Compoziția mantalei și a miezului pământului. Structura mantalei terestre si compozitia ei. Structura internă a Pământului

Are o compoziție deosebită, diferită de compoziția scoarței terestre care o acoperă. Datele privind compoziția chimică a mantalei au fost obținute pe baza analizelor celor mai adânci roci magmatice care au pătruns în orizonturile superioare ale Pământului ca urmare a unor puternice ridicări tectonice cu îndepărtarea materialului de manta. Aceste roci includ roci ultrabazice - dunite, peridotite care apar în sistemele montane. Stâncile Insulelor St. Paul în partea de mijloc Oceanul Atlantic, conform tuturor datelor geologice, se referă la materialul mantalei. Materialul mantalei include și fragmente de rocă colectate de expedițiile oceanografice sovietice de pe fundul Oceanului Indian în zona creastă a Oceanului Indian. În ceea ce privește compoziția mineralogică a mantalei, aici se pot aștepta modificări semnificative, începând de la orizonturile superioare și terminând cu baza mantalei, ca urmare a creșterii presiunii. Mantaua superioară este compusă în principal din silicați (olivine, piroxeni, granate), care sunt stabile și relativ presiuni joase. Mantaua inferioară este compusă din minerale de înaltă densitate.

Cea mai comună componentă a mantalei este oxidul de siliciu din compoziția silicaților. Dar la presiuni mari, siliciul poate intra într-o modificare polimorfă mai densă - stishovite. Acest mineral a fost obținut de cercetătorul sovietic Stișov și a fost numit după el. Dacă cuarțul obișnuit are o densitate de 2,533 r/cm 3 , atunci stishovita, format din cuarț la o presiune de 150.000 bar, are o densitate de 4,25 g/cm 3 .

În plus, modificările minerale mai dense ale altor compuși sunt probabile și în mantaua inferioară. Pe baza celor de mai sus, se poate presupune în mod rezonabil că, odată cu creșterea presiunii, silicații obișnuiți de fier-magnezie de olivine și piroxeni se descompun în oxizi, care au individual o densitate mai mare decât silicații, care sunt stabili în mantaua superioară.

Mantaua superioară este formată în principal din silicați ferugino-magneziani (olivine, piroxeni). Unii aluminosilicați se pot transforma aici în minerale mai dense, cum ar fi granatul. Sub continente și oceane, mantaua superioară are proprietăți diferite și probabil o compoziție diferită. Se poate presupune doar că în zona continentelor mantaua este mai diferențiată și are mai puțin SiO 2 datorită concentrației acestui component în crusta de aluminosilicat. Sub oceane, mantaua este mai puțin diferențiată. În mantaua superioară pot apărea modificări polimorfe mai dense ale olivinei cu structură spinelică etc.

Stratul de tranziție al mantalei se caracterizează printr-o creștere constantă a vitezelor undelor seismice cu adâncimea, ceea ce indică apariția unor modificări polimorfe mai dense ale materiei. Aici, evident, oxizii de FeO, MgO, GaO, SiO 2 apar sub formă de wustită, periclază, var și stishovit. Numărul lor crește odată cu adâncimea, în timp ce cantitatea de silicați obișnuiți scade, iar sub 1000 km formează o fracție nesemnificativă.

Mantaua inferioară la adâncimi de 1000-2900 km este aproape complet alcătuită din varietăți dense de minerale - oxizi, așa cum demonstrează densitatea sa mare în intervalul 4,08-5,7 g/cm 3 . Sub influența presiunii crescute, oxizii denși sunt comprimați, crescându-le și mai mult densitatea. Conținutul de fier crește probabil și în mantaua inferioară.

Miezul Pământului. Problema compoziției și naturii fizice a miezului planetei noastre este una dintre cele mai interesante și misterioase probleme ale geofizicii și geochimiei. Doar recent a existat o mică iluminare în rezolvarea acestei probleme.

Vastul nucleu central al Pământului, care ocupă regiunea interioară la o adâncime mai mare de 2900 km, este format dintr-un nucleu exterior mare și unul interior mic. Conform datelor seismice, miezul exterior are proprietățile unui lichid. Nu transmite unde seismice transversale. Absența forțelor de coeziune între miez și mantaua inferioară, natura mareelor ​​în manta și crustă, caracteristicile mișcării axei de rotație a Pământului în spațiu, natura trecerii undelor seismice mai adânci de 2900 km indică că nucleul exterior al Pământului este lichid.

Unii autori au presupus că compoziția nucleului pentru un model chimic omogen al Pământului a fost silicat, iar sub influența presiunii înalte, silicații au trecut într-o stare „metalizată”, dobândind o structură atomică în care electronii exteriori sunt comuni. Cu toate acestea, datele geofizice enumerate mai sus contrazic ipoteza unei stări „metalizate” a materialului silicat din miezul Pământului. În special, absența coeziunii între miez și manta nu poate fi compatibilă cu un miez solid „metalizat”, care a fost presupus în ipoteza Lodochnikov-Ramsay. Date indirecte foarte importante despre miezul Pământului au fost obținute în timpul experimentelor cu silicați la presiune ridicată. În acest caz, presiunea a ajuns la 5 milioane atm. Între timp, în centrul Pământului, presiunea este de 3 milioane atm., iar la limita nucleului - aproximativ 1 milion atm. Astfel, experimental, a fost posibilă blocarea presiunilor care există chiar în adâncurile Pământului. În acest caz, pentru silicați, s-a observat doar compresia liniară fără un salt și trecerea la o stare „metalizată”. În plus, la presiuni mari și la adâncimi de 2900-6370 km, silicații nu pot fi în stare lichidă, precum oxizii. Punctul lor de topire crește odată cu creșterea presiunii.

Pe anul trecut S-au obţinut rezultate foarte interesante de cercetare asupra efectului presiunilor foarte mari asupra punctului de topire al metalelor. S-a dovedit că un număr de metale la presiuni înalte (300 mii atm. și peste) intră în stare lichidă la relativ temperaturi mari. Conform unor calcule, un aliaj de fier cu un amestec de nichel și siliciu (76% Fe, 10% Ni, 14% Si) la o adâncime de 2900 km sub influența presiunii înalte ar trebui să fie în stare lichidă deja la o temperatura de 1000 ° C. Dar temperatura la aceste adâncimi, conform estimărilor cele mai conservatoare ale geofizicienilor, ar trebui să fie mult mai mare.

Prin urmare, în lumina datelor moderne ale geofizicii și fizicii de înaltă presiune, precum și a datelor cosmochimice care indică rolul principal al fierului ca cel mai abundent metal în spațiu, ar trebui să presupunem că miezul Pământului este compus în principal din fier lichid cu un amestec de nichel. Totuși, calculele geofizicianului american F. Birch au arătat că densitatea nucleului pământului este cu 10% mai mică decât cea a unui aliaj fier-nichel la temperaturile și presiunile predominante în nucleu. Rezultă că nucleul metalic al Pământului trebuie să conțină o cantitate semnificativă (10-20%) dintr-un fel de plămân. Dintre toate cele mai ușoare și mai comune elemente, siliciul (Si) și sulful (S) sunt cele mai probabile | Prezența unuia sau celuilalt poate explica proprietățile fizice observate ale miezului pământului. Prin urmare, întrebarea despre ce este un amestec al miezului pământului - siliciu sau sulf, se dovedește a fi discutabilă și este legată de modul în care este formată planeta noastră în practică.

