Геологи выяснили, из чего состоит нижняя часть мантии Земли

Первый состоит из магния, железа и кремния и является основой мантии, занимая около 70% от ее состава. Ферропериклаз состоит из магния, железа и кислорода, без значительных примесей кремния, и составляет около 20% объема мантии.

Мураками и его коллеги попытались точно измерить скорость, с которой сейсмические волны проходят через данные минералы при давлении и температуре, господствующих в нижних слоях мантии. Для этого ученые сжали образцы пород до 900 тысяч атмосфер и нагрели их до температуры 2700 градусов, после чего пропускали через фрагменты минералов акустические колебания и пытались оценить их скорость.

Геологи измеряли ее при помощи так называемой бриллюэновской спектроскопии — методики наблюдения за акустическими колебаниями — фононами — при помощи лазера или других оптических излучателей. При включении источника света фотоны достигают образца, вызывают вибрации, и часть из них превращается в частицы света с меньшей энергией, по которой можно узнать скорость волн.

Приборы на основе этой технологии позволяют с очень высокой точностью изучать сейсмические свойства даже очень маленьких образцов пород, размером в несколько микрометров.

Оказалось, что скорость распространения волн в этих минералах меняется совсем не так, как в опытах на образцах при относительно низком давлении. Такие результаты вынудили ученых пересмотреть текущие модели устройства нижней мантии. Они построили новую модель, отражающую экспериментальные данные.

По их словам, мантия должна состоять на 93% из богатого кремнием перовскита, что на 23% больше, чем считалось ранее. По всей видимости, обмена материей между верхними и нижними слоями мантии не существует, так как их химический состав сильно отличается.

Как утверждают ученые, нижняя мантия по своему устройству напоминает примитивные хондриты — богатые кремнием астероиды, образованные из первичной материи Солнечной системы. Относительная насыщенность нижней мантии соединениями кремниями объясняет то, почему в верхних слоях литосферы его несколько меньше, чем предсказывают теории формирования планеты.

Мантия нижняя — Справочник химика 21

    Согласно современным представлениям толщина земной коры составляет от 5—10 до 70 км. Под земной корой расположена мантия. Эта обо лочка имеет толщину около 2900 км и подразделяется на верхнюю мантию (40—200 км от земной поверхности), среднюю (200—1000 км) и нижнюю (1000—2900 кж). Глубже находится земное ядро радиусом около 3400 км, а внутри его — ядрышко, или внутреннее ядро земли, радиусом около 1260 км (рис. 5, /).  [c.30]
    Нижняя часть земной коры представлена двумя оболочками. Под осадочными породами находится гранитная оболочка, а под ней базальтовая. Горные породы этих оболочек называют магматическими или изверженными. Считается, что они выплавились из мантии. Согласно сейсмическим исследованиям базальтовая оболочка охватывает весь земной шар, гранитная же существует, как предполагают, главным образом под континентами. Толщина каждой из этих оболочек (гранитной и базальтовой) оценивается в среднем в 15—20 км.  [c.31]

    Для установления вероятных путей эволюции химических систем целесообразно разделить области, в которых соверщались структурообразующие процессы, на твердофазную, жидкофазную и газообразную. На языке геологов это соответствует литосфере, гидросфере и атмосфере. Все эти системы открытые, и, руководствуясь только поисками равновесных состояний, исследователь всегда рискует совершить ошибку. Если, например, по отношению к ядру Земли и ее мантии можно обсуждать вопрос о процессах, ведущих к равновесию, и даже, с известным приближением, принимать какое-то данное состояние за равновесное, то по отношению к атмосфере и гидросфере такое утверждение было бы не-верным. Нижние слои атмосферы за периоды времени, короткие сравнительно с геологическими, сохраняют равновесный состав, но верхние части газовой оболочки ( хемосфера ) подвергаются интенсивным лучевым воздействиям и служат ареной разнообразных реакций, среди которых радикальным процессам принадлежит ведущая роль.

 [c.371]

    Из рис. 22 видно, что Земля состоит из трех сфер ядра, промежуточной оболочки и земной коры. Ядро Земли имеет радиус около 3500 км, плотность вещества ядра составляет 11 г/сж . Промежуточная оболочка, называемая мантией, заполняет пространство Земли от нижней поверхности земной коры до поверхности ядра. Толщина мантии около 2900 км, плотность от 3,5 до 5 г/сж . Земная кора представляет собой каменную оболочку Земли толщиной 15—70 км со средней плотностью 2,7—2,8 г/сж . Сверху она ограничена атмосферой — воздушной оболочкой Земли и гидросферой — водным пространством океанов и морей на поверхности Земли. Общий вес земной коры равен 3 10 г, что составляет всего лишь 0,5% веса всей Земли. [c.69]

    В мантии внизу имеется открытый люк-лаз для прохода персонала, а в верхней части — вентиляционное отверстие и отверстие для выхода трубопровода откачки остатка. Высота установки колонны Л (минимум 1,5 м) определяется возможностью обслуживания нижнего щтуцера, а также монтажными условиями кипятильника и необходимым гидростатическим напором на входе в откачивающий насос.

Если давление в колонне избыточное, то последнее условие становится малозначительным. [c.523]

    В заметных (в петрологическом смысле). масштабах плавление пород протекает за 3—5 млн. лет. Таким образом, плавление пород нижней коры при фильтрации летучих из мантии, в соответствии с проведенными расчетами, хотя и протекает быстрее, ем при кондукции, но все же это сравнительно медленный, даже в геологических масштабах времени, процесс.  [c.100]

    Для снятия внутренних напряжений, возникающих в результате сварки, камера после изготовления подвергается отжигу. В нижнем днище камеры имеется люк, в верхнем вентиляционный штуцер. Если опорная часть аппарата (мантия) имеет малую высоту менее [c.263]

    Внутренние слои литосферы. Внутренние слои литосферы можно изучать только с помощью сейсмических исследований. Ударные волны, вызванные землетрясением, распространяются в толще Земли со скоростью, зависящей от упругих свойств и, плотности пород, которые встречаются на их пути.

Зная это, сейсмологи могут определить наличие в литосфере зон с различными свойствами. Внешний слой, или мантия Земли, простирается на глубину больше 3000 км и, как принято обычно считать, находится в твердом состоянии. Плотность этого твердого вещества составляет около 3 г/сл вблизи поверхности и увеличивается примерно до 5 г/см в нижних слоях мантии. Это увеличение плотности обусловлено ростом давления в глубине Земли. Давление на глубине больше 3000 км составляет около 1 млн. атм, т. е. в 2—3 раза превышает максимальные давления, достигаемые в статических лабораторных опытах.  [c.650]

    Прежде всего, поскольку АГ и h для нижней мантии относительно ненамного меньше, чем для всей мантии, а характерные значения остальных параметров те же, что и для мантии в целом, число Рэлея для нижней мантии всего лишь раза в 2 меньше, чем для всей мантии. Это значит, что нижняя мантия должна находиться в состоянии конвективного движения. [c.214]

    С другой стороны, конвекция может происходить в нижней мантии независимо от конвекции в верхней мантии, только если восходящие потоки, которые исходят из нижней мантии, тормозятся в верхней мантии.

Это возможно, если всплывающее вещество оказывается в области, где вязкость много больше, а не меньше, чем в нижней мантии. Торможение может также быть следствием устойчивого фадиента температуры в верхней области. Если ни та, ни другая возможность не реализуется, верхнюю и нижнюю мантию должна охватывать единая система циркуляционных конвективных течений. [c.214]

    Более того, верхняя и нижняя части мантии не сильно различаются по плотности. Вязкость вещества мантии определяется его термодинамическим состоянием, а не задана внешними факторами, независимыми от конвективного движения. Поэтому изменения вязкости — это внутренние переходы, сопровождающие движение вещества, т.е., по существу, вторичный эффект движения. Это также говорит в пользу существования единой для всей мантии конвективной циркуляционной системы. 

[c.214]

    Распространенность и миграцию химических элементов в геосферах изучает наука геохимия. Геосферы — это концентрические оболочки Земли, различающиеся плотностью и химическим составом. К их числу относятся ядро, мантия, земная кора, гидросфера, атмосфера и магнитосфера. Земная кора и расположенная под ней часть верхней мантии Земли (субстрат) образуют литосферу. Глубина литосферы колеблется от 50 до 200 км. Область распространения жизни на Земле выделяют в особую оболочку — биосферу. В нее входят нижняя часть атмосферы (тропосфера), гидросфера и верхняя часть литосферы. Особую роль в биосфере играет живое вещество — совокупность живых организмов, выраженная в единицах массы и энергии (определение В. И. Вернадского). Геохимическую деятельность живого вещества изучает биогеохимия. 

[c.140]

    Среди представителей класса брюхоногих моллюсков наиболее распространены и вредоносны слизни. Их тело состоит из трех отделов головы, туловища и ноги. На голове развиты две пары подвижных втяжных щупалец. На длинных верхних щупальцах находятся глаза, органы обоняния и вкуса короткие нижние щупальца служат органами осязания. На голове открывается рот, над которым находится роговая пластинка с острым краем — челюсть. В глотке развит язык с многочисленными мелкими роговыми зубчиками—теркой. Слизни повреждают растения по типу грызения, мелко перетирая пищу. Кожа слизней мягкая увлажненная, обильно выделяет слизь, предохраняющую тело от высыхания и облегчающую движение. Туловище — верхняя часть тела позади головы, где сконцентрирована большая часть внутренних органов. В передней его части выделяется овальная мантия, окруженная дополнительной кожной складкой, под которой находится легочная полость с дыхательным отверстием. Раковина, свойственная большинству брюхоногих моллюсков, у слизней редуцирована у некоторых видов сохраняется остаток раковины в виде небольшой известковой пластинки внутри мантии. Заднюю часть туловища называют спиной. Вдоль нее проходит кожная складка — киль. Нога — мускульный вырост брюшной стенки тела, отделенный от туловища бороздкой, служит органом движения. [c.158]

