manteli i tokës - kjo është guaska silikate e Tokës, e përbërë kryesisht nga peridotite - shkëmbinj të përbërë nga silikate të magnezit, hekurit, kalciumit, etj. Shkrirja e pjesshme e shkëmbinjve të mantelit krijon bazalt dhe shkrirje të ngjashme, të cilat formojnë koren e tokës kur ngrihen në sipërfaqe .

Manteli përbën 67% të masës totale të Tokës dhe rreth 83% të vëllimit të përgjithshëm të Tokës. Ai shtrihet nga thellësia 5-70 kilometra nën kufirin me koren e tokës, deri në kufirin me bërthamën në një thellësi prej 2900 km. Manteli ndodhet në një gamë të madhe thellësish, dhe me rritjen e presionit në substancë, ndodhin tranzicione fazore, gjatë të cilave mineralet fitojnë një strukturë gjithnjë e më të dendur. Transformimi më i rëndësishëm ndodh në një thellësi prej 660 kilometrash. Termodinamika e këtij tranzicioni fazor është e tillë që lënda e mantelit nën këtë kufi nuk mund të depërtojë nëpër të, dhe anasjelltas. Mbi kufirin prej 660 kilometrash është manteli i sipërm, dhe poshtë, në përputhje me rrethanat, manteli i poshtëm. Këto dy pjesë të mantelit kanë përbërje dhe veti fizike të ndryshme. Megjithëse informacioni për përbërjen e mantelit të poshtëm është i kufizuar dhe numri i të dhënave të drejtpërdrejta është shumë i vogël, mund të thuhet me besim se përbërja e tij ka ndryshuar dukshëm më pak që nga formimi i Tokës sesa manteli i sipërm, i cili shkaktoi kores së tokës.

Transferimi i nxehtësisë në mantel ndodh me konvekcion të ngadaltë, përmes deformimit plastik të mineraleve. Shpejtësia e lëvizjes së materies gjatë konvekcionit të mantelit është në rendin e disa centimetrave në vit. Ky konvekcion vë në lëvizje pllakat litosferike. Konvekcioni në mantelin e sipërm ndodh veçmas. Ka modele që supozojnë një strukturë edhe më komplekse të konvekcionit.

Modeli sizmik i strukturës së tokës

Në dekadat e fundit, përbërja dhe struktura e shtresave të thella të Tokës vazhdojnë të jenë një nga problemet më intriguese të gjeologjisë moderne. Numri i të dhënave të drejtpërdrejta për substancën e zonave të thella është shumë i kufizuar. Në këtë drejtim, një vend të veçantë zë një agregat mineral nga tubi i kimberlitit Lesoto (Afrika e Jugut), i cili konsiderohet si përfaqësues i shkëmbinjve të mantelit që ndodhin në një thellësi prej ~250 km. Bërthama, e nxjerrë nga pusi më i thellë në botë, i shpuar në Gadishullin Kola dhe duke arritur një nivel prej 12,262 m, zgjeroi ndjeshëm idetë shkencore për horizontet e thella të kores së tokës - filmi i hollë afër sipërfaqes së globit. Në të njëjtën kohë, të dhënat më të fundit nga gjeofizika dhe eksperimentet që lidhen me studimin e transformimeve strukturore të mineraleve tashmë bëjnë të mundur simulimin e shumë veçorive të strukturës, përbërjes dhe proceseve që ndodhin në thellësitë e Tokës, njohja e të cilave ndihmon në zgjidhin probleme të tilla kryesore të shkencës moderne natyrore si formimi dhe evolucioni i planetit, dinamika e kores dhe mantelit të tokës, burimet e burimeve minerale, vlerësimi i rrezikut të depozitimit të mbetjeve të rrezikshme në thellësi të mëdha, burimet energjetike të Tokës, etj.

Një model i njohur gjerësisht i strukturës së brendshme të Tokës (duke e ndarë atë në bërthamë, mantel dhe kore) u zhvillua nga sizmologët G. Jeffries dhe B. Gutenberg në gjysmën e parë të shekullit të 20-të. Faktori vendimtar në këtë rast ishte zbulimi i një rënie të mprehtë të shpejtësisë së kalimit të valëve sizmike brenda globit në një thellësi prej 2900 km me një rreze planetare prej 6371 km. Shpejtësia e kalimit të valëve sizmike gjatësore drejtpërdrejt mbi kufirin e treguar është 13.6 km/s, dhe nën të është 8.1 km/s. Ky është kufiri midis mantelit dhe bërthamës.

Prandaj, rrezja e bërthamës është 3471 km. Kufiri i sipërm i mantelit është seksioni sizmik Mohorovicic (Moho, M), i identifikuar nga sizmologu jugosllav A. Mohorovicic (1857-1936) në vitin 1909. Ai ndan koren e tokës nga manteli. Në këtë pikë, shpejtësitë e valëve gjatësore që kalojnë nëpër koren e tokës rriten papritur nga 6,7-7,6 në 7,9-8,2 km/s, por kjo ndodh në nivele të ndryshme thellësie. Nën kontinente, thellësia e seksionit M (d.m.th., baza e kores së tokës) është disa dhjetëra kilometra, dhe nën disa struktura malore (Pamir, Ande) mund të arrijë 60 km, ndërsa nën pellgjet e oqeanit, përfshirë ujin kolona, ​​thellësia është vetëm 10-12 km . Në përgjithësi, korja e tokës në këtë skemë shfaqet si një guaskë e hollë, ndërsa manteli shtrihet në thellësi deri në 45% të rrezes së tokës.

Por në mesin e shekullit të 20-të, idetë për strukturën më të detajuar të thellë të Tokës hynë në shkencë. Bazuar në të dhënat e reja sizmologjike, rezultoi se ishte e mundur të ndahej bërthama në të brendshme dhe të jashtme, dhe manteli në të poshtëm dhe të sipërm. Ky model, i cili është bërë i përhapur, përdoret edhe sot. Ajo u nis nga sizmologu australian K.E. Bullen, i cili në fillim të viteve 40 propozoi një skemë për ndarjen e Tokës në zona, të cilat ai i caktoi me shkronja: A - korja e tokës, B - zona në intervalin e thellësisë 33-413 km, C - zona 413-984 km, D - zona 984-2898 km , D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (qendra e Tokës). Këto zona ndryshojnë në karakteristikat sizmike. Më vonë, ai e ndau zonën D në zonat D" (984-2700 km) dhe D" (2700-2900 km). Aktualisht, kjo skemë është modifikuar ndjeshëm dhe vetëm shtresa D" përdoret gjerësisht në literaturë. Karakteristika kryesore e saj është ulja e gradientëve të shpejtësisë sizmike në krahasim me rajonin e sipërm të mantelit.

Bërthama e brendshme, me një rreze prej 1225 km, është e fortë dhe ka një densitet të lartë prej 12,5 g/cm 3 . Bërthama e jashtme është e lëngshme, dendësia e saj është 10 g/cm3. Në kufirin bërthamë-mantel, ka një kërcim të mprehtë jo vetëm në shpejtësinë e valëve gjatësore, por edhe në densitet. Në mantel zvogëlohet në 5,5 g/cm3. Shtresa D, e cila është në kontakt të drejtpërdrejtë me bërthamën e jashtme, ndikohet prej saj, pasi temperaturat në bërthamë i tejkalojnë ndjeshëm temperaturat e mantelit, në vende të caktuara, kjo shtresë gjeneron nxehtësi të madhe dhe rrjedhë masive të drejtuara drejt sipërfaqes së Tokës manteli, i quajtur shtëllunga Ata mund të manifestohen në planet në formën e zonave të mëdha vullkanike, si në Ishujt Havai, Islandë dhe rajone të tjera.