A. Ridgwood în 1958 a presupus că miezul pământului conține siliciu ca element ușor, argumentând această presupunere prin faptul că siliciul elementar într-o cantitate de câteva procente în greutate se găsește în faza metalică a unor meteoriți de condrită redusă (enstatita). Cu toate acestea, nu există alte argumente în favoarea prezenței siliciului în miezul pământului.

Presupunerea că există sulf în miezul Pământului rezultă dintr-o comparație a distribuției acestuia în materialul condritic al meteoriților și în mantaua Pământului. Astfel, o comparație a raporturilor atomice elementare ale unor elemente volatile într-un amestec de crustă și manta și în condrite arată o lipsă accentuată de sulf. În materialul mantalei și crustei, concentrația de sulf este cu trei ordine de mărime mai mică decât în ​​materialul mediu al sistemului solar, care este luat ca condrite.

Posibilitatea pierderii sulfului la temperaturile ridicate ale Pământului primitiv este eliminată, deoarece alte elemente mai volatile decât sulful (de exemplu, H2 sub formă de H2O), găsite a fi mult mai puțin deficitare, s-ar pierde într-un nivel mult mai mare. măsură. În plus, atunci când gazul solar se răcește, sulful se leagă chimic de fier și încetează să mai fie un element volatil.

În acest sens, este foarte posibil ca cantități mari de sulf să intre în miezul pământului. De remarcat faptul că, în condițiile egale, punctul de topire al sistemului Fe-FeS este mult mai mic decât punctul de topire al fierului sau al silicatului de manta. Deci, la o presiune de 60 kbar, temperatura de topire a sistemului (eutectic) Fe-FeS va fi de 990 ° C, în timp ce fierul pur - 1610 °, iar pirolit de manta - 1310. Prin urmare, cu o creștere a temperaturii în intestine al Pământului inițial omogen, se va forma mai întâi o topitură de fier îmbogățită cu sulf și, datorită vâscozității sale scăzute și densității mari, se va scurge cu ușurință în părțile centrale ale planetei, formând un nucleu feruginos-sulfuros. Astfel, prezența sulfului în mediul nichel-fier acționează ca un flux, scăzând punctul său de topire în ansamblu. Ipoteza prezenței unor cantități semnificative de sulf în miezul pământului este foarte atractivă și nu contrazice toate datele cunoscute ale geochimiei și cosmochimiei.

Astfel, ideile moderne despre natura interiorului planetei noastre corespund unui glob diferențiat chimic, care s-a dovedit a fi împărțit în două părți diferite: o manta solidă puternică de silicat-oxid și un miez lichid, în mare parte metalic. Scoarța terestră este cea mai ușoară înveliș superioară solidă, constând din aluminosilicați și având cea mai complexă structură.

Rezumând cele de mai sus, putem trage următoarele concluzii.

1. Pământul are o structură zonală stratificată. Este alcătuit din două treimi dintr-un înveliș solid de silicat-oxid - manta și o treime dintr-un miez lichid metalic.
2. Principalele proprietăți ale Pământului indică faptul că miezul este în stare lichidă și numai fierul din cele mai comune metale cu un amestec de elemente ușoare (cel mai probabil sulf) este capabil să ofere aceste proprietăți.
3. În orizonturile sale superioare, Pământul are o structură asimetrică, acoperind scoarța și mantaua superioară. Emisfera oceanică din mantaua superioară este mai puțin diferențiată decât emisfera continentală opusă.

Sarcina oricărei teorii cosmogonice despre originea Pământului este de a explica aceste trăsături de bază ale naturii și compoziției sale interne.

Mantaua Pământului este cea mai importantă parte a planetei noastre, deoarece aici sunt concentrate majoritatea substanțelor. Este mult mai gros decât restul componentelor și, de fapt, ocupă cea mai mare parte a spațiului - aproximativ 80%. Oamenii de știință și-au dedicat cea mai mare parte a timpului studierii acestei părți particulare a planetei.

Structura

Oamenii de știință pot doar specula cu privire la structura mantalei, deoarece nu există metode care să răspundă fără ambiguitate la această întrebare. Dar, studiile efectuate au permis să presupunem că această parte a planetei noastre este formată din următoarele straturi:

• primul, cel exterior, ocupă de la 30 până la 400 de kilometri din suprafața pământului;
• zona de tranziție, care este situată imediat în spatele stratului exterior - conform oamenilor de știință, merge adânc în aproximativ 250 de kilometri;
• stratul inferior - lungimea sa este cea mai mare, aproximativ 2900 de kilometri. Începe imediat după zona de tranziție și merge direct la miez.

Trebuie remarcat faptul că în mantaua planetei există astfel de roci care nu se află în scoarța terestră.

Compus

Este de la sine înțeles că este imposibil să stabilim exact în ce constă mantaua planetei noastre, deoarece este imposibil să ajungem acolo. Prin urmare, tot ceea ce oamenii de știință reușesc să studieze se întâmplă cu ajutorul unor fragmente din această zonă, care apar periodic la suprafață.

Deci, după o serie de studii, s-a putut afla că această parte a Pământului este neagră și verde. Compoziția principală este rocile, care constau din astfel de elemente chimice:

• siliciu;
• calciu;
• magneziu;
• fier;
• oxigen.

De aspect, și în anumite privințe chiar și în compoziție, este foarte asemănător cu meteoriții de piatră, care cad periodic și pe planeta noastră.

Substanțele care se află în manta în sine sunt lichide, vâscoase, deoarece temperatura în această zonă depășește mii de grade. Mai aproape de scoarța terestră, temperatura scade. Astfel, se produce o anumită circulație - acele mase care s-au răcit deja coboară, iar cele încălzite la limită urcă, așa că procesul de „amestecare” nu se oprește niciodată.

Periodic, astfel de fluxuri încălzite cad chiar în crusta planetei, în care sunt asistate de vulcani activi.

Modalități de a studia

Este de la sine înțeles că straturile care se află la adâncimi mari sunt destul de greu de studiat și nu numai pentru că nu există o astfel de tehnică. Procesul este complicat și de faptul că temperatura crește aproape constant și, în același timp, crește și densitatea. Prin urmare, putem spune că adâncimea stratului este cea mai mică problemă în acest caz.

Cu toate acestea, oamenii de știință au reușit încă să avanseze în studiul acestei probleme. Pentru a studia această parte a planetei noastre, indicatorii geofizici au fost aleși ca principală sursă de informații. În plus, în timpul studiului, oamenii de știință folosesc următoarele date:

• viteza undelor seismice;
• gravitatie;
• caracteristici și indicatori de conductivitate electrică;
• studiul rocilor magmatice și al fragmentelor de manta, care sunt rare, dar reușesc totuși să fie găsite la suprafața Pământului.