    Иная картина развивается под мощными континентальными плитами, погруженными в мантию иа глубину до 200-250 км. Под ними слой астеносферы практически отсутствует или сильно вырожден. Поэтому под континентальными плитами должно наблюдаться более равномерное распределение вязкости, и горизонтальные составляющие конвективных течений под ними формируются в гораздо большем объеме средней и нижней мантии. Но в связи со значительно большими сечениями горизонтальных потоков под континентальными плитами их скорости оказываются соответственно более низкими (порядка единиц сантиметров в год). Скорее всего этим и объясняются значительно меньшие скорости дрейфа континентов, особенно крупных (прочно зацепленных с мезосферой Земли) и спаянных с ними океанических плит по сравнению со скоростями движения чисто океанических плит, особенно расположенных меинисходящими потоками в мантии. [c.45]

    Метаппический куб 8 с анализируемым нефтепродуктом, помещенный в печь 7, соединяют с колонной 1 резиновой пробкой-манжетой 6, надеваемой на специальные мантии, имеющиеся на нижнем конце копонны и на горловине куба.  [c.93]

    Для очередной попытки проникнуть в глубины геокосмоса не случайно было выбрано место именно на Кольском полуострове. Словно бы для облегчения доступа к нижним этажам планеты, разрушительной силой льда, ветра и воды за последние сотни миллионов лет напрочь стесана 15-километровая толща континентальной коры. В некоторых районах прямо на поверхность выходят древние кристаллические породы Балтийского щита. Специалисты говорят, что здесь можно споткнуться о камешек возрастом в два миллиарда лет Так что мантия как бы рядом. [c.49]

    Многие авторы [23, 62, 71, 75] проявляют также значительный интерес к исследованиям устойчивости и процессов переноса в жидких слоях, находящихся под воздействием распределенного источника тепла д «. В качестве приложений полученных результатов можно назвать проблемы расплава активной зоны ядерных реакторов, а также исследования квазижидкой мантии Земли. При этом рассматривались различные тепловые режимы на границах, например случай = и, а также случай адиабатической нижней граничной поверхности. Проводились экспериментальные исследования этого вопроса [45]. [c.228]

    Нефть и все другие горючие полезные ископаемые, так же как рассеянное органическое вещество осадочных пород, генетически связаны с живым веществом нашей планеты, с биосферой прошлых геологических эпох. Проблема происхождения нефти, нижний возрастной предел ее образования тесно связаны с возрастом возникновения жизни на Земле. Согласно наиболее распространенной гипотезе. Земля возникла 4,8-5 млрд лет назад в результате слипания первичного вешества холодных тел — плане-тозималей, затем произошел ее разогрев вследствие повышенной теплогенерации. Источники энергии — радиоактивный распад, импактные воздействия, ультрафиолетовое излучение, сейсмичность, приливные возмущения и др. В результате произошла дифференциация вещества первичной Земли и сформировались ядро, мантия и земная кора, близкая по составу к современной. Дифференциация вещества вызвала выделение газов и формирование первичных океанов и атмосферы. Первичная атмосфера отличалась от современной. Она имела восстановительный характер, в ее составе были гелий и вОдород, которые быстро улетучились, метан, пары воды, аммиак, СО, СО2. Свободный кислород отсутствовал. За счет высокой активности этих веществ, очевидно, образовывались полимеры, содержащие С, К, О и другие биофильные элементы, т.е. первые органические вещества возникали путем абиогенного синтеза. [c.104]

    Метан может генерироваться в подкоровьгх зонах Земли в верхней мантии на глубинах, как полагают, 40-60 км и глубже и затем оттуда поступать разными путями к поверхности и накапливаться в осадочных породах. Мантией называется одна из оболочек Земли, лежащая непосредственно на земном ядре и покрытая сверху твердой земной корой. На континентах мантия расположена на глубинах между 30-35 и 2900 км. Различают верхнюю и нижнюю мантии, граница между которыми проводится на глубинах 500-900 км. [c.38]

    Предпринята попытка исследовать термодинамические условия зарождения и разрастания очага плавления горных пород в нижней коре земли при фильтрации летучих из мантии [Голубев В. С. Шарапов В Н., Милова Л. В., 1977]. [c.98]

    Если из образованных тем или другим способом коровых очагов магмы возникает интрузия магмы путем гидромеханического перемещения по магмоводам, то в камере при реализации определенных условий возможны гранитизация и конвектибное плавление пород. Очевидно, что как возможность, так и масштабы проявления конвективного плавления пород земной коры в условиях различных магматических фаций глубинности весьма неодинаковы, так как набор факторов, регулирующих развитие данного про- цесса, может реализоваться лишь в определенном диапазоне глубин. В частности, положение верхнего и нижнего фронтов базификации в случае реализации мантийно-коровой модификации модели конвективного плавления, как и всех других фронтов (гранитизации, плавления), зависит от величины теплового потока, состава пород верхней мантии и коры. Положение нижней границы плавления в зоне глубинного разлома определяется следующими основными факторами составом пород мантии в зоне генерации фильтрующегося потока глубиной генерации потока флюидов составом пород верхней мантии от зоны генерации до границы Мохо и составом пород коры выше границы Мохо.  [c.108]

    Г олубев В. С., Шарапов В. Н., Милова Л. В. Динамика развития магматического очага в нижней коре земли при фильтрации летучих из мантии. — В кн. Проблемы дифференциации вещества в магматических и рудообразующих процессах. Новосибирск, 1977, с. 4—14. [c.202]

    Из всех физических величин, от которых эта возможность зависит, с наименьшей определенностью известна вязкость вещества мантии. В разное время преллагались самые разнообразные оценки ее величины, причем их разброс достигает примерно 14 порядков По некоторым данным, очень большим оказывается перепад ее значений в пределах мантии — до 6 порядковНаиболее обоснованные оценки для нижней мантии [310, 311] в основном группируются вблизи значения 10″ П, причем в этих слоях существенной неоднородности не отмечается, а для асте-носферного минимума вязкости в верхней мантии получены значения (0,4-1,0) 10 П [311]. Поэтому в любом случае нельзя игнорировать неоднородность распределения вязкости по высоте. Более того, если упомянутый перепад значений вязкости реально существует, он целиком должен приходиться на верхнюю мантию и поэтому быть особенно резким. [c.213]

    Обсудим теперь вопрос о пространственной лока1Шзации конвективных течений. То обстоятельство, что верхняя мантия имеет гораздо меньшую вязкость, чем нижняя, а также отсутствие зарегистрированных землетрясений на глубинах, превышающих примерно 650 км, привело некоторых исследователей к предположению, что конвекция происходит только в верхней мантии. Высказывалась также мысль, что в верхней и нижней мантии конвекция должна происходить независимо. Мы увидим, что для обеих этих гипотез нет достаточных оснований, если принять указанные значения физических характеристик мантии. [c.214]

    Вопрос о возможности мелкомасштабной конвекции, развивающейся из температурного пограничного слоя, создаваемого основной циркуляцией, принадлежит к весьма тонким. Для определенного ответа на него данных недостаточно. Как мы видели, маловероятно наличие в мантии температурного пограничного слоя с очень резким скачком температурного градиента или подобного рода неоднородности вязкости, которая должна играть ту же роль, что и неоднородность температурного град,и-ента. Однако имеющееся различие в вязкости между верхней и нижней мантией может тем не менее усиливать неустойчивость основного конвективного течения, которая должна возникать при больших числах Рэлея. Эта неустойчивость может порождать мелкомасштабные движения, накладывающиеся на основную циркуляцию. Планформа мелких конвективных ячеек должна определяться распределением параметров и полем скоростей в слое, где возникают эти ячейки. В частности, если предпочтительный тип ячеек — валы, они должны быть ориентированы вдоль линий тока основного крупномасштабного течения. [c.215]

    Ранний протерозой — время радикальной геохимической перестройки. К причинам ее относят превышение уровня срединноокеанических хребтов уровнем вод рост железного ядра Земли изменение состава атмосферы. В эту эру происходят обогащение кремнеземом выплавляюпщхся из мантии магматических пород поступление в воды океана при гидратации кремнезема и карбонатов с широким распространением осадочных карбонатов и кварцитов. Кварциты встречаются практически во всех толщах нижнего протерозоя. Особенно характерно они сочетаются с отложениями железа. Морская обстановка разнообразна, и наблюдаются следы усыхания и появление эвапоритов, включающих гипсы, что свидетельствует о наличии в морских водах сульфатов. В континентальной обстановке сформировались красноцветные осадочные отложения конгломератов, гравелитов, аркозов. Они окрашены в красный цвет, свидетельствуя о присутствий в атмосфере свободного кислорода. [c.313]

    Многие природные данные свидетельствуют в пользу того, что зона волновода является зоной, ослабленной в механическом смысле и, в частности, слабо сопротивляющейся сдвиговым напряжениям. Поэтому она допускает движение литосферы относительно нижней мантии. Как отмечалось, наиболее вероятной причиной поведения астеносферы под океанами одновременно и как ослабленной зоны, и как зоиь пониженных скоростей сейсмических волн является наличие в ней частично расплавленного вещества мантии. Анализ изменения добротности в астеносфере под океаном свидетельствует о том, что процент расплава вне срединных хребтов ниже, чем под хребтами, и доля плавления в пределах 1-10% хорошо объясняет наблюдаемые значения затухания сейсмических волн в астеносфере под океаном и под внутриконтинен-тапьными рифтовыми областями. Эти выводы основаны иа результатах лабораторных исследований затухания сейсмических волн в расплавах с различной степенью плавления [518]. [c.21]

    Модификацию решения Д.Мак Кензи для учета эффекта выделения скрытой теплоты плавления предпринял Д.Олденбург в моделях 1973 и 1975 годов. Он искал распределение температур в океанической литосфере в рамках решения типичной задачи Стефана, задавая на нижней переменной границе литосферы температуру, равную температуре солидуса г = Яд(х) Г = Г/, и определяя на этой границе скачок теплового потока, обусловленный выделением скрытой теплоты плавления материала мантии К- Пх-дТ1дх + ЛгЭТУЭг) = -Ь-р-У. Чтобы избежать особенности в решении на оси хребта, вводилось дополнительное условие при х = ОиОосевую зону, уносится горизонтальным тепловым потоком. Выше 1 — значения толщины литосферы на оси, предполагаемое заранее, Tf — эффективная температура интрузий, п — и -компоненты вектора внешней нормали к нижней границе литосферы Н/Хх). Задача решается численно, но из характера решения следует, что глубины изотерм, рельеф, тепловой поток и мощность литосферы остаются функциями tив этой модели решения. С удалением от оси, в области х 2Л-К/р-У-Ср, где при [c.153]

