От какво е направена Земята? Горната мантия на Земята: състав, температура, интересни факти Пласт на горната мантия

Под земната кора се намира следващият слой, наречен мантия. Той обгражда ядрото на планетата и е дебел почти три хиляди километра. Структурата на мантията на Земята е много сложна и поради това изисква подробно проучване.

Мантия и нейните характеристики

Името на тази черупка (геосфера) идва от гръцката дума за наметало или воал. В действителност мантията обгръща сърцевината като воал. Той представлява около 2/3 от масата на Земята и около 83% от нейния обем.

Общоприето е, че температурата на черупката не надвишава 2500 градуса по Целзий. Плътността му в различните слоеве се различава значително: в горната част е до 3,5 t / m3, а в долната - 6 t / m3. Мантията се състои от твърди кристални вещества (тежки минерали, богати на желязо и магнезий). Единственото изключение е астеносферата, която е в полустопено състояние.

Структура на черупката

Сега нека разгледаме структурата на земната мантия. Геосферата се състои от следните части:

• горна мантия, дебела 800-900 км;
• астеносфера;
• долната мантия, с дебелина около 2000 км.

Горната мантия е част от черупката, която се намира под земната кора и навлиза в литосферата. От своя страна той се разделя на астеносферата и слоя Голицин, който се характеризира с интензивно увеличаване на скоростите на сеизмичните вълни. Тази част от мантията на Земята влияе на процеси като движения на тектонични плочи, метаморфизъм и магматизъм. Трябва да се отбележи, че структурата му се различава в зависимост от това под кой тектонски обект се намира.

Астеносфера. Самото име на средния слой на черупката се превежда от гръцки като „слаба топка“. Геосферата, която се отнася към горната част на мантията и понякога се отделя в отделен слой, се характеризира с намалена твърдост, здравина и жилавост. Горната граница на астеносферата винаги е под крайната линия на земната кора: под континентите - на дълбочина 100 км, под морското дъно - 50 км. Долната му линия е разположена на дълбочина 250-300 км. Астеносферата е основният източник на магма на планетата, а движението на аморфна и пластична материя се счита за причина за тектоничните движения в хоризонталната и вертикалната равнини, магматизма и метаморфизма на земната кора.

Учените знаят малко за долната част на мантията. Смята се, че на границата със сърцевината е разположен специален слой D, наподобяващ астеносферата. Отличава се с висока температура (поради близостта на гореща сърцевина) и нехомогенно вещество. Съставът на една и съща маса включва желязо и никел.

Състав на земната мантия

Освен структурата на земната мантия, интересен е и нейният състав. Геосферата се формира от оливинови и ултраосновни скали (перидотити, перовскити, дунити), но присъстват и основни скали (еклогити). Установено е, че обвивката съдържа редки сортове, които не се срещат в земната кора (гроспидити, флогопитни перидотити, карбонатити).

Ако говорим за химичния състав, тогава мантията съдържа в различни концентрации: кислород, магнезий, силиций, желязо, алуминий, калций, натрий и калий, както и техните оксиди.

Мантия и нейното изследване - видео

Мантията на Земята е най-важната част от нашата планета, тъй като именно тук са концентрирани повечето вещества. Той е много по-дебел от останалите компоненти и всъщност заема по-голямата част от пространството - около 80%. Учените са посветили по-голямата част от времето си на изучаването на тази конкретна част на планетата.

Структура

Учените могат само да спекулират относно структурата на мантията, тъй като няма методи, които да отговорят еднозначно на този въпрос. Но проведените изследвания позволиха да се предположи, че тази част от нашата планета се състои от следните слоеве:

• първият, външен - той заема от 30 до 400 километра от земната повърхност;
• преходната зона, която се намира непосредствено зад външния слой - според предположенията на учените, тя навлиза дълбоко в около 250 километра;
• долният слой е най-дългият, около 2900 километра. Започва веднага след преходната зона и отива направо към ядрото.

Трябва да се отбележи, че мантията на планетата съдържа скали, които не се намират в земната кора.

Структура

От само себе си се разбира, че е невъзможно да се установи от какво точно се състои мантията на нашата планета, тъй като е невъзможно да се стигне до там. Следователно всичко, което учените могат да изследват, се случва с помощта на отломки от тази област, които периодично се появяват на повърхността.