În ceea ce privește acestea din urmă, aici sunt diamantele care merită o atenție specială a oamenilor de știință - în opinia lor, studiind compoziția și structura acestei pietre, se pot afla o mulțime de lucruri interesante chiar și despre straturile inferioare ale mantalei.

Ocazional, dar există roci de manta. Studiul lor vă permite, de asemenea, să obțineți informații valoroase, dar într-o măsură sau alta vor exista în continuare distorsiuni. Acest lucru se datorează faptului că în crustă au loc diverse procese, care sunt oarecum diferite de cele care au loc în adâncurile planetei noastre.

Separat, ar trebui să vorbim despre tehnica cu care oamenii de știință încearcă să obțină rocile originale ale mantalei. Așadar, în 2005, în Japonia a fost construită o navă specială, care, potrivit dezvoltatorilor proiectului, va putea face un record de fântână adâncă. Pe acest moment lucrările sunt încă în desfășurare, iar începerea proiectului este programată pentru 2020 - nu mai este atât de mult de așteptat.

Acum, toate studiile asupra structurii mantalei sunt efectuate în cadrul laboratorului. Oamenii de știință au stabilit deja cu precizie că stratul inferior al acestei părți a planetei, aproape tot este format din siliciu.

presiunea si temperatura

Distribuția presiunii în interiorul mantalei este ambiguă, de fapt, la fel ca și regimul de temperatură, dar mai întâi de toate. Mantaua reprezintă mai mult de jumătate din greutatea planetei, sau mai precis, 67%. În zonele aflate sub scoarța terestră, presiunea este de aproximativ 1,3-1,4 milioane atm, în timp ce trebuie remarcat că în locurile în care sunt situate oceanele, nivelul de presiune scade semnificativ.

În ceea ce privește regimul de temperatură, datele de aici sunt complet ambigue și se bazează doar pe ipoteze teoretice. Deci, la talpa mantalei, se presupune o temperatură de 1500-10.000 de grade Celsius. În general, oamenii de știință au sugerat că nivelul temperaturii din această parte a planetei este mai aproape de punctul de topire.

Practic, nu există date directe despre compoziția materială a zonelor adânci. Concluziile se bazează pe date geofizice completate de rezultatele experimentelor și modelării matematice. Informații semnificative sunt furnizate de meteoriți și fragmente de roci ale mantalei superioare transportate din adâncuri de topirile magmatice profunde.

Compoziția chimică brută a Pământului este foarte apropiată de compoziția condritelor carbonice - meteoriți, similare ca compoziție cu materia cosmică primară din care s-au format Pământul și alte corpuri cosmice ale Sistemului Solar. În ceea ce privește compoziția brută, 92% din Pământ este format din doar cinci elemente (în ordinea descrescătoare a conținutului): oxigen, fier, siliciu, magneziu și sulf. Toate celelalte elemente reprezintă aproximativ 8%.

Cu toate acestea, în compoziția geosferelor Pământului, elementele enumerate sunt distribuite inegal - compoziția oricărei învelișuri diferă brusc de compoziția chimică brută a planetei. Acest lucru se datorează proceselor de diferențiere a substanței condritice primare în procesul de formare și evoluție a Pământului.

Partea principală a fierului în procesul de diferențiere a fost concentrată în nucleu. Acest lucru este în acord cu datele privind densitatea substanței miezului și cu prezența unui câmp magnetic, cu datele despre natura diferențierii substanței condrite și cu alte fapte. Experimentele la presiuni ultraînalte au arătat că la presiuni atinse la limita miezului și a mantalei, densitatea fierului pur este aproape de 11 g/cm 3 , ceea ce este mai mare decât densitatea reală a acestei părți a planetei. Prin urmare, există câteva componente ușoare în miezul exterior. Hidrogenul sau sulful sunt considerate componente cele mai probabile. Deci calculele arată că un amestec de 86% fier + 12% sulf + 2% nichel corespunde densității miezului exterior și ar trebui să fie în stare topită la Condiții P-T această parte a planetei. Miezul interior solid este reprezentat de fier nichel, probabil în raport de 80% Fe + 20% Ni, ceea ce corespunde compoziției meteoriților de fier.

Până în prezent, au fost propuse mai multe modele pentru a descrie compoziția chimică a mantalei (Tabel). În ciuda diferențelor dintre ele, toți autorii acceptă că aproximativ 90% din mantaua constă din oxizi de siliciu, magneziu și fier feros; alti 5 - 10% sunt oxizi de calciu, aluminiu si sodiu. Astfel, 98% din manta este format din doar șase oxizi enumerați.

Compoziție chimică Mantaua Pământului

oxizi	Conținut, greutate %
	pirolitic model	lherzolitovaya model	Condrită model
SiO2	45,22	45,3	48,1
TiO2	0,7	0,2	0,4
Al2O3	3,5	3,6	3,8
FeO	9,2	7,3	13,5
MNO	0,14	0,1	0,2
MgO	37,5	41,3	30,5
CaO	3,1	1,9	2,4
Na2O	0,6	0,2	0,9
K2O	0,13	0,1	0,2

Forma găsirii acestor elemente este discutabilă: sub forma ce minerale și roci se găsesc?

Până la o adâncime de 410 km, conform modelului lherzolit, mantaua este formată din 57% olivină, 27% piroxen și 14% granat; densitatea sa este de aproximativ 3,38 g/cm3. La limita a 410 km, olivina trece în spinel, iar piroxenul în granat. În consecință, mantaua inferioară este formată dintr-o asociere granat-spinel: 57% spinel + 39% granat + 4% piroxen. Transformarea mineralelor în modificări mai dense la cotitura de 410 km duce la o creștere a densității până la 3,66 g/cm3, care se reflectă într-o creștere a vitezei undelor seismice care trec prin această substanță.

Următoarea tranziție de fază se limitează la limita de 670 km. La acest nivel, presiunea determină descompunerea mineralelor tipice mantalei superioare pentru a forma minerale mai dense. Datorită acestei rearanjamente a asociațiilor minerale, densitatea mantalei inferioare la limita a 670 km devine aproximativ 3,99 g/cm3 și crește treptat cu adâncimea sub influența presiunii. Acest lucru este fixat printr-o creștere bruscă a vitezei undelor seismice și o creștere treptată în continuare a vitezei graniței de 2900 km. La limita dintre manta și miez, mineralele silicate sunt probabil descompuse în faze metalice și nemetalice. Acest procesul de diferențiere a substanței mantalei este însoțit de creșterea nucleului metalic al planetei și eliberarea de energie termică.

Rezumând datele de mai sus, trebuie menționat că separarea mantalei se datorează rearanjarii structurii cristaline a mineralelor fără o modificare semnificativă a compoziției sale chimice.. Interfețele seismice sunt limitate la zonele de transformări de fază și sunt asociate cu o schimbare a densității materiei.