    В ходе моделирования истории развития Лабрадорского хребта была проведена оценка влияния процесса серпентинизации перидотитов верхней мантии. Г.Хесс [290] предположил, что низы третьего слоя океанической коры образуются в результате гидратации перидотитов маитии при охлаждении ниже температуры 500° С. В дальнейщем проблема серпентинизации ультраосиовных пород в океанической коре не раз обсуждалась в литературе [74, 11, 47]. А.В.Пейве отмечал, что в океанической коре, в зоне раздела Мохоровичича, происходят мощные процессы гидротермальной переработки пород верхней части мантии и мафической части нижней коры. Подчеркивая важную роль серпентинитов в структуре океанической коры, он полагал, что серпентинизацией затронуты все породы на глубинах, где температура не превышает 500-550° С [95]. [c.229]

    Уменьшение плотности пород в нижних горизонтах коры и верхних горизонтах подкоровой мантии, вызванное частичной серпентинизацией перидотитов, может приводить к изостатическому всплыванию бортов рифтовой зоны на несколько сотен метров [255], которое будет сохраняться в рельефе фундамента и при дальнейшей эволюции палеоспредингового хребта. Объем перидотитов при их серпентинизации увеличивается на 15-20% [45] так, что при значительной инверсии плотности возможно выжимание серпентинитов по трещинам вплоть до поверхности дна, как в зонах трансформных разломов (см, раздел 3.3) [47]. [c.229]

    В отличие от современных условий молодая Земля, как уже отмечалось, была существенно более холодной, лишенной астеносферы и ядра, а также характеризовалась отрицательным градиентом температуры в нижней мантии. Поэтому в те далекие времена механическая добротность Земли в ее глубинных недрах скорее всего существенно превышала фактор добротности современной литосферы. Однако следует учитывать, что на приливное взаимодействие планет в основном влияют слои с наименьшими значениями фактора добротности. Учитывая это для определенности расчетов, принималось, что в течение всего катархея, т.е. периода от момента образования Земли приблизительно 4,6 млрд лет назад и вплоть до начала развития в ней геологических процессов в самом начале архея, около 4 млрд. лет назад, значение приливного фактора добротности Земли равнялось 1500 [120]. [c.244]

    В архее приливная добротность Земли, как и в фанерозое, должна была быть достаточно низкой по двум причинам. Во-первых тогда сами океаны еще были мелкими и в них рассеивалась значительная часть приливной энергии и, во-вторых, в архее уже происходило расплавление нижней мантии (во всяком случае иа низких широтах) с существенным ее перегревом. Учитьшая теперь неразрывность процесса отодвигания Луны от Земли, и связывая его воедино в катархее, архее, протерозое и фанерозое, найдем, что в архее фактор приливной добротности Земли в среднем равнялся 26. [c.245]

    Сильная отрицательная обратная связь возникает за счет теплопотерь Земли. Так, с увеличением скорости конвективного массообмена возрастают тепловые потоки через океанское дно, увеличиваются общие потери тепла Землей, благодаря этому уменьшается температура мантии, повышается вязкость ее вещества, что, в свою очередь приводит к снижению конвективного массообмена в мантии. Другой механизм отрицательной обратной связи заложен в самом процессе бародиффузионной дифференциации мантийного вещества. Действительно, диффузия окислов железа из кристаллов силикатов в межгранулярные пространства происходит только в нижней мантии на глубинах превышающих 2000 км. Поэтому чем выше скорость конвекции, тем меньшее время мантийное вещество будет пребывать в деятельном слое нижней мантии, тем меньше за это время ядерного вещества успеет диффундировать из кристаллов силикатов и перетечь в земное ядро, а замедление процесса дифференциации неизбежно приведет к снижению скорости и самой конвекции.  [c.263]

    Переходная зона расположена на глубинах от 400 км до 900—1000 км. Предполагается, что ее верхняя граница связана с переходом железомагнезиальных силикатов из оливиновой структуры в шпинелевую. В этой зоне происходят и другие структурные превращения. Нижняя мантия, занимающая поло-.жение от основания переходной зоны до ядра, вероятно, гомогенна. Считается (см., например, [11]), что она содержит больше железа, чем верхняя мантия, и сложена смесью (Мд, Ре)510з и (М ,Ре)0. С увеличением глубины в нижней мантии, видимо, также происходят структурные трансформации этих минералов. [c.76]

    Отличное согласие получено между энергетическими снектрами гравиметрических записей с >ероидальных свободных колебаний возбужденных чилийским (1960 г.) и аляскинским (1964 г.) землетрясениями 11327]. По этим данным получено иное, по сравнешш с предполагавшимся ранее, расп редел ей ие плотностей в Земле с большими градиентами в верхней мантии и малыми градиентами в нижней маитии. Хорошее согласие между этими двумя событиями подтверждается также энергетическими спектрами сферондаль- [c.318]

    В подземных водах пластовых водонапорных систем существуют три источника газов газы, захваченные из воздуха газы, генерируемые в осадочных породах (в результате деструкции ОВ пород, процессов литогенеза, радиоактивного распада и т. д.) газы, поступающие в осадочную оболочку из нижних этажей земной коры и мантии. Поли-генность и подвижность газов в осадочных породах обусловливают образование различных газовых ассоциаций, генетичная природа которых на молекулярном уровне исследований в ряде с чаев не поддается расшифровке. Более уверенно генетическую природу 0ГДелйИ ш газовых компонентов можно выявлять с использованием данных по изотопному составу. [c.18]

---

В нижней мантии Земли нашли следы межпланетного столкновения

Необычные породы, залегающие непосредственно за пределами ядра Земли, могут быть остатками древнего межпланетного столкновения. Ученые из Австралийского национального университета пришли к такому выводу, совместив данные сейсмических наблюдений и компьютерное моделирование, сообщает Nature Geoscience.

Изученные ими структуры известны как зоны сверхнизких скоростей (ULVZ). Сейсмические волны проходят через них примерно на 50% медленнее, чем через окружающую мантию. Это значит, что данные области гораздо плотнее и, возможно, состоят из более тяжелых элементов.

ULVZ очень мало изучены, поскольку находятся на глубине 2900 км под поверхностью Земли. Одна зона находится под Африкой, другая – под Тихим океаном.

Новое исследование показало, что эти области не являются однородными структурами, а состоят из слоев различных материалов, которые накапливались в течение многих тысяч лет.

По словам ученых, такой состав может быть связан с химическими процессами, происходящими в самом начале истории Земли. Они предположили, что ULVZ начали формироваться около четырех миллиардов лет назад, когда на нашей планете впервые возникла скалистая кора. Более тяжелые элементы, такие как железо, опускались к ядру планеты, а более легкие элементы, такие как кремний, поднимались к мантии.

Этот процесс оказался нарушен после того, как в Землю врезалась протопланета Тейя. Катаклизм привел к резкому повышению температуры, и земная поверхность превратилась в океан расплавленной магмы.

В течение следующих нескольких миллиардов лет тяжелые вещества опускались в нижние слои мантии, за ними следовали более легкие элементы. В конечном итоге из них образовались плотные слоистые структуры на границе ядра и мантии.

«Поскольку мантия вспенивалась на протяжении веков, этот плотный слой разделился на более мелкие сгустки, разбросанные по нижней мантии. Именно так выглядят ULVZ, как мы их знаем сегодня», – говорится в тексте научной работы.

Ранее ученые обнаружили на глубине 100 км под Панамой скрытый туннель. Он имеет естественное происхождение.

В мантии Земли найдены гигантские запасы воды

13 июня 2014

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Запасов воды в подземном океане достаточно, чтобы затопить планету до верхушек высочайших гор

Огромные запасы воды, в три раза превышающие объем мирового океана, обнаружены в недрах Земли. Это открытие может бросить свет на происхождение воды на нашей планете.

Вода эта содержится в горной породе рингвудит, которая залегает на глубине 700 км в земной мантии. Это форма уже давно известного минерала оливина, из которого в основном состоит земная мантия.

Огромные размеры этого водного резервуара подтверждают гипотезу о том, что вода на нашей планете возникла в процессе ее формирования еще на самых ранних этапах эволюции Солнечной системы.

Этой гипотезе всегда противостояла другая — что вода на Землю была принесена кометами примерно в тот же период.

«Эти данные подтверждают, что вода на Земле имеет внутреннее происхождение», — говорит доктор Стивен Джейкобсен из Северо-Западного университета в штате Иллинойс, который возглавлял группу исследователей.

Об открытии пишет журнал New Scientist.

Загадки земной воды

Эти скрытые гигантские запасы воды могут также объяснить, почему в течение миллиардов лет объем мирового океана остается в целом неизменным.

Автор фото, JOE SMYTH

Подпись к фото,

Минерал рингвудит, вероятно, имеет голубой оттенок

Ученые воспользовались показаниями 2 тысяч сейсмографов, которые фиксировали акустические колебания, порожденные в ходе более, чем 500 землетрясений.

«Такие акустические колебания заставляют Землю звенеть как колокол в течение нескольких дней после подземного толчка», — говорит доктор Джейкобсен.

Породы, насыщенные водой, задерживают такие колебания больше, чем сухие. Джейкобсен заранее рассчитал, насколько изменится скорость акустических волн при прохождении через породы, состоящие из минерала рингвудит.

Он синтезировал этот минерал в лаборатории и подверг его гигантским давлению и температуре с целью воспроизведения условий, существующих на глубине 700 км.

Наблюдения за распространением сейсмических волн при землетрясениях показывают, что их скорость резко меняется на границе верхней и нижней мантий Земли на глубине 410-660 километров.

Ученые предположили, что это происходит из-за изменений, которые претерпевает на большой глубине структура минерала оливина, составляющего большую часть верхней мантии.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Загадка происхождения воды на Земле давно не дает покоя ученым

Эту форму оливина назвали рингвудитом. До сих пор никто не видел рингвудит, извлеченный из земной мантии, так как глубина, на которой он должен залегать, слишком велика для добычи образцов.

Недоступная вода

И действительно, сейсмографы подтвердили существование залежей рингвудита в переходной зоне между верхними и нижними слоями мантии. На этой глубине температура и давление способствуют выделению воды из минерала.

«Это зернистая порода, и вода выделяется в пространстве между конкрециями, как будто минерал потеет», — говорит ученый.

