Мантия земли

Мантию Земли ученые называют наиболее значимой областью нашей планеты, поскольку именно в этом месте находится наибольший объем важных веществ. Мантия Земли имеет более существенную толщину, чем прочие составляющие. Фактически она занимает почти 80% внутреннего строения планеты. Изучению именно этой части планеты ученые посвятили большую часть времени.

Строение мантии

Однозначно ответить на вопрос из чего состоит мантия, до сих пор не может ни один ученый. Все имеющиеся на сегодняшний день методы изучения этой части нашей планеты, не могут дать полного ответа на этот вопрос. Однако, реализованные исследования дают возможность предполагать, что эта зона нашей планеты состоит из следующих слоев:

• наружный слой имеет толщину от 30 до 400 километров земной поверхности
• переходный слой находится сразу после наружного. Ученые предполагают, что его толщина достигает примерно 250 километров
• толщина нижнего слоя, по предположениям ученых, наибольшая 2900 километров. Он продолжается до самого ядра.

Интересно, что земная мантия имеет в своем составе уникальные горные породы, которые отсутствуют в земной коре.
Естественно выяснить точный состав мантии Земли нет возможности, по той простой причине, что нет таких агрегатов, которые могли бы добраться до мантии и взять ее образец. Все, что остается ученым – это изучать обломки мантии, время от времени появляющиеся на поверхности.
В результате проведенных исследований, ученые выяснили, что мантия планеты имеет черно-зеленый оттенок. Основные компоненты — это горные породы, в составе которых преобладают такие химические элементы:

• кремний
• кальций
• магний
• железо
• кислород.

Согласно еще одной теории о составе мантии, она состоит из двух частей: верхней и нижней.
В верхней мантии выделяют три слоя, первый из которых имеет толщину примерно 50 км, а в его составе твердое и хрупкое кристаллическое вещество со скоростью продольных волн - 8,5 км/с. Этот слой вместе с земной корой формирует литосферу. Средний слой называют астеносфера. Главная характеристика этого слоя - аморфное стекловидное состояние вещества, и частично (около 10%) расплавленным вязкопластичным состоянием. В пользу этой теории говорит резкое снижение скорости сейсмических волн. Астеносфера может находиться на разных глубинах. К примеру, под срединно-океаническими хребтами, с наименьшей толщиной литосферного слоя, астеносфера располагается на глубине всего пары километров. Тогда как на окраине океана, с ростом мощности литосферы, увеличивается и толщина астеносферы до 60 – 80 км. Под поверхностью континентов толщина этого слоя достигает 200 км, а вот под континентальными рифтами снова уменьшается до 10 – 25 км. Нижний слой верхней мантии некоторые ученые определяют как переходный слой или же, как обособленную область - среднюю мантию. В этой части мантии вещество имеет твердокристаллическую структуру со скоростью продольных волн до 9 км/с.
Нижняя мантия тянется до 2 900 км, и состоит из твердого кристаллического вещества со скоростью продольных волн до 13,5 км/с. Об этой части ученым известно совсем мало информации.
Вещества, находящиеся в самой мантии, являются жидкими, вязкообразными, поскольку температура в этой области составляет более тысячи градусов. Возле земной коры температура понижается. Наблюдается в какой-то степени круговорот – охладившиеся массы опускаются вниз, а разогретые до предела поднимаются наверх. Таким образом, происходит непрерывное движение мантии Земли. Иногда, эта горячая масса попадает в самую кору планеты, вследствие извержения вулканов.

Методы изучения

Как мы уже говорили, слои, находящиеся на существенной глубине довольно проблематично изучать и не только по причине отсутствия подходящих устройств. Осложняются работы еще и постоянно растущей температурой, и, как следствие, растущей плотностью.
Но, несмотря на это, ученые все же медленно продвигаются в изучении этого вопроса. В процессе изучения ученые пользуются геофизическими показателями и следующими данными:

• показатель скорости сейсмических волн
• сила тяжести
• характеристики и показатели электропроводности;
• информация о магматических породах и обломках мантии, редко, обнаруживаемых на поверхности Земли.

Касательно последнего пункта, тут повышенного внимания ученых заслуживает камень – алмаз. Ведь в процессе изучения состава и строения алмаза, можно получить много полезной информации даже о нижних слоях мантии.
Также, крайне редко ученые находят мантийные породы, по которым также можно изучать строение мантии Земли.
Отметим, что в 2005 году в Японии построило особое судно, которое, по словам авторов проекта, способно пробить рекордно глубокую скважину. На сегодняшний день работы еще продолжаются, а старт проекта запланирован на 2020 год.
Сегодняшнее изучение мантии проводится в лабораторных условиях. Достоверно известно, что нижний слой этого участка планеты, почти на 100% состоит из кремния.

Процессы мантии

Процессы, которые происходят на такой значительной глубине, изучены крайне мало. Однако, ученые выдвинули теорию о том, что ядро Земли в значительной степени влияет на мантию и процессы, которые в ней происходят. Подтверждается это разными природными явлениями, таким как:

• вулканизм
• землетрясения
• движение тектонических плит, вследствие чего происходит образование гор и впадин.

Кроме этого, в мантии происходит образование различных минералов и формирование месторождений полезных ископаемых.
Не так давно, ученые выяснили, что мантия под Аляской движется со скоростью, которая в 20-30 раз выше скорости движения сближающихся в этом месте литосферных плит. Таким образом, полученные данные могут быть использованы для прогнозирования сейсмического положения в разных областях планеты, уверенны авторы исследований. Статья была напечатана в журнале Nature.
Аляску называют «зоной субдукции литосферных плит», то есть местом, где Тихоокеанская литосферная плита «ныряет» под Северо-Американскую. Она как бы погружается в земные недра. Вследствие этого в этой зоне сформировался наивысший горный массив Северной Америки и, и гора Мак-Кинли - самая высокая точка на карте Северной Америки.
Зонами субдукции называют области скопления большого напряжения в земной коре. На основании их изучения ученые могут предсказать категорию сейсмической опасности, а также вероятность образования землетрясений в конкретном районе.
В своем исследовании геолог из Калифорнийского университета в Дэвисе Магали Биллен (Magali Billen) со своими коллегами приводят данные проведенного моделирования поведения мантии — вязкого вещества, на котором «дрейфуют» литосферные плиты.
В результате проведенных вычислений на 400-процессорном суперкомпьютере, которые длились 48 часов без остановки, ученые выявили, что вразрез с их ожиданиями, мантия в области субдукции не увлекается земной корой и не углубляется вместе с ней в недра Земли. Напротив, она с колоссальной скоростью «течет» вокруг литосферной плиты, которая погружается погружающейся.
Тогда как, стандартно в областях субдукции скорость движения земной коры достигает около десяти сантиметров в год, а скорость движения мантии незначительно ее превышает, то в этом случае скорость движения мантии составляет целых 90 сантиметров в год.
После проведения таких исследований ученые пришли к выводу, что в области субдукции, концентрируется более существенное количество энергии, чем считали раньше. Эта энергия будет непременно высвобождаться в виде землетрясений или цунами.