Secțiunea miez/manta este, așa cum am menționat mai devreme, foarte ascuțită. Aici, viteza și natura trecerii undelor, densitatea, temperatura și alți parametri fizici se schimbă dramatic. Astfel de modificări radicale nu pot fi explicate prin rearanjarea structurii cristaline a mineralelor și sunt, fără îndoială, asociate cu o modificare a compoziției chimice a substanței.

Informații mai detaliate sunt disponibile în compoziția materială a scoarței terestre, ale cărei orizonturi superioare sunt disponibile pentru studiu direct.

Compoziția chimică a scoarței terestre diferă de geosferele mai adânci în primul rând prin îmbogățirea acesteia în elemente relativ ușoare - siliciu și aluminiu.

Informații fiabile sunt disponibile numai cu privire la compoziția chimică a părții superioare a scoarței terestre. Primele date despre compoziția sa au fost publicate în 1889 de omul de știință american F. Clark, ca medie aritmetică a 6000 de analize chimice ale rocilor. Ulterior, pe baza a numeroase analize ale mineralelor și rocilor, aceste date au fost rafinate în mod repetat, dar și acum procentul unui element chimic din scoarța terestră se numește clarke. Aproximativ 99% din compoziția scoarței terestre este ocupată de doar 8 elemente, adică au cele mai mari clarks (datele despre conținutul lor sunt date în tabel). În plus, mai pot fi numite câteva elemente care au clark relativ mari: hidrogen (0,15%), titan (0,45%), carbon (0,02%), clor (0,02%), care în total alcătuiesc 0,64%. Pentru toate celelalte elemente conținute în scoarța terestră în miimi și milionimi, rămâne 0,33%. Astfel, din punct de vedere al oxizilor, scoarța terestră este compusă în principal din SiO2 și Al2O3 (are o compoziție „sialica”, SIAL), care o deosebește semnificativ de manta, îmbogățită în magneziu și fier.

În același timp, trebuie avut în vedere că datele de mai sus privind compoziția medie a scoarței terestre reflectă doar specificul geochimic general al acestei geosfere. În limitele scoarței terestre, tipurile de crustă oceanică și continentală diferă semnificativ în compoziție. Scoarta oceanică se formează din cauza topirilor magmatice provenite din manta, prin urmare este mult mai îmbogățită în fier, magneziu și calciu decât cea continentală.

Conținutul mediu de elemente chimice din scoarța terestră
(după Vinogradov)

Compoziția chimică a scoarței continentale și oceanice

oxizi
	crusta continentală	crustă oceanică
SiO2	60,2	48,6
TiO2
Al2O3	15,2	16.5
Fe2O3
		12,3
Na2O
K2O

Nu se găsesc diferențe mai puțin semnificative între părțile superioare și inferioare ale scoarței continentale. Acest lucru se datorează în mare măsură formării magmelor crustale rezultate din topirea rocilor crustale. În timpul topirii rocilor de compoziție diferită, magmele sunt topite, constând în mare parte din silice și oxid de aluminiu (de obicei conțin mai mult de 64% SiO 2), în timp ce oxizii de fier și magneziu rămân în orizonturile adânci sub forma unui „rezidu” netopit. ". Topurile cu densitate scăzută pătrund în orizonturile superioare ale scoarței terestre, îmbogățindu-le cu SiO 2 și Al 2 O 3 .

Compoziția chimică a scoarței continentale superioare și inferioare
(după Taylor și McLennan)

oxizi
	Scoarță superioară	scoarța inferioară
SiO2	66,00	54,40
TiO2
Al2O3	15,2	16.1
		10,6
Na2O
K2O		0,28

Elementele chimice și compușii din scoarța terestră își pot forma propriile minerale sau pot fi în stare dispersată, intrând sub formă de impurități în orice minerale și roci.

Sub scoarța terestră se află următorul strat, numit manta. Înconjoară miezul planetei și are o grosime de aproape trei mii de kilometri. Structura mantalei Pământului este foarte complexă și, prin urmare, necesită un studiu detaliat.

Manta și trăsăturile sale

Numele acestei cochilii (geosferă) provine din cuvântul grecesc pentru mantie sau văl. De fapt, mantaua se înfășoară în jurul miezului ca un văl. Reprezintă aproximativ 2/3 din masa Pământului și aproximativ 83% din volumul acestuia.

Este în general acceptat că temperatura cochiliei nu depășește 2500 de grade Celsius. Densitatea sa în diferite straturi diferă semnificativ: în partea superioară este de până la 3,5 t/m3, iar în partea inferioară este de 6 t/m3. Mantaua este formata din substante cristaline solide (minerale grele bogate in fier si magneziu). Singura excepție este astenosfera, care se află în stare semitopită.

structura cochiliei

Acum luați în considerare structura mantalei pământului. Geosfera este formată din următoarele părți:

• mantaua superioara, 800-900 km grosime;
• astenosferă;
• mantaua inferioară, de aproximativ 2000 km grosime.

Mantaua superioară este partea de înveliș care se află sub scoarța terestră și intră în litosferă. La rândul său, este împărțit în astenosferă și stratul Golitsyn, care se caracterizează printr-o creștere intensă a vitezelor undelor seismice. Această parte a mantalei Pământului influențează procese precum mișcările plăcilor tectonice, metamorfismul și magmatismul. Este de remarcat faptul că structura sa diferă în funcție de obiectul tectonic sub care se află.

Astenosfera. Însuși numele stratului de mijloc al cochiliei este tradus din greacă prin „minge slabă”. Geosfera, care este atribuită părții superioare a mantalei și uneori izolată ca strat separat, se caracterizează prin duritate, rezistență și vâscozitate reduse. Limita superioară a astenosferei este întotdeauna sub linia extremă a scoarței terestre: sub continente - la o adâncime de 100 km, sub fundul mării - 50 km. Linia sa inferioară este situată la o adâncime de 250-300 km. Astenosfera este principala sursă de magmă de pe planetă, iar mișcarea materiei amorfe și plastice este considerată cauza mișcărilor tectonice în planul orizontal și vertical, a magmatismului și a metamorfismului scoarței terestre.

Oamenii de știință știu puține despre partea inferioară a mantalei. Se crede că la limita cu miezul există un strat special D, care seamănă cu astenosfera. Se caracterizează prin temperatură ridicată (datorită apropierii nucleului încins) și neomogenitatea materiei. Compoziția masei include fier și nichel.

Compoziția mantalei Pământului

Pe lângă structura mantalei Pământului, este interesantă și compoziția sa. Geosfera este formată din roci olivine și ultramafice (peridotite, perovskite, dunite), dar există și roci mafice (eclogite). S-a stabilit că învelișul conține soiuri rare care nu se găsesc în scoarța terestră (grospidite, peridotite flogopit, carbonatite).

Dacă vorbim despre compoziția chimică, atunci mantaua conține în diferite concentrații: oxigen, magneziu, siliciu, fier, aluminiu, calciu, sodiu și potasiu, precum și oxizii acestora.

