Як і всі інші планети земної групи , (Меркурій, Венера і Марс) Земля складається з багатьох шарів. Це є результатом його планетарної диференціації, коли більш щільні матеріали опускаються до центру, утворюючи ядро, тоді як більш легкі матеріали утворюються навколо. У той час як ядро складається переважно із заліза та нікелю, верхній шар Землі складається із силікатних порід та мінералів.
Цей регіон відомий як мантія, і на нього припадає переважна більшість об’єму Землі. Рух, або конвекція, у цьому шарі також відповідає за всю вулканічну та сейсмічну активність Землі. Інформація про структуру та склад мантії є результатом геофізичних досліджень або безпосереднього аналізу порід, отриманих з мантії, або відкритої мантії на дні океану.
Визначення:
Складена з силікатної скелі середньої товщини 2886 кілометрів (1793 миль), мантія розташована між земною корою та її верхнім ядром. Мантія становить 84% Землі за об’ємом, у порівнянні з 15% в ядрі, а решту займає кора. Хоча він переважно твердий, він поводиться як в’язка рідина через те, що температури близькі до точки плавлення в цьому шарі.
Шари Землі, диференційоване планетарне тіло. Авторство: Wikipedia Commons/Surachit
Наші знання про верхню мантію, включаючи тектонічні плити, отримані з аналізу землетрусних хвиль; дослідження теплового потоку, магнітні та гравітаційні дослідження; і лабораторні досліди на гірських породах і мінералах. Від 100 до 200 кілометрів під поверхнею Землі температура породи близька до точки плавлення; розплавлена порода, вивержена деякими вулканами, бере початок у цьому районі мантії.
Структура та склад:
Мантія розділена на ділянки, які базуються на результатах сейсмології. Це верхня мантія, яка простягається приблизно на 7-35 км (4,3-21,7 миль) від поверхні до глибини 410 км (250 миль); перехідна зона, яка простягається від 410 t0 660 км (250 – 410 миль); нижня мантія, яка сягає від 660 км до глибини 2891 км (410 – 1796 миль); і межа ядро-мантія, яка має змінну товщину (в середньому ~200 км або 120 миль).
У верхній мантії виділяють дві основні зони. Найглибша з них — внутрішня астеносфера, яка складається з пластичної плинної породи, товщина якої в середньому становить близько 200 км (120 миль). Зовнішня зона є найнижчою частиною літосфери, яка складається з твердих порід і має товщину приблизно від 50 до 120 км (31-75 миль).
Верхня частина літосфери – це земна кора, тонкий шар товщиною приблизно від 5 до 75 км (3,1–46,6 миль), який відокремлений від мантії розривом Мохоровичіча (або «Мохо», який визначається різке збільшення в бік зниження швидкості землетрусних хвиль).
Внутрішня будова Землі. Авторство: Wikipedia Commons/Kelvinsong
У деяких місцях під океаном мантія фактично оголюється. Також є кілька місць на суші, де мантійні породи були витіснені на поверхню в результаті тектонічної активності, особливо в регіоні Платлендс Національного парку Грос-Морн у Ньюфаундленді та Лабрадорі, Канада, острів Сент-Джонс, Єгипет або острів Забаргад. в Червоному морі.
За складовими елементами мантія складається з 44,8% кисню, 21,5% кремнію і 22,8% магнію. Також є залізо, алюміній, кальцій, натрій і калій. Всі ці елементи пов’язані між собою у вигляді силікатних порід, всі вони мають форму оксидів. Найпоширенішим є діоксид кремнію (SiO2) на 48%, потім оксид магнію (MgO) на 37,8%. Приклади порід, які ви можете знайти всередині мантії, включають: олівін, піроксени, шпінель і гранат.
Конвекція:
Через різницю температур між поверхнею Землі та зовнішнім ядром в мантії відбувається конвективна циркуляція матеріалу. Це полягає в повільному, повзучому русі силікатної мантії Землі по поверхні, переносячи тепло з надр Землі на поверхню. У той час як гарячий матеріал піднімається на поверхню, холодніший, важчий матеріал опускається внизу.
Тихоокеанське вогняне кільце, низка вулканічних регіонів, що простягаються від південної частини Тихого океану до Південної Америки. Авторство: Public Domain
Літосфера поділена на ряд плит, які безперервно створюються і споживаються на своїх протилежних кордонах плит. Нисхідний рух матеріалу відбувається в зонах субдукції, місцях на межах плит, що сходяться, де один шар мантії переміщується під іншим. Нарощування відбувається у міру додавання матеріалу до зростаючих країв плити, пов’язаного з розтіканням морського дна.
Вважається, що цей хаотичний процес є невід’ємною частиною руху плит, що, у свою чергу, призводить до дрейфу континентів. Субдукована океанічна кора також є причиною вулканізму, як продемонстровано Тихоокеанське вогняне кільце .
Дослідження:
Наукові дослідження та дослідження мантії зазвичай проводяться на морському дні через відносну товщину океанічної кори порівняно з континентальною. Перша спроба дослідження мантії (відома як Project Mohole) досягла найглибшого проникнення приблизно на 180 метрів (590 футів). Його покинули в 1966 році після неодноразових невдач і перевищення витрат.
У 2005 року океанське бурове судноРезолюція JOIDESдосягнув свердловини глибиною 1416 метрів (4646 футів) під дном моря. У 2007 році група вчених на борту британського дослідницького корабля RRSДжеймс Кукпровів дослідження на відкритій ділянці мантії, розташованої між островами Кабо-Вердр і Карибським морем.
Наукове бурове судно JOIDES Resolution, зображене в морі в 2009 році. Авторство зображення: William Crawford/IODP/TAMU
В останні роки був запропонований метод дослідження шарів Землі за допомогою невеликого щільного теплогенеруючого зонда. Це розтопило б земну кору й мантію та зв’язалося б за допомогою акустичних сигналів, що генеруються при проникненні в скелі. Зонд буде складатися із зовнішньої оболонки з вольфраму з серцевиною з кобальту-60, яка діє як радіоактивне джерело тепла.
Було підраховано, що такий зонд досягне океанічного Мохо менш ніж за 6 місяців і досягне мінімальної глибини понад 100 км (62 миль) за кілька десятиліть під океанською та континентальною літосферою. У 2009 році суперкомп’ютерна програма створила симуляцію, яка дала нове уявлення про розподіл родовищ корисних копалин з моменту розвитку мантії 4,5 мільярда років тому.
Хоча мантія Землі ще не досліджена на будь-якій значній глибині, багато чого навчилися в результаті непрямих досліджень за останні кілька століть. Оскільки дослідження Сонячної системи людиною продовжуються, ми обов’язково дізнаємося більше про планети земної групи, їх геологічну поведінку та формування.
Ми написали багато статей про нутрощі Землі на Universe Today. Ось одна про Мантія Землі , Відкриття внутрішнього, внутрішнього ядра Землі , Яка різниця між магмою та лавою , і стаття про те, як Ядро Землі обертається швидше, ніж її кора .
Для отримання додаткової інформації перегляньте Геологічна служба США (USGS) .
У Astronomy Cast також є епізоди на цю тему. Послухайте це тут, Епізод 51: Земля .
