Мантія Землі

Визначення і загальна характеристика

МА́НТІЯ ЗЕМЛІ́ — внутрішня оболонка, що знаходиться між земною корою та поверх­нею зовнішнього ядра Землі. У М. З. виділяють декілька зон (їхня кількість, назви або по­значе­н­ня у багатьох вчених різняться). Від земної кори М. З. від­діляє поверх­ня Мохоровичича, глибина заляга­н­ня якої змінюється від 5–10 км під середньоокеанічними хребтами до 60–70 км під гірськими хребтами континентів, її нижня межа знаходиться на глибині 2900 км. М. З. — це 83 % обʼєму та 67 % маси Землі. Ві­домості про її внутрішню будову, склад, властивості базуються на інтер­претації геофізичних даних, пере­важно сейсмологічних. Для характеристики Верх­ньої мантії Землі (глибина бл. 200 км) використовують прямі дослідже­н­ня продуктів вулканічної діяльності, зразків гірських порід (ксенолітів), які були винесені з надр разом із продуктами вулканічної діяльності або зна­йдені в трубках вибуху разом з алмазами. До мантійних також зараховують породи, які виносяться на поверх­ню дна в середньоокеанічних рифтових зонах.

За особливостями проходже­н­ня сейсмічних хвиль і зміною з глибиною густини мантію роз­діляють на шари В і С, що про­стягаються до 900–950 км (верх­ня М. З.), та Д′ і Д″, які знаходяться в інтервалі від 900–950 км до 2900 км (нижня М. З.). Тришаровий поділ: 410–420 км (верх­ня М. З.), 900–950 км (середня М. З.) та 2900 км (нижня М. З.). Верх­ня М. З. (шар В) є найбільш неоднорідною; у ній виділяють декілька зон. У її верх­ній частині густина і швидкість сейсмічних хвиль зростають з глибиною. Залежно від тектонічних умов ця зона про­стягається від пі­дошви земної кори до глибини 50–140 км. Вона разом із земною корою утворює літосферу – приповерх­невий міцний шар з під­вищеною вʼяз­­кістю (понад 10²² Па·с). Нижче виділяють зону понижених швидкостей (шар Ґутенберґа). Її товщина становить 100–200 км. Зменше­н­ня швидкості повʼязують з під­вище­н­ням температури та частковим плавле­н­ням (до 1 %). З цією зоною ототожнюють астеносферу – шар з пониженою міцністю та вʼяз­кістю (10¹⁸–10²⁰ Па·с). Ще нижче густина та швидкості по­здовжніх і поперечних сейсмічних хвиль по­ступово зростають до глибини 410–420 км, де (в шарі С) від­бувається їх різке збільше­н­ня і по­ступове під­вище­н­ня до глибини 620–650 км, де вони знову різко зростають. Зону під­вищеної швидкос­­ті нижче 410–420 км часто ви­окремлюють як шар Голицина. Стрибок швидкості та густини на глибині 410–420 км повʼязують із фазовими пере­ходами, що від­буваються за високих тисків і помірних температур й су­проводжуються під­вище­н­ням густини без зміни хімічного складу. Під­вище­н­ня швидкості нижче межі на глибині 620–650 км узгоджується з уявле­н­нями про утворе­н­ня зі збільше­н­ням тиску більш щільного упакува­н­ня атомів, що призводить до зменше­н­ня обʼєму та збільше­н­ня густини. Припускають, що хімічний склад М. З. з глибиною майже не змінюється.

Про­блема складу земних надр є однією із най­складніших у звʼяз­­ку з від­сутністю зразків глибин­ної породи. Його оцінюють унаслідок теор. роз­рахунків і екс­периментальних досліджень, в умовах високих тисків і температур, а також ударного стиску, побічних даних, зокрема й про склад камʼяних метеоритів типу хондритів, які за своєю будовою найбільш на­ближені до перидотитів земних надр. Склад М. З. ототожнюють з ультраосновними залізомагнезіальними силікатами, в яких головними мінералами є олівін, піроксен, гранат. У верх­ній частині може бути наявність основних порід. Австралійський петро­граф А. Рінґвуд за­пропонував піролітичну модель верх­ньої М. З., хім. склад якої від­повід­ає 3-м частинам перидотиту й одній частині базальту. Фізичні та механічні властивості М. З. залежать від температури й тиску. Проходже­н­ня поперечних сейсмічних хвиль через М. З. свідчить про твердий стан її речовини, за винятком шару понижених швидкостей, у якому породи можуть пере­бувати в аморфному або частково роз­плавленому стані. Температура у М. З. збільшується від 400–500 °С на рівні пі­дошви земної кори до 1400–1800 °С на глибині 410 км і 2500–3000 °С на її нижній межі. Тиск у М. З. зро­стає від 1 до 136 ГПа.

На сучасному етапі по­гляди на будову, склад, внутрішню структуру М. З. дещо змінюються. Цьому сприяло впровадже­н­ня нових, більш досконалих методів дослідже­н­ня, зокрема й сейсмічної томо­графії. За сейсмотомо­графічними даними, М. З. є більш неоднорідною. На її будову сут­тєво впливають тектонічні умови та внутрішні фізико-хімічні процеси. Одну із найдетальніших моделей будови М. З. за результатами сейсмотомо­графічних досліджень склав рос. вчений Ю. Пущаровський: верх­ня частина (410 км), пере­хідна зона верх. мантії (410–670 км), зона роз­межува­н­ня 1 (670–900 км), середня мантія (900–1700 км), зона роз­межува­н­ня 2 (1700–2200 км), нижня мантія (2200–2900 км).

Літ.: Суб­ботин С. И., Наумчик Г. Л., Рахимова И. Ш. Мантия Земли и тектогенез. К., 1968; Пущаровский Ю. М. Тектоно­сфера Индо-Атлантического и Тихоокеанского сегментов Земли на больших глубинах // Геотектоника. 2000. № 4; Гейко В. С., Цветкова Т. А., Шумлянская Л. А. и др. Региональная 3-D Р-скоростная модель мантии Сарматии (юго-запад Восточно-Европейской плат­­формы // ГФЖ. 2005. Т. 27, № 6; Магницкий В. А. Внутрен­нее строение и физика Земли. Москва, 2006.

Р. І. Кутас

Завантажити статтю