos.

Zemāk mēs apsvērsim, kā ģeofiziskās robežas korelē ar nesen iegūtajiem minerālu strukturālo izmaiņu rezultātiem augsta spiediena un temperatūras ietekmē, kuru vērtības atbilst zemes dziļumu apstākļiem.

Dziļzemes čaulu vai ģeosfēru sastāva, struktūras un minerālu asociāciju problēma, protams, joprojām ir tālu no galīgā risinājuma, taču jauni eksperimentu rezultāti un idejas ievērojami paplašina un detalizē atbilstošās koncepcijas.

Saskaņā ar mūsdienu uzskatiem, apvalkā dominē salīdzinoši neliela ķīmisko elementu grupa: Si, Mg, Fe, Al, Ca un O. ģeosfēras sastāva modeļi galvenokārt balstās uz šo elementu attiecību atšķirībām (Mg / (Mg + Fe) \u003d 0,8-0,9; (Mg + Fe) / Si \u003d 1,2P1.9), kā arī uz atšķirībām Al un daži citi elementi, kas biežāk sastopami dziļos iežos. Saskaņā ar ķīmisko un mineraloģisko sastāvu šie modeļi ieguva nosaukumus: pirolīts (galvenie minerāli ir olivīns, piroksēni un granāts attiecībā 4: 2: 1), piklogīts (galvenie minerāli ir piroksēns un granāts, un olivīna īpatsvars samazinās līdz 40%) un eklogīts, kas kopā ar eklogītiem raksturīgo piroksēna-granāta asociāciju satur arī retākus minerālus, jo īpaši Al saturošu kianītu Al2SiO5 (līdz 10 masas%) ). Tomēr visi šie petroloģiskie modeļi galvenokārt attiecas uz augšējā apvalka ieži stiepjas līdz ~ 670 km dziļumam. Attiecībā uz dziļāko ģeosfēru lielāko sastāvu tiek pieņemts tikai, ka divvērtīgo elementu (MO) oksīdu un silīcija dioksīda (MO / SiO2) attiecība ir ~ 2, kas ir tuvāk olivīnam (Mg, Fe) 2SiO4 nekā piroksēnam (Mg, Fe) SiO3, un Minerālos dominē perovskīta fāzes (Mg, Fe) SiO3 ar dažādiem strukturāliem izkropļojumiem, magnēzivostīts (Mg, Fe) O ar NaCl tipa struktūru un dažas citas fāzes daudz mazākos daudzumos.

Visi piedāvātie modeļi ir ļoti vispārināti un hipotētiski. Augšējā apvalka pirolīta modelis, kurā dominē olivīns, liecina, ka tas pēc ķīmiskā sastāva ir daudz līdzīgāks visai dziļākajai mantijai. Gluži pretēji, piklogīta modelis norāda uz noteiktu ķīmisku kontrastu starp apvalka augšējo un pārējo daļu. Konkrētāks eklogīta modelis ļauj atsevišķu eklogīta lēcu un bloku klātbūtni augšējā apvalkā.

Lielu interesi rada mēģinājums saskaņot strukturāli mineraloģiskos un ģeofizikālos datus, kas saistīti ar augšējo apvalku. Aptuveni 20 gadus tiek pieņemts, ka seismisko viļņu ātrumu pieaugums ~ 410 km dziļumā galvenokārt ir saistīts ar olivīna a- (Mg, Fe) 2SiO4 strukturālu pārkārtošanos wadsleyite b- (Mg, Fe) 2SiO4, ko papildina blīvākas fāzes veidošanās ar lielām koeficientu vērtībām elastība. Saskaņā ar ģeofizikālajiem datiem šādos Zemes iekšienes dziļumos seismisko viļņu ātrumi palielinās par 3-5%, savukārt olivīna strukturālajai pārveidošanai par wadleyleyītu (atbilstoši to elastīgo moduļu vērtībām) jāpapildina ar seismisko viļņu ātrumu pieaugumu par aptuveni 13%. Tajā pašā laikā olivīna un olivīna-piroksēna maisījuma eksperimentālu pētījumu rezultāti augstā temperatūrā un spiedienā atklāja pilnīgu sakritību aprēķinātajam un eksperimentālajam seismisko viļņu ātrumu pieaugumam dziļuma intervālā 200–400 km. Tā kā olivīnam ir aptuveni tāda pati elastība kā augsta blīvuma monoklīniskiem piroksēniem, šiem datiem vajadzētu norādīt uz ļoti elastīga granāta trūkumu apakšējā zonā, kuras klātbūtne mantijā neizbēgami izraisītu nozīmīgāku seismisko viļņu ātrumu pieaugumu. Tomēr šie bez granāta apvalka jēdzieni nonāca konfliktā ar tā sastāva petroloģiskajiem modeļiem.

1. tabula. Pirolīta minerālais sastāvs (pēc L. Liu, 1979)

Tas radīja ideju, ka seismisko viļņu ātruma lēciens 410 km dziļumā galvenokārt ir saistīts ar piroksēna granātu strukturālo pārkārtojumu augšējās apvalka Na-bagātīgajās daļās. Šāds modelis pieņem gandrīz pilnīgu konvekcijas trūkumu augšējā apvalkā, kas ir pretrunā ar mūsdienu ģeodinamikas koncepcijām. Šo pretrunu pārvarēšanu var saistīt ar nesen piedāvāto pilnīgāko augšējā apvalka modeli, kas ļauj dzelzs un ūdeņraža atomus iestrādāt vadlzīta struktūrā.

Attēls: 2. Izmaiņas pirolīta minerālu tilpuma proporcijās, palielinoties spiedienam (dziļumam), saskaņā ar M. Akaogi (1997). Minerālu simboli: Ol - olivīns, Gar - granāts, Cpx - monoklīniski piroksēni, Opx - rombveida piroksēni, MS - "modificēts spinels" vai wadsleyite (b- (Mg, Fe) 2SiO4), Sp - spinels, Mj - medhorīts Mg3 (Fe, Al, Si) 2 (SiO4) 3, Mw - magnēzivovīts (Mg, Fe) O, Mg-Pv -Mg-perovskīts, Ca-Pv-C-perovskīts, X - domājamais Al- satur fāzes ar tādām struktūrām kā ilmenīts, Ca-ferīts un / vai hollandīts

Kamēr olivīna polimorfā pāreja uz wadleyleyītu nav saistīta ar ķīmiskā sastāva izmaiņām, granāta klātbūtnē notiek reakcija, kas izraisa Fe bagātināta wadsleyite veidošanos salīdzinājumā ar sākotnējo olivīnu. Turklāt wadsleyite var saturēt ievērojami vairāk ūdeņraža atomu nekā olivīns. Fe un H atomu līdzdalība vadlija struktūrā noved pie tā stingrības samazināšanās un attiecīgi - seismisko viļņu izplatīšanās ātruma samazināšanās, kas iet caur šo minerālu.