Автор фото, RICHARD SIEMENS

Подпись к фото,

Первый алмаз со следами рингвудита был обнаружен в Бразилии

Канадские геохимики из университета Альберты в Эдмонтоне во главе с Грэмом Пирсоном ранее получили данные, подтверждающие результаты американских коллег.

Пирсон изучал алмазы, вынесенные на поверхность с вулканической лавой, и обнаружил в них признаки присутствия минерала рингвудит. Это стало первым свидетельством того, что в земной мантии могут содержаться большие запасы воды.

Пока что Джейкобсен имеет данные о том, что рингвудит присутствует только на территории США. Сейчас он хочет доказать, что этот минерал присутствует в мантии всей планеты.

«Мы должны быть благодарны за этот подземный водный резервуар, — говорит американский геохимик. — Если бы его там не было, он существовал бы на поверхности Земли, и тогда бы над морем возвышались бы только верхушки самых высоких гор».

МАНТИЯ

МАНТИЯ   Мантия — силикатная оболочка Земли, расположенная между подошвой земной коры и поверхностью земного ядра. По сейсмическим данным мантию делят на верхнюю (слой В), до глубины 400 км, переходный слой С в интервале глубин 400–1000 км и нижнюю мантию (слой D) с подошвой на глубине примерно 2900 км. Под океанами в верхней мантии выделяется слой пониженных скоростей сейсмических волн – волновод Гутенберга, отождествляемый с астеносферой Земли. Под континентами зона пониженных скоростей выражена плохо. В состав верхней мантии включаются и подкоровые части литосферных плит, в которых мантийное вещество охлаждено и полностью раскристаллизовано. Под океанами мощность литосферы меняется от нуля под рифтовыми зонами до 60–70 км под абиссальными котловинами. Под континентами толщина литосферы достигает 200–250 км. Плотность верхней мантии (слоя В) с глубиной увеличивается от 3,3–3,32 до 3,63–3,70 г/см3 на глубине около 400 км. Далее в слое С градиент плотности резко возрастает и плотность повышается до 4,55–4,65 г/см3 на глубине 1000 км. В нижней мантии плотность плавно (по линейному закону) возрастает до 5,53–5,66 г/см3 на глубине ее подошвы. Увеличение плотности мантии с глубиной объясняется уплотнением ее вещества под влиянием давления, достигающего на подошве мантии значений 1,35–1,40 Мбар. Особенно заметное уплотнение силикатов происходит в интервале глубин 400–1000 км. Как показал А. Рингвуд, именно здесь минералы испытывают полиморфные превращения: оливин приобретает кристаллическую структуру шпинели, а пироксены – ильменитовую, а затем и плотнейшую перовскитовую структуру. На еще больших глубинах большинство силикатов, кроме энстатита, распадаются на простые окислы с плотнейшей упаковкой атомов в соответствующих им кристаллитах. Существующие в мантии интенсивные конвективные потоки неоднократно перемешивали вещество этой геосферы. Отсюда можно сделать вывод, что составы и верхней и нижней мантии одинаковые. Состав верхней мантии уверенно определяется по находкам ультраосновных пород океанической коры и составам офиолитовых комплексов. Состав близок к океаническим лерцолитам, поднявшимся из мантии в рифтовых зонах Земли. Л.В.Дмитриев показал комплиментарность океанических базальтов и реститовых (остаточных после выплавки базальтов) гарцбургитов по отношению к океаническим лерцолитам, доказав тем самым первичность лерцолитов, из которых выплавляются толеитовые базальты срединно-океанических хребтов, а в остатке сохраняется реститовый гарцбургит. При конвекции распределение температуры в мантии должно быть близким к адиабатическому, т.е. к такому, при котором между смежными объемами мантии не происходит теплообмена, связанного с теплопроводностью вещества. В этом случае теплопотери мантии происходят только в ее верхнем слое – через литосферу Земли, распределение температуры в которой уже резко отличается от адиабатического. Адиабатическое распределение температуры легко рассчитывается по параметрам мантийного вещества. Зная распределение плотности вещества в мантии, можно подсчитать и ее массу: она оказывается равной (4,03–4,04)*1027 г, что составляет 67,5% от общей массы Земли. На подошве нижней мантии выделяется слой D толщиной в 200 км, в котором уменьшаются градиенты скоростей распространения сейсмических волн и возрастает затухание поперечных волн. На основании анализа динамических особенностей распространения волн, отраженных от поверхности земного ядра, И.С. Берзон и др.,1968, 1972, выделили тонкий переходный слой между мантией и ядром толщиной в 20 км, названный нами слоем Берзон, в котором скорость поперечных волн в нижней половине убывает с глубиной от 7,3 км/с до нуля. Снижение скорости поперечных волн можно объяснить лишь уменьшением значения модуля жесткости, а следовательно, и уменьшением коэффициента эффективной вязкости вещества в этом слое. Сама граница перехода от мантии к земному ядру остается резкой.Судя по интенсивности и спектру отраженных от поверхности ядра сейсмических волн, толщина такого пограничного слоя не превышает 1 км.

ИГЕМ РАН

ИГЕМ РАН

Достижения лаборатории

1. Окислительно-восстановительный и термальный режим глубинных зон мантии

Экспериментальные данные при сверхвысоких давлениях показывают, что при параметрах сублитосферных зон значительная часть двухвалентного железа в перидотитовом материале диспропорционирует с образованием Fe₂O₃ и богатого железом металлического сплава. В этих условиях карбонатные компоненты должны восстанавливаться с образованием алмаза или карбидов. В то же время, присутствие в нижней мантии карбонатных расплавов подтверждается изучением минеральных включений в алмазах из нижнемантийного источника. Это показывает, что нижняя мантия гетерогенна в отношении окислительно-восстановительных характеристик.

Потенциал кислорода в нижнемантийных минералообразующих системах был оценен на основании термодинамического анализа равновесий с участием породообразущих минералов нижней мантии пиролитового состава и кристаллических соединений углерода (рис. 1). Установлено, что диапазон fO₂, при которых может происходить образование алмаза, отделен от области формирования богатого железом металлического сплава полем устойчивости карбидов железа. Это означает, что для формирования алмаза в нижней мантии требуются более окислительные условия, чем те, которые предполагаются для преобладающей части этой геосферы.

Рис. 1. Поля стабильности минеральных ассоциаций пиролитового состава в условиях нижней мантии. Символы минералов: CPv–CaSiO3 со структурой перовскита, Dia–алмаз, FP–ферропериклаз, Met–Fe–Ni сплав, MPv–MgSiO3 со структурой перовскита.

В качестве главной причины повышения фугитивности кислорода в отдельных участках нижней мантии представляется смещение окислительно-восстановительных равновесий с ростом температуры в сторону уменьшения количества, а затем исчезновения Fе-Ni сплава.

Важную роль в формировании алмазов может играть зарождение, миграция и взаимодействие с боковыми породами карбонатно-фосфатных и силикатных расплавов, возникающих в высокотемпературных зонах. Связь сублитосферного алмазообразования с высокотемпературными условиями подтверждает связь этих процессов с мантийными плюмами.

Температурный режим мантийных плюмов был оценен на основании термодинамических расчетов полей устойчивости углеродсодержащих фаз, равновесных с минералами нижней мантии, и обобщения данных по вкючениям в нижнемантийных алмазах. Расплавы, возникающие вблизи солидуса мантийных лерцолитов при высоких fO₂ должны иметь карбонатно-фосфатный состав. Продукты кристаллизации подобных расплавов были недавно описаны в виде включений в нижнемантийных алмазах из Бразилии [Kaminsky et al., 2016]. Силикатные расплавы, которые могут возникать в нижней мантии при более высоких температурах могут участвовать в процессах редокс- дифференциации. При подъеме расплава в пределах нижней мантии произойдет кристаллизация ферропериклаза и увеличится отношение Fe³⁺/Fe²⁺ в расплаве, а значения fO₂ заметно возрастут. Признаки участия силикатных расплавов в сублитосферном алмазообразовании позволяют оценить температурные условия мантийных плюмов, с которыми связано образование кимберлитов. Расчеты показывают, что температуры этих плюмов должны превышать среднюю мантийную адиабату приблизительно на 700^oC. Столь высокие температуры возможны, если мантийные плюмы поднимаются из граничного термального слоя на границе мантии с ядром (слой D»). Присутствие в расплаве небольших количеств летучих компонентов может понизить солидус на 200–400^oС, что приведет температуру плюма к уровню расплавов, участвующих в формировании крупных изверженных провинций.

2. Получены новые экспериментальные данные по устойчивости комплекса AuCl

₂^—, которые позволяют описать растворимость золота в широком температурном интервале (25–1000^oС) при давлении до 5 кбар.

В связи с значительными расхождениями при температурах 300–500^oС экспериментальных данных по устойчивости комплекса AuCl₂^— – важнейшей формы переноса золота при температурах выше 400–450^oС – было предпринято новое исследование растворимости золота при 450^oС и давлении 0.5–1.5 кбар в кислых хлоридных растворах (0.1–3 mNaCl). При этом особое внимание было уделено контролю летучести водорода. Полученные новые экспериментальные данные по устойчивости комплекса AuCl₂^— позволяют описать растворимость золота в широком температурном интервале (25–1000^oС) при давлении до 5 кбар посредством простой плотностной модели и расширенного уравнения Дебая-Хюккеля для коэффициентов активности (до солености 30 вес. % NaCl).

Рис. 2. Зависимость константы растворимости золота от температуры и давления. На врезке показан эффект давления до 5 кбар. Символы и линии – экспериментальные данные и их аппроксимация, соответственно.

Информация об оборудовании и применяемых методах исследований

Для исследования состава и свойств гидротермальных растворов в лаборатории имеется следующее оборудование:

— печи сопротивления для постановки экспериментов при температуре до 500^oС с регуляторами и регистраторами температуры;

— автоклавы из титанового сплава ВT-8, позволяющие определять концентрацию растворённого компонента после закалки опыта или в пробе экспериментального раствора, отобранной в ходе опыта. Конструкция части автоклавов позволяет измерять давление флюида и давление водорода в ходе опыта или избыточное давление газа после опыта;

— потенциометрические ячейки для измерения рН при температуре до 200^oС и давлении до 1 кбар;

— спектрофотометр Agilent Cary-4000 для измерений в видимой и ультрафиолетовой области спектра с выносной гидротермальный ячейкой, позволяющей проводить опыты при температуре до 500^oС и давлении до 1 кбар.