Kufiri i sipërm i shtresës D" është i pasigurt; niveli i tij nga sipërfaqja e bërthamës mund të variojë nga 200 në 500 km ose më shumë. Kështu, mund të konkludojmë se kjo shtresë pasqyron furnizimin e pabarabartë dhe me intensitet të ndryshëm të energjisë bërthamore në rajonin e mantelit. .

Kufiri i mantelit të poshtëm dhe të sipërm në skemën në shqyrtim është seksioni sizmik i shtrirë në një thellësi prej 670 km. Ka një shpërndarje globale dhe justifikohet nga një kërcim i shpejtësive sizmike në drejtim të rritjes së tyre, si dhe një rritje në densitetin e materies në mantelin e poshtëm. Ky seksion është gjithashtu kufiri i ndryshimeve në përbërjen minerale të shkëmbinjve në mantel.

Kështu, manteli i poshtëm, i përfshirë midis thellësive 670 dhe 2900 km, shtrihet përgjatë rrezes së Tokës për 2230 km. Manteli i sipërm ka një seksion të brendshëm sizmik të dokumentuar mirë, që kalon në një thellësi prej 410 km. Kur kaloni këtë kufi nga lart poshtë, shpejtësitë sizmike rriten ndjeshëm. Këtu, si në kufirin e poshtëm të mantelit të sipërm, ndodhin transformime të rëndësishme minerale.

Pjesa e sipërme e mantelit të sipërm dhe korja e tokës dallohen kolektivisht si litosfera, e cila është guaska e sipërme e ngurtë e Tokës, në krahasim me hidro- dhe atmosferën. Falë teorisë së tektonikës së pllakave litosferike, termi "litosferë" është bërë i përhapur. Teoria supozon lëvizjen e pllakave nëpër asthenosferë - një shtresë e zbutur, pjesërisht, ndoshta, e thellë e lëngshme me viskozitet të ulët. Megjithatë, sizmologjia nuk tregon një astenosferë të qëndrueshme në hapësirë. Për shumë zona, janë identifikuar disa shtresa asthenosferike të vendosura vertikalisht, si dhe ndërprerja e tyre horizontale. Alternimi i tyre është regjistruar veçanërisht qartë brenda kontinenteve, ku thellësia e shtresave (thjerrëzave) astenosferike varion nga 100 km në shumë qindra. Nën depresionet e humnerës së oqeanit, shtresa asthenosferike shtrihet në thellësi 70-80 km ose më pak. Prandaj, kufiri i poshtëm i litosferës është në të vërtetë i pasigurt, dhe kjo krijon vështirësi të mëdha për teorinë e kinematikës së pllakave litosferike, siç vërehet nga shumë studiues.

Të dhëna moderne për kufijtë sizmikë

Me kryerjen e studimeve sizmologjike shfaqen parakushtet për identifikimin e kufijve të rinj sizmikë. Kufijtë prej 410, 520, 670, 2900 km konsiderohen të jenë globalë, ku vërehet veçanërisht rritja e shpejtësisë së valëve sizmike. Së bashku me to, identifikohen kufijtë e ndërmjetëm: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 km. Për më tepër, ka indikacione nga gjeofizianët për ekzistencën e kufijve prej 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 km. N.I. Pavlenkova kohët e fundit identifikoi kufirin 100 si një kufi global, që korrespondon me nivelin më të ulët të ndarjes së mantelit të sipërm në blloqe. Kufijtë e ndërmjetëm kanë shpërndarje të ndryshme hapësinore, gjë që tregon ndryshueshmërinë anësore të vetive fizike të mantelit, nga të cilat varen. Kufijtë globalë paraqesin një kategori të ndryshme fenomenesh. Ato korrespondojnë me ndryshimet globale në mjedisin e mantelit përgjatë rrezes së Tokës.

Kufijtë e shënuar globalë sizmikë përdoren në ndërtimin e modeleve gjeologjike dhe gjeodinamike, ndërsa ato të ndërmjetme në këtë kuptim deri më tani nuk kanë tërhequr thuajse asnjë vëmendje. Ndërkohë, dallimet në shkallën dhe intensitetin e shfaqjes së tyre krijojnë një bazë empirike për hipoteza në lidhje me fenomenet dhe proceset në thellësi të planetit.

Përbërja e mantelit të sipërm

Problemi i përbërjes, strukturës dhe lidhjeve minerale të predhave ose gjeosferave të tokës së thellë, natyrisht, është ende larg zgjidhjes përfundimtare, por rezultatet dhe idetë e reja eksperimentale zgjerojnë ndjeshëm dhe detajojnë idetë përkatëse.

Sipas pikëpamjeve moderne, përbërja e mantelit dominohet nga një grup relativisht i vogël elementësh kimikë: Si, Mg, Fe, Al, Ca dhe O. Modelet e propozuara të përbërjes së gjeosferave bazohen kryesisht në ndryshimin e raporteve e këtyre elementeve (variacionet Mg/(Mg + Fe) = 0 .8-0.9; (Mg + Fe)/Si = 1.2Р1.9), si dhe mbi dallimet në përmbajtjen e Al dhe disa elementeve të tjerë që janë më të rrallë. për shkëmbinj të thellë. Në përputhje me përbërjen kimike dhe mineralogjike, këto modele morën emrat e tyre: pirolitik (mineralet kryesore janë olivina, piroksenet dhe granata në një raport 4: 2: 1), piklogitik (mineralet kryesore janë pirokseni dhe granati, dhe proporcioni i olivinës është reduktuar në 40%) dhe eklogjitik, në të cilin, së bashku me lidhjen piroksen-garnet, karakteristikë e eklogiteve, ka edhe disa minerale më të rralla, në veçanti kianit Al 2 SiO 5 me përmbajtje Al (deri në 10 wt.%). . Megjithatë, të gjitha këto modele petrologjike lidhen kryesisht me shkëmbinjtë e sipërm të mantelit që shtrihen në thellësi prej ~ 670 km. Në lidhje me përbërjen më të madhe të gjeosferave më të thella, supozohet vetëm se raporti i oksideve të elementeve dyvalente (MO) me silicën (MO/SiO 2) është ~ 2, duke qenë më afër olivinës (Mg, Fe) 2 SiO 4 sesa te pirokseni (Mg, Fe) SiO 3, dhe ndër mineralet, fazat e perovskitit (Mg, Fe) SiO 3 me shtrembërime të ndryshme strukturore, magneziowustiti (Mg, Fe) O me strukturë të tipit NaCl dhe disa faza të tjera në sasi shumë më të vogla. mbizotërojnë.

Të gjitha modelet e propozuara janë shumë të përgjithshme dhe hipotetike. Modeli pirolitik i dominuar nga olivina i mantelit të sipërm sugjeron se ai është shumë më i ngjashëm në përbërjen kimike me të gjithë mantelin më të thellë. Përkundrazi, modeli piclogite supozon ekzistencën e një kontrasti të caktuar kimik midis pjesës së sipërme dhe pjesës tjetër të mantelit. Një model eclogite më specifik lejon praninë e lenteve dhe blloqeve individuale eclogite në mantelin e sipërm.