Turklāt ar Fe bagātināta wadsleyite veidošanās paredz lielāka olivīna daudzuma iesaistīšanos attiecīgajā reakcijā, kurai būtu jānotiek ar klinšu ķīmiskā sastāva izmaiņām 410. sadaļas tuvumā. Idejas par šīm transformācijām apstiprina mūsdienu globālie seismiskie dati. Kopumā šķiet, ka šīs augšējās apvalka daļas mineraloģiskais sastāvs ir vairāk vai mazāk skaidrs. Ja mēs runājam par pirolīta minerālu asociāciju (1. tabula), tad tā transformācija līdz ~ 800 km dziļumam ir pietiekami detalizēti pētīta un ir apkopota attēlā. 2. Tajā pašā laikā wadsleyite b- (Mg, Fe) 2SiO4 pārveidošana par ringwoodite - g-modifikāciju (Mg, Fe) 2SiO4 ar spinela struktūru atbilst globālajai seismiskajai robežai 520 km dziļumā. Piroksēna (Mg, Fe) SiO3 granāta Mg3 (Fe, Al, Si) 2Si3O12 pārveidošana notiek augšējā apvalkā plašākā dziļuma intervālā. Tādējādi viss relatīvi viendabīgais apvalks augšējās apvalka 400-600 km intervālā galvenokārt satur fāzes ar granāta un spinela strukturālajiem tipiem.

Visi šobrīd piedāvātie mantijas iežu sastāva modeļi atzīst Al2O3 saturu tajos ~ 4 svara%. %, kas ietekmē arī strukturālo pārveidojumu specifiku. Tiek atzīmēts, ka dažos heterogēnā sastāva augšējā apvalka apgabalos Al var koncentrēties tādās minerālvielās kā korunds Al2O3 vai kianīts Al2SiO5, kas pie spiediena un temperatūras, kas atbilst ~ 450 km dziļumam, pārveidojas par korundu un stishovītu, kas ir SiO2, struktūras modifikācija. kas satur SiO6 oktaedru ietvaru. Abi šie minerāli ir saglabājušies ne tikai augšējā apvalka apakšējā daļā, bet arī dziļāk.

Vissvarīgākā 400-670 km zonas ķīmiskā sastāva sastāvdaļa ir ūdens, kura saturs pēc dažām aplēsēm ir ~ 0,1 svara. % un kuru klātbūtne galvenokārt ir saistīta ar Mg-silikātiem. Šajā apvalkā uzglabātais ūdens daudzums ir tik ievērojams, ka uz Zemes virsmas tas būtu 800 m biezs slānis.

Apvalka sastāvs zem 670 km robežas

Minerālu strukturālo pāreju pētījumi, kas veikti pēdējo divu līdz trīs gadu desmitu laikā, izmantojot augstspiediena rentgena kameras, ļāva simulēt dažas ģeosfēru sastāva un struktūras pazīmes, kas atrodas dziļāk par 670 km robežu. Šajos eksperimentos pētāmais kristāls tiek novietots starp divām dimanta piramīdām (laktām), kuru saspiešana rada spiedienu, kas proporcionāls spiedienam mantijas un zemes kodola iekšienē. Neskatoties uz to, joprojām ir daudz jautājumu par šo apvalka daļu, kas veido vairāk nekā pusi no visa Zemes interjera. Pašlaik lielākā daļa pētnieku piekrīt idejai, ka visu šo dziļo (tradicionālā izpratnē zemāko) apvalku galvenokārt veido perovskītam līdzīga fāze (Mg, Fe) SiO3, kas veido apmēram 70% no tā tilpuma (40% no visas Zemes). ) un magnēzivostīts (Mg, Fe) O (~ 20%). Pārējie 10% ir stishovīta un oksīda fāzes, kas satur Ca, Na, K, Al un Fe, kuru kristalizācija ir atļauta ilmenīta-korunda (cietais šķīdums (Mg, Fe) SiO3-Al2O3), kubiskā perovskīta (CaSiO3) un Ca- ferīts (NaAlSiO4). Šo savienojumu veidošanās ir saistīta ar dažādām strukturālām transformācijām augšējā apvalka minerāli ... Šajā gadījumā viena no samērā viendabīgās čaulas galvenajām minerālfāzēm, kas atrodas 410-670 km dziļuma intervālā, - spinelveidīgais gredzenvīts pārvēršas par (Mg, Fe) -perovskite un Mg-wustite asociāciju pie 670 km robežas, kur spiediens ir ~ 24 GPa. Vēl viena nozīmīgākā pārejas zonas sastāvdaļa, granātu dzimtas piropa Mg3Al2Si3O12 pārstāvis, pārveidojas, veidojoties rombveida perovskītam (Mg, Fe) SiO3 un korunda-ilmenīta (Mg, Fe) SiO3 - Al2O3 cietajam šķīdumam nedaudz augstākā spiedienā. Šī pāreja ir saistīta ar seismisko viļņu ātruma izmaiņām pie 850–900 km robežas, kas atbilst vienai no starpposma seismiskajām robežām. Andradīta-Ca granāta transformācija pie zemāka spiediena ~ 21 GPa noved pie tā, ka veidojas vēl viena svarīga iepriekš minētās apakšējās apvalka sastāvdaļa - kubiskais Ca perovskīts CaSiO3. Polārā attiecība starp šīs zonas galvenajiem minerāliem (Mg, Fe) - perovskītu (Mg, Fe) SiO3 un Mg-wustite (Mg, Fe) O mainās diezgan plašā diapazonā un ~ 1170 km dziļumā pie ~ 29 GPa spiediena un 2000- 2800 0С svārstās no 2: 1 līdz 3: 1.

MgSiO3 ārkārtas stabilitāte ar rombveida perovskītu tipa struktūru plašā spiediena diapazonā, kas atbilst apakšējās apvalka dziļumam, padara to par vienu no galvenajām šīs ģeosfēras sastāvdaļām. Šis secinājums tika balstīts uz eksperimentiem, kuros Mg-perovskīta MgSiO3 paraugi tika pakļauti spiedienam, kas 1,3 miljonus reižu pārsniedza atmosfēras spiedienu, un vienlaikus paraugs, kas novietots starp dimanta laktām, tika pakļauts lāzera staram, kura temperatūra bija aptuveni 2000 ° C.

Tādējādi mēs modelējām apstākļus, kas pastāv ~ 2800 km dziļumā, tas ir, netālu no apakšējās apvalka apakšējās robežas. Izrādījās, ka ne eksperimenta laikā, ne pēc tā minerāls nemainīja savu struktūru un sastāvu. Tādējādi L. Liu, kā arī E. Knittle un E. Janloz nonāca pie secinājuma, ka Mg-perovskite stabilitāte ļauj mums to uzskatīt par visplašāko minerālu uz Zemes, kas, acīmredzot, veido gandrīz pusi no tā masas.

Ne mazāk stabils ir FexO wustite, kura sastāvu apakšējā apvalkā raksturo stehiometriskā koeficienta x vērtība< 0,98, что означает одновременное присутствие в его составе Fe2+ и Fe3+. При этом, согласно экспериментальным данным, температура плавления вюстита на границе нижней мантии и слоя D", по данным Р. Болера (1996), оценивается в ~5000 K, что намного выше 3800 0С, предполагаемой для этого уровня (при средних температурах мантии ~2500 0С в основании нижней мантии допускается повышение температуры приблизительно на 1300 0С). Таким образом, вюстит должен сохраниться на этом рубеже в твердом состоянии, а признание фазового контраста между твердой нижней мантией и жидким внешним ядром требует более гибкого подхода и уж во всяком случае не означает четко очерченной границы между ними.