Для исследования флюидных включений:

— микротермокамера THMSG 600 фирмы Linkam (Англия) для исследований флюидных включений при температурах от –196 ло +600^oС.

— микротермокамера THMSG 1500 фирмы Linkam (Англия) и муфельные печи для исследований расплавных включений при температурах до +1500^oС.

Наука: Наука и техника: Lenta.ru

В недрах Земли содержится огромное количество воды, в несколько раз превышающее объем Мирового океана. Как она туда попала, непонятно, а о ее роли в формировании и современной внутренней динамике планеты можно только строить догадки. Хотя в 2016 году ученые уже уверены в существовании, по крайней мере в прошлом, подповерхностного океана на Плутоне, об обилии воды в мантии Земли достоверно узнали только в 2014 году. Подробнее о неожиданных открытиях, совершенных в том числе с участием российских геофизиков, рассказывает «Лента. ру».

Материалы по теме:

О внутреннем строении Земли ученые знают не так много, как может показаться. Прямые исследования недр планеты исключительно затруднены. Распределение плотности внутри Земли можно оценить, например, наблюдая распространение сейсмических волн — на глубине в несколько десятков километров, на так называемой границе Мохоровичича, их скорость резко увеличивается с 7 до 8 километров в секунду. Это означает, что возмущение вещества перешло из менее плотной среды в более плотную — из коры в верхнюю мантию. В мантии волны тоже распространяются с разной скоростью — на глубине порядка 600 километров происходит замедление, возмущение переходит в зону нижней мантии и затем, на глубине около 2,9 тысячи километров достигает ядра.

Кроме того, помогает изучение минералов, которые когда-то находились в недрах планеты. Именно так и обнаружили подземную воду. В 2014 году международный коллектив геофизиков сообщил в журнале Nature, что в переходном слое между верхней и нижней мантией, на глубине 410-660 километров, имеются обширные запасы воды. Ученые провели рентгеноструктурный, рамановский и инфракрасный анализ образцов оливина, найденных близ реки Сан-Луис в современной Бразилии, и выявили в минерале содержащие воду включения рингвудита.

Материалы по теме:

Вода могла попасть туда только из переходной зоны мантии — на такую возможность ранее указывали теоретические расчеты и эксперименты. Согласно этим данным, оливин при высоких температурах и давлениях, характерных для мантии на глубине 410-660 километров, преобразуется в рингвудит и еще один минерал, вадслеит. Рингвудит и вадслеит поглощают на порядки больше воды, чем оливин — примерно до 2,5 процента их общей массы. В исследованном учеными образце содержалось до 1,5 процента рингвудита. Геофизики сделали вывод, что по крайней мере локально, то есть там, где из оливина возник рингвудит, мантия примерно на один процент по массе состоит из воды. Простые оценки показывают, что в недрах Земли воды хватит как минимум на несколько Мировых океанов.

Внутреннее строение Земли

Изображение: serc. carleton.edu

Это подтвердила другая группа ученых, куда входили и российские специалисты. В 2015 году в журнале Nature они опубликовали статью с результатами исследования рингвудита, найденного в зеленокаменном поясе Абитиби на Канадском щите Северо-Американской платформы. Этот пояс представляет собой один из самых распространенных комплексов пород среднего и позднего архея. В глубину такие комплексы могут достигать 20 километров, в ширину — 200 километров, в длину — тысячу километров. В Канадском щите их шесть. Зеленокаменные пояса формировались на Земле 2,5-3,5 миллиарда лет назад — это указывает на возраст исследованного рингвудита и подземного океана, заключенного в минералы.

Материалы по теме:

Изучая включения в оливине, геофизики выявили повышенное содержание воды в первичных расплавах коматиитов — продуктов вулканических извержений возрастом 2,7 миллиарда лет из пояса Абитиби. Коматииты, скорее всего, образовались в глубинной мантийной струе с потенциальной температурой плюс 1725 градусов Цельсия. Вода в мантийном источнике коматиитов была захвачена из промежуточной мантийной зоны на глубине 620-410 километров. При выполнении этой научной работы российские ученые из Института геохимии и аналитической химии имени Владимира Вернадского Российской академии наук разработали уникальный метод электронно-зондового микроанализа оливина с точностью определения примесных элементов в пять грамм на тонну, первыми в России запустив высокотемпературную (до плюс 1700 градусов Цельсия) экспериментальную установку с контролируемой летучестью кислорода.

Оливин

Фото: geo.web.ru

Выводы ученых подтвердились. Британские и американские геофизики, проведя множество компьютерных квантово-механических расчетов, показали, что множество гидратированных, то есть включающих в себя воду, минералов, в частности брусит, при высоких давлениях и температурах, таких, как в недрах Земли на глубине 400-600 километров, являются термодинамически устойчивыми. Об этом сообщается в статье, опубликованной в 2016 году в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Материалы по теме:

Другой международный коллектив геофизиков проанализировал алмаз, выброшенный примерно 90 миллионов лет назад при извержении вулкана на поверхность Земли близ бразильской реки Сан-Луис. Инфракрасная микроскопия выявила в минерале включения, возникшие при его формировании и связанные с наличием гидроксильных ионов, которые, скорее всего, попали в минерал вместе с водой. Оказалось, что эти включения состоят главным образом из феррипериклаза (магнезиовюстита) — на него приходится примерно пятая часть минеральной фазы нижней, то есть расположенной на глубине 660-2900 километров мантии Земли. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Lithos.

Феррипериклаз состоит из оксидов железа и магния, а также может, при сверхвысоких давлениях и температурах, характерных для нижней мантии, поглощать хром, алюминий и титан. Между тем эти дополнительные включения в минерале не были обнаружены, значит, алмаз возник на глубине около тысячи километров. Таким образом, заключенная в минералы подземная вода находится не только на глубине 600-400 километров, но и в более глубоких слоях мантии.

Вода способна влиять на электропроводность мантии и ее подвижность. Ученые пока не могут точно сказать, почему ее так много в недрах Земли и как она туда попала. Ранее геофизики полагали, что вода внутрь планеты проникает из Мирового океана в результате субдукции — погружения одной литосферной плиты под другую. Аномально высокую концентрацию воды в исследованных минералах таким механизмом не объяснить. Вероятнее всего, подземная вода образовалась при формировании планеты. Прояснить ситуацию ученые попробуют, проанализировав коллекцию коматиитов, собранных в африканской провинции Барбертон. Возраст этих затвердевших древних лав оценивается в 3,3 миллиарда лет.

мантия | Национальное географическое общество

Мантия — это в основном твердая часть недр Земли. Мантия находится между плотным, перегретым ядром Земли и ее тонким внешним слоем, земной корой. Мантия имеет толщину около 2900 километров (1802 мили) и составляет колоссальные 84% от общего объема Земли.

 

Когда около 4,5 миллиардов лет назад Земля начала формироваться, железо и никель быстро отделились от других горных пород и минералов, сформировав ядро ​​новой планеты. Расплавленный материал, окружавший ядро, был ранней мантией.

 

За миллионы лет мантия остыла. Вода, попавшая в минералы, извергалась вместе с лавой — процесс, называемый «дегазацией». По мере выделения большего количества воды мантия затвердевала.

 

Горные породы, составляющие мантию Земли, в основном представляют собой силикаты — широкий спектр соединений, которые имеют общую структуру кремния и кислорода. Обычные силикаты, обнаруженные в мантии, включают оливин, гранат и пироксен. Другим основным типом породы, обнаруженной в мантии, является оксид магния.Другие элементы мантии включают железо, алюминий, кальций, натрий и калий.

 

Температура мантии сильно колеблется от 1000°С (1832° по Фаренгейту) вблизи ее границы с земной корой до 3700°С (6692° по Фаренгейту) вблизи ее границы с ядром. В мантии тепло и давление обычно увеличиваются с глубиной. Геотермический градиент является мерой этого увеличения. В большинстве мест геотермальный градиент составляет около 25° по Цельсию на километр глубины (1° по Фаренгейту на 70 футов глубины).

 

Вязкость мантии также сильно различается. Это в основном твердая порода, но менее вязкая на границах тектонических плит и мантийных плюмах. Породы мантии там мягкие и способны пластически (в течение миллионов лет) двигаться на большой глубине и при большом давлении.

 

 

Мантия делится на несколько слоев: верхняя мантия, переходная зона, нижняя мантия и D” (D двойной штрих), странная область, где мантия встречается с внешним ядром.

 

Верхняя мантия

 

 

Две части верхней мантии часто признаются отдельными областями в недрах Земли: литосфера и астеносфера.

 

Литосфера

Литосфера — это твердая внешняя часть Земли, простирающаяся на глубину около 100 километров (62 мили). Литосфера включает в себя как кору, так и хрупкую верхнюю часть мантии.Литосфера — одновременно самый холодный и самый жесткий из слоев Земли.

 

Наиболее известной особенностью литосферы Земли является тектоническая активность. Тектоническая активность описывает взаимодействие огромных плит литосферы, называемых тектоническими плитами. Литосфера делится на 15 основных тектонических плит: Североамериканскую, Карибскую, Южноамериканскую, Скотийскую, Антарктическую, Евразийскую, Аравийскую, Африканскую, Индийскую, Филиппинскую, Австралийскую, Тихоокеанскую, Хуан-де-Фука, Кокос и Наска.

 

Разделение в литосфере между земной корой и мантией называется разрывом Мохоровичича, или просто Мохо. Мохо не существует на одинаковой глубине, потому что не все регионы Земли одинаково сбалансированы в изостатическом равновесии. Изостазия описывает физические, химические и механические различия, которые позволяют земной коре «плавать» на иногда более податливой мантии. Мохо находится на глубине около 8 километров (5 миль) под океаном и около 32 километров (20 миль) под континентами.

 

Разные типы горных пород различают литосферную кору и мантию. Литосферная кора представлена ​​гнейсами (континентальная кора) и габбро (океаническая кора). Ниже Мохо мантия характеризуется перидотитом, породой, в основном состоящей из минералов оливина и пироксена.