И така, след поредица от изследвания беше възможно да се установи, че тази област на Земята е черно-зелена. Основният състав са скали, които се състоят от следните химични елементи:

• силиций;
• калций;
• магнезий;
• желязо;
• кислород.

По външен вид и по някакъв начин дори по състав той много прилича на каменни метеорити, които също периодично падат на нашата планета.

Веществата, които са в самата мантия, са течни, вискозни, тъй като температурата в тази област надвишава хиляди градуса. По-близо до земната кора температурата намалява. По този начин се получава определен цикъл - тези маси, които вече са се охладили, намаляват, а тези, нагрявани до краен предел, се качват, така че процесът на „смесване“ никога не спира.

Периодично подобни нагряващи се течения попадат в самата кора на планетата, в която те се подпомагат от активни вулкани.

Методи за изследване

От само себе си се разбира, че слоевете, които са на големи дълбочини, са доста трудни за изучаване и не само защото няма такава техника. Процесът се усложнява допълнително от факта, че температурата почти непрекъснато се увеличава и в същото време плътността също се увеличава. Следователно можем да кажем, че в този случай дълбочината на слоя е най-малкият проблем.

Учените обаче все пак успяха да постигнат напредък в изследването на този въпрос. Геофизичните показатели бяха избрани като основен източник на информация за изследване на тази част от нашата планета. Освен това по време на проучването учените използват следните данни:

• скорост на сеизмична вълна;
• силата на гравитацията;
• характеристики и показатели за електропроводимост;
• изследване на магматични скали и фрагменти от мантията, които са редки, но все пак е възможно да се намерят на повърхността на Земята.

Що се отнася до последното, именно диамантите заслужават специално внимание на учените - по тяхно мнение, изучавайки състава и структурата на този камък, може да се открият много интересни неща дори за долните слоеве на мантията.

Рядко се срещат мантийни скали. Тяхното проучване също ви позволява да получите ценна информация, но в една или друга степен изкривяванията все още ще са налице. Това се дължи на факта, че в кората протичат различни процеси, които са малко по-различни от тези, които се случват в дълбините на нашата планета.

Отделно трябва да се разкаже за техниката, с която учените се опитват да получат оригиналните скали на мантията. И така, през 2005 г. в Япония е построен специален кораб, който според самите разработчици на проекта ще може да направи рекорд дълбоко кладенец. В момента работата все още тече, а стартът на проекта е насрочен за 2020 г. - няма какво много да се чака.

Сега всички изследвания на структурата на мантията се провеждат в лабораторията. Учените вече са установили, че долният слой на тази част на планетата, почти целият, се състои от силиций.

Налягане и температура

Разпределението на налягането в мантията е двусмислено, както и температурният режим, но първо на първо място. Мантията представлява повече от половината от теглото на планетата или по-точно 67%. В районите под земната кора налягането е около 1,3-1,4 милиона атм, докато трябва да се отбележи, че в местата, където са разположени океаните, нивото на налягане спада значително.

Що се отнася до температурния режим, данните тук са напълно неясни и се основават само на теоретични предположения. И така, в дъното на мантията се приема температура от 1500-10 000 градуса по Целзий. Като цяло учените предполагат, че температурното ниво в тази област на планетата е по-близо до точката на топене.

Земната силикатна обвивка, нейната мантия, е разположена между дъното на земната кора и повърхността на земното ядро \u200b\u200bна дълбочини около 2900 км. Обикновено, според сеизмичните данни, мантията е разделена на горната (слой В), до дълбочина 400 км, преходния слой Голицин (слой С) на дълбочина 400-1000 км и долната мантия (слой Г) с основа на дълбочина около 2900 км. Под океаните, в горната мантия, има и слой с намалени скорости на разпространение на сеизмичните вълни - вълноводът на Гутенберг, обикновено идентифициран със земната астеносфера, в който мантийната материя е в частично разтопено състояние. Под континентите зоната на намалените скорости по правило не се отличава или е слабо изразена.

Горната мантия обикновено включва и подкръстните части на литосферните плочи, в които материалът на мантията се охлажда и напълно кристализира. Под океаните дебелината на литосферата варира от нула под рифтовите зони до 60-70 км под абисалните басейни на океаните. Под континентите дебелината на литосферата може да достигне 200-250 км.