Me interes të madh është përpjekja për të harmonizuar të dhënat strukturore, mineralogjike dhe gjeofizike që lidhen me mantelin e sipërm. Për rreth 20 vjet, është pranuar se rritja e shpejtësisë së valëve sizmike në një thellësi prej ~ 410 km lidhet kryesisht me transformimin strukturor të olivinës a-(Mg, Fe) 2 SiO 4 në wadsleyite b-(Mg, Fe ) 2 SiO 4, shoqëruar me formimin e një faze më të dendur me vlera të mëdha koeficientësh elasticiteti. Sipas të dhënave gjeofizike, në thellësi të tilla në brendësi të Tokës, shpejtësitë e valëve sizmike rriten me 3-5%, ndërsa shndërrimi strukturor i olivinës në wadsleyite (në përputhje me vlerat e moduleve të tyre elastike) duhet të shoqërohet me rritje. në shpejtësitë e valëve sizmike me afërsisht 13%. Në të njëjtën kohë, rezultatet e studimeve eksperimentale të përzierjeve të olivinës dhe olivin-piroksenit në temperatura dhe presione të larta zbuluan një koincidencë të plotë të rritjes së llogaritur dhe eksperimentale të shpejtësive të valëve sizmike në intervalin e thellësisë 200-400 km. Meqenëse olivina ka përafërsisht të njëjtin elasticitet si piroksenet monoklinikë me densitet të lartë, këto të dhëna do të tregonin mungesën e një granate shumë elastike në zonën e poshtme, prania e së cilës në mantel do të shkaktonte në mënyrë të pashmangshme një rritje më të konsiderueshme të shpejtësive të valëve sizmike. Sidoqoftë, këto ide për mantelin pa granatë bien ndesh me modelet petrologjike të përbërjes së tij.

Kështu lindi ideja që kërcimi në shpejtësitë e valëve sizmike në një thellësi prej 410 km lidhet kryesisht me rirregullimin strukturor të granatave të piroksenit brenda pjesëve të pasuruara me Na të mantelit të sipërm. Ky model supozon një mungesë pothuajse të plotë të konvekcionit në mantelin e sipërm, gjë që bie ndesh me konceptet moderne gjeodinamike. Tejkalimi i këtyre kontradiktave mund të shoqërohet me modelin më të plotë të propozuar së fundmi të mantelit të sipërm, i cili lejon përfshirjen e atomeve të hekurit dhe hidrogjenit në strukturën wadsleyite.

Ndërsa kalimi polimorfik i olivinës në wadsleyit nuk shoqërohet me një ndryshim në përbërjen kimike, në prani të granatës ndodh një reaksion që çon në formimin e wadsleyitit të pasuruar me Fe në krahasim me olivinën origjinale. Për më tepër, wadsleyite mund të përmbajë dukshëm më shumë atome hidrogjeni në krahasim me olivinën. Pjesëmarrja e atomeve Fe dhe H në strukturën e wadsleyitit çon në një ulje të ngurtësisë së tij dhe, në përputhje me rrethanat, një ulje të shpejtësisë së përhapjes së valëve sizmike që kalojnë nëpër këtë mineral.

Përveç kësaj, formimi i vadsleyitit të pasuruar me Fe sugjeron përfshirjen e më shumë olivinës në reaksionin përkatës, i cili duhet të shoqërohet me një ndryshim në përbërjen kimike të shkëmbinjve pranë seksionit 410. Idetë rreth këtyre transformimeve konfirmohen nga të dhënat moderne globale sizmike . Në përgjithësi, përbërja mineralogjike e kësaj pjese të mantelit të sipërm duket pak a shumë e qartë. Nëse flasim për lidhjen e mineraleve pirolite, transformimi i tij deri në thellësi ~ 800 km është studiuar në detaje të mjaftueshme. Në këtë rast, kufiri global sizmik në një thellësi prej 520 km korrespondon me shndërrimin e wadsleyite b-(Mg, Fe) 2 SiO 4 në ringwoodite - g-modifikimi (Mg, Fe) 2 SiO 4 me një strukturë spineli. Transformimi i granatës së piroksenit (Mg, Fe)SiO 3 Mg 3 (Fe, Al, Si) 2 Si 3 O 12 ndodh në mantelin e sipërm në një gamë më të gjerë thellësie. Kështu, e gjithë guaska relativisht homogjene në intervalin 400-600 km të mantelit të sipërm përmban kryesisht faza me llojet strukturore të granatës dhe spinelit.

Të gjitha modelet e propozuara aktualisht për përbërjen e shkëmbinjve të mantelit supozojnë se ato përmbajnë Al 2 O 3 në një sasi prej ~ 4 wt. %, që ndikon edhe në specifikat e transformimeve strukturore. Vihet re se në zona të caktuara të mantelit të sipërm heterogjen nga përbërja, Al mund të përqendrohet në minerale si zmeril Al 2 O 3 ose kianiti Al 2 SiO 5, i cili, në presione dhe temperatura që korrespondojnë me thellësi ~ 450 km, transformohet. në korund dhe stishovit është një modifikim i SiO 2, struktura e të cilit përmban një kornizë oktaedrash SiO 6. Të dy këto minerale ruhen jo vetëm në mantelin e sipërm të poshtëm, por edhe më thellë.

Komponenti më i rëndësishëm i përbërjes kimike të zonës 400-670 km është uji, përmbajtja e të cilit, sipas disa vlerësimeve, është ~0,1 wt. % dhe prania e të cilave lidhet kryesisht me Mg-silikate. Sasia e ujit të ruajtur në këtë guaskë është aq e konsiderueshme sa në sipërfaqen e Tokës do të formonte një shtresë 800 m të trashë.

Përbërja e mantelit nën kufirin 670 km

Studimet e tranzicioneve strukturore të mineraleve të kryera në dy deri në tre dekadat e fundit duke përdorur kamera me rreze X me presion të lartë kanë bërë të mundur simulimin e disa veçorive të përbërjes dhe strukturës së gjeosferave më të thella se kufiri 670 km.