 

Астеносфера

Астеносфера — более плотный и слабый слой под литосферной мантией. Он находится на глубине от 100 километров (62 миль) до 410 километров (255 миль) под поверхностью Земли.Температура и давление астеносферы настолько высоки, что породы размягчаются и частично плавятся, становясь полурасплавленными.

 

Астеносфера гораздо более пластична, чем литосфера или нижняя мантия. Пластичность измеряет способность твердого материала деформироваться или растягиваться под нагрузкой. Астеносфера, как правило, более вязкая, чем литосфера, и граница литосферы-астеносферы (ГГБ) — это точка, где геологи и реологи — ученые, изучающие потоки вещества — отмечают разницу в пластичности между двумя слоями верхней мантии.

 

Очень медленное движение литосферных плит, «плавающих» по астеносфере, является причиной тектоники плит — процесса, связанного с дрейфом континентов, землетрясениями, образованием гор и вулканов. По сути, лава, извергающаяся из вулканических трещин, на самом деле и есть сама астеносфера, переплавленная в магму.

 

Конечно, тектонические плиты на самом деле не плавучие, потому что астеносфера не жидкая. Тектонические плиты неустойчивы только на своих границах и в горячих точках.

 

Переходная зона

 

Примерно от 410 километров (255 миль) до 660 километров (410 миль) под поверхностью Земли горные породы подвергаются радикальным преобразованиям. Это переходная зона мантии.

 

В переходной зоне породы не плавятся и не разрушаются. Вместо этого их кристаллическая структура изменяется важным образом. Камни становятся намного, намного плотнее.

 

Переходная зона препятствует большому обмену веществом между верхней и нижней мантией.Некоторые геологи считают, что повышенная плотность пород в переходной зоне препятствует дальнейшему падению в мантию субдуцированных плит из литосферы. Эти огромные куски тектонических плит застревают в переходной зоне на миллионы лет, прежде чем смешаться с другими породами мантии и в конечном итоге вернуться в верхнюю мантию в составе астеносферы, извергнуться в виде лавы, стать частью литосферы или появиться в виде новой океанической коры. в местах распространения морского дна.

 

Однако некоторые геологи и реологи считают, что субдуктивные плиты могут проскальзывать под зону перехода в нижнюю мантию.Другие данные свидетельствуют о том, что переходный слой проницаем, а верхняя и нижняя мантии обмениваются некоторым количеством материала.

 

Вода

Возможно, самым важным аспектом переходной зоны мантии является обилие воды. Кристаллы в переходной зоне содержат столько же воды, сколько все океаны на поверхности Земли.

 

Вода в переходной зоне не является «водой», как мы ее знаем. Это не жидкость, не пар, не твердое тело и даже не плазма.Вместо этого вода существует в виде гидроксида. Гидроксид представляет собой ион водорода и кислорода с отрицательным зарядом. В переходной зоне ионы гидроксида захватываются кристаллической структурой таких пород, как рингвудит и вадслеит. Эти минералы образуются из оливина при очень высоких температурах и давлении.

 

В нижней части переходной зоны повышение температуры и давления трансформирует рингвудит и вадслеит. Их кристаллическая структура нарушается, и гидроксид вытекает в виде «расплава».Частицы расплава текут вверх, к минералам, способным удерживать воду. Это позволяет переходной зоне поддерживать постоянный резервуар воды.

 

Геологи и реологи считают, что вода попала в мантию с поверхности Земли во время субдукции. Субдукция — это процесс, при котором плотная тектоническая плита проскальзывает или плавится под более плавучей. Большая часть субдукции происходит, когда океаническая плита проскальзывает под менее плотную плиту. Вместе с горными породами и минералами литосферы в мантию переносятся также тонны воды и углерода.Гидроксид и вода возвращаются в верхнюю мантию, кору и даже атмосферу в результате мантийной конвекции, вулканических извержений и распространения по морскому дну.

 

Нижняя мантия

 

Нижняя мантия простирается примерно от 660 километров (410 миль) до примерно 2700 километров (1678 миль) под поверхностью Земли. Нижняя мантия более горячая и плотная, чем верхняя мантия и переходная зона.

 

Нижняя мантия гораздо менее пластична, чем верхняя мантия и переходная зона.Хотя тепло обычно соответствует размягчению горных пород, сильное давление удерживает нижнюю мантию в твердом состоянии.

 

У геологов нет единого мнения о строении нижней мантии. Некоторые геологи считают, что здесь осели субдуцированные плиты литосферы. Другие геологи считают, что нижняя мантия совершенно неподвижна и даже не переносит тепло конвекцией.

 

D Двойная штриховка (D’’)

 

Под нижней мантией находится неглубокая область, называемая D», или «d двойной штрих».«В некоторых областях D’’ представляет собой почти тонкую границу с внешним ядром. В других областях D» имеет мощные скопления железа и силикатов. В других областях геологи и сейсмологи обнаружили области огромного таяния.

 

На непредсказуемое движение материалов в D’’ влияют нижняя мантия и внешнее ядро. Железо внешнего ядра влияет на формирование диапира, куполообразной геологической особенности (изверженное вторжение), где более жидкий материал вытесняется в хрупкую вышележащую породу.Железный диапир излучает тепло и может выпускать огромный выпуклый импульс либо материала, либо энергии — точно так же, как лавовая лампа. Эта энергия устремляется вверх, передавая тепло нижней мантии и переходной зоне, и, возможно, даже извергается в виде мантийного плюма.

 

В основании мантии, примерно на 2900 километров (1802 мили) ниже поверхности, находится граница ядра и мантии, или CMB. Эта точка, называемая разрывом Гутенберга, отмечает конец мантии и начало жидкого внешнего ядра Земли.

 

Мантийная конвекция

 

Мантийная конвекция описывает движение мантии при передаче тепла от раскаленного добела ядра хрупкой литосфере. Мантия нагревается снизу, охлаждается сверху, и ее общая температура снижается в течение длительных периодов времени. Все эти элементы способствуют мантийной конвекции.

 

Конвекционные потоки переносят горячую плавучую магму в литосферу на границах плит и в горячих точках.Конвекционные потоки также переносят более плотный и холодный материал из земной коры в недра Земли в процессе субдукции.

 

 

Геологи спорят о том, является ли мантийная конвекция «полной» или «слоистой». Общемантийная конвекция описывает долгий, долгий процесс рециркуляции, включающий верхнюю мантию, переходную зону, нижнюю мантию и даже D’’. В этой модели мантия конвектируется в едином процессе. Субдуцированная плита литосферы может медленно соскальзывать в верхнюю мантию и падать в переходную зону из-за своей относительной плотности и прохлады.За миллионы лет он может погрузиться глубже в нижнюю мантию. Затем конвекционные потоки могут переносить горячий плавучий материал в D’’ обратно через другие слои мантии. Часть этого материала может даже снова появиться в виде литосферы, поскольку она выливается на земную кору в результате извержений вулканов или распространения по морскому дну.

 

Слоистая мантийная конвекция описывает два процесса. Плюмы перегретого материала мантии могут пузыриться из нижней мантии и нагревать область в переходной зоне, прежде чем вернуться обратно.Выше переходной зоны на конвекцию может влиять тепло, переносимое из нижней мантии, а также дискретные конвекционные потоки в верхней мантии, вызванные субдукцией и распространением по морскому дну. Мантийные плюмы, исходящие из верхней мантии, могут прорываться сквозь литосферу в виде горячих точек.

 

Мантийные перья

Мантийный плюм представляет собой подъем перегретой породы из мантии. Мантийные плюмы, вероятно, являются причиной «горячих точек», вулканических регионов, не созданных тектоникой плит.Когда мантийный плюм достигает верхней мантии, он превращается в диапир. Этот расплавленный материал нагревает астеносферу и литосферу, вызывая извержения вулканов. Эти вулканические извержения вносят незначительный вклад в потери тепла недрами Земли, хотя основной причиной таких потерь тепла является тектоническая активность на границах плит.

 

Гавайская горячая точка посреди северной части Тихого океана расположена над мантийным плюмом. Поскольку Тихоокеанская плита движется в основном в северо-западном направлении, Гавайская горячая точка остается относительно неподвижной.Геологи считают, что это позволило гавайской горячей точке создать серию вулканов, от подводной горы Мэйдзи возрастом 85 миллионов лет недалеко от полуострова Камчатка в России до подводной горы Лоихи, подводного вулкана к юго-востоку от «Большого острова» на Гавайях. Лоихи, которому всего 400 000 лет, в конечном итоге станет самым молодым гавайским островом.

 

Геологи выявили два так называемых «суперплюма». Эти суперплюмы, или большие области с низкой скоростью сдвига (LLSVP), берут свое начало в расплавленном материале D’’.Тихоокеанский LLSVP влияет на геологию большей части южной части Тихого океана (включая гавайскую горячую точку). Африканский LLSVP влияет на геологию большей части юга и запада Африки.

 

Геологи считают, что на мантийные плюмы может влиять множество различных факторов. Некоторые могут пульсировать, в то время как другие могут постоянно нагреваться. У некоторых может быть один диапир, а у других может быть несколько «стеблей». Одни мантийные плюмы могут возникать в середине тектонической плиты, другие могут быть «захвачены» зонами спрединга морского дна.

 

Некоторые геологи выявили более тысячи мантийных плюмов. Некоторые геологи считают, что мантийных плюмов вообще не существует. Пока инструменты и технологии не позволят геологам более тщательно исследовать мантию, споры будут продолжаться.

 

Исследование мантии

 

Мантия никогда не исследовалась напрямую. Даже самое сложное буровое оборудование не выходит за пределы земной коры.

 

Бурение до Мохо (разделение земной коры и мантии) является важной научной вехой, но, несмотря на десятилетия усилий, никому еще не удалось это сделать.В 2005 году ученые из проекта Integrated Ocean Drilling Project пробурили 1416 метров (4644 фута) ниже морского дна Северной Атлантики и заявили, что подошли всего к 305 метрам (1000 футов) от Мохо.

 

Ксенолиты

Многие геологи изучают мантию, анализируя ксенолиты. Ксенолиты — это тип вторжения — камень, застрявший внутри другого камня.

 

Ксенолиты, дающие больше всего информации о мантии, — это алмазы.Алмазы образуются в очень уникальных условиях: в верхней мантии, на глубине не менее 150 километров (93 мили) от поверхности. Выше глубины и давления углерод кристаллизуется в виде графита, а не алмаза. Алмазы выносятся на поверхность при эксплозивных извержениях вулканов, образуя «алмазные трубки» из горных пород, называемых кимберлитами и лампролитами.