Нашата информация за структурата на мантията и ядрото на Земята, както и за състоянието на материята в тези геосфери, е получена главно от сеизмологични наблюдения, като се интерпретират кривите на времето на пътуване на сеизмичните вълни, като се вземат предвид добре известните хидростатични уравнения, свързващи градиенти на плътността и стойностите на скоростите на разпространение на надлъжни и напречни вълни в средата ... Тази техника е разработена от известните геофизици Г. Джефрис, Б. Гутенберг и особено К. Булен в средата на 40-те години и след това значително подобрена от К. Булен и други сеизмолози. Разпределенията на плътността в мантията, конструирани по този метод за няколко от най-популярните модели на Земята, се сравняват с данните за ударно компресиране за силикати (модел NS-1) са показани на фиг. десет.

Фигура 10.
1 - модел на Naimark-Sorokhtin (1977a); 2 - модел Bullen A1 (1966); 3 - моделът на Жарков "Земя-2" (Zharkov et al., 1971); 4 - преизчисляване на данните на Панков и Калинин (1975) за състава на лерзолитите с адиабатно разпределение на температурата.

Както се вижда от фигурата, плътността на горната мантия (слой В) се увеличава с дълбочина от 3,3-3,32 до около 3,63-3,70 g / cm 3 на дълбочина от около 400 км. Освен това, в преходния слой на Golitsyn (слой C), градиентът на плътността се увеличава рязко и плътността се повишава до 4,55-4,65 g / cm 3 на дълбочина 1000 km. Слоят Голицин постепенно преминава в долната мантия, чиято плътност плавно (съгласно линеен закон) нараства до 5,53-5,66 g / cm 3 на дълбочина на основата си около 2900 км.

Увеличението на плътността на мантията с дълбочина се обяснява с уплътняването на нейното вещество под въздействието на непрекъснато нарастващото налягане на покриващите слоеве на мантията, достигайки стойности от 1,35-1,40 Mbar в дъното на мантията. Особено забележимо уплътняване на силикатите от мантийния материал се случва в интервала на дълбочина от 400-1000 км. Както показа А. Рингвуд, именно на тези дълбочини много минерали претърпяват полиморфни трансформации. По-специално, най-разпространеният минерал в мантията, оливинът, придобива кристалната структура на шпинела и пироксените, илменита, а след това и най-плътната структура на перовскитите. На още по-големи дълбочини повечето силикати, с възможно изключение само на енстатита, се разлагат на прости оксиди с най-плътно натрупване на атоми в съответните кристалити.

Фактите за движението на литосферните плочи и задвижването на континентите убедително показват съществуването на интензивни конвективни движения в мантията, които многократно са смесвали цялата материя на тази геосфера през живота на Земята. Следователно можем да заключим, че съставите на горната и долната мантия са средно еднакви. Съставът на горната мантия обаче е уверено определен от находките на ултраосновни скали от океанската кора и от съставите на офиолитните комплекси. Изучавайки офиолитите на гънките на пояса и базалтите на океанските острови, А. Рингвуд още през 1962 г. предлага хипотетичен състав на горната мантия, който той нарича пиролит, получен чрез смесване на три части от алпийски тип перидотит - хабсбурит с една част от хавайския базалт. Ringwood pyrolite е близък по състав до океанските лерзолити, изследвани подробно от L.V. Дмитриев (1969, 1973). Но за разлика от пиролита, океанският лерзолит не е хипотетична смес от скали, а истинска мантийна скала, която се е издигнала от мантията в рифтовите зони на Земята и е изложена в трансформационни разломи близо до тези зони. В допълнение, Л. В. Дмитриев показа комплементарността на океанските базалти и остатъчните (остатъчни след претопяване на базалти) харцбургити спрямо океанските лерзолити, доказвайки по този начин предимството на лерзолитите, от които, следователно, толеитни базалти от средноокеанските хребети се оставят и остават restite harzburgite. По този начин океанският лерзолит, описан от Л. В. Дмитриев, е най-близък до състава на горната мантия и следователно на цялата мантия, чийто състав е даден в табл. един.