Jāatzīmē, ka perovskītam līdzīgās fāzēs, kas dominē lielos dziļumos, var būt ļoti ierobežots Fe daudzums, un paaugstinātas Fe koncentrācijas starp dziļās asociācijas minerāliem ir raksturīgas tikai magnēzivostītam. Tajā pašā laikā magnēzivustītam tika pierādīta pārejas iespēja, tajā esošā dzelzs dzelzs daļas augsta spiediena ietekmē uz trīsvērtīgo, kas paliek minerāla struktūrā, vienlaikus izdalot atbilstošu neitrāla dzelzs daudzumu. Pamatojoties uz šiem datiem, Karnegi institūta ģeofizikālās laboratorijas locekļi H. Mao, P. Bels un T. Jagi izvirzīja jaunas idejas par matērijas diferenciāciju Zemes dziļumos. Pirmajā posmā gravitācijas nestabilitātes dēļ magnēzivostīts iegrimst dziļumā, kur spiediena ietekmē no tā atbrīvojas daļa dzelzs neitrālā formā. Magnēzivostīta atlikums, kam raksturīgs mazāks blīvums, paceļas uz augšējiem slāņiem, kur atkal sajaucas ar perovskītam līdzīgām fāzēm. Sazinoties ar viņiem, tiek atjaunota stehiometrija (tas ir, visu elementu attiecība ķīmiskā formula) magnesiowustite un noved pie iespējas atkārtot aprakstīto procesu. Jaunie dati ļauj nedaudz paplašināt ķīmisko elementu kopumu, kas, iespējams, attiecas uz dziļo apvalku. Piemēram, N. Rosa (1997) pamatotā magnezīta stabilitāte pie spiediena, kas atbilst ~ 900 km dziļumam, norāda uz iespējamo oglekļa klātbūtni tā sastāvā.

Atsevišķu starpposma seismisko robežu noteikšana, kas atrodas zem 670. robežas, korelē ar datiem par strukturālajām transformācijām mantijas minerāli , kuru formas var būt ļoti dažādas. Ilustrācija par dažādu kristālu daudzo īpašību izmaiņām pie fizikāli ķīmisko parametru augstām vērtībām, kas atbilst dziļai apvalkai, pēc R. Janlosa un R. Hazena domām, var būt wustite jonu-kovalento saišu pārkārtošana, kas reģistrēta eksperimentos pie 70 gigapaskalu (GPa) (~ 1700 km) spiediena. saistībā ar starpatomisko mijiedarbību metālisko tipu. 1200. atskaites punkts var atbilst prognozētajam, pamatojoties uz teorētiskajiem kvantu mehāniskajiem aprēķiniem un pēc tam imitēts pie ~ 45 GPa spiediena un ~ 2000 ° C temperatūras, SiO2 ar stishovīta struktūru pārkārtojums CaCl2 strukturālajā tipā (rutila TiO2 ortorombisks analogs) un 2000 km - tā turpmākā pārveidošana fāzē ar struktūras starpposmu starp a-PbO2 un ZrO2, kam raksturīga blīvāka silīcija-skābekļa oktaedru iepakošana (dati no L.S. Dubrovinsky et al.). Tāpat, sākot no šiem dziļumiem (~ 2000 km) pie 80-90 GPa spiediena, ir atļauta perovskītam līdzīga MgSiO3 sadalīšanās, ko papildina periklāzes MgO un brīvā silīcija dioksīda saturs. Pie nedaudz augstāka spiediena (~ 96 GPa) un 800 ° C temperatūras tika konstatēta politipa izpausme FeO, kas saistīta ar tādu strukturālu fragmentu veidošanos kā niķeļa NiAs, pārmaiņus ar anti-niķeļa domēniem, kuros Fe atomi atrodas As atomu pozīcijās, un O atomi atrodas atomu pozīcijās. Ni. Netālu no robežas D "notiek Al2O3 ar korunda struktūru transformācija fāzē ar Rh2O3 struktūru, eksperimentāli simulēta pie spiediena ~ 100 GPa, tas ir, ~ 2200-2300 km dziļumā." magnētvowite struktūrā esošo Fe atomu zemā griešanās stāvoklī (LS), tas ir, to elektroniskās struktūras izmaiņas. Šajā sakarā jāuzsver, ka FeO wustite struktūru augstā spiedienā raksturo sastāva nonstoiometrija, atomu sakraušanas defekti, politips un arī magnētiskās kārtības izmaiņas, kas saistītas ar Fe atomu elektroniskās struktūras izmaiņām (HS \u003d\u003e LS pāreja). Šīs īpašības ļauj wustite uzskatīt par vienu no vissarežģītākajām minerālvielām neparastas īpašībasnosakot ar to bagātināto Zemes dziļo zonu specifiku pie robežas D ".

Attēls: 3. Iekšējā (cietā) kodola Fe7S iespējamā komponenta četrstūraina struktūra saskaņā ar D.М. Šermans (1997)

Seismoloģiskie mērījumi norāda, ka gan Zemes iekšējam (cietajam), gan ārējam (šķidrajam) kodolam raksturīgs mazāks blīvums nekā vērtībai, kas iegūta, pamatojoties uz kodola modeli, kas sastāv tikai no metāla dzelzs ar vienādiem fizikāli ķīmiskajiem parametriem. Lielākā daļa pētnieku šo blīvuma samazināšanos saista ar tādu elementu kā Si, O, S un pat O klātbūtni serdenī, kas veido sakausējumus ar dzelzi. Starp fāzēm, kas iespējamas šādiem "Faustian" fizikāli ķīmiskajiem apstākļiem (spiediens ~ 250 GPa un temperatūra 4000-6500 ° C), ir Fe3S ar labi pazīstamu strukturālo tipu Cu3Au Fe7S , kuras struktūra parādīta attēlā. 3. Vēl viena kodolā pieņemtā fāze ir b-Fe, kuras struktūru raksturo četru slāņu tuvākā Fe atomu iesaiņošana. Šīs fāzes kušanas temperatūra tiek lēsta 5000 ° C temperatūrā pie 360 \u200b\u200bGPa spiediena. Ūdeņraža klātbūtne serdē jau sen ir bijusi pretrunīga, jo tā ir maz šķīstoša dzelzs atmosfēras spiedienā. Tomēr nesenie eksperimenti (J. Baddinga, H. Mao un R. Hamley (1992) dati) ļāva noteikt, ka dzelzs hidrīds FeH var veidoties augstā temperatūrā un spiedienā un ir stabils, ja spiediens pārsniedz 62 GPa, kas atbilst ~ 1600 km dziļumam. Šajā sakarā ievērojamu daudzumu (līdz 40 mol.%) Klātbūtne ūdeņradis kodols ir diezgan pieņemams un samazina tā blīvumu līdz vērtībām, kas atbilst seismoloģiskajiem datiem.

