2. Ядро и мантия

К настоящему времени прямых данных о составе Земли нет, поэтому большинство геолого-геохимических построений имеет характер в различной мере обоснованных гипотез. Часть их базируется на результатах геофизических исследований и законе всемирного тяготения [3, 179].

Согласно сейсмическим данным предполагается, что внешняя часть ядра – до глубин 5 000 км – жидкая, внутренняя – твердая с плотностью 12–13 г/см³. По одной из гипотез ядро состоит из Fe и Ni в соотношении 9:1.

В виде примеси в нем могут находиться Si, C, Al, O, на долю которых приходится около 1 %. Такое содержание элементов примерно соответствует составу железных метеоритов. Большая часть примесей должна находиться во внешнем ядре. Давление в ядре достигает 3,610¹¹ Па, а температура – порядка 4000–5000^о. Его радиус составляет 3500 км.

По представлениям А.Ф. Капустинского, огромное давление, существующее в ядерной зоне Земли, должно приводить к обособлению ядер всех элементов от электронов, образующих общую «электронную плазму». При таком развитии процессов исчезают различия между химическими элементами, и ядро образует «зону нулевого химизма». В нижней части мантии электроны «вдавливаются» во внутренние, незаполненные орбитали. Возникает зона «вырожденного химизма», в которой при силикатном составе вещество близко к металлическому состоянию. Обычные химические свойства проявляются у элементов только в верхних частях мантии и земной коре.

Граница нижней мантии с ядром проходит на глубине 2 900 км. В ее составе преобладают оксиды (MgO, SiO₂, Al₂O₃, FeO), шпинели [(Mg, Fe)Al₂O₄]. Существует представление о глубинных разломах – своеобразных каналах миграции элементов, соединяющих земную кору с нижней мантией. Переходная зона располагается на глубине 400–1000 км, имеет силикатный состав.

Мантия – самая мощная из геосфер Земли и занимает 82,26 % объема планеты. В мантии сосредоточено 67,8 % массы Земли.

Для решения вопросов о составе верхней мантии, кроме имеющихся сведений о составе метеоритов и сейсмических данных, требуется непосредственное изучение выходов на поверхность пород, относимых к этой оболочке Земли, в частности ксенолитов в интрузиях глубинного происхождения. По составу верхняя мантия (а ее нижняя граница проходит на глубине 410 км) аналогична каменным метеоритам – хондритам.

В пределах верхней мантии Земли обнаружен слой, характеризующийся своеобразным состоянием вещества. Этот слой менее плотных «размягченных» горных пород, называемый астеносферой, рассматривается как слой относительно подвижного состояния вещества, что обусловлено его частичным плавлением. Слой расположен на глубинах около 100 км под континентами и около 50 км под дном океана; нижняя его граница находится на глубинах 250–350 км. Не исключена прерывность слоя. Наличие астеносферы объясняется высоким геотермическим градиентом, высокой температурой вещества астеносферы, близкой к температуре плавления и процессам релаксации. В пределах астеносферы лежат очаги питания вулканов и осуществляются изменения форм залегания, объема, внутренней структуры и взаимного расположения горных пород.

Укажите специфические свойства астеносферы…

[1] внешняя твердая оболочка земного шара; имеет сложное строение и меняется как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении;

[2] слой пониженной твердости, прочности и вязкости; вязкость 10¹⁹ – 10²³ пз; в пределах слоя происходит медленное перетекание масс в горизонтальном направлении под влиянием неравномерной нагрузки со стороны земной коры;

[3] ряд концентрических слоев различной толщины и плотности;

[4] иерархическая структура геосистем и экосистем.