 

Сами по себе алмазы представляют для геологов меньший интерес, чем ксенолиты, содержащиеся в некоторых из них. Эти интрузии представляют собой минералы из мантии, заключенные внутри твердого алмаза.Алмазные вторжения позволили ученым заглянуть на глубину до 700 километров (435 миль) под поверхность Земли — нижнюю мантию.

 

Исследования ксенолитов показали, что породы в глубокой мантии, скорее всего, представляют собой плиты субдуцированного морского дна возрастом 3 миллиарда лет. Алмазные интрузии включают воду, океанические отложения и даже углерод.

 

Сейсмические волны

Большинство исследований мантии проводятся путем измерения распространения ударных волн от землетрясений, называемых сейсмическими волнами.Сейсмические волны, измеряемые при исследованиях мантии, называются объемными волнами, потому что эти волны проходят через тело Земли. Скорость объемных волн зависит от плотности, температуры и типа породы.

 

Есть два типа объемных волн: первичные волны, или P-волны, и вторичные волны, или S-волны. Р-волны, также называемые волнами давления, образуются в результате сжатия. Звуковые волны — это P-волны, а сейсмические P-волны — это слишком низкая частота, чтобы люди могли их слышать. S-волны, также называемые поперечными волнами, измеряют движение, перпендикулярное передаче энергии.S-волны не могут передаваться через жидкости или газы.

 

Приборы, размещенные по всему миру, измеряют эти волны, когда они достигают разных точек на поверхности Земли после землетрясения. Р-волны (первичные волны) обычно появляются первыми, а s-волны появляются вскоре после них. Обе объемные волны по-разному «отражаются» от разных типов горных пород. Это позволяет сейсмологам идентифицировать различные породы, присутствующие в земной коре и мантии глубоко под поверхностью. Например, сейсмические отражения используются для выявления скрытых нефтяных залежей глубоко под поверхностью.

 

Внезапные предсказуемые изменения скоростей объемных волн называются «сейсмическими разрывами». Мохо представляет собой разрыв, обозначающий границу коры и верхней мантии. Так называемый «410-километровый разрыв» отмечает границу переходной зоны.

 

Разрыв Гутенберга более известен как граница ядра и мантии (CMB). При реликтовом излучении S-волны, которые не могут продолжаться в жидкости, внезапно исчезают, а P-волны сильно преломляются или искривляются.Это предупреждает сейсмологов о том, что твердая и расплавленная структура мантии уступила место огненной жидкости внешнего ядра.

 

Карты мантии

Передовые технологии позволили современным геологам и сейсмологам составлять карты мантии. Большинство карт мантии отображают сейсмические скорости, обнаруживая закономерности глубоко под поверхностью Земли.

 

Ученые-геологи надеются, что сложные карты мантии смогут отображать объемные волны до 6000 землетрясений с магнитудой не менее 5.5. Эти карты мантии могут идентифицировать древние плиты субдуктивного материала, а также точное положение и движение тектонических плит. Многие геологи считают, что карты мантии могут даже предоставить доказательства существования мантийных плюмов и их структуры.

Нижняя мантия – обзор

2.03.3.1.5 CaSiO

₃

Считается, что нижняя мантия состоит в основном из (Mg,Fe)SiO ₃ Pv и Mw с небольшим количеством CaSiO ₃ перовскита (Ca -Pv) до 7–8 об.% (например, Irifune, 1994).Несмотря на его важность, остается много нерешенных вопросов о структуре, стабильности, EoS и других физических свойствах Ca-Pv под давлением и температурой, что усложняет некоторые попытки моделирования минералогии нижней мантии (например, Stacey and Isaak, 2001). ).

CaSiO ₃ кристаллизуется в структуру Pv под давлением более 10–13 ГПа в зависимости от температуры и, как известно, не закаливается в условиях окружающей среды. В условиях нижней мантии CaSiO ₃ имеет идеальную кубическую структуру Pv, а при более низких температурах предполагается, что она слегка искажена.Небольшая степень возможного искажения почти не наблюдается современными рентгеновскими методами при высоких температурах и высоких давлениях, и на основе измерений рентгеновской дифракции in situ было предложено несколько орторомбических и тетрагональных структур (Курашина и др., 2004). ; Ono et al., 2004; Shim et al., 2002b) или теоретическими расчетами (Caracas et al., 2005; Chizmeshya et al., 1996; Magyari-Köpe et al., 2002; Stixrude et al., 1996).

EoS Ca-Pv было определено до давления CMB различными группами (например,г., Курашина и др., 2004; Мао и др., 1989; Оно и др., 2004; Ши и др., 2004 г.; Шим и др., 2000a,b, 2002b; Тамаи и Яги, 1989 г . ; Ван и др., 1996). Подгонка экспериментальных результатов с помощью EoS Берча-Мернагама третьего порядка дала объем элементарной ячейки V ₀ = 45,54 Å ³ , объемный модуль K ₀ в диапазоне от 2 832 до 2 832 ГПа, и его производная по давлению, К ₀ ′, в пределах 3,9–4,5. Однако большинство недавних результатов с тщательным устранением влияния девиаторного напряжения на производимое давление дали более низкие предельные значения (232–236 ГПа; Wang et al., 1996; Shim et al., 2000b) в этом диапазоне. Результаты соответствующих исследований ab initio (например, Chizmeshya et al., 1996; Karki and Crain, 1998; Stixrude et al., 1996; Wentzcovitch et al., 1995) аналогичны результатам, полученным для экспериментальных данных. Большинство этих исследований, как экспериментальных, так и теоретических, были сосредоточены на поведении кубической модификации CaSiO ₃ под давлением.

Каракас и др. (2005) провели подробное исследование основных разрешенных по симметрии модификаций CaSiO ₃ , полученных как искажения исходной кубической фазы, с помощью теории псевдопотенциала ab initio. Они исследовали девять модификаций, имеющих разную симметрию, и сообщили, что фаза I4/mcm является наиболее вероятной стабильной статической конфигурацией атомов примерно до 165 ГПа. Разница энтальпий между этой фазой I4/mcm и кубической фазой Pv увеличивалась с увеличением давления, указывая на то, что структура I4/mcm становится более стабильной по сравнению с кубической структурой при более высоком давлении. Модуль объемного сжатия оценивается примерно в 250 ГПа для всех модификаций, за исключением структуры R-3c. Это теоретическое значение K ₀ довольно похоже на недавние экспериментальные значения (Shim et al., 2002б; Wang et al., 1996), но намного меньше, чем в более ранних негидростатических экспериментах (Mao et al., 1989; Tamai and Yagi, 1989).

Некоторые исследования были сосредоточены на высокотемпературном фазовом переходе от низкосимметричной фазы к кубической фазе Ca-Pv. Оно и др. (2004) сообщили, что этот переход происходит примерно при 600–1200 К при 25–120 ГПа, где температура перехода увеличивается с увеличением давления, что согласуется с теоретическим предсказанием (Caracas et al. , 2005). Эти температуры намного ниже, чем типичная геотерма нижней мантии, составляющая около 2000–2500 К, что позволяет предположить, что CaSiO ₃ может иметь кубическую форму во всей фактической нижней мантии ( Рисунок 7 ).Однако самые последние исследования молекулярной динамики ab initio (Li et al., 2006a,b) дали совсем другие результаты. Они обнаружили, что тетрагональная фаза стабильна даже при мантийных температурах в дополнение к низкотемпературной стабильности орторомбической фазы. Их расчетная эластичность Ca-Pv также сильно отличается от более ранних результатов (Karki and Crain, 1998), особенно в отношении модуля сдвига. Причина расхождений объясняется Tsuchiya (2011), который выступает за то, чтобы даже кубический Ca-Pv имел меньший модуль сдвига, сравнимый с модулем сдвига тетрагонального Ca-Pv.

Рис. 7. Фазовая диаграмма High P , T для CaSiO ₃ при более низких мантийных давлениях, обобщенная на основе экспериментов LHDAC Курашиной и др. (2004) и Ono et al. (2004).

Геос 306, Лекция 14, Нижняя мантия

Геос 306, Лекция 14, Нижняя мантия Геос 306, Лекция 14
Минералогия нижней мантии

---

• Нижняя мантия покрывает область Земли на глубине 2891-670 км, ограниченную снизу ядром и D»-слоем. (произносится как D-дабл-штрих) и выше переходной зоной.Диапазоны давления и температуры охватывают от 23,83 ГПа, 1950 К до 135,75 ГПа, 3750 К. Нижняя мантия содержит больше объема Земли, чем любая другая область.
• По-видимому, есть 3 минерала, которые наиболее важны в нижней части тела. мантии из-за их обилия,

Бриджманит: (Mg,Fe)SiO ₃

---

Магнезиовюстит: (Mg,Fe)O

---

Стишовит, SiO ₂

---

• Помимо нескольких включений, обнаруженных в алмазах, минералогия нижнего мантии, в основном, определяется по результатам экспериментальных данных.это конечно понял, что при давлениях нижней мантии весь Si является 6-координированным с O, образуя SiO ₆ октаэдрические группы. Фазы-кандидаты для нижней мантии: найдены путем подгонки сейсмических данных к кристаллографическим данным.
• Объемное содержание составляет порядка 20% магнезиовюстита, в то время как остальное представлено химическими вариациями бриджманита, принимающими структуру перовскита, с небольшим количеством свободного кремнезема в виде из стишовита. Вы должны быть в состоянии вывести эту пропорцию, предполагая, что мантия содержит сбалансированный по заряду оксидный компонент Земли.Стишовит не будет образовываться, если доступны Mg или Fe, вместо этого стабильной фазой является бриджманит. Это означает, что MgSiO ₃ бриджманит является наиболее распространенным минералом на Земле, поскольку он занимает 80% ее наибольшей части.

---

• Бриджманит : Только что было дано официальное название, потому что оно наконец-то было найдено в природе. Кубический массив наиболее плотно упакованных атомов O, в котором 1/4 наиболее плотно упакованных участки, заполненные 12-координированным Mg или Fe. Si находится в октаэдрической координации.перовскит предлагает отличный пример кубического смещения к орторомбическому фазовому переходу в зависимости от давления. Тип конструкции очень важен в промышленности, потому что это прототип структуры для высокотемпературные сверхпроводники. Вот изображение структуры перовскита, включающей 2 монослоя. Белые сферы — это O, темные сферы — Fe/Mg, а меньшие синие сферы сферы Si. Обратите внимание, что Fe/Mg заменяет анион в этой наиболее плотно упакованной структуре.