Manta și studiul său - video

Mantaua Pamantului - aceasta este o înveliș de silicat al Pământului, compus în principal din peridotite - roci formate din silicați de magneziu, fier, calciu etc. Topirea parțială a rocilor de manta da naștere la bazalt și topituri similare, care formează scoarța terestră la ridicarea la suprafață. .

Mantaua reprezintă 67% din masa totală a Pământului și aproximativ 83% din volumul total al Pământului. Se întinde de la adâncimi de 5-70 de kilometri sub limita cu scoarța terestră, până la limita cu miezul la o adâncime de 2900 km. Mantaua este situată într-o gamă uriașă de adâncimi și, odată cu creșterea presiunii în substanță, apar tranziții de fază, în care mineralele capătă o structură din ce în ce mai densă. Cea mai semnificativă transformare are loc la o adâncime de 660 de kilometri. Termodinamica acestei tranziții de fază este de așa natură încât materia mantalei de sub această limită nu o poate pătrunde și invers. Deasupra graniței de 660 de kilometri se află mantaua superioară, iar dedesubt, respectiv, cea inferioară. Aceste două părți ale mantalei au compoziție și proprietăți fizice diferite. Deși informațiile despre compoziția mantalei inferioare sunt limitate, iar numărul de date directe este foarte mic, se poate afirma cu încredere că compoziția sa s-a schimbat mult mai puțin de la formarea Pământului decât mantaua superioară, care a dat naștere la Scoarta terestra.

Transferul de căldură în manta are loc prin convecție lentă, prin deformarea plastică a mineralelor. Viteza de mișcare a materiei în timpul convecției mantalei este de ordinul mai multor centimetri pe an. Această convecție antrenează plăcile litosferice. Convecția în mantaua superioară are loc separat. Există modele care presupun o structură și mai complexă de convecție.

Modelul seismic al structurii pământului

Compoziția și structura învelișurilor adânci ale Pământului în ultimele decenii continuă să fie una dintre cele mai interesante probleme ale geologiei moderne. Numărul de date directe cu privire la zonele adânci este foarte limitat. În acest sens, un loc aparte îl ocupă un agregat mineral din conducta kimberlitică din Lesotho (Africa de Sud), care este considerat ca un reprezentant al rocilor de manta care apar la o adâncime de ~250 km. Miezul recuperat din cea mai adâncă sondă din lume, forată pe Peninsula Kola și ajungând la 12.262 m, a extins semnificativ înțelegerea științifică a orizontului profund al scoarței terestre - o peliculă subțire aproape de suprafață a globului. În același timp, cele mai recente date de geofizică și experimente legate de studiul transformărilor structurale ale mineralelor permit deja acum modelarea multor caracteristici ale structurii, compoziției și proceselor care au loc în adâncurile Pământului, a căror cunoaștere contribuie la rezolvare. probleme cheie ale științelor naturale moderne, cum ar fi formarea și evoluția planetei, dinamica scoarței și a mantalei terestre, sursele de resurse minerale, evaluarea riscurilor la eliminarea deșeurilor periculoase la adâncimi mari, resursele energetice ale Pământului etc.

Modelul larg cunoscut al structurii interne a Pământului (diviziunea sa în nucleu, manta și scoarță terestră) a fost dezvoltat de seismologii G. Jeffreys și B. Gutenberg încă din prima jumătate a secolului al XX-lea. Factorul decisiv în acest sens a fost descoperirea unei scăderi accentuate a vitezei de trecere a undelor seismice în interiorul globului la o adâncime de 2900 km cu o rază a planetei de 6371 km. Viteza de propagare a undelor seismice longitudinale direct deasupra graniței specificate este de 13,6 km/s, iar sub aceasta - 8,1 km/s. Aceasta este granița dintre manta și miez.

În consecință, raza miezului este de 3471 km. Limita superioară a mantalei este secțiunea seismică a lui Mohorovichić (Moho, M), identificată de seismologul iugoslav A. Mohorovichić (1857-1936) încă din 1909. Separă scoarța terestră de manta. La această limită, vitezele undelor longitudinale care au trecut prin scoarța terestră cresc brusc de la 6,7-7,6 la 7,9-8,2 km/s, dar acest lucru se întâmplă la diferite niveluri de adâncime. Sub continente, adâncimea secțiunii M (adică tălpile scoarței terestre) este de câteva zeci de kilometri, iar sub unele structuri montane (Pamir, Anzi) poate ajunge la 60 km, în timp ce sub bazinele oceanice, inclusiv coloana de apă, adâncimea este de numai 10-12 km. În general, scoarța terestră în această schemă apare ca o înveliș subțire, în timp ce mantaua se extinde în adâncime până la 45% din raza pământului.

Dar la mijlocul secolului al XX-lea, ideile despre o structură profundă mai fracționată a Pământului au intrat în știință. Pe baza noilor date seismologice, a fost posibilă împărțirea miezului în interior și exterior, iar mantaua în inferior și superior. Acest model popular este încă în uz astăzi. A fost început de seismologul australian K.E. Bullen, care a propus la începutul anilor 40 o schemă de împărțire a Pământului în zone, pe care le-a desemnat cu litere: A - scoarța terestră, B - o zonă în intervalul de adâncime de 33-413 km, C - o zonă de 413- 984 km, D - o zonă de 984-2898 km , D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (centrul Pământului). Aceste zone diferă prin caracteristicile seismice. Mai târziu, a împărțit zona D în zonele D „(984-2700 km) și D” (2700-2900 km). În prezent, această schemă a fost modificată semnificativ și numai stratul D" este utilizat pe scară largă în literatură. caracteristica principala- scăderea gradienților de viteză seismică în comparație cu regiunea de deasupra mantalei.

Miezul interior, având o rază de 1225 km, este solid și are o densitate mare - 12,5 g/cm 3 . Miezul exterior este lichid, densitatea sa este de 10 g/cm 3 . La limita dintre miez și manta, există un salt brusc nu numai în viteza undelor longitudinale, ci și în densitate. În manta, aceasta scade la 5,5 g/cm 3 . Stratul D", care este în contact direct cu miezul exterior, este afectat de acesta, deoarece temperaturile din nucleu depășesc semnificativ temperaturile mantalei. În unele locuri, acest strat generează căldură uriașă și fluxuri de masă direcționate către suprafața Pământului. prin mantaua caldura si fluxurile de masa, numite penuri.Ele se pot manifesta pe planeta sub forma unor mari regiuni vulcanice, precum in Insulele Hawaii, Islanda si alte regiuni.

Limita superioară a stratului D" este nedefinită; nivelul său de la suprafața miezului poate varia de la 200 la 500 km sau mai mult. Astfel, putem concluziona că acest strat reflectă un aflux neuniform și de intensitate variabilă a energiei miezului în manta. regiune.

