Глубоко под нами

Представления о том, что недра нашей планеты состоят из нескольких оболочек, вложенных друг в друга (ядро, мантия, земная кора), основаны, прежде всего, на достижениях сейсмологии, которая установила, что скорости сейсмических волн распределяются в глубинах Земли неравномерно, в зависимости от плотности, состава и температуры пород. Например, на глубине 2900 км скорость прохождения сейсмических волн изменяется от 8,1 до 13,6км/с; на глубине 30 — 60км — от 6,7до 8,1 км/с. Эти особенности прохождения волн объясняют тем, что под земной корой находится вещество верхней, средней и нижней мантии, а еще ниже — внешнего и внутреннего ядра Земли.

В 1994 г. американский сейсмолог А. Дзевонски составил серию карт глубинного строения Земли на разных уровнях недр, а российские ученые уточнили и частично изменили прежнюю модель оболочек в глубинном строении Земли. Итак, последовательно сверху вниз идет земная кора (0 — 45 км), затем верхняя мантия (45 — 670 км); первая «зона раздела» (670 — 840 км); средняя мантия (840 — 1700 км); вторая «зона раздела» (1700 — 2200 км); нижняя мантия (2200 — 2900 км); внешнее ядро (2900 -5146 км); внутреннее ядро (5146 — 6371 км).

Внутреннее ядро планеты (на глубине 5146 — 6371 км) имеет радиус 1225 км, обладает чрезвычайно высокой плотностью (до 12,5 г/см3), а потому, вероятно, находится в «твердом» состоянии. Предполагается, что оно имеет железисто-никелевый состав вещества, находящегося под давлением 2,5 — 3,0 тыс. Кбар.

Оболочка внешнего ядра Земли имеет толщину около 2250 км и характеризуется плотностью вещества 10 г/см3. Возможно, что вещество находится в «жидком» состоянии и существует при температуре около 4300° С и давлении около 1300 Кбар.

Оболочка нижней мантии (2200 — 2900 км) предположительно имеет плотность вещества около 5,9 г/см3, температуру около 2800 — 4000° С и давление 350 — 1000 Кбар.

Средняя мантия (840 — 1700 км) и верхняя мантия (45 — 670 км) отличаются более «низкими» температурами (1000 — 2800° С) и давлением (20 — 300 Кбар). В состав вещества  верхней  мантии входят кремний, алюминий, железо, магний, кальций, кислород, но и здесь строение недр неоднородно. Минералы образуют группы пиролитовой, пиклогитовой и эклогитовой магм. Эклогит — крупно-   или срсднсзсрнистая кристаллическая порода, состоящая в основном из граната и пироксена; в ней встречаются также полевые шпаты, плагиоклаз, амфиболиты, кианит и другие породы серо-зеленого или коричнево-зеленого цвета, на фоне которого выделяются оранжевые и красные гранаты (пиропы). Кристаллы гранатов достигают при этом I см, но чаще они имеют размер 2 — 5 мм.

Глубоко под нами

По своему составу эклогит ближе всего к основным породам (габбро), но отличается от них значительной плотностью — от 3,3 до 4,3 г/см3. Обломки нередко имеют округлые очертания, размеры их достигают 15 см в поперечнике. Предполагают, что они округлились в процессе трения во время движения по «трубке взрыва», хотя сами эклогиты образованы задолго до этого в глубоких недрах Земли. Такие свойства более характерны для вещества верхней мантии, чем для пород земной коры. Эксперименты показали, что минералы эклогитов возникают при температуре от 700 до 1500° С и давлении 13—15 Кбар. Это соответствует глубинам от 70 до 100 км. У людей пока нет технических возможностей, чтобы бурить скважины на такую глубину, и поэтому изучение пород, заполняющих жерла «трубок взрыва», представляет большой интерес.

Эклогитовая часть вещества верхней мантии может залегать в виде и линз, и отдельных блоков. Присутствие соединений силикатов, магния и кислорода позволило предположить, что здесь же в «связанном» виде находится вода. Правда, содержание ее невелико — около 0,1% (по весу), но если учесть значительную толщину этой оболочки, то общий объем «связанной» воды представится внушительным. Медленные вихревые движения вещества в нижней мантии способствуют появлению разогретых потоков в средней и даже в верхней мантии. Температура и плотность вещества в них также изменяются. Верхняя мантия становится неоднородной. Это, в свою очередь, влияет на состояние и особенности движений земной коры. Плотность пород в верхней мантии составляет 3,3 — 5,0 г/см3.
Представления о составе мантии основываются на результатах сейсмических исследований и лабораторных экспериментов, которые дают основание предполагать, что в недрах Земли образуются минералы и даже определенные минеральные ассоциации (от концентрации минералов зависит скорость прохождения сейсмических волн).

Оболочки вещества, заключенные друг в друга, делают планету похожей на своеобразное яйцо с полужидким желтком в центре и жидким белком, в котором плавает желток, а жесткая кожура — это земная кора. Такое сравнение как нельзя лучше отражает законы физики, согласно которым вращение планеты непременно должно сказываться на оболочках ее недр, замедляя динамику одних и воздействуя на другие.