Në këto eksperimente, kristali në studim vendoset midis dy piramidave (kudhërave) diamanti, ngjeshja e të cilave krijon presione të krahasueshme me presionet brenda mantelit dhe bërthamës së tokës. Megjithatë, ende mbeten shumë pyetje në lidhje me këtë pjesë të mantelit, e cila përbën më shumë se gjysmën e brendësisë së Tokës. Aktualisht, shumica e studiuesve pajtohen me idenë se i gjithë ky mantel i thellë (më i ulët në kuptimin tradicional) përbëhet kryesisht nga faza e ngjashme me perovskit (Mg, Fe)SiO 3, e cila përbën rreth 70% të vëllimit të saj (40% të vëllimi total Toka), dhe magneziowustit (Mg, Fe)O (~20%). Pjesa e mbetur 10% përbëhet nga faza stishovite dhe okside që përmbajnë Ca, Na, K, Al dhe Fe, kristalizimi i të cilave lejohet në llojet strukturore të ilmenit-korundit (tretësirë ​​e ngurtë (Mg, Fe)SiO 3 -Al 2 O 3 ), perovskit kub (CaSiO 3) dhe ferrit Ca (NaAlSiO 4). Formimi i këtyre komponimeve shoqërohet me transformime të ndryshme strukturore të mineraleve në mantelin e sipërm. Në këtë rast, një nga fazat kryesore minerale të një guaskë relativisht homogjene që shtrihet në intervalin e thellësisë 410-670 km, ringwoodite e ngjashme me spinelin, shndërrohet në një bashkim të (Mg, Fe)-perovskite dhe Mg-wüstit në kufiri prej 670 km, ku presioni është ~24 GPa. Një përbërës tjetër i rëndësishëm i zonës së tranzicionit, një përfaqësues i familjes së granatës, piropi Mg 3 Al 2 Si 3 O 12, i nënshtrohet një transformimi me formimin e perovskitit ortohombik (Mg, Fe) SiO 3 dhe një zgjidhje të ngurtë të korundit-ilmenit ( Mg, Fe) SiO 3 - Al 2 O 3 në presione disi më të larta. Ky tranzicion shoqërohet me një ndryshim në shpejtësitë e valëve sizmike në kufirin 850-900 km, që korrespondon me një nga kufijtë e ndërmjetëm sizmik. Transformimi i sagranatit të andraditit në presione më të ulëta prej ~ 21 GPa çon në formimin e një komponenti tjetër të rëndësishëm të mantelit të poshtëm Ca 3 Fe 2 3 + Si 3 O 12 të përmendur më sipër - Saperovskite kub CaSiO 3 . Raporti polar midis mineraleve kryesore të kësaj zone (Mg,Fe)-perovskit (Mg,Fe)SiO 3 dhe Mg-wüstit (Mg, Fe)O varion në një gamë mjaft të gjerë dhe në një thellësi prej ~1170 km në një presioni prej ~ 29 GPa dhe temperaturat 2000 -2800 0 C variojnë nga 2: 1 në 3: 1.

Stabiliteti i jashtëzakonshëm i MgSiO 3 me një strukturë të llojit të perovskitit ortorhombik në një gamë të gjerë presionesh që korrespondojnë me thellësitë e mantelit të poshtëm na lejon ta konsiderojmë atë një nga përbërësit kryesorë të kësaj gjeosfere. Baza për këtë përfundim ishin eksperimentet në të cilat mostrat e Mg-perovskitit MgSiO 3 iu nënshtruan presionit 1.3 milion herë më të lartë se presioni atmosferik, dhe në të njëjtën kohë kampioni, i vendosur midis kudhrave të diamantit, u ekspozua ndaj një rreze lazer me një temperaturë. prej rreth 2000 0 C. Kështu, ne simuluam kushtet ekzistuese në thellësi ~2800 km, pra pranë kufirit të poshtëm të mantelit të poshtëm. Doli se as gjatë dhe as pas eksperimentit minerali nuk ndryshoi strukturën dhe përbërjen e tij. Kështu, L. Liu, si dhe E. Nittle dhe E. Jeanloz arritën në përfundimin se qëndrueshmëria e Mg-perovskite lejon që ai të konsiderohet minerali më i zakonshëm në Tokë, me sa duket përbën pothuajse gjysmën e masës së tij.

Wüstite Fe x O nuk është më pak i qëndrueshëm, përbërja e të cilit në kushtet e mantelit të poshtëm karakterizohet nga vlera e koeficientit stoikiometrik x< 0,98, что означает одновременное присутствие в его составе Fe 2+ и Fe 3+ . 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 0 С, предполагаемой для этого уровня (при средних температурах мантии ~2500 0 С в основании нижней мантии допускается повышение температуры приблизительно на 1300 0 С). 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.

Duhet të theksohet se fazat e ngjashme me perovskitin që mbizotërojnë në thellësi të mëdha mund të përmbajnë një sasi shumë të kufizuar të Fe, dhe përqendrimet e rritura të Fe midis mineraleve të lidhjes së thellë janë karakteristikë vetëm për magneziowustitin. Në të njëjtën kohë, për magnesiowüstite, mundësia e kalimit nën ndikimin e presioneve të larta të një pjese të hekurit dyvalent që përmbahet në të në hekur trevalent, që mbetet në strukturën e mineralit, me lëshimin e njëkohshëm të një sasie përkatëse të hekurit neutral. , është vërtetuar. Bazuar në këto të dhëna, punonjësit e laboratorit gjeofizik të Institutit Carnegie H. Mao, P. Bell dhe T. Yagi parashtruan ide të reja rreth diferencimit të materies në thellësitë e Tokës. Në fazën e parë, për shkak të paqëndrueshmërisë gravitacionale, magneziowustiti zhytet në një thellësi ku, nën ndikimin e presionit, një pjesë e hekurit në formë neutrale lirohet prej tij. Magneziowustiti i mbetur, i karakterizuar nga një densitet më i ulët, ngrihet në shtresat e sipërme, ku përsëri përzihet me faza të ngjashme me perovskit. Kontakti me ta shoqërohet me rivendosjen e stoikiometrisë (d.m.th., raporti i plotë i elementeve në formulën kimike) të magneziowustitit dhe çon në mundësinë e përsëritjes së procesit të përshkruar. Të dhënat e reja na lejojnë të zgjerojmë disi grupin e elementeve kimike të mundshme për mantelin e thellë. Për shembull, qëndrueshmëria e magnezitit në presione që korrespondojnë me thellësi ~ 900 km, e vërtetuar nga N. Ross (1997), tregon praninë e mundshme të karbonit në përbërjen e tij.

Identifikimi i kufijve individualë të ndërmjetëm sizmikë të vendosur nën shenjën 670 lidhet me të dhënat mbi transformimet strukturore të mineraleve të mantelit, format e të cilave mund të jenë shumë të ndryshme. Një ilustrim i ndryshimeve në shumë veti të kristaleve të ndryshme në vlera të larta të parametrave fiziko-kimikë që korrespondojnë me mantelin e thellë mund të jetë, sipas R. Jeanloz dhe R. Hazen, ristrukturimi i lidhjeve jon-kovalente të wustitit të regjistruar gjatë eksperimenteve në presione. prej 70 gigapaskal (GPa) (~1700 km) për shkak të llojit metalik të ndërveprimeve ndëratomike. Shenja 1200 mund të korrespondojë me transformimin e SiO 2 me strukturën stishovite në tipin strukturor CaCl 2 (analog ortombik i rutilit TiO 2) i parashikuar në bazë të llogaritjeve teorike mekanike kuantike dhe i modeluar më pas me një presion prej ~ 45 GPa dhe a. temperatura prej ~ 2000 0 C dhe 2000 km - shndërrimi i tij i mëvonshëm në një fazë me një strukturë të ndërmjetme midis a-PbO 2 dhe ZrO 2, e karakterizuar nga një paketim më i dendur i oktaedrave silikon-oksigjen (të dhëna nga L.S. Dubrovinsky et al.). Gjithashtu, duke u nisur nga këto thellësi (~2000 km) në presionet 80-90 GPa, lejohet zbërthimi i MgSiO 3 të ngjashëm me perovskitin, i shoqëruar me rritje të përmbajtjes së periklazës MgO dhe silicit të lirë. Në një presion pak më të lartë (~96 GPa) dhe një temperaturë prej 800 0 C, u konstatua manifestimi i politipit në FeO, i shoqëruar me formimin e fragmenteve strukturore si nikel NiAs, të alternuara me domenet anti-nikel, në të cilat atomet e Fe. ndodhen në pozicionet e atomeve As, dhe atomeve O në pozicionet e atomeve Ni. Pranë kufirit D", Al 2 O 3 me strukturë korundi shndërrohet në një fazë me strukturë Rh 2 O 3, e modeluar eksperimentalisht në presione ~ 100 GPa, domethënë në një thellësi prej ~ 2200-2300 km. Kalimi vërtetohet duke përdorur metodën e spektroskopisë Mössbauer në të njëjtin presion nga gjendja e rrotullimit të lartë (HS) në gjendjen e ulët të rrotullimit (LS) të atomeve të Fe në strukturën e magneziowustitit, domethënë një ndryshim në strukturën e tyre elektronike Në lidhje me këtë, duhet theksuar se struktura e wustit FeO në presion të lartë karakterizohet nga jostoichiometria e përbërjes, defekte atomike të paketimit, politipi dhe gjithashtu një ndryshim në renditjen magnetike të shoqëruar me një ndryshim në strukturën elektronike (HS => LS - tranzicioni) i atomeve të Fe. Karakteristikat e vërejtura na lejojnë të konsiderojmë wustitin si një nga mineralet më komplekse me veti të pazakonta që përcaktojnë specifikën e zonave të thella të Tokës të pasuruara në të afër kufirit D.