Var paredzēt, ka jauni dati par strukturālām izmaiņām minerālu fāzēs lielā dziļumā ļaus atrast adekvātu interpretāciju citām svarīgām ģeofizikālām robežām, kas reģistrētas Zemes iekšienē. Vispārējs secinājums ir tāds, ka pie globālām seismiskām robežām, piemēram, 410 un 670 km, ir būtiskas minerālu sastāva izmaiņas. mantijas ieži ... Minerālu transformācijas tiek novērotas arī ~ 850, 1200, 1700, 2000 un 2200-2300 km dziļumā, tas ir, apakšējā apvalka iekšpusē. Tas ir ļoti svarīgs apstāklis, kas ļauj atteikties no idejas par tās viendabīgo struktūru.

Līdz 20. gadsimta 80. gadiem seismoloģiskie pētījumi, izmantojot garenisko un šķērsvirziena seismisko viļņu metodes, kas spēj iekļūt visā Zemes tilpumā, un tāpēc to sauc par tilpuma, atšķirībā no virsmas, kas sadalīta tikai pa tās virsmu, jau bija tik nozīmīgi, ka ļāva sastādīt seismisko anomāliju kartes dažādos planētas līmeņos. Fundamentālus darbus šajā jomā veica amerikāņu seismologs A. Dzevonskis un viņa kolēģi.

Att. 4 ir parādīti līdzīgu karšu piemēri no 1994. gadā publicētās sērijas, lai gan pirmās publikācijas parādījās 10 gadus agrāk. Darbā ir uzrādītas 12 kartes dziļiem Zemes posmiem diapazonā no 50 līdz 2850 km, tas ir, praktiski aptverot visu mantiju. Šajās interesantajās kartēs ir viegli redzēt, ka seismiskā aina dažādos dziļuma līmeņos ir atšķirīga. To var redzēt no izplatības apgabaliem un kontūrām seismiskās anomālās zonas , pāreju īpatnības starp tām un kopumā karšu kopējais izskats. Daži no tiem atšķiras ar lielu raibumu un kontrastu apgabalu sadalījumā ar dažādiem seismisko viļņu ātrumiem (5. attēls), bet citi parāda vienmērīgākas un vienkāršākas attiecības starp tām.

Tajā pašā 1994. gadā tika publicēts līdzīgs japāņu ģeofiziķu darbs. Tajā ir 14 kartes līmenim no 78 līdz 2900 km. Abās karšu sērijās Klusā okeāna reģiona neviendabīgums ir skaidri redzams, kas, kaut arī mainās kontūrā, ir izsekojams līdz pat zemes kodolam. Ārpus šī lielā neviendabīguma seismiskā aina kļūst sarežģītāka, ievērojami mainoties, pārejot no viena līmeņa uz otru. Lai arī cik nozīmīga būtu atšķirība starp šīm kartēm, starp tām ir zināmas līdzības. Tie ir izteikti zināmā līdzībā pozitīvu un negatīvu seismisko anomāliju izvietojumā kosmosā un, visbeidzot, dziļās seismiskās struktūras vispārīgajās iezīmēs. Tas ļauj grupēt šādas kartes, kas ļauj atšķirt dažāda seismiskā izskata apvalka iekšējos apvalkus. Un šis darbs ir paveikts. Pamatojoties uz japāņu ģeofiziķu karšu analīzi, izrādījās iespējams ierosināt ievērojami vairāk zemes apvalka struktūra parādīts attēlā. 5, salīdzinot ar tradicionālo zemes apvalka modeli.

Divi noteikumi ir pilnīgi jauni:

Kā ierosinātās dziļo ģeosfēru robežas ir saistītas ar seismiskajām robežām, kuras agrāk bija izolējuši seismologi? Salīdzinājums parāda, ka vidējā apvalka apakšējā robeža korelē ar 1700. gada robežu, kuras globālā nozīme tiek uzsvērta darbā. Tās augšējā robeža aptuveni atbilst 800–900. Tas attiecas uz augšējo apvalku, taču nav nekādu neatbilstību: tā apakšējo robežu attēlo robeža 670, bet augšējo - Mokhoroviča robeža. Pievērsīsim īpašu uzmanību apakšējās apvalka augšējās robežas nenoteiktībai. Turpmāko pētījumu procesā var izrādīties, ka nesen iezīmētās seismiskās robežas 1900. un 2000. gadā ļaus veikt korekcijas tā biezumā. Tādējādi salīdzināšanas rezultāti norāda uz ierosinātā jaunā apvalka struktūras modeļa derīgumu.

Secinājums

Zemes dziļās struktūras izpēte ir viena no lielākajām un neatliekamākajām ģeoloģijas zinātņu jomām. Jauns mantijas noslāņošanās Zeme ļauj daudz mazāk shematiski nekā iepriekš pievērsties dziļās ģeodinamikas sarežģītajai problēmai. Zemes čaulu seismisko īpašību atšķirība ( ģeosfēra), atspoguļojot to fizikālo īpašību un minerālu sastāva atšķirību, rada iespējas ģeodinamisko procesu modelēšanai katrā no tiem atsevišķi. Šajā ziņā ģeosfērām, kā tagad ir pilnīgi skaidrs, ir noteikta autonomija. Tomēr šī ārkārtīgi svarīgā tēma ir ārpus šī raksta darbības jomas. Seismiskās tomogrāfijas tālākā attīstība, kā arī daži citi ģeofizikālie pētījumi, kā arī dziļumu minerālvielu un ķīmiskā sastāva izpēte noteiks ievērojami pamatotākas konstrukcijas attiecībā uz Zemes sastāvu, uzbūvi, ģeodinamiku un evolūciju kopumā.

Bibliogrāfija

Ģeogrāfiskais laiks. 1994. sēj. 39, Nr. 6. Lpp. 13-15.

Ross A. Pārveidotā zemes mantija // Daba. 1997. sēj. 385, Nr. 6616. Lpp. 490.

Tompsons A.B. Ūdens zemes augšējā mantijā // Daba. 1992. sēj. 358, Nr. 6384. P. 295-302.

Pushcharovsky D.Yu. Zemes dziļi minerāli // Daba. 1980. N 11. S. 119-120.

Su W., Woodward R.L., Dziewonski A.M. 12. grāda bīdes ātruma neviendabīguma modelis mantelē // J. Geophys. Res. 1994. sēj. 99, N B4. P. 6945-6980.

J. Geol. Soc. Japāna. 1994. sēj. 100, Nr. 1. P. VI-VII.

Pushcharovsky Yu.M. Seismotomogrāfija un mantijas struktūra: tektoniskā perspektīva // Zinātņu akadēmijas ziņojumi. 1996. T. 351, Nr. 6. S. 805-809.

UMK līnija "Klasiskā ģeogrāfija" (5-9)

Ģeogrāfija

Zemes iekšējā struktūra. Pārsteidzošu noslēpumu pasaule vienā rakstā

Mēs bieži ieskatāmies debesīs un pārdomājam, kā darbojas kosmoss. Mēs lasām par astronautiem un satelītiem. Šķiet, ka visi cilvēka neatrisinātie noslēpumi ir ārpus pasaules. Patiesībā mēs dzīvojam uz planētas, kas pilna ar pārsteidzošiem noslēpumiem. Un mēs sapņojam par kosmosu, nedomājot par to, cik sarežģīta un interesanta ir mūsu Zeme.

