2.2.2.2. Мантийная оболочка Земного шара

Мантией называется оболочка, находящаяся ниже границы Мохо (рис. 29А). По изменению скорости сейсмических волн мантия подразделяется на верхнюю и нижнюю. Как уже говорилось выше, самая верхняя часть верхней мантии до глубин 100–150 км находится в твердом состоянии. Именно поэтому земную кору и эту твердую часть

Рис. 29А. Схема строения внутренней части Земли, построенная по данным распространения сейсмических волн

верхней мантии называют литосферой. В целом верхней мантией называется оболочка Земли мощностью около 400 км.

Долго считалось, что верхняя мантия однородна. Но в начале прошлого века сейсмолог Бено Гуттенберг обнаружил в верхней мантии на глубинах от 100 км под континентом и 50 км под океаном слой с пониженной скоростью прохождения сейсмических волн. Позднее этот слой был назван астеносферой, что значит «слабый», так как это слой пониженной твердости и прочности горных пород. Мощность его 250–350 км.

Верхняя мантия сложена преимущественно перидотитами, ультраосновными породами, состоящими из оливина, пироксена и иногда граната. При температуре 1400–1500 ºС, оливин остается твердым, а пироксены и гранаты плавятся. При этом образуется частичный расплав, имеющий состав базальта. Такое частичное плавление обусловливает пластичное состояние астеносферы. Наличие в верхней мантии такого слоя объяснило и подтвердило мобилистскую концепцию о движении литосферных плит, которые как по смазке перемещаются по пластичному веществу астеносферы. Причиной этого движения во многом являются конвекционные движения в мантии, а также разная вязкость вещества под океанами и под континентами.

Детальные исследования последних лет установили для многих регионов наличие пластичных слоев в мантии, но были выделены площади, где они отсутствуют. В некоторых регионах обнаружено несколько слоев с пониженными скоростями распространения сейсмических волн. Между ними располагаются слои со скоростью распространения волн нормальной для твердых тел. Наиболее обоснована фактами многоастеносферная или расслоенная модель верхней мантии, по которой она состоит из отдельных пластин с разными физическими свойствами. Нижняя часть верхней мантии характеризуется большей скоростью прохождения сейсмических волн, указывающей на большую плотность вещества. Возможно, изменение вещества в этих условиях затрагивают его структуру, а не химический состав. Это видно на примере графита, который в определенных условиях может превращаться в алмаз.

Вопрос о составе и структуре нижней мантииостается до сих пор дискуссионным. Принято считать, что нижняя мантия однородна и представлена окислами магния, кремния и железа. Её верхняя граница лежит на отметке 1000 км, а нижняя 2900 км – эта граница названа именем Бено Гуттенберга. Продольные сейсмические волны здесь теряют скорость, а поперечные гасятся. Плотность вещества нижней мантии постепенно без скачков увеличивается с глубиной от 4,6 до 5,5 г/см³ (на границе с ядром). Давление достигает 1,3 млн атмосфер.