Limita mantalei inferioare și superioare în schema luată în considerare este secțiunea seismică situată la o adâncime de 670 km. Are o distribuție globală și se justifică printr-un salt al vitezelor seismice spre creșterea acestora, precum și o creștere a densității materiei de manta inferioară. Această secțiune este, de asemenea, limita schimbărilor în compoziția minerală a rocilor din manta.

Astfel, mantaua inferioară, închisă între adâncimile de 670 și 2900 km, se întinde de-a lungul razei Pământului pe 2230 km. Mantaua superioară are o secțiune seismică internă bine fixată care trece la o adâncime de 410 km. La traversarea acestei limite de sus în jos, vitezele seismice cresc brusc. Aici, ca și pe limita inferioară a mantalei superioare, au loc transformări minerale semnificative.

Partea superioară a mantalei superioare și scoarța terestră sunt topite împreună ca litosferă, care este învelișul solid superior al Pământului, spre deosebire de hidro și atmosferă. Datorită teoriei tectonicii plăcilor litosferice, termenul de „litosferă” a devenit larg răspândit. Teoria presupune mișcarea plăcilor de-a lungul astenosferei - un strat înmuiat, parțial, posibil, lichid profund, cu vâscozitate redusă. Cu toate acestea, seismologia nu arată o astenosferă susținută în spațiu. Pentru multe zone, au fost identificate mai multe straturi astenosferice situate de-a lungul verticală, precum și discontinuitatea acestora de-a lungul orizontalei. Alternarea lor este deosebit de clară în interiorul continentelor, unde adâncimea de apariție a straturilor astenosferice (lentile) variază de la 100 km la multe sute. Sub depresiunile abisale oceanice, stratul astenosferic se află la adâncimi de 70–80 km sau mai puțin. Prin urmare, limita inferioară a litosferei este de fapt nedefinită, iar acest lucru creează mari dificultăți pentru teoria cinematicii plăcilor litosferice, care este remarcată de mulți cercetători.

Date moderne despre limitele seismice

Odată cu realizarea studiilor seismologice, există condiții prealabile pentru identificarea unor noi limite seismice. Granițele globale sunt considerate a fi 410, 520, 670, 2900 km, unde creșterea vitezelor undelor seismice este deosebit de remarcabilă. Alături de acestea se disting limite intermediare: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 km. În plus, există indicații ale geofizicienilor privind existența limitelor 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 km. N.I. Pavlenkova a evidențiat recent limita 100 ca una globală, care corespunde nivelului inferior al împărțirii mantalei superioare în blocuri. Limitele intermediare au o distribuție spațială diferită, ceea ce indică variabilitatea laterală proprietăți fizice haine de care depind. Granițele globale reprezintă o categorie diferită de fenomene. Ele corespund schimbărilor globale în mediul mantalei de-a lungul razei Pământului.

Granițele seismice globale marcate sunt folosite în construcția modelelor geologice și geodinamice, în timp ce cele intermediare în acest sens nu au atras până acum aproape deloc atenția. Între timp, diferențele de amploare și intensitate a manifestărilor lor creează o bază empirică pentru ipoteze privind fenomenele și procesele din adâncurile planetei.

Compoziția mantalei superioare

Problema compoziției, structurii și asociațiilor minerale ale cochiliilor sau geosferelor de pământ adânc, desigur, este încă departe de o soluție finală, dar noile rezultate și idei experimentale extind și detaliază în mod semnificativ ideile corespunzătoare.

Conform opiniilor moderne, compoziția mantalei este dominată de un grup relativ mic de elemente chimice: Si, Mg, Fe, Al, Ca și O. Modelele propuse pentru compoziția geosferelor se bazează în primul rând pe diferența de rapoartele acestor elemente (variații Mg/(Mg + Fe) = 0,8-0,9; (Mg + Fe)/Si = 1,2Р1,9), precum și diferențe de conținut de Al și alte elemente mai rare pentru roci adânci. În conformitate cu compoziția chimică și mineralogică, aceste modele și-au primit denumirea: pirolitice (mineralele principale sunt olivina, piroxenii și granatul în raport de 4: 2: 1), piclogitice (mineralele principale sunt piroxenul și granatul, iar proporția de olivină este redusă la 40%) și eclogitic, care, împreună cu asocierea piroxen-granat caracteristică eclogitelor, conține și unele minerale mai rare, în special cianită Al 2 SiO 5 purtătoare de Al (până la 10 % în greutate). Cu toate acestea, toate aceste modele petrologice se referă în primul rând la rocile de manta superioară care se extind până la adâncimi de ~670 km. În ceea ce privește compoziția în vrac a geosferelor mai adânci, se presupune doar că raportul dintre oxizi ai elementelor bivalente (MO) și silice (MO / SiO 2) ~ 2, fiind mai apropiat de olivină (Mg, Fe) 2 SiO 4 decât de piroxen (Mg, Fe) SiO 3 , iar dintre minerale fazele perovskite (Mg, Fe)SiO 3 cu diverse distorsiuni structurale predomină magnezowustita (Mg, Fe)O cu o structură de tip NaCl și alte câteva faze în cantități mult mai mici. .

Toate modelele propuse sunt foarte generalizate și ipotetice. Modelul pirolitic al mantalei superioare dominată de olivine sugerează că compoziția sa chimică este mult mai apropiată de cea a întregii mantai profunde. Dimpotrivă, modelul piclogitic presupune existența unui anumit contrast chimic între partea superioară și restul mantalei. Un model eclogitic mai particular permite prezența lentilelor și blocurilor eclogitice separate în mantaua superioară.

De mare interes este încercarea de armonizare a datelor structural-mineralogice și geofizice referitoare la mantaua superioară. S-a presupus de aproximativ 20 de ani că creșterea vitezelor undelor seismice la o adâncime de ~410 km este asociată în principal cu rearanjarea structurală a olivinei a-(Mg, Fe) 2 SiO 4 în wadsleyite b-(Mg, Fe) 2 SiO 4 , însoţită de formarea unei faze mai dense Cu valori mari coeficienții de elasticitate. Conform datelor geofizice, la astfel de adâncimi din interiorul Pământului, vitezele undelor seismice cresc cu 3-5%, în timp ce rearanjarea structurală a olivinei în wadsleyit (în conformitate cu valorile modulelor lor elastici) ar trebui să fie însoțită de o creștere. în viteze ale undelor seismice cu aproximativ 13%. În același timp, rezultatele studiilor experimentale ale amestecului de olivină și olivină-piroxen la temperaturi și presiuni ridicate au relevat un acord complet între creșterea calculată și experimentală a vitezelor undelor seismice în intervalul de adâncime de 200-400 km. Deoarece olivina are aproximativ aceeași elasticitate ca piroxenii monoclinici de înaltă densitate, aceste date ar trebui să indice absența unui granat foarte elastic în zona subiacentă, a cărui prezență în manta ar determina inevitabil o creștere mai semnificativă a vitezelor undelor seismice. Cu toate acestea, aceste idei despre mantaua fără granat au intrat în conflict cu modelele petrologice ale compoziției sale.

