Нижняя мантия Земли

0
1525

Нижняя мантия, находящаяся на глубине от 900—1000 до 2900 км, согласно последним геофизическим данным В. Н. Жаркова и В. А. Магницкого (1970 г.), Ф. Пресса (1975 г.), К. Буллена (1978 г.) и др., сложена веществом в твердом состоянии, плотность которого возрастает с глубиной. Однако данные о распространении волн от землетрясений позволили в 1970 г. Л. П. Виннику и А. В. Николаеву установить в ее пределах значительные области неоднородностей. Сейсмические исследования, проведенные Л. П. Винником и Г. Г. Дашковой, указывают также на существование неоднородности в плотности пород нижней мантии и в области ее перехода к ядру, которая на основании определенных геофизических параметров может интерпретироваться как область разуплотнения вещества. В пользу подобной неоднородности нижней мантии говорят и результаты исследований Г. Н. Петровой и А. Н. Храмова вековых вариаций направления магнитного поля Земли. Результаты моделирования РТ-условий мантии провели С. Ванга и других исследователей также к необходимости признания изменений в ее химическом составе на глубину (по крайней мере изменения в содержании железа).

Состав нижней мантии на основе сопоставления данных о строении Земли с составом метеоритов предполагается близким к составу хондритов . На основании «закона соответственных состояний», экспериментальных данных о физических параметрах вещества нижней мантии (например, модуля сжатия — К) и результатов исследования вещества при высоких давлениях установлено, что нижняя мантия, по-видимому, состоит из плотноупакованных минералов типа шпинели, гранатов, периклаза, корунда [27, 30]. Для вещества верхней части нижней мантии — на глубине порядка 1200 км рассчитанная средняя атомная масса (т) составляет 21,9, у ее подошвы — 23,1, а в среднем по слою D — 22,5. Это хорошо согласуется как с результатами сейсмологических исследований, так и с соответствующими данными по минералогии: для силикатной фазы хондритов т составляет 21,8, для перидотитов— 21,6, для дунита — 21,5, а для эклогита — 22,1. Незначительный прирост средней атомной массы (Д/п=1,2) свидетельствует об увеличении плотности в нижней мантии с глубиной на величину порядка 0,14 г/см3, а близость рассчитанных значений т к средней атомной массе хондритов и эклогитов противоречит представлениям о сверхвысоких давлениях в нижней мантии. В. А. Магницким в 1968 г. с учетом наблюдаемого замедления вращения Земли была оценена вязкость нижней мантии. Полученное значение вязкости нижней мантии в 10 Па-с позволяет рассматривать нижнюю мантию как упругое тело, что согласуется и с данными сейсмологии о том, что модуль твердости мантии Земли везде очень велик (не меньше, чем у лучших сортов легированной стали).

В то же время А. Е. Рингвуд — сторонник изначально гомогенной Земли — разработал модель фазовых переходов в условиях сверхвысоких давлений, согласно которой изменение плотности с глубиной объясняется структурными превращениями минеральных составляющих нижней мантии без изменения     химического состава. Однако и он вынужден писать: «Плотность минеральной ассоциации, представленной в нижней мантии, возможно, на 2—5 % выше по сравнению с изохимической смесью окислов пиролитового состава. В принципе это приращение плотности может быть обусловлено появлением дополнительных фазовых переходов в небольшом масштабе на глубинах более 800 км или увеличением содержания железа с глубиной, либо комбинацией этих факторов. Имеющиеся данные, полученные на нескольких направлениях исследований, пока не являются окончательно доказательными…». И несмотря на это, он все же принимает модель фазовых превращений, указывая, что «…в настоящее время отсутствуют серьезные основания для утверждения, что средний атомный вес нижней мантии выше, чем верхней, или что величина отношения MgO/FeO для нижней мантии меньше, чем для верхней», что противоречит изложенным выше данным, в том числе глубинному моделированию Ф. Пресса . Следовательно, не отрицая возможных фазовых превращений, мы не можем обойти те фактические данные об изменении химического состава с глубиной и отсутствии сверхадиабатических давлений в нижней мантии, которые А. Е. Рингвуд попросту не рассматривает. Тем более, что модель А. Е. Рингвуда требует таких высоких давлений, реальность которых в нижней мантии сомнительна.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