Zemes iekšējā struktūra

Zemes planētu veido trīs galvenie slāņi: garoza, mantija un kodoli... Jūs varat salīdzināt globusu ar olu. Tad olu čaumalas pārstāv zemes garozu, olu baltums - mantiju un dzeltenums - kodolu.

Tiek saukta zemes augšdaļa litosfēra(tulkots no grieķu valodas "akmens bumba")... Tas ir pasaules cietais apvalks, kas ietver zemes garozu un mantijas augšējo daļu.

Mācību grāmata ir adresēta 6. klases skolēniem un ir iekļauta Klasiskās ģeogrāfijas TMC. Mūsdienu dizains, dažādi jautājumi un uzdevumi, spēja strādāt paralēli mācību grāmatas elektroniskajai formai veicina efektīvu asimilāciju mācību materiāls... Rokasgrāmata atbilst federālās zemes vispārējās pamatizglītības izglītības standartam.

Zemes garoza

Zemes garoza ir akmeņains apvalks, kas aptver visu mūsu planētas virsmu. Zem okeāniem tā biezums nepārsniedz 15 kilometrus, bet kontinentos - 75. Ja mēs atgriežamies pie līdzības ar olu, tad zemes garoza attiecībā pret visu planētu ir plānāka nekā olu čaumala. Šis Zemes slānis veido tikai 5% no visas planētas tilpuma un mazāk nekā 1% no masas.

Zemes garozas sastāvā zinātnieki ir atklājuši silīcija, sārmu metālu, alumīnija un dzelzs oksīdus. Garoza zem okeāniem sastāv no nogulumu un bazalta slāņiem, tā ir smagāka par kontinentālo (kontinentālo). Kamēr apvalkam, kas aptver planētas kontinentālo daļu, ir sarežģītāka struktūra.

Ir trīs kontinentālās garozas slāņi:

nogulsnes (10-15 km galvenokārt nogulumu ieži);

granīts (5-15 km metamorfu iežu, pēc īpašībām līdzīgas granītam);

bazalta (10-35 km magmatisko iežu).

Mantle

Apvalks atrodas zem zemes garozas ( "Sega, apmetnis")... Šis slānis ir līdz 2900 km biezs. Tas veido 83% no planētas kopējā tilpuma un gandrīz 70% no masas. Apvalks sastāv no smagajiem minerāliem, kas bagāti ar dzelzi un magniju. Šī slāņa temperatūra pārsniedz 2000 ° C. Neskatoties uz to, lielākā daļa mantijas materiāla milzīgā spiediena dēļ paliek cietā kristāliskā stāvoklī. 50 līdz 200 km dziļumā atrodas mobilais apvalka augšējais slānis. To sauc par astenosfēru ( "Bezspēcīga sfēra"). Astenosfēra ir ļoti plastiska, tieši tās dēļ notiek vulkāna izvirdumi un minerālu nogulumu veidošanās. Astenosfēras biezums ir no 100 līdz 250 km. Vielu, kas iekļūst no astenosfēras zemes garozā un dažreiz izlien uz virsmas, sauc par magmu ("Mush, bieza ziede")... Kad magma sasalst uz Zemes virsmas, tā pārvēršas par lavu.

Kodols

Zem mantijas, it kā zem plīvura, atrodas zemes kodols. Tas atrodas 2900 km attālumā no planētas virsmas. Kodolam ir sfēras forma, kura rādiuss ir aptuveni 3500 km. Tā kā cilvēkiem vēl nav izdevies nokļūt Zemes kodolā, zinātnieki spekulē par tās sastāvu. Iespējams, kodols sastāv no dzelzs, kas sajaukts ar citiem elementiem. Šī ir blīvākā un smagākā planētas daļa. Tas veido tikai 15% no Zemes tilpuma un pat 35% no masas.

Tiek uzskatīts, ka kodols sastāv no diviem slāņiem - cieta iekšējā serdeņa (ar rādiusu aptuveni 1300 km) un šķidra ārējā (apmēram 2200 km). Šķiet, ka iekšējais kodols peld ārējā šķidruma slānī. Šīs vienmērīgās kustības dēļ ap Zemi tiek izveidots tās magnētiskais lauks (tas aizsargā planētu no bīstama kosmiskā starojuma, un uz to reaģē kompasa adata). Kodols ir mūsu planētas karstākā daļa. Ilgu laiku tika uzskatīts, ka tā temperatūra, domājams, sasniedz 4000-5000 ° C. Tomēr 2013. gadā zinātnieki veica laboratorijas eksperimentu, kura laikā noteica dzelzs kušanas temperatūru, kas, iespējams, ir daļa no zemes iekšējā kodola. Tātad izrādījās, ka temperatūra starp iekšējo cieto un ārējo šķidruma serdi ir vienāda ar saules virsmas temperatūru, tas ir, aptuveni 6000 ° C.

Mūsu planētas struktūra ir viens no daudziem cilvēces neatrisinātajiem noslēpumiem. Lielākā daļa informācijas par to tika iegūta, izmantojot netiešas metodes; ne vienam vien zinātniekam vēl ir izdevies iegūt zemes kodola paraugus. Zemes struktūras un sastāva izpēte joprojām ir saistīta ar nepārvaramām grūtībām, taču pētnieki nepadodas un meklē jaunus veidus, kā iegūt ticamu informāciju par planētu Zeme.

Studējot tēmu "Zemes iekšējā struktūra", studentiem var būt grūtības atcerēties zemeslodes slāņu nosaukumus un kārtību. Latīņu vārdus būs daudz vieglāk atcerēties, ja bērni izveidos savu zemes modeli. Jūs varat uzaicināt studentus izgatavot pasaules plastilīna modeli vai runāt par tā struktūru, izmantojot augļu piemēru (miza ir zemes garoza, mīkstums ir apvalks, kauls ir kodols) un priekšmetus, kuriem ir līdzīga struktūra. Nodarbības vadīšanā palīdzēs O.A.Klimanovas mācību grāmata, kurā atradīsit krāsainas ilustrācijas un detalizētu informāciju par tēmu.

Daudzi cilvēki zina, ka planēta Zeme seismiskajā (tektoniskajā) nozīmē sastāv no kodola, apvalka un litosfēras (garozas). Mēs apskatīsim, kas ir mantija. Tas ir slānis vai starpposma apvalks, kas atrodas starp serdi un garozu. Apvalks veido 83% no planētas Zeme tilpuma. Ja ņemam svaru, tad mantija ir 67% no Zemes.

Divi mantijas slāņi

Divdesmitā gadsimta sākumā tika uzskatīts, ka apvalks ir viendabīgs, taču gadsimta vidū zinātnieki nonāca pie secinājuma, ka tas sastāv no diviem slāņiem. Kodolam vistuvāk esošais slānis ir apakšējais apvalks. Slānis, kas robežojas ar litosfēru, ir augšējais apvalks. Augšējā apvalka iet dziļi Zemē apmēram 600 kilometru. Apakšējās apvalka apakšējā robeža atrodas 2900 kilometru dziļumā.