Astfel, a apărut ideea că saltul în vitezele undelor seismice la o adâncime de 410 km este asociat în principal cu rearanjarea structurală a granatelor piroxene în interiorul părților îmbogățite cu Na ale mantalei superioare. Un astfel de model presupune o absență aproape completă a convecției în mantaua superioară, ceea ce contrazice conceptele geodinamice moderne. Depășirea acestor contradicții poate fi asociată cu modelul mai complet propus recent al mantalei superioare, care permite încorporarea atomilor de fier și hidrogen în structura wadsleyite.

În timp ce tranziția polimorfă a olivinei la wadsleyit nu este însoțită de o modificare a compoziției chimice, în prezența granatului are loc o reacție care duce la formarea wadsleyitei îmbogățite în Fe față de olivina originală. Mai mult, wadsleyita poate conține semnificativ mai mulți atomi de hidrogen decât olivina. Participarea atomilor de Fe și H în structura wadsleyitei duce la o scădere a rigidității sale și, în consecință, la o scădere a vitezelor de propagare a undelor seismice care trec prin acest mineral.

În plus, formarea wadsleyitei îmbogățite cu Fe sugerează implicarea unei cantități mai mari de olivină în reacția corespunzătoare, care ar trebui să fie însoțită de o modificare a compoziției chimice a rocilor în apropierea secțiunii 410. Ideile despre aceste transformări sunt confirmate de globala modernă. date seismice. În ansamblu, compoziția mineralogică a acestei părți a mantalei superioare pare a fi mai mult sau mai puțin clară. În ceea ce privește asociația de minerale pirolitice, transformarea acesteia până la adâncimi de ~800 km a fost studiată suficient de detaliat. În acest caz, granița seismică globală la o adâncime de 520 km corespunde rearanjarii wadsleyitei b-(Mg, Fe) 2 SiO 4 în ringwoodite - g-modificare a (Mg, Fe) 2 SiO 4 cu o structură spinel. Transformarea piroxenului (Mg, Fe)SiO 3 granat Mg 3 (Fe, Al, Si) 2 Si 3 O 12 are loc în mantaua superioară pe un interval mai larg de adâncime. Astfel, întreaga învelișă relativ omogenă în intervalul de 400-600 km al mantalei superioare conține în principal faze cu tipuri structurale granat și spinel.

Toate modelele propuse în prezent pentru compoziția rocilor de manta admit că acestea conțin Al 2 O 3 într-o cantitate de ~4 în greutate. %, care afectează și specificul transformărilor structurale. În același timp, se observă că în unele zone ale mantalei superioare, care este eterogenă ca compoziție, Al poate fi concentrat în astfel de minerale precum corindonul Al 2 O 3 sau cianită Al 2 SiO 5 , care, la presiuni și temperaturi corespunzătoare la adâncimi de ~450 km, se transformă în corindon și stishovit este o modificare a SiO 2 a cărei structură conține un cadru de SiO 6 octaedre. Ambele minerale sunt conservate nu numai în mantaua inferioară, ci și mai adânc.

Cea mai importantă componentă a compoziției chimice a zonei de 400-670 km este apa, al cărei conținut, conform unor estimări, este de ~0,1 gr. % și a căror prezență este asociată în primul rând cu silicații de Mg. Cantitatea de apă stocată în acest înveliș este atât de semnificativă încât pe suprafața Pământului ar forma un strat cu o grosime de 800 m.

Compoziția mantalei sub limita de 670 km

Studiile tranzițiilor structurale ale mineralelor efectuate în ultimele două sau trei decenii folosind camere cu raze X de înaltă presiune au făcut posibilă modelarea unor caracteristici ale compoziției și structurii geosferelor mai adânci decât limita de 670 km.

În aceste experimente, cristalul studiat este plasat între două piramide de diamant (nicovale), care, atunci când sunt comprimate, creează presiuni proporționale cu presiunile din interiorul mantalei și nucleului Pământului. Cu toate acestea, există încă multe întrebări despre această parte a mantalei, care reprezintă mai mult de jumătate din întregul interior al Pământului. În prezent, majoritatea cercetătorilor sunt de acord cu ideea că toată această manta profundă (inferioară în sensul tradițional) constă în principal dintr-o fază asemănătoare perovskitului (Mg,Fe)SiO 3 , care reprezintă aproximativ 70% din volumul său (40% din volumul întregului Pământ) și magnezowiustita (Mg, Fe)O (~20%). Restul de 10% sunt faze de stishovit și oxid care conțin Ca, Na, K, Al și Fe, a căror cristalizare este permisă în tipurile structurale de ilmenit-corindon (soluție solidă (Mg, Fe)SiO 3 -Al 2 O 3) , perovskit cubic (CaSiO3) și Ca-ferită (NaAlSiO4). Formarea acestor compuși este asociată cu diferite transformări structurale ale mineralelor din mantaua superioară. În același timp, una dintre principalele faze minerale ale unei învelișuri relativ omogene situate la intervalul de adâncime de 410–670 km, ringwoodite asemănătoare spinelului, se transformă într-o asociere de (Mg, Fe)-perovskit și Mg-wustite la limita de 670 km, unde presiunea este de ~24 GPa. O altă componentă importantă a zonei de tranziție, un reprezentant al familiei granate, piropul Mg 3 Al 2 Si 3 O 12, suferă o transformare cu formarea perovskitului rombic (Mg, Fe) SiO 3 și a unei soluții solide de corindon-ilmenit ( Mg, Fe) SiO 3 - Al 2 O 3 la mai multe presiuni mari. Această tranziție este asociată cu o modificare a vitezelor undelor seismice la virajul de 850-900 km, corespunzătoare uneia dintre limitele seismice intermediare. Transformarea sagarnetului andradit la presiuni mai mici de ~21 GPa conduce la formarea unui alt component important de Ca 3 Fe 2 3+ Si 3 O 12 menționat mai sus în mantaua inferioară, Saperovskite Cubic CaSiO 3 . Raportul polar dintre principalele minerale din această zonă (Mg,Fe) - perovskit (Mg,Fe)SiO 3 și Mg-wustite (Mg, Fe)O variază într-un interval destul de larg și la o adâncime de ~1170 km la un presiunea de ~29 GPa și temperaturile de 2000 -2800 0 C se modifică de la 2:1 la 3:1.

Stabilitatea excepțională a MgSiO 3 cu o structură rombică de perovskit într-o gamă largă de presiuni corespunzătoare adâncimii mantalei inferioare ne permite să-l considerăm una dintre componentele principale ale acestei geosfere. La baza acestei concluzii au stat experimentele, în timpul cărora mostre de Mg-perovskit MgSiO 3 au fost supuse la o presiune de 1,3 milioane de ori mai mare decât presiunea atmosferică și, în același timp, a fost expus un fascicul laser cu o temperatură de aproximativ 2000 0 C. la o probă plasată între nicovalele de diamant.Astfel, am simulat condițiile care există la adâncimi de ~2800 km, adică aproape de limita inferioară a mantalei inferioare. S-a dovedit că nici în timpul și nici după experiment mineralul nu și-a schimbat structura și compoziția. Astfel, L. Liu, precum și E. Nittle și E. Zhanloz au ajuns la concluzia că stabilitatea Mg-perovskitei ne permite să-l considerăm cel mai comun mineral de pe Pământ, constituind, aparent, aproape jumătate din masa sa.