Таблица 1. Състав на съвременната Земя и първична земна материя
Според А. Б. Ронов и А. А. Ярошевски (1976); (2) Нашият модел, използващ данните на Л. В. Дмитриев (1973) и А. Рингвуд (Ringwood, 1966); (3) H. Urey, H. Craig (1953); (4) Florensky K.P., Bazilevsky F.T. et al., 1981.

Оксиди	Състав на континенталната кора (1)	Моделен състав на земната мантия (2)	Моделен състав на земното ядро	Състав на първичната материя на Земята (изчисление)	Среден състав на хондрити (3)	Среден състав на въглеродни хондрити (4)
SiO 2	59,3	45,5	—	30,78	38,04	33,0
TiO 2	0,7	0,6	—	0,41	0,11	0,11
Al 2 O 3	15,0	3,67	—	2,52	2,50	2,53
Fe 2 O 3	2,4	4,15	—	—	—	—
FeO	5,6	4,37	49,34	22,76	12,45	22,0
MnO	0,1	0,13	—	0,09	0,25	0,24
MgO	4,9	38,35	—	25,77	23,84	23,0
CaO	7,2	2,28	—	1,56	1,95	2,32
Na 2 O	2,5	0,43	—	0,3	0,95	0,72
K 2 O	2,1	0,012	—	0,016	0,17	—
Cr 2 O 3	—	0,41	—	0,28	0,36	0,49
P 2 O 5	0,2	—	—	—	—	0,38
NiO	—	0,1	—	0,07	—	—
FeS	—	—	6,69	2,17	5,76	13,6
Fe	—	—	43,41	13,1	11,76	—
Ni	—	—	0,56	0,18	1,34	—
Количество	100,0	100,0	100,0	100,0	99,48	98,39

Освен това признаването на съществуването на конвективни движения в мантията дава възможност да се определи нейният температурен режим, тъй като по време на конвекцията разпределението на температурата в мантията трябва да бъде близо до адиабатично, т.е. към такъв, при който няма топлообмен между съседни обеми на мантията, свързан с топлопроводимостта на веществото. В този случай топлинните загуби на мантията възникват само в горния й слой - през литосферата на Земята, температурното разпределение в което вече е рязко различно от адиабатното. Но адиабатното разпределение на температурата лесно се изчислява от параметрите на материята на мантията.

За да се тества хипотезата за единичен състав на горната и долната мантия, плътността на океанския лерзолит, издигната в трансформационния разлом на хребета Карлсберг в Индийския океан, беше изчислена с помощта на ударно компресиране на силикати до налягане от около 1,5 Mbar. За такъв „експеримент“ изобщо не е необходимо да се компресира самата скална проба до толкова високи налягания, достатъчно е да се знае нейният химичен състав и резултатите от по-ранни експерименти за ударно компресиране на отделни породообразуващи оксиди. Резултатите от такова изчисление, извършено за разпределението на адиабатната температура в мантията, бяха сравнени с известните разпределения на плътността в същата геосфера, но получени от сеизмологични данни (вж. Фиг. 10). Както се вижда от горното сравнение, разпределението на плътността на океанския лерзолит при високи налягания и адиабатна температура се доближава доста добре до реалното разпределение на плътността в мантията, получено от напълно независими данни. Това е доказателство в полза на реалността на направените предположения за състава на лерзолита на цялата мантия (горна и долна) и за адиабатното разпределение на температурата в тази геосфера. Познавайки разпределението на плътността на материята в мантията, е възможно да се изчисли нейната маса: тя се оказва равна на (4.03-4.04) × 10 2 g, което е 67,5% от общата маса на Земята.

В дъното на долната мантия се различава друг слой на мантията с дебелина около 200 км, обикновено обозначен със символа D '', при който градиентите на скоростите на разпространение на сеизмичните вълни намаляват и затихването на срязващата вълна се увеличава. Освен това, въз основа на анализа на динамичните характеристики на разпространението на вълните, отразени от повърхността на земното ядро, I.S. Берзон и нейните колеги (1968, 1972) успяха да разграничат тънък преходен слой между мантията и ядрото с дебелина около 20 км, който ние нарекохме слой Берзон, при който скоростта на срязващата вълна в долната половина намалява с дълбочина от 7,3 км / сек до почти нула. Намаляването на скоростта на напречните вълни може да се обясни само с намаляване на модула на коравина и следователно с намаляване на коефициента на ефективен вискозитет на веществото в този слой.