Matjet sizmiologjike tregojnë se si bërthama e brendshme (e ngurtë) dhe ajo e jashtme (e lëngshme) e Tokës karakterizohen nga një densitet më i ulët në krahasim me vlerën e përftuar bazuar në një model të një bërthame të përbërë vetëm nga hekuri metalik nën të njëjtat parametra fiziko-kimikë. Shumica e studiuesve e lidhin këtë ulje të densitetit me praninë në thelbin e elementeve si Si, O, S dhe madje O, të cilët formojnë lidhje me hekurin. Ndër fazat e mundshme për kushte të tilla fiziko-kimike “faustiane” (presioni ~250 GPa dhe temperatura 4000-6500 0 C) quhen Fe 3 S me tipin strukturor të njohur Cu 3 Au dhe Fe 7 S. Një fazë tjetër e supozuar në bërthamë. është b-Fe, struktura e të cilit karakterizohet nga një paketim i ngushtë me katër shtresa të atomeve të Fe. Pika e shkrirjes së kësaj faze vlerësohet në 5000 0 C në një presion prej 360 GPa. Prania e hidrogjenit në bërthamë ka qenë prej kohësh një çështje debati për shkak të tretshmërisë së tij të ulët në hekur në presionin atmosferik. Megjithatë, eksperimentet e fundit (të dhënat nga J. Bedding, H. Mao dhe R. Hamley (1992)) kanë vërtetuar se hidridi i hekurit FeH mund të formohet në temperatura dhe presione të larta dhe është i qëndrueshëm në presione që tejkalojnë 62 GPa, që korrespondon me thellësitë e ~ 1600 km. Në këtë drejtim, prania e sasive të konsiderueshme (deri në 40 mol %) të hidrogjenit në bërthamë është mjaft e pranueshme dhe e zvogëlon densitetin e tij në vlera në përputhje me të dhënat sizmologjike.

Mund të parashikohet se të dhënat e reja mbi ndryshimet strukturore në fazat minerale në thellësi të mëdha do të bëjnë të mundur gjetjen e një interpretimi adekuat të kufijve të tjerë të rëndësishëm gjeofizikë të regjistruar në brendësi të Tokës. Përfundimi i përgjithshëm është se në kufijtë sizmikë globalë si 410 dhe 670 km, ndodhin ndryshime të rëndësishme në përbërjen minerale të shkëmbinjve të mantelit. Shndërrimet minerale vërehen gjithashtu në thellësi ~850, 1200, 1700, 2000 dhe 2200-2300 km, domethënë brenda mantelit të poshtëm. Kjo është një rrethanë shumë e rëndësishme që na lejon të braktisim idenë e strukturës së saj homogjene.

Dhe një bërthamë hekuri të shkrirë. Ajo zë pjesën më të madhe të Tokës, duke përbërë dy të tretat e masës së planetit. Manteli fillon në një thellësi prej rreth 30 kilometrash dhe arrin 2900 kilometra.

Struktura e tokës

Toka ka të njëjtën përbërje elementesh si (pa llogaritur hidrogjenin dhe heliumin, të cilët ikën për shkak të gravitetit të Tokës). Pa marrë parasysh hekurin në bërthamë, mund të llogarisim se manteli është një përzierje e magnezit, silikonit, hekurit dhe oksigjenit, që është afërsisht përbërja e mineraleve.

Por pikërisht fakti që një përzierje mineralesh është e pranishme në një thellësi të caktuar është një çështje komplekse që nuk është mjaftueshëm e vërtetuar. Ne mund të marrim mostra nga manteli, copa shkëmbi të ngritura gjatë shpërthimeve të caktuara vullkanike, nga thellësi rreth 300 kilometra, dhe ndonjëherë shumë më të thella. Ato tregojnë se pjesa më e sipërme e mantelit përbëhet nga peridotiti dhe eklogiti. Gjëja më interesante që marrim nga manteli janë diamantet.

Aktivitet në mantel

Pjesa e sipërme e mantelit përzihet ngadalë nga lëvizjet e pllakave që kalojnë sipër tij. Kjo është shkaktuar nga dy aktivitete. Së pari, ka një lëvizje në rënie të pllakave të lëvizshme, të cilat rrëshqasin njëra nën tjetrën. Së dyti, ka lëvizje lart të shkëmbinjve të mantelit pasi dy pllaka tektonike ndryshojnë dhe largohen. Megjithatë, i gjithë ky veprim nuk e përzien plotësisht mantelin e sipërm, dhe gjeokimistët e konsiderojnë mantelin e sipërm si një version shkëmbor të një byreku mermeri.

Modelet botërore të vullkanizmit pasqyrojnë veprimin e tektonikës së pllakave, me përjashtim të disa zonave të planetit të quajtura pika të nxehta. Pikat e nxehta mund të jenë çelësi i rritjes dhe rënies së materialeve shumë më thellë në mantel, ndoshta nga vetë baza e tij. Këto ditë ka një debat të fuqishëm shkencor rreth pikave të nxehta të planetit.

Studimi i mantelit duke përdorur valët sizmike

Metoda jonë më e fuqishme për studimin e mantelit është monitorimi i valëve sizmike nga tërmetet në mbarë botën. Dy lloje të ndryshme valësh sizmike, valët P (të ngjashme me valët e zërit) dhe valët S (si valët nga një litar që tundet), i përgjigjen vetive fizike të shkëmbit nëpër të cilin kalojnë. Valët sizmike reflektojnë disa lloje sipërfaqesh dhe thyejnë (përkulin) lloje të tjera sipërfaqesh kur i godasin. Shkencëtarët i përdorin këto efekte për të përcaktuar sipërfaqet e brendshme të Tokës.

Instrumentet tona janë mjaft të mira për të parë mantelin e Tokës në mënyrën se si mjekët marrin imazhe me ultratinguj të pacientëve të tyre. Pas një shekulli mbledhjeje të të dhënave për tërmetet, ne mund të prodhojmë disa harta mbresëlënëse të mantelit.