No kā sastāv mantija

Zinātniekiem vēl jāpieiet tuvu mantijai. Neviena urbšana vēl nav ļāvusi tai tuvoties. Tāpēc visi pētījumi tiek veikti nevis eksperimentāli, bet gan teorētiski un netieši. Zinātnieki izdara secinājumus par zemes apvalku, galvenokārt balstoties uz ģeofizikālajiem pētījumiem. Aprēķinā tiek ņemta vērā elektrovadītspēja, seismiskie viļņi, to izplatīšanās ātrums, izturība.

Japānas zinātnieki ir paziņojuši par nodomiem tuvoties zemes mantai, urbjot okeāna akmeņus, taču līdz šim viņu plāni vēl nav īstenoti. Okeāna dibenā jau ir atrastas dažas vietas, kur zemes garozas slānis ir visplānākais, tas ir, līdz urbšanas augšējai daļai būs nepieciešami tikai kādi 3000 km. Grūtības slēpjas faktā, ka urbšana jāveic okeāna dibenā un tajā pašā laikā urbjmašīnai būs jāiet cauri īpaši spēcīgu klinšu sekcijām, un to var salīdzināt ar virknes astes mēģinājumu izlauzties caur uzpirksteņa sienām. Neapšaubāmi, iespēja izpētīt tieši no mantijas ņemtos klinšu paraugus sniegtu precīzāku priekšstatu par tā struktūru un sastāvu.

Dimanti un Peridoti

Informatīvie ir arī mantu ieži, kas dažādu ģeofizisko un seismisko procesu rezultātā parādās uz zemes virsmas. Piemēram, dimanti pieder mantijas klintīm. Daži no viņiem, pēc pētnieku domām, paceļas no apakšējās apvalka. Visizplatītākās šķirnes ir peridoti. Tos bieži izceļ lava vulkāna izvirdumi. Apmetnes iežu izpēte ļauj zinātniekiem ar noteiktu precizitāti runāt par mantijas sastāvu un galvenajām iezīmēm.

Šķidrums un ūdens

Apvalks sastāv no silikāta iežiem, kas ir piesātināti ar magniju un dzelzi. Visas vielas, kas veido mantiju, ir sarkanā krāsā. izkusis, šķidrs stāvoklis, jo šī slāņa temperatūra ir diezgan augsta - līdz divarpus tūkstošiem grādu. Ūdens ir arī daļa no Zemes apvalka. Kvantitatīvā izteiksmē tā ir 12 reizes vairāk nekā pasaules okeānos. Ūdens krājumi mantijā ir tādi, ka, ja tos izmestu uz zemes virsmas, ūdens paceltos 800 metrus virs virsmas.

Procesi mantijā

Apvalka robeža nav taisna līnija. Gluži pretēji, dažās vietās, piemēram, Alpu reģionā, okeānu dibenā, mantija, tas ir, mantijai piederošie ieži, tuvojas diezgan tuvu Zemes virsmai. Tieši fiziskie un ķīmiskie procesi, kas notiek apvalkā, ietekmē to, kas notiek zemes garozā un uz zemes virsmas. Mēs runājam par kalnu, okeānu veidošanos, kontinentu pārvietošanos.

Tam ir īpašs sastāvs, kas atšķiras no to pārklājošās garozas sastāva. Dati par ķīmiskais sastāvs mantijas tika iegūtas, pamatojoties uz dziļāko magmatisko iežu analīzēm, kas iekļuva Zemes augšējos horizontos spēcīgu tektonisko pacēlumu rezultātā, noņemot mantijas materiālu. Pie šiem akmeņiem pieder ultrabāzes ieži - dunīti, peridotīti, kas sastopami kalnu sistēmās. Sv. Pāvila salu ieži Atlantijas okeāna vidusdaļā, pēc visiem ģeoloģiskajiem datiem, pieder pie mantijas materiāla. Arī mantijas materiālā ir klinšu atliekas, kuras no apakšas savāca padomju okeanogrāfijas ekspedīcijas. Indijas okeāns Indijas okeāna grēdas apgabalā. Runājot par mantijas mineraloģisko sastāvu, šeit var sagaidīt būtiskas izmaiņas, sākot no augšējiem horizontiem un beidzot ar mantijas pamatni spiediena palielināšanās dēļ. Augšējo apvalku galvenokārt veido silikāti (olivīni, piroksēni, granāti), kas ir stabili un atrodas relatīvi zemā spiedienā. Apakšējo apvalku veido augsta blīvuma minerāli.

Visizplatītākā apvalka sastāvdaļa ir silikāta oksīds silikātos. Bet pie augsta spiediena silīcija dioksīds var pārveidoties par blīvāku polimorfu modifikāciju - stishovītu. Šo minerālu ieguva padomju pētnieks Stishovs, un tas ir nosaukts viņa vārdā. Ja parastā kvarca blīvums ir 2,533 r / cm 3, tad stishovite, kas veidots no kvarca ar 150 000 bāru spiedienu, blīvums ir 4,25 g / cm 3.

Turklāt apakšējā apvalkā, iespējams, ir blīvākas citu savienojumu minerālu modifikācijas. Pamatojoties uz iepriekš minēto, mēs varam pamatoti uzskatīt, ka, palielinoties spiedienam, parastie olivīna un piroksēnu dzelzs-magnēzija silikāti sadalās oksīdos, kuriem atsevišķi ir lielāks blīvums nekā silikātiem, kas ir stabili augšējā apvalkā.

Augšējā apvalka sastāv galvenokārt no dzelzs-magnija silikātiem (olivīniem, piroksēniem). Daži aluminosilikāti šeit var pārveidoties par blīvākiem minerāliem, piemēram, granātiem. Zem kontinentiem un okeāniem augšējam apvalkam ir dažādas īpašības un, iespējams, dažādas kompozīcijas. Var tikai pieņemt, ka kontinentālajā apgabalā apvalks ir vairāk diferencēts un tajā ir mazāk SiO2, pateicoties šī komponenta koncentrācijai aluminosilikāta garozā. Zem okeāniem mantija ir mazāk diferencēta. Augšējā apvalkā blīvākas olivīna polimorfās modifikācijas ar spinela struktūru utt.

Apmetņa pārejas slāni raksturo nemainīgs seismisko viļņu ātruma pieaugums ar dziļumu, kas norāda uz blīvāku materiāla polimorfo modifikāciju parādīšanos. Šeit acīmredzami oksīdi FeO, MgO, GaO, SiO 2 parādās wustite, periclase, kaļķu un stishovite formā. To skaits palielinās līdz ar dziļumu, bet parasto silikātu daudzums samazinās, un dziļāk par 1000 km tie veido nenozīmīgu daļu.

Apakšējā apvalka daļa 1000-2900 km dziļumā gandrīz pilnībā sastāv no blīvām minerālu šķirnēm - oksīdiem, par ko liecina tās augstais blīvums 4,08-5,7 g / cm 3 robežās. Paaugstināta spiediena ietekmē tiek saspiesti blīvi oksīdi, vēl vairāk palielinot to blīvumu. Visticamāk, palielināsies arī dzelzs saturs apakšējā apvalkā.