Самата граница на прехода от мантията към земното ядро \u200b\u200bостава доста остра. Съдейки по интензитета и спектъра на сеизмичните вълни, отразени от повърхността на ядрото, дебелината на такъв граничен слой не надвишава 1 км.

Мантията съдържа по-голямата част от земния материал. Мантията е и на други планети. Земната мантия варира от 30 до 2900 км.

В нейните граници, според сеизмичните данни, се различават: горният слой на мантията IN дълбочина до 400 км и ОТ до 800-1000 км (някои изследователски слой ОТ наречена средна мантия); долна мантия слой D преди дълбочина 2700 с преходен слой D1 от 2700 до 2900 км.

Границата между кората и мантията е границата на Мохорович или, накратко, Мохо. На него се случва рязко увеличение на сеизмичните скорости - от 7 до 8-8,2 км / сек. Тази граница е разположена на дълбочина от 7 (под океаните) до 70 километра (под сгънати пояси). Земната мантия се подразделя на горна и долна мантия. Границата между тези геосфери е слоят Голицин, разположен на дълбочина около 670 км.

Структурата на Земята, представена от различни изследователи

Разликата в състава на земната кора и мантията е следствие от техния произход: първоначално хомогенната Земя, в резултат на частично топене, беше разделена на топима и лека част - кора и плътна и огнеупорна мантия.

Източници на информация за мантията

Земната мантия е недостъпна за директни изследвания: тя не излиза на земната повърхност и не се достига чрез дълбоко сондиране. Следователно по-голямата част от информацията за мантията е получена по геохимични и геофизични методи. Данните за неговата геоложка структура са много ограничени.

Мантията се изучава съгласно следните данни:

• Геофизични данни. На първо място, данни за скоростите на сеизмичните вълни, електрическата проводимост и гравитацията.
• Мантийни стопилки - базалти, коматити, кимберлити, лампроити, карбонатити и някои други магматични скали се образуват в резултат на частично топене на мантията. Съставът на стопилката е следствие от състава на разтопените скали, взаимодействието на топенето и физикохимичните параметри на процеса на топене. Като цяло възстановяването на източника от стопилката е трудна задача.
• Фрагменти от мантийни скали, изнесени на повърхността от мантийни стопилки - кимберлити, алкални базалти и др. Това са ксенолити, ксенокристи и диаманти. Диамантите заемат специално място сред източниците на информация за мантията. Именно в диамантите се откриват най-дълбоките минерали, които е възможно да произхождат дори от долната мантия. В този случай тези диаманти представляват най-дълбоките фрагменти от земята, налични за директно проучване.
• Мантийни скали в земната кора. Такива комплекси отговарят в най-голяма степен на мантията, но също така се различават от нея. Най-важната разлика е в самия факт на тяхното битие в състава на земната кора, от което следва, че те са се образували в резултат на не съвсем обикновени процеси и, може би, не отразяват типична мантия. Те се намират в следните геодинамични настройки:

1. Хипербазитите от алпийски тип са части от мантията, вградени в земната кора в резултат на планинско строителство. Най-често в Алпите, от които произхожда името.
2. Офиолитни хипербазити - передотити в състава на офиолитните комплекси - части от древната океанска кора.
3. Абисалните перидотити са изпъкналости на мантийни скали на дъното на океаните или разломи.

Тези комплекси имат предимството, че в тях могат да се наблюдават геоложки връзки между различни скали.

Наскоро беше обявено, че японските изследователи планират опит за пробиване на океанската кора до мантията. За това е построен корабът Chikyu. Планирането на сондажите е планирано през 2007 г.

Основният недостатък на информацията, получена от тези фрагменти, е невъзможността за установяване на геоложки връзки между различните видове скали. Това са части от пъзела. Както каза класикът, „определянето на състава на мантията от ксенолитите прилича на опити за определяне на геоложката структура на планините по камъчетата, които реката е извършила от тях“.