Modelimi i mantelit në laborator

Mineralet dhe shkëmbinjtë ndryshojnë nën presion të lartë. Për shembull, minerali i zakonshëm i mantelit olivina shndërrohet në forma të ndryshme kristalore në thellësi rreth 410 kilometra dhe përsëri në 660 kilometra.

Sjellja e mineraleve në mantel studiohet në dy mënyra: modelim kompjuterik bazuar në ekuacionet e fizikës minerale dhe eksperimente laboratorike. Kështu, kërkimet moderne të mantelit kryhen nga sizmologë, programues dhe studiues laboratorikë, të cilët tani mund të riprodhojnë kushtet kudo në mantel duke përdorur pajisje laboratorike me presion të lartë si një qelizë kudhër diamanti.

Shtresat e mantelit dhe kufijtë e brendshëm

Një shekull kërkimi ka mbushur disa nga boshllëqet në njohuritë rreth mantelit. Ka tre shtresa kryesore. Manteli i sipërm shtrihet nga baza e kores (Mohorovicic) deri në një thellësi prej 660 kilometrash. Zona e tranzicionit ndodhet midis 410 dhe 660 kilometrave, ku ndodhin ndryshime të rëndësishme fizike në minerale.

Manteli i poshtëm shtrihet nga 660 në afërsisht 2700 kilometra. Këtu, valët sizmike janë shumë të heshtura dhe shumica e studiuesve besojnë se shkëmbinjtë nën to ndryshojnë në përbërjen kimike, jo vetëm në kristalografi. Dhe shtresa e fundit e diskutueshme në fund të mantelit është rreth 200 kilometra e trashë dhe është kufiri midis bërthamës dhe mantelit.

Pse është i veçantë manteli i Tokës?

Meqenëse manteli është pjesa kryesore e Tokës, historia e saj ka një rëndësi thelbësore. Manteli u formua gjatë lindjes së Tokës si një oqean magmë të lëngshme në një bërthamë hekuri. Ndërsa ngurtësohej, elementët që nuk përshtateshin në mineralet themelore u grumbulluan si shkallë në majë të kores. Më pas, manteli filloi një qarkullim të ngadaltë që ka vazhduar për 4 miliardë vitet e fundit. Pjesa e sipërme e mantelit filloi të ftohet sepse ishte e përzier dhe e hidratuar nga lëvizjet tektonike të pllakave sipërfaqësore.

Në të njëjtën kohë, ne mësuam shumë për strukturën e të tjerëve (Merkurit, Venusit dhe Marsit). Në krahasim, Toka ka një mantel aktiv, të lubrifikuar që është i veçantë falë të njëjtit element që e dallon sipërfaqen e saj: ujit.

Nën koren e tokës është shtresa tjetër e quajtur manteli. Ai rrethon bërthamën e planetit dhe është pothuajse tre mijë kilometra i trashë. Struktura e mantelit të Tokës është shumë komplekse dhe për këtë arsye kërkon studim të hollësishëm.

Manteli dhe veçoritë e tij

Emri i kësaj guaskë (gjeosferë) vjen nga fjala greke që do të thotë mantel ose batanije. Në fakt, manteli, si një batanije, mbështjell thelbin. Ajo përbën rreth 2/3 e masës së Tokës dhe afërsisht 83% të vëllimit të saj.

Në përgjithësi pranohet se temperatura e guaskës nuk i kalon 2500 gradë Celsius. Dendësia e tij në shtresa të ndryshme ndryshon dukshëm: në pjesën e sipërme është deri në 3,5 t/kub.m, dhe në pjesën e poshtme – 6 t/kub.m. Manteli përbëhet nga substanca të ngurta kristalore (minerale të rënda të pasura me hekur dhe magnez). Përjashtimi i vetëm është astenosfera, e cila është në një gjendje gjysmë të shkrirë.

Struktura e guaskës

Tani le të shohim strukturën e mantelit të tokës. Gjeosfera përbëhet nga pjesët e mëposhtme:

• manteli i sipërm, i trashë 800-900 km;
• astenosferë;
• manteli i poshtëm, rreth 2000 km i trashë.

Manteli i sipërm është pjesa e guaskës që ndodhet poshtë kores së tokës dhe hyn në litosferë. Nga ana tjetër, ajo ndahet në astenosferën dhe shtresën Golitsin, e cila karakterizohet nga një rritje intensive e shpejtësive të valëve sizmike. Kjo pjesë e mantelit të Tokës ndikon në procese të tilla si lëvizjet tektonike të pllakave, metamorfizmi dhe magmatizmi. Vlen të përmendet se struktura e tij ndryshon në varësi të cilit objekt tektonik ndodhet.

Astenosfera. Vetë emri i shtresës së mesme të guaskës përkthehet nga greqishtja si "top i dobët". Gjeosfera, e cila klasifikohet si pjesa e sipërme e mantelit dhe nganjëherë ndahet në një shtresë të veçantë, karakterizohet nga ngurtësia, forca dhe viskoziteti i reduktuar. Kufiri i sipërm i asthenosferës ndodhet gjithmonë nën vijën ekstreme të kores së tokës: nën kontinente - në një thellësi prej 100 km, nën shtratin e detit - 50 km. Vija e poshtme e saj ndodhet në një thellësi prej 250-300 km. Astenosfera është burimi kryesor i magmës në planet, dhe lëvizja e lëndës amorfe dhe plastike konsiderohet shkaku i lëvizjeve tektonike në rrafshin horizontal dhe vertikal, magmatizmi dhe metamorfizmi i kores së tokës.

Shkencëtarët dinë pak për pjesën e poshtme të mantelit. Besohet se në kufirin me bërthamën ka një shtresë të veçantë D, që të kujton astenosferën. Karakterizohet nga temperatura e lartë (për shkak të afërsisë së bërthamës së nxehtë) dhe heterogjeniteti i substancës. Përbërja e masës përfshin hekur dhe nikel.

Përbërja e mantelit të Tokës

Përveç strukturës së mantelit të Tokës, interesante është edhe përbërja e tij. Gjeosfera krijohet nga shkëmbinjtë olivin dhe ultrabazikë (peridotite, perovskite, dunite), por nuk mungojnë edhe shkëmbinjtë bazë (eklogitët). Është vërtetuar se guaska përmban varietete të rralla që nuk gjenden në koren e tokës (grospidite, peridotite flogopite, karbonatite).

Nëse flasim për përbërjen kimike, atëherë manteli përmban në përqendrime të ndryshme: oksigjen, magnez, silikon, hekur, alumin, kalcium, natrium dhe kalium, si dhe oksidet e tyre.

Manteli dhe studimi i tij - video

Manteli mund të ndahet në tre rajone kryesore sizmike, të cilat në përgjithësi janë koncentrike me sipërfaqen e tokës; manteli i sipërm, zona e tranzicionit (me gradientë të shpejtësisë anormale) dhe manteli i poshtëm. Dendësia për këto zona janë paraqitur në figurë. 400 km e sipërme e mantelit karakterizohet nga gradientë me densitet shumë të ulët, dhe në zonën e tranzicionit ka zona me rritje të mprehtë të densitetit; më thellë se 1050 km ka një zonë të gjerë gradientësh me densitet të ulët, që shtrihet pothuajse deri në kufirin e bërthamës (në një thellësi prej 2885 km), me përjashtim të mundshëm të një zone tjetër tranzicioni direkt në bazën e mantelit.