Zemes kodols. Jautājums par mūsu planētas kodola sastāvu un fizisko raksturu ir viena no aizraujošākajām un noslēpumainākajām ģeofizikas un ģeoķīmijas problēmām. Tikai nesen šīs problēmas risināšanā ir bijusi neliela apgaismība.

Zemes milzīgais centrālais kodols, kas aizņem iekšējo reģionu, kas dziļāks par 2900 km, sastāv no liela ārējā kodola un maza iekšējā. Saskaņā ar seismiskajiem datiem ārējam kodolam ir šķidruma īpašības. Tas nepārraida seismiskos bīdes bīdes. Kohēzijas spēku trūkums starp serdi un apakšējo apvalku, plūdmaiņu raksturs mantijā un garozā, Zemes rotācijas ass kustības iezīmes kosmosā, seismisko viļņu pārejas raksturs dziļāk par 2900 km norāda, ka Zemes ārējais kodols ir šķidrs.

Daži autori pieņēma, ka ķīmiski viendabīga Zemes modeļa kodola sastāvs ir silikāts, un augstspiediena silikātu ietekmē silikāti pāriet "metalizētā" stāvoklī, iegūstot atomu struktūru, kurā ārējie elektroni ir kopīgi. Tomēr iepriekš uzskaitītie ģeofizikālie dati ir pretrunā ar pieņēmumu par silikāta materiāla “metalizēto” stāvokli Zemes kodolā. Jo īpaši saķeres trūkums starp serdi un apvalku nevar būt saderīgs ar “metalizēto” cieto serdi, kas tika pieņemts Lodočņikova-Ramzē hipotēzē. Ļoti svarīgi netieši dati par Zemes kodolu tika iegūti eksperimentos ar silikātiem zem augsta spiediena. Šajā gadījumā spiediens sasniedza 5 miljonus atm. Tikmēr Zemes centrā spiediens ir 3 miljoni atm., Un uz kodola robežas - apmēram 1 miljons atm. Tādējādi eksperimentāli bija iespējams bloķēt spiedienu, kas pastāv pašā Zemes dziļumā. Šajā gadījumā silikātiem tika novērota tikai lineāra saspiešana bez lēciena un pārejas uz “metalizēto” stāvokli. Turklāt pie augsta spiediena un 2900-6370 km dziļumā silikāti nevar būt šķidrā stāvoklī, piemēram, oksīdi. To kušanas temperatūra palielinās, palielinoties spiedienam.

Pēdējos gados ir iegūti ļoti interesanti pētījumu rezultāti par ļoti augsta spiediena ietekmi uz metālu kušanas temperatūru. Izrādījās, ka vairāki metāli augstā spiedienā (300 tūkst. Atm. Un virs) salīdzinoši zemā temperatūrā pāriet šķidrā stāvoklī. Saskaņā ar dažiem aprēķiniem dzelzs sakausējumam ar niķeļa un silīcija (76% Fe, 10% Ni, 14% Si) piemaisījumu 2900 km dziļumā augsta spiediena ietekmē jābūt šķidrā stāvoklī jau 1000 ° C temperatūrā. Bet temperatūrai šajos dziļumos, pēc viskonservatīvākajām ģeofiziķu aplēsēm tam vajadzētu būt daudz augstākam.

Tādēļ, ņemot vērā mūsdienīgus augsta spiediena ģeofizikas un fizikas datus, kā arī kosmoķīmijas datus, norādot dzelzs kā visplašāk izplatītā metāla nozīmi kosmosā, jāpieņem, ka Zemes kodolu galvenokārt veido šķidrs dzelzs ar niķeļa piejaukumu. Tomēr amerikāņu ģeofiziķa F. Bērza aprēķini parādīja, ka zemes kodola blīvums ir par 10% mazāks nekā dzelzs-niķeļa sakausējuma temperatūrai un spiedienam, kas dominē kodolā. No tā izriet, ka Zemes metāla kodolā jābūt ievērojamam daudzumam (10-20%) kaut kāda veida gaismas. No visiem vieglākajiem un izplatītākajiem elementiem visticamāk ir silīcijs (Si) un sērs (S) | Viena vai otra klātbūtne var izskaidrot novērotās zemes kodola fizikālās īpašības. Tāpēc jautājums par to, kas ir zemes kodola piejaukums - silīcijs vai sērs, izrādās pretrunīgs un ir saistīts ar mūsu planētas veidošanos uzņēmējdarbībā.

A. Ridgvuds 1958. gadā atzina, ka zemes kodols satur silīciju kā gaismas elementu, apgalvojot, ka dažu reducēto hondrisko meteorītu (enstatīta) metāla fāzē ir sastopams elementārais silīcijs vairāku svara procentu apmērā. Tomēr nav citu argumentu par labu silīcija klātbūtnei zemes kodolā.

Pieņēmums, ka zemes kodolā ir sērs, izriet no tā izplatības salīdzināšanas meteorītu hondrīta materiālā un Zemes apvalkā. Tādējādi dažu gaistošo elementu garozas-apvalka maisījumā un hondritēs elementāro atomu attiecību salīdzinājumā ir redzams sēra deficīts. Apvalka un garozas materiālā sēra koncentrācija ir par trim pakāpēm mazāka nekā vidējā Saules sistēmas materiālā, ko uzskata par hondrītiem.

Zūd sēra zuduma iespējamība pie primārās Zemes augstās temperatūrās, jo daudz vairāk tiktu zaudēti citi sēra nepastāvīgāki elementi nekā sērs (piemēram, H2 H2O formā), kuriem bija daudz mazāks deficīts. Turklāt, kad Saules gāze atdziest, sērs ķīmiski savienojas ar dzelzi un pārstāj būt gaistošs elements.

Šajā sakarā ir pilnīgi iespējams, ka liels daudzums sēra nonāk zemes kodolā. Jāatzīmē, ka, ja visas pārējās lietas ir vienādas, Fe-FeS sistēmas kušanas temperatūra ir ievērojami zemāka nekā dzelzs vai apvalka silikāta kušanas temperatūra. Tātad pie 60 kbar spiediena Fe-FeS sistēmas (eutektiskās) kušanas temperatūra būs 990 ° C, savukārt tīram dzelzim - 1610 ° un mantijas pirolītam - 1310. Tāpēc, paaugstinoties temperatūrai sākotnēji viendabīgās Zemes zarnās, dzelzs kausējums bagātināts ar sēru , vispirms tiks izveidota un, pateicoties zemai viskozitātei un lielam blīvumam, viegli notecēs planētas centrālajās daļās, veidojot dzelzs-sēra serdi. Tādējādi sēra klātbūtne niķeļa-dzelzs vidē darbojas kā plūsma, kopumā samazinot tā kušanas temperatūru. Hipotēze par ievērojamu sēra daudzumu klātbūtni zemes kodolā ir ļoti pievilcīga un nav pretrunā ar visiem zināmajiem ģeoķīmijas un kosmoķīmijas datiem.