Мантия състав

Мантията е съставена главно от ултраосновни скали: перидотити (лерцолити, харцбургити, верлити, пироксенити), дунити и в по-малка степен основни скали - еклогити.

Също така сред мантийните скали се срещат редки сортове скали, които не се срещат в земната кора. Това са различни флогопитни перидотити, гроспидити, карбонатити.

Съдържанието на основните елементи в земната мантия в масови проценти

Елемент	Концентрация		Оксид	Концентрация
	44.8
	21.5		SiO 2	46
	22.8		MgO	37.8
	5.8		FeO	7.5
	2.2		Al 2 O 3	4.2
	2.3		CaO	3.2
	0.3		Na 2 O	0.4
	0.03		K 2 O	0.04
Количество	99.7		Количество	99.1

Мантийна структура

Процесите, протичащи в мантията, имат най-пряко въздействие върху земната кора и повърхността на земята, причинявайки движението на континентите, вулканизма, земетресенията, планинското строителство и образуването на рудни находища. Има все повече доказателства, че самата мантия е активно повлияна от металното ядро \u200b\u200bна планетата.

Конвекция и шлейфове

Библиография

• Пушчаровски Д.Ю., Пушчаровски Ю.М. Състав и структура на земната мантия // Soros Educational Journal, 1998, No 11, p. 111-119.
• А. А. Ковтун Електрическа проводимост на Земята // Soros Educational Journal, 1997, No 10, p. 111-117

Източник: Короновски Н.В., Якушова А.Ф. "Основи на геологията", М., 1991

Връзки

• Изображения на земната кора и горна мантия // Международна програма за геологична корелация (IGCP), Проект 474

Атмосфера

Биосфера

Д.Ю. Пушчаровски, Ю.М. Пушчаровски (Московски държавен университет на името на М. В. Ломоносов)

Съставът и структурата на дълбоките черупки на Земята през последните десетилетия продължават да бъдат един от най-интригуващите проблеми на съвременната геология. Броят на преките данни за веществото на дълбоките зони е много ограничен. В тази връзка специално място заема минерален агрегат от кимберлитната тръба на Лесото (Южна Африка), който се счита за представител на мантийни скали, срещащи се на дълбочина ~ 250 км. Сърцевината, издигната от най-дълбокия кладенец в света, пробита на полуостров Кола и достигнала отметка от 12 262 м, значително разшири научното разбиране за дълбоките хоризонти на земната кора - тънкият повърхностен филм на земното кълбо. В същото време най-новите данни от геофизиката и експериментите, свързани с изучаването на структурните трансформации на минерали, вече позволяват да се моделират много характеристики на структурата, състава и процесите, протичащи в дълбините на Земята, познаването на които допринася за решаването на такива ключови проблеми на съвременната природознание като формирането и еволюцията на планетата, динамиката кора и мантия, източници на минерални ресурси, оценка на риска от изхвърляне на опасни отпадъци на големи дълбочини, енергийни ресурси на Земята и др.

Сеизмичен модел на устройството на Земята

Известният модел на вътрешната структура на Земята (нейното разделяне на ядро, мантия и кора) е разработен от сеизмолозите Г. Джефрис и Б. Гутенберг през първата половина на 20 век. Решаващият фактор за това се оказа откриването на рязко намаляване на скоростта на преминаване на сеизмични вълни вътре в земното кълбо на дълбочина 2900 км с радиус на планетата 6371 км. Скоростта на разпространение на надлъжни сеизмични вълни непосредствено над посочената граница е 13,6 km / s, а под нея - 8,1 km / s. Това е граница мантия-ядро.

Съответно радиусът на ядрото е 3471 км. Горната граница на мантията е сеизмичният разрез на Мохорович ( Мохо , М), идентифициран от югославския сеизмолог А. Мохорович (1857-1936) през 1909г. Той отделя земната кора от мантията. На тази граница скоростите на надлъжни вълни, преминали през земната кора, рязко се увеличават от 6,7-7,6 до 7,9-8,2 km / s, но това се случва на различни нива на дълбочина. Под континентите дълбочината на участъка М (т.е. дъното на земната кора) е първите десетки километри, а под някои планински структури (Памир, Анди) може да достигне 60 км, докато под океанските корита, включително водния стълб, дълбочината е само 10-12 км ... Като цяло земната кора по тази схема се очертава като тънка обвивка, докато мантията се простира в дълбочина с 45% от земния радиус.