Përbërja minerale dhe kimike e mantelit nuk dihet përafërsisht si dhe dendësia e tij.

Përbërja minerale dhe kimike e mantelit nuk është aq e njohur sa dendësia e tij, por disa informacione mund të merren nga kufizimet e vendosura nga karakteristikat fizike, nga të dhënat e meteoriteve dhe nga materialet gjeologjike.

1. Kufizimet fizike përdoren për të përcaktuar se çfarë lloje shkëmbinjsh mund të ekzistojnë në thellësi. Përveç densitetit, është e nevojshme të merret parasysh një parametër i lidhur ngushtë - presioni litostatik (d.m.th. presioni i prodhuar nga pesha e shkëmbinjve mbivendosje). Temperatura është gjithashtu e rëndësishme në gjykimin e problemeve të shkrirjes dhe konvekcionit. Nëse presioni dhe temperatura brenda mantelit janë të njohura, dhe rrjedhimisht dendësia e lidhur, mund të kryhen eksperimente fizike në mostrat e shkëmbinjve të supozuar të mantelit për të përcaktuar se sa përfaqësues janë këta shkëmbinj të mantelit. Teksti i mëposhtëm përmend supozime të ndryshme në lidhje me përbërjen e mundshme të materies në mantelin e thellë, me dendësi të dhëna nga matjet në kushtet e sipërfaqes (dendësia në presionin "zero").
2. Të dhënat mbi meteoritët bëjnë të mundur testimin e supozimeve në lidhje me përbërjet e mundshme të materies. Bazuar në modelin kondritik të Tokës, manteli origjinal i Tokës mund të krahasohet me fazat silikate të kondritit. Së bashku me teorinë e shpërndarjes së elementeve sipas vetive të tyre elektronike, kjo imponon kufizime shtesë në përbërjen në masë dhe në natyrën e ndryshimit të përbërjes me thellësi.
3. Materialet gjeologjike që lidhen posaçërisht me mantelin janë të një rëndësie kyçe. Ndër shkëmbinjtë e mantelit që mund të gjenden në sipërfaqen e tokës, rolin kryesor e luajnë produktet e shkrirjes - bazaltet vullkanike - dhe përfshirjet që ato përmbajnë (ksenolite, fragmente) me sa duket nga materiali i mantelit. Lidhja midis përbërjes së mundshme të mantelit dhe produkteve të shkrirjes së tij vendoset me metoda të petrologjisë eksperimentale, të cilat bëjnë të mundur riprodhimin e temperaturave dhe presioneve karakteristike të të paktën 600 km të sipërme të mantelit. Thellësia e burimeve të bazaltit përshtatet mirë në këtë interval, siç mund të përcaktohet nga tërmetet që lidhen me shpërthimet vullkanike

Një lloj tjetër informacioni gjeologjik ofrohet nga studimi i tubave të kimberlitit

Një lloj tjetër informacioni gjeologjik ofrohet nga studimi i tubave të kimberlitit që shtrihen në thellësitë e mantelit dhe ofiolitë, të cilët përfshijnë shkëmbinj si të kores oqeanike ashtu edhe të mantelit të sipërm, të nxjerra në sipërfaqe si rezultat i lëvizjeve të shtytjes.

Ofiolitet janë aq të rëndësishëm sa është krejtësisht e pamundur të merret në konsideratë përbërja e mantelit në izolim nga korja oqeanike. Natyrisht, ka pakrahasueshëm më shumë informacion për guaskat e sipërme të Tokës sesa për pjesët e poshtme të mantelit: si aksesi për marrjen e mostrave ashtu edhe mundësia e kryerjes së eksperimenteve luajnë një rol këtu shërbejnë si një hyrje në përshkrimin e veçorive të dinamikës së kores dhe mantelit, si dhe natyrën e evolucionit të tyre.

Manteli i sipërm: eklogit apo peridotit? Modeli paraprak. Një qasje për të studiuar përbërjen e mantelit është pyetja se çfarë materiali mund të formojë bazaltet që përbëjnë pothuajse të gjithë koren oqeanike dhe janë jashtëzakonisht të përhapur në tokë. Kërkimi për një material të tillë burimor zbret lehtësisht në një zgjedhje midis dy llojeve të shkëmbinjve: midis peridotiteve dhe eklogitëve.

1. "Peridotite" është emri kolektiv për një grup të madh shkëmbinjsh ultramafikë, përbërja tipike e të cilëve është rreth 80% olivinë dhe 20% piroksen. Peridotitet shfaqen si thjerrëza tektonike në disa breza të rinj të palosjes malore, në disa ishuj oqeanikë (kryesisht si përfshirje në bazalt) dhe në tubacione kimberlite diamante të zonave të lashta kontinentale si Afrika e Jugut dhe Australia Perëndimore. Tubat Kimberlite, të formuar nga shpërthimet vullkanike që nxirrnin materiale të ngurta dhe gazra, përmbajnë përfshirje të peridotitit të pasur me granatë, disa eclogite (shih më poshtë) dhe shpesh diamante, të gjitha të ngulitura në një çimento me kokrriza të imta të dominuara nga minerale mike.
2. Eklogiti është një shkëmb metamorfik i formuar në kushte presioni të lartë dhe temperaturë të ulët. Për nga përbërja kimike, eklogitet janë afër bazalteve. Mineralogjikisht, eklogitet përmbajnë përafërsisht pjesë të barabarta të piroksenit aluminoz (d.m.th., të pasuruar me alumin) dhe një granate mineral të dendur. Eklogitët (si peridotitet) gjenden në brezat e rinj malorë, si Alpet dhe Himalajet, dhe konsiderohen bazalt të metamorfozuar:

feldspat plagioklase + piroksen + bazalt olivin
granatë + piroksen alumini + kuarc. eclogite

Dallimi kryesor midis eklogitit dhe peridotitit në mantelin e tokës

Dallimi kryesor midis eclogitit dhe peridotitit është se eclogite përmban më shumë granatë, ndërsa peridotiti është i dominuar nga olivina; përveç kësaj, eclogite përmban më shumë piroksene dhe është më i pasuruar me silicë.
Në të dyja rastet, është interesante të merret në konsideratë natyra e kufirit midis kores dhe mantelit - seksioni sizmik Mohorovicic (M). Mbi këtë kufi, korja oqeanike ka një përbërje bazaltike, dhe korja kontinentale ndryshon ashpër nga ajo kimikisht dhe mineralogjikisht (ajo dominohet nga tonalitet dhe granulitet.

Nëse (në përputhje me transformimin, manteli i sipërm ka një përbërje eklogjitike, atëherë seksioni oqeanik M përfaqëson një kalim fazor nga një formë me temperaturë të ulët në një formë të temperaturës së lartë të së njëjtës përbërje bazaltike. Përkundrazi, për pjesën e sipërme të peridotitit manteli, seksioni oqeanik M pasqyron një ndryshim në përbërje: nga korja bazaltike, mafioze në një mantel të sipërm peridotiti, ultramafik Në të dyja rastet, seksioni kontinental M duhet të pasqyrojë një ndryshim në përbërje.
Pasi iu nënshtruan mostrave të shkëmbinjve testeve në kushte të përshtatshme presioni dhe temperature, studiuesit zbuluan se ideja e një tranzicioni fazor nuk është në përputhje me thellësitë e vëzhguara të seksionit oqeanik të M. Për të vlerësuar rëndësinë e këtyre të dhënave eksperimentale, duhet të kihet parasysh se kalimi fazor do të duhej të ndodhte në një presion të caktuar, dhe për këtë arsye në një thellësi konstante, nëse nuk do të shoqërohej me vlera të ndryshme të gradientit të temperaturës. Temperaturat më të larta priren të shkaktojnë zgjerim dhe për këtë arsye favorizojnë ekzistencën e bazaltit në densitetin e tij të ulët, ndërsa temperaturat më të ulëta favorizojnë eklogitin më të dendur nëse është i pranishëm presioni i nevojshëm.