Wustitul F x O nu este mai puțin stabil, a cărui compoziție în condițiile mantalei inferioare este caracterizată de valoarea coeficientului stoichiometric 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.

Trebuie remarcat faptul că fazele asemănătoare perovskitei care predomină la adâncimi mari pot conține o cantitate foarte limitată de Fe, iar concentrațiile ridicate de Fe printre mineralele asociației profunde sunt caracteristice doar magneziowustitei. În același timp, pentru magnezowiustită, posibilitatea trecerii sub influența unor presiuni mari a unei părți din fierul feros conținut în acesta în fier feric, rămânând în structura mineralului, cu eliberarea simultană a cantității corespunzătoare de fier neutru, a fost dovedit. Pe baza acestor date, H. Mao, P. Bell și T. Yagi, angajați ai laboratorului de geofizică al Institutului Carnegie, au prezentat noi idei despre diferențierea materiei în adâncurile Pământului. În prima etapă, din cauza instabilității gravitaționale, magnezowustita se scufundă până la o adâncime, unde, sub influența presiunii, o parte din fier într-o formă neutră este eliberată din ea. Magnezowustita reziduală, caracterizată printr-o densitate mai mică, se ridică în straturile superioare, unde se amestecă din nou cu faze asemănătoare perovskitei. Contactul cu acestea este însoțit de restabilirea stoichiometriei (adică raportul întreg al elementelor din formula chimică) a magneziowiustitei și duce la posibilitatea repetății procesului descris. Noile date fac posibilă extinderea oarecum a setului de elemente chimice probabile pentru mantaua adâncă. De exemplu, stabilitatea magnezitului la presiuni corespunzătoare adâncimii de ~900 km, fundamentată de N. Ross (1997), indică posibila prezență a carbonului în compoziția sa.

Identificarea limitelor seismice intermediare individuale situate sub linia 670 se corelează cu datele privind transformările structurale ale mineralelor de manta, ale căror forme pot fi foarte diverse. O ilustrare a modificării multor proprietăți ale diferitelor cristale la valori mari ale parametrilor fizico-chimici corespunzători mantalei adânci poate fi, conform lui R. Jeanlose și R. Hazen, rearanjarea legăturilor ion-covalente ale wuestitei înregistrate în timpul experimentelor. la presiuni de 70 gigapascali (GPa) (~1700 km).în legătură cu interacţiunile interatomice de tip metalic. Piatra de referință 1200 poate corespunde rearanjarii SiO 2 cu structura stishovite în tipul structural CaCl 2 (analog rombic al rutilului TiO 2) și 2000 km - transformarea sa ulterioară într-o fază cu o structură intermediară între a-PbO 2 și ZrO2, caracterizat printr-o ambalare mai densă de octaedre de siliciu-oxigen (date de la L.S. Dubrovinsky și colab.). De asemenea, pornind de la aceste adâncimi (~2000 km), la presiuni de 80–90 GPa, este permisă descompunerea MgSiO 3 asemănătoare perovskitei, însoțită de o creștere a conținutului de periclază MgO și silice liberă. La o presiune ceva mai mare (~96 GPa) și o temperatură de 800 0 С s-a stabilit o manifestare a politipiei în FeO, asociată cu formarea de fragmente structurale de tip NiAs de nichelină, alternând cu domenii anti-nichel, în care Fe atomii sunt localizați în pozițiile atomilor As, iar atomii O - în pozițiile atomilor Ni. În apropierea graniței D", are loc transformarea Al 2 O 3 cu structura corindonului într-o fază cu structura Rh 2 O 3, care este modelată experimental la presiuni de ~100 GPa, adică la o adâncime de ~2200–2300. km. Folosind metoda spectroscopiei Mössbauer la aceeași presiune, trecerea de la starea de spin înalt (HS) la starea de spin scăzut (LS) a atomilor de Fe din structura magnezowüstitei, adică o schimbare în structura lor electronică. în acest sens, trebuie subliniat faptul că structura wuestite FeO la presiune ridicata caracterizată prin nonstoichiometria compoziției, defecte de împachetare atomică, politipie, precum și o modificare a ordinii magnetice asociată cu o modificare a structurii electronice (HS => LS - tranziție) atomilor de Fe. Caracteristicile remarcate ne permit să considerăm wustita drept unul dintre cele mai complexe minerale cu proprietăți neobișnuite care determină specificul zonelor profunde ale Pământului îmbogățit cu ea în apropierea graniței D.

Măsurătorile seismologice indică faptul că atât nucleul interior (solid) cât și cel exterior (lichid) al Pământului se caracterizează printr-o densitate mai mică față de valoarea obținută pe baza unui model de miez format doar din fier metalic cu aceiași parametri fizico-chimici. Majoritatea cercetătorilor atribuie această scădere a densității prezenței în miez a unor elemente precum Si, O, S și chiar O, care formează aliaje cu fierul. Printre fazele care sunt probabile pentru astfel de condiții fizico-chimice „faustiene” (presiune ~250 GPa și temperatură 4000-6500 0 C), se numesc Fe 3 S cu binecunoscutul tip structural Cu 3 Au și Fe 7 S. O altă fază presupusă în miez este b-Fe, a cărui structură este caracterizată printr-o ambalare strânsă în patru straturi de atomi de Fe. Temperatura de topire a acestei faze este estimată la 5000 0 C la o presiune de 360 ​​GPa. Prezența hidrogenului în miez a fost mult timp controversată din cauza solubilității sale scăzute în fier la presiunea atmosferică. Cu toate acestea, experimente recente (date de J. Badding, H. Mao și R. Hamley (1992)) au permis stabilirea faptului că hidrura de fier FeH se poate forma la temperaturi și presiuni ridicate și este stabilă la presiuni care depășesc 62 GPa, ceea ce corespunde cu adâncimi de ~1600 km . În acest sens, prezența unor cantități semnificative (până la 40 mol.%) de hidrogen în miez este destul de acceptabilă și reduce densitatea acestuia la valori în concordanță cu datele seismologice.

Se poate prezice că noi date privind modificările structurale ale fazelor minerale la adâncimi mari vor face posibilă găsirea unei interpretări adecvate a altor limite geofizice importante fixate în intestinele Pământului. Concluzia generală este că la granițele seismice globale precum 410 și 670 km, există modificări semnificative în compoziția minerală a rocilor de manta. Transformările minerale se remarcă și la adâncimi de ~850, 1200, 1700, 2000 și 2200-2300 km, adică în interiorul mantalei inferioare. Aceasta este o circumstanță foarte importantă care face posibilă abandonarea ideii structurii sale omogene.