|строение земли||атмосфера земли| |магнитное поле земли| |озоновый слой| |история изучения| |главная| |
Строение земли |
Современные данные о сейсмических границахТем больше проводится сейсмологических исследований, тем больше появляется сейсмических границ. Глобальными принято считать границы 410, 520, 670, 2900 км, где увеличение скоростей сейсмических волн особенно заметно. Наряду с ними выделяются промежуточные границы: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 км [1]. Дополнительно имеются указания геофизиков на существование границ 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 км. Н.И. Павленковой недавно в качестве глобальной выделена граница 100, отвечающая нижнему уровню разделения верхней мантии на блоки. Промежуточные границы имеют разное пространственное распространение, что свидетельствует о латеральной изменчивости физических свойств мантии, от которых они и зависят. Глобальные границы представляют иную категорию явлений. Они отвечают глобальным изменениям мантийной среды по радиусу Земли. Отмеченные глобальные сейсмические границы используются при построении геологических и геодинамических моделей, в то время как промежуточные в этом смысле пока внимания почти не привлекали. Между тем различия в масштабах и интенсивности их проявления создают эмпирическую основу для гипотез, касающихся явлений и процессов в глубинах планеты. Ниже
рассмотрим, каким образом геофизические рубежи соотносятся с полученными
в последнее время результатами структурных изменений Состав верхней мантииПроблема
состава, структуры и минеральных ассоциаций глубинных земных оболочек
или геосфер, конечно, еще далека от окончательного решения, однако новые
экспериментальные результаты и идеи существенно расширяют и детализируют
соответствующие представления. Все
предложенные модели весьма обобщенные и гипотетичные. Пиролитовая модель
верхней мантии с преобладанием оливина предполагает ее значительно большую
близость по химическому составу со всей более глубокой мантией. Наоборот,
пиклогитовая модель предполагает существование определенного химического
контраста между верхней и остальной мантиями. Более частная эклогитовая
модель Большой
интерес представляет попытка согласовать структурно-минералогические
и геофизические данные, относящиеся к верхней мантии. Уже около 20 лет
допускается, что увеличение скоростей сейсмических волн на глубине ~410
км преимущественно связано со структурной перестройкой оливина a-(Mg,
Fe)2SiO4 в вадслеит b-(Mg, Fe)2SiO4,
сопровождающейся образованием более плотной фазы с большими значениями
коэффициентов упругости. Согласно геофизическим данным, на таких глубинах
в недрах Земли скорости сейсмических волн возрастают на 3-5%, тогда
как структурная перестройка оливина в вадслеит (в соответствии со значениями
их модулей упругости) должна сопровождаться
увеличением скоростей сейсмических волн примерно на 13%. Вместе с тем
результаты экспериментальных исследований оливина и смеси оливин-пироксен
при высоких температурах и давлениях выявили полное совпадение рассчитанного
и экспериментального увеличения скоростей сейсмических волн в интервале
глубин 200-400 км. Поскольку оливин обладает примерно такой же упругостью,
Так появилась идея о том, что скачок в скоростях сейсмических волн на глубине 410 км связан в основном со структурной перестройкой пироксен-гранат внутри обогащенных Na частей верхней мантии. Такая модель предполагает почти полное отсутствие конвекции в верхней мантии, что противоречит современным геодинамическим представлениям. Преодоление этих противоречий можно связать с недавно предложенной более полной моделью верхней мантии [2], допускающей вхождение атомов железа и водорода в структуру вадслеита.
В то время как полиморфный переход оливина в вадслеит не сопровождается изменением химического состава, в присутствии граната возникает реакция, приводящая к образованию вадслеита, обогащенного Fe по сравнению с исходным оливином. Более того, вадслеит может содержать значительно больше по сравнению с оливином атомов водорода. Участие атомов Fe и Н в структуре вадслеита приводит к уменьшению ее жесткости и соответственно уменьшению скоростей распространения сейсмических волн, проходящих сквозь этот минерал. Кроме того, образование обогащенного Fe вадслеита предполагает вовлечение в соответствующую реакцию большего количества оливина, что должно сопровождаться изменением химического состава пород вблизи раздела 410. Идеи об этих трансформациях подтверждаются современными глобальносейсмическими данными. В целом минералогический состав этой части верхней мантии представляется более или менее ясным. Если говорить о пиролитовой минеральной ассоциации (табл. 1), то ее преобразование вплоть до глубин ~800 км исследовано достаточно детально и в обобщенном виде представлено на рис. 2. При этом глобальной сейсмической границе на глубине 520 км соответствует перестройка вадслеита b-(Mg, Fe)2SiO4 в рингвудит - g-модификацию (Mg, Fe)2SiO4 со структурой шпинели. Трансформация пироксен (Mg, Fe)SiO3 гранат Mg3(Fe, Al, Si)2Si3O12 осуществляется в верхней мантии в более широком интервале глубин. Таким образом, вся относительно гомогенная оболочка в интервале 400-600 км верхней мантии в основном содержит фазы со структурными типами граната и шпинели. Все предложенные в настоящее время модели состава мантийных пород допускают содержание в них Al2O3 в количестве ~4 вес. %, которое также влияет на специфику структурных превращений. При этом отмечается, что в отдельных областях неоднородной по составу верхней мантии Al может быть сосредоточен в таких минералах, как корунд Al2O3 или кианит Al2SiO5 , который при давлениях и температурах, cответствующих глубинам ~450 км, трансформируется в корунд и стишовит - модификацию SiO2, структура которой содержит каркас из SiO6 октаэдров. Оба этих минерала сохраняются не только в низах верхней мантии, но и глубже. Важнейший компонент химического состава зоны 400-670 км - вода, содержание которой, по некоторым оценкам, составляет ~0,1 вес. % и присутствие которой в первую очередь связывают с Mg-силикатами [3]. Количество запасенной в этой оболочке воды столь значительно, что на поверхности Земли оно составило бы слой мощностью 800 м. |