Cilat janë kushtet e presionit dhe të temperaturës në seksionin Mohorovicic dhe në mantelin e sipërm?

Presioni P ndryshon në varësi të thellësisë së densitetit të materialit të sipërm. Nëse për thjeshtësi supozojmë se disa qindra kilometrat e sipërm të Tokës kanë një densitet mesatar prej 3300 kg/m3, marrim
P = 3,3 107hN/m2,
ku thellësia h shprehet në kilometra. Ose, duke përdorur njësi më të njohura në gjeologji, mund të shkruajmë:
P = 0,33 ft kbar.
Gradienti i temperaturës varet nga disa faktorë, si gjenerimi specifik i nxehtësisë së shkëmbinjve, koeficienti i tyre i përçueshmërisë termike dhe lloji i transferimit të nxehtësisë - konvekcioni ose përçueshmëria termike. Shkëmbinjtë e kores së sipërfaqes afër janë relativisht më të ngurtë se materialet më të thella të mantelit, kështu që transferimi i nxehtësisë përmes konvekcionit është i vështirë. Ato përmbajnë gjithashtu më shumë burime të nxehtësisë radiogjenike se çdo shkëmb i supozuar i mantelit; prandaj, korja karakterizohet nga gradientët më të lartë të temperaturës.

Vlerat e gradientit të temperaturës për shkëmbinjtë e cekët

Gradientët e temperaturës për shkëmbinjtë e cekët (të matura në gropa) janë gjetur të jenë midis 20 dhe 40°C/km, por vlera të tilla nuk mund të ekstrapolohen në të gjithë 2900 km të mantelit. Përveç gjenerimit të ulët të nxehtësisë së shkëmbinjve të mantelit dhe vetive të tyre plastike, ne e dimë se një kufi i arsyeshëm për temperaturën e bërthamës së jashtme është rreth 4000°C. Në mantelin e thellë, gradienti i temperaturës duhet të ulet në nivelin e gradientit adiabatik, d.m.th. deri në afërsisht 0,3°C/km. Gjeotermi të tilla lakuar përfshijnë zona me gradientë të pjerrët në shtresën përcjellëse të ngurtë, fort superadiabatike (korja dhe manteli i sipërm) dhe gradientë më të sheshtë në shtresën konvektive të dobët superadiabatike më poshtë.
Përveç këtyre veçorive të theksuara, ka edhe dallime më pak të dukshme midis gradientëve të temperaturës në rajonet oqeanike dhe kontinentale pranë sipërfaqes. Kjo është për shkak të vlerave pothuajse identike të ekuilibrit të rrjedhës së nxehtësisë oqeanike dhe kontinentale. Për shkak se shkëmbinjtë e njohur kontinental kanë gjenerim dukshëm më të lartë të nxehtësisë se shumica e shkëmbinjve oqeanikë, supozohet se temperaturat në mantelin e sipërm nën oqeane duhet të jenë më të larta se ato nën kontinente.

Tani mund të kthehemi te të dhënat eksperimentale në lidhje me tranzicionin e fazës bazalt-eklogite. Pozicioni i saktë i këtij kufiri nuk është vendosur me siguri, por sa më e lartë të jetë temperatura në thellësi, aq më i thellë ndodh tranzicioni fazor. Prandaj, në zonat me një gradient të lartë gjeotermik, seksioni M në rastin e një manteli të sipërm eklogjitik do të jetë më i thellë se në zonat me një gradient më të ulët, siç janë kontinentet (pika A). Nuk u gjet asnjë korrelacion i këtij lloji midis gradientit gjeotermik dhe thellësisë së ndërfaqes sizmike Mohorovicic; përveç kësaj, dihet se për shfaqjen e eclogitit kërkohen presione më të larta se ato që janë të mundshme pranë seksionit oqeanik të M. Dhe "gozhda në arkivol" e fundit e modelit eclogite është nevoja për shkrirje 100% në fitojnë magmë bazaltike kimikisht identike. Një shtresë plotësisht e lëngshme do të duhej të shtypte plotësisht valët S, gjë që në realitet nuk ndodh. Zbutja e dobët e vërejtur korrespondon vetëm me një shkrirje të pjesshme të vogël (disa përqind), kështu që favorizon modelin e peridotitit. Pra, fakti që eklogiti është shumë afër në përbërje me bazaltin nuk do të thotë se ai është materiali burimor për bazaltin; përkundrazi, e përjashton plotësisht një mundësi të tillë!

Video e mantelit të tokës

Nga se përbëhet manteli i Tokës?

Për një kohë të gjatë, materiali kryesor i mantelit konsiderohej të ishte olivina - një mineral i mirënjohur me ngjyrë të verdhë-jeshile, ulliri apo edhe kafe që është pjesë e pothuajse të gjithë shkëmbinjve më të rëndë në Tokë që janë derdhur ndonjëherë nga thellësitë e tokës si magmë e shkrirë. Meteoritët prej guri që vijnë në Tokë nga hapësira përbëhen kryesisht nga olivina.

Disa shkencëtarë besojnë se këto janë mbetjet e materialit ndërtimor nga i cili janë formuar planetët, duke përfshirë Tokën tonë. Nëse do të ishte kështu... Sa probleme dhe mistere do të zgjidheshin... Por deri tani vetëm prova indirekte mund të përdoren për të diskutuar përbërjen dhe strukturën e mundshme të materies së mantelit.

Në vitin 1936, fizikani i famshëm anglez dhe figura e shquar publike John Bernall sugjeroi që në thellësitë e zorrëve të tokës në kushtet temperaturat dhe presionet e larta, kristalet e olivinës janë të ngjeshur, atomet janë ripaketuar dhe kristale të një të ndryshme, më të madhe duhet të përftohen dendësia.

Një ide e ngjashme u shpreh në të njëjtën kohë nga Vladimir (Vartan) Nikitovich Lodochnikov. Ai besonte se të gjitha vetitë fizike të materies që ndodhen thellë në Tokë duhet të ndryshojnë.

Shkencëtarët filluan testimin e olivinës në laboratorë. Kubat e mineralit të verdhë-gjelbër u shtrydhën dhe u nxehën, u ngrohën përsëri dhe u shtrydhën përsëri. Olivina nën presion ishte shumë e ngjashme në karakteristikat e saj sizmike me materialin e mantelit, por... Në presione që korrespondonin me një thellësi prej afërsisht 400 kilometrash, ajo u shkatërrua. Kjo do të thotë se vetëm manteli i sipërm dhe pjesërisht i mesëm mund të përbëhet prej tij. Dhe çfarë përfshihet në përbërjen e pjesës së poshtme?..