Но в средата на 20-ти век в науката навлизат идеи за по-частично дълбока структура на Земята. Въз основа на нови сеизмологични данни се оказа възможно разделянето на ядрото на вътрешно и външно, а мантията на долно и горно (фиг. 1). Този модел, който получи широко разпространение, се използва и до днес. Започнато е от австралийския сеизмолог К.Е. Булен, който предложи в началото на 40-те години схема за разделяне на Земята на зони, които той обозначи с букви: A - земната кора, B - зона в интервала на дълбочината 33-413 km, C - зона 413-984 km, D - зона 984-2898 km , D - 2898-4982 км, F - 4982-5121 км, G - 5121-6371 км (център на Земята). Тези зони се отличават със сеизмични характеристики. По-късно той раздели зона D на зони D "(984-2700 км) и D" (2700-2900 км). Понастоящем тази схема е значително модифицирана и само D "слоят е широко използван в литературата. Основната му характеристика е намаляване на градиентите на сеизмичната скорост в сравнение с горната област на мантията.

Фигура: 1. Схема на дълбоката структура на Земята

Колкото повече сеизмологични изследвания се извършват, толкова повече сеизмични граници се появяват. Границите от 410, 520, 670, 2900 км се считат за глобални, където нарастването на скоростите на сеизмичните вълни е особено забележимо. Заедно с тях се разграничават междинни граници: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 км. Освен това има индикации на геофизици за съществуването на граници 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 км. Н.И. Павленкова наскоро определи граница 100 като глобална, което съответства на долното ниво на разделяне на горната мантия на блокове. Междинните граници имат различно пространствено разпределение, което показва страничната променливост на физическите свойства на мантията, от която те зависят. Глобалните граници представляват различна категория явления. Те съответстват на глобалните промени в мантийната среда по радиуса на Земята.

Маркираните глобални сеизмични граници се използват при изграждането на геоложки и геодинамични модели, докато междинните в този смисъл досега не са привлякли много внимание. Междувременно разликите в мащаба и интензивността на тяхното проявление създават емпирична основа за хипотези относно явления и процеси в дълбините на планетата.

По-долу ще разгледаме как геофизичните граници корелират с последните резултати от структурни промени в минералите под въздействието на високо налягане и температури, чиито стойности съответстват на условията на земните дълбини.

Проблемът за състава, структурата и минералните асоциации на дълбоки земни черупки или геосфери, разбира се, все още е далеч от окончателното решение, но новите експериментални резултати и идеи значително разширяват и детайлизират съответните концепции.

Според съвременните възгледи в мантията преобладава относително малка група химични елементи: Si, Mg, Fe, Al, Ca и O. модели на геосферния състав се основават предимно на разликата в съотношенията на тези елементи (вариации в Mg / (Mg + Fe) \u003d 0,8-0,9; (Mg + Fe) / Si \u003d 1,2P1,9), както и на разликите в съдържанието на Al и някои други елементи, които са по-редки за дълбоко залегналите скали. В съответствие с химичния и минералогичния състав тези модели получиха имената си: пиролит (основните минерали са оливин, пироксени и гранат в съотношение 4: 2: 1), пиколог (основните минерали са пироксен и гранат, а фракцията на оливин намалява до 40%) и еклогит, който заедно с характерната за еклогитите асоциация пироксен-гранат, съдържа и някои по-редки минерали, по-специално Al-съдържащ кианит Al2SiO5 (до 10 тегловни% ). Всички тези петрологични модели обаче се отнасят предимно до скали от горната мантия простираща се на дълбочина ~ 670 км. По отношение на общия състав на по-дълбоките геосфери се приема само, че съотношението на оксидите на двувалентни елементи (MO) към силициев диоксид (MO / SiO2) е ~ 2, което е по-близо до оливин (Mg, Fe) 2SiO4, отколкото до пироксен (Mg, Fe) SiO3 и минералите са доминирани от перовскитни фази (Mg, Fe) SiO3 с различни структурни изкривявания, магнезиовустит (Mg, Fe) O със структура от типа NaCl и някои други фази в много по-малки количества.