Tādējādi mūsdienu idejas par mūsu planētas interjera dabu atbilst ķīmiski diferencētam globusam, kas izrādījās sadalīts divās dažādās daļās: spēcīgā cietā silikāta oksīda apvalkā un šķidrā, galvenokārt metāla serdenī. Zemes garoza ir vieglākais augšējais cietais apvalks, kas sastāv no aluminosilikātiem un kam ir vissarežģītākā struktūra.

Apkopojot teikto, var izdarīt šādus secinājumus.

1. Zemei ir slāņveida zonālā struktūra. Tas sastāv no divām trešdaļām cieta silikāta oksīda apvalka - apvalka un trešdaļas no metāla šķidra kodola.
2. Zemes pamatīpašības norāda, ka kodols atrodas šķidrā stāvoklī un šīs īpašības spēj nodrošināt tikai dzelzs no visbiežāk sastopamajiem metāliem ar dažu gaismas elementu (visticamāk, sēra) piemaisījumu.
3. Augšējos horizontos Zemei ir asimetriska struktūra, kas aptver garozu un augšējo apvalku. Okeāna puslode augšējā apvalka iekšpusē ir mazāk diferencēta nekā pretējā kontinentālā puslode.

Jebkuras Zemes izcelsmes kosmogoniskās teorijas uzdevums ir izskaidrot šīs tās iekšējās dabas un sastāva pamatīpašības.

Zemes apvalks ir vissvarīgākā mūsu planētas daļa, jo tieši šeit koncentrējas lielākā daļa vielu. Tas ir daudz biezāks nekā pārējie komponenti un faktiski aizņem lielāko daļu vietas - apmēram 80%. Zinātnieki lielāko daļu laika ir veltījuši šīs konkrētās planētas daļas izpētei.

Struktūra

Zinātnieki var tikai spekulēt par apvalka struktūru, jo nav metožu, kas viennozīmīgi atbildētu uz šo jautājumu. Bet veiktie pētījumi ļāva pieņemt, ka šī mūsu planētas daļa sastāv no šādiem slāņiem:

• pirmais, ārējais - tas aizņem no 30 līdz 400 kilometriem zemes virsmas;
• pārejas zona, kas atrodas tieši aiz ārējā slāņa - pēc zinātnieku domām, tā iet dziļi aptuveni 250 kilometru garumā;
• apakšējais slānis ir garākais, aptuveni 2900 kilometri. Tas sākas tieši pēc pārejas zonas un iet tieši uz kodolu.

Jāatzīmē, ka planētas apvalkā ir ieži, kas nav sastopami zemes garozā.

Struktūra

Pats par sevi saprotams, ka nav iespējams precīzi noteikt, no kā sastāv mūsu planētas apvalks, jo tur nav iespējams nokļūt. Tāpēc viss, ko zinātniekiem izdodas izpētīt, notiek ar šīs teritorijas gružu palīdzību, kas periodiski parādās uz virsmas.

Tātad pēc pētījumu sērijas varēja uzzināt, ka šī Zemes teritorija ir melnzaļa. Galvenais sastāvs ir ieži, kas sastāv no šādiem ķīmiskajiem elementiem:

• silīcijs;
• kalcijs;
• magnijs;
• dzelzs;
• skābeklis.

Pēc izskata un savā ziņā pat pēc sastāva tas ir ļoti līdzīgs akmens meteorītiem, kas arī periodiski krīt uz mūsu planētas.

Vielas, kas atrodas pašā apvalkā, ir šķidras, viskozas, jo temperatūra šajā apgabalā pārsniedz tūkstošiem grādu. Tuvāk Zemes garozai temperatūra pazeminās. Tādējādi notiek noteikts cikls - tās masas, kas jau ir atdzisušas, iet uz leju, un tās, kas sakarsētas līdz robežai, iet uz augšu, tāpēc "sajaukšanās" process nekad neapstājas.

Periodiski šādas sakarsētas straumes iekrīt pašā planētas garozā, kurā tām palīdz aktīvi vulkāni.

Studiju metodes

Pats par sevi saprotams, ka slāņus, kas atrodas lielā dziļumā, ir diezgan grūti izpētīt, un ne tikai tāpēc, ka šādas tehnikas nav. Procesu vēl vairāk sarežģī fakts, ka temperatūra gandrīz pastāvīgi palielinās, un tajā pašā laikā palielinās arī blīvums. Tāpēc mēs varam teikt, ka šajā gadījumā vismazākā problēma ir slāņa dziļums.

Tomēr zinātniekiem joprojām izdevās gūt panākumus šī jautājuma izpētē. Šīs mūsu planētas daļas izpētei galvenais informācijas avots bija tikai ģeofiziskie rādītāji. Turklāt pētījuma laikā zinātnieki izmanto šādus datus:

• seismisko viļņu ātrums;
• smaguma spēks;
• elektrovadītspējas raksturojums un rādītāji;
• magmatisko iežu un apvalka fragmentu izpēte, kas ir reti sastopami, bet tomēr izdodas atrasties uz Zemes virsmas.

Kas attiecas uz pēdējiem, tieši dimanti ir pelnījuši īpašu zinātnieku uzmanību - pēc viņu domām, pētot šī akmens sastāvu un struktūru, var uzzināt daudz interesanta pat par mantijas apakšējiem slāņiem.

Reizēm, bet ir mantijas ieži. Viņu pētījums arī ļauj iegūt vērtīgu informāciju, taču vienā vai otrā pakāpē sagrozījumi joprojām būs. Tas ir saistīts ar faktu, ka garozā notiek dažādi procesi, kas nedaudz atšķiras no tiem, kas notiek mūsu planētas dziļumos.

Atsevišķi vajadzētu pastāstīt par tehniku, ar kuru zinātnieki cenšas iegūt oriģinālos mantijas iežus. Tādējādi 2005. gadā Japānā tika uzbūvēts īpašs kuģis, kas, pēc pašu projekta izstrādātāju domām, spēs izveidot rekordlielu aku. Šobrīd darbs vēl turpinās, un projekta sākums paredzēts 2020. gadā - daudz nav ko gaidīt.

Tagad visi apvalka struktūras pētījumi notiek laboratorijā. Zinātnieki jau ir noskaidrojuši, ka šīs planētas daļas apakšējais slānis, gandrīz viss, sastāv no silīcija.

Spiediens un temperatūra

Spiediena sadalījums mantijas iekšienē ir neskaidrs, tāpat kā temperatūras režīms, bet vispirms ir vispirms. Apvalks veido vairāk nekā pusi no planētas svara, precīzāk sakot, 67%. Vietās, kas atrodas zem zemes garozas, spiediens ir aptuveni 1,3-1,4 miljoni atm, savukārt jāatzīmē, ka vietās, kur atrodas okeāni, spiediena līmenis ievērojami pazeminās.

Kas attiecas uz temperatūras režīmu, šeit sniegtie dati ir pilnīgi neskaidri un balstās tikai uz teorētiskiem pieņēmumiem. Tātad, apvalka apakšdaļā tiek pieņemta temperatūra 1500-10 000 grādi pēc Celsija. Kopumā zinātnieki ir minējuši, ka temperatūras līmenis šajā planētas apgabalā ir tuvāk kušanas temperatūrai.