• В нижней мантии может быть больше видов минералов типа перовскита, чем мы в настоящее время предполагаем.Например, недавняя работа с доктором Дера в Аргоннской национальной лаборатории продемонстрировала трансформацию пироксена CaFeSi ₂ O ₆ геденбергита. до (Ca,Fe)SiO ₃ перовскита при высоком давлении.

---

• Магнезио-вюстит : структура каменной соли. MgO устойчив к максимальное давление, которого мы достигли в лабораторных условиях. В отличие, FeO претерпевает интересный переход со смещением в ромбоэдрическую (гексагональную) фазу. около P = 20 ГПа, а затем при более высоких давлениях, 105 ГПа, до типа NiAs структура.(Обратите внимание, что NaCl представляет собой соединение ccp AB, а NaAs представляет собой соединение hcp AB)

FeO, переход каменной соли в ромбоэдрический

Изображение FeO в структуре NiAs. Fe отображается как большее сферы.

• Структура NiAs представляет собой ГПУ-эквивалент структуры каменной соли из ПЦП. Однако в ГПУ-структуре расстояния Fe-Fe короче, чем в ГПУ-фазе. Этот реконструктивный фазовый переход является результатом диффузной электронной плотности Fe атомы перекрываются друг с другом при высоких давлениях.С увеличением глубины объем структуры FeO уменьшается, атомы упаковываются ближе друг к другу, и в конечном итоге образуются связи Fe-Fe, и поэтому структура каменной соли трансформируется к структуре NiAs, где расстояния Fe-Fe примерно равны Расстояния Fe-O. При повышении давления преобладает связь Fe-Fe. до такой степени, что O полностью исключен из структуры. В результате чистая Fe-фаза. Район Земли, в котором происходит этот процесс, вероятно, относится к слою D».
• Электронная плотность Mg не такая диффузная, как у более крупного Fe, и, вероятно, поэтому переходы в MgO до сих пор не наблюдались.

---

• Стишовит : Искаженный массив ГПУ кислорода с Si в октаэдрических пустотах. По правилам Полинга s(SiO) = 4/6 = 2/3. Следовательно, CN(O) = 3,
.
• Синтезирован Стишовым в конце 1950-х гг. Впервые найден в метеоритном кратере. Аризона в 1960-х годах.
• Претерпевает фазовый переход смещения около 50 ГПа, который обусловлен более эффективная упаковка атомов O.

• Большое влияние на развитие минералогии оказали (1) синтез стишовита в лаборатории и (2) затем найти его в природе, в среде с высоким давлением.Это изменило мышление ученых и привело к пониманию того, что если что-то можно сделать, а если условия повторяются в природе, то и природа создаст.

---

Могут ли минералы в нижней мантии Земли хранить воду?

Земля считается водной планетой просто потому, что 71% ее поверхности покрыта океанами. Но исследователи обнаружили, что в огромном объеме материала в недрах Земли минералы могут служить важным резервуаром воды, открывая новый взгляд на водный баланс нашей планеты.

Минералы в переходной зоне между верхней и нижней мантией (на глубине от 400 до 670 км) могут хранить до одного процента своего веса в воде. Учитывая объем этого слоя, это может составить объем воды океана. Однако количество воды, которая может храниться в нижней мантии, составляющей 55% объема Земли, неизвестно.

Несмотря на некоторые разногласия, в настоящее время все согласны с тем, что два наиболее распространенных минерала в нижней мантии имеют небольшую емкость для хранения воды.В этой работе исследователи изучили третий по распространенности минерал, CaSiO ₃ -перовскит (Ca-Pv).

В Advanced Light Source (ALS) исследователи смогли провести как инфракрасные, так и рентгеновские эксперименты на одних и тех же образцах при одинаковых высоких давлениях. Инфракрасная спектроскопия на Beamline 1.4 показала, может ли Ca-Pv включать воду в свою кристаллическую структуру, а рентгеновская дифракция на Beamline 12.2.2 прояснила, как вода может изменить кристаллическую структуру.

Результаты показали, что Ca-Pv может хранить до 1% своего веса в воде, что составляет около половины водного океана.Кроме того, поскольку Ca-Pv является доминирующим минералом в погружающейся океанической коре, исследование открывает возможность того, что Ca-Pv может быть важным фактором в циркуляции воды между поверхностью и недрами Земли.

Алмазные наковальни выровнены для эксперимента с высоким давлением. Образец в виде фольги помещается между этими двумя алмазными наковальнями и сжимается до высокого давления. На вставке показана интегрированная одномерная дифрактограмма для стекла CaSiO ₃ + H ₂ O (условие насыщения H ₂ O) при 48 ГПа и 1400 K.(Фото: Дэн Шим)

Х. Чен, К. Лейненвебер, В. Пракапенка, К. Прешер, Ю. Мэн, Х. Бехтель, М. Кунц и С.-Х. Шим, «Возможное хранение H ₂ O в кристаллической структуре перовскита CaSiO ₃ », Phys. Планета Земля. Интер. 299 , 106412 (2019), doi:10.1016/j.pepi.2019.106412.

Нижняя мантия Земли | СпрингерЛинк

‘) вар корзинаStepActive = истина var buybox = документ.querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.querySelector(«.цена-варианта-покупки») подписка.classList.remove(«расширенный») var form = подписка.querySelector(«.форма-варианта-покупки») если (форма && cartStepActive) { var formAction = форма. получить атрибут («действие») form.setAttribute(«действие», formAction.replace(«/checkout», «/cart»)) document.querySelector(«#ecommerce-scripts»).addEventListener(«load», bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.querySelector(«.Информация о цене») var PurchaseOption = toggle.parentElement если (переключить && форма && priceInfo) { переключать.setAttribute(«роль», «кнопка») toggle.setAttribute(«tabindex», «0») toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный toggle.setAttribute(«aria-expanded», !expanded) form.hidden = расширенный если (! расширено) { покупкаВариант. classList.add («расширенный») } еще { покупкаOption.classList.remove(«расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = window.fetch && Array.from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Ящик для покупок: ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = «ecomm-modal_» + метка времени + «_» + индекс var modal = новый модальный (modalID) modal. domEl.addEventListener («закрыть», закрыть) функция закрыть () { форма.querySelector(«кнопка[тип=отправить]»).фокус() } форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(«/checkout», «/cart?messageOnly=1») ) form.addEventListener( «Отправить», Buybox.interceptFormSubmit( Буйбокс.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), консоль.лог, ), ложный ) document. body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { документ.addEventListener(«keydown», функция (событие) { if (document.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) { если (document.activeElement) { событие.preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var buyboxWidth = buybox.смещениеШирина ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(«. цена-варианта-покупки») var form = option.querySelector(«.форма-варианта-покупки») var priceInfo = option.querySelector(«.Информация о цене») если (buyboxWidth > 480) { переключить.щелчок() } еще { если (индекс === 0) { переключать.щелчок() } еще { toggle.setAttribute («ария-расширенная», «ложь») form.hidden = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрытый» } } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })()

Прорыв в химии нижней мантии | Научный институт Карнеги

Вашингтон, округ Колумбия. C. — Последние новости исследований группы ученых во главе с Хокваном «Дэйвом» Мао из Карнеги показывают, что состав нижней мантии Земли может значительно отличаться от того, что считалось ранее. Эти результаты должны быть опубликованы Science .

Нижняя мантия составляет 55 процентов планеты по объему и простирается от 670 до 2900 километров в глубину, как определено так называемой переходной зоной (вверху) и границей ядра и мантии (внизу). Давление в нижней мантии начинается с 237 000 атмосферного давления (24 гигапаскаля) и достигает 1.3 миллиона атмосферного давления (136 гигапаскалей) на границе ядра и мантии.

Преобладающая теория заключалась в том, что большая часть нижней мантии состоит из одного ферромагнезиального силикатного минерала, обычно называемого перовскитом (Mg,Fe)SiO3, определяемым его химическим составом и структурой. Считалось, что перовскит не изменил структуру в огромном диапазоне давлений и температур, охватывающих нижнюю мантию.

Недавние эксперименты, которые моделируют условия нижней мантии с использованием ячеек с алмазными наковальнями, нагреваемыми лазером, при давлении от 938 000 до 997 000 атмосферного давления (от 95 до 101 гигапаскаля) и температуре от 3 500 до 3 860 градусов по Фаренгейту (от 2 200 до 2 400 градусов по Кельвину), в настоящее время показывают, что железосодержащий перовскит фактически нестабилен в нижней мантии.

Команда обнаружила, что минерал распадается на две фазы: силикат магния перовскит, в котором отсутствует железо, что представлено частью Fe в химической формуле, и новый минерал, богатый железом и имеющий гексагональную структуру, называемый H- фаза. Эксперименты подтверждают, что эта богатая железом Н-фаза более стабильна, чем железосодержащий перовскит, ко всеобщему удивлению. Это означает, что это, вероятно, распространенный и ранее неизвестный вид в нижней мантии. Это может изменить наше понимание глубин Земли.

«Мы до сих пор не до конца понимаем химию Н-фазы», ​​— сказал ведущий автор Ли Чжан, также из Карнеги. «Но это открытие указывает на то, что все геодинамические модели необходимо пересмотреть, чтобы учесть Н-фазу. И там, внизу, в нижней мантии, может быть еще больше неопознанных фаз, ожидающих своей идентификации».

 

Подпись:  Схема поперечного сечения недр Земли, любезно предоставлена ​​Yingwei Fei из Carnegie.

__________________

Исследование поддерживается грантами Национального научного фонда (NSF) EAR-0911492, EAR-1119504, EAR-1141929 и EAR-1345112.Эта работа была выполнена в HPCAT (сектор 16), Advanced Photon Source (APS), Аргоннская национальная лаборатория. Операции HPCAT поддерживаются Министерством энергетики США, базовыми энергетическими науками и Национальным управлением по ядерной безопасности (DOE-NNSA) в соответствии с наградой DE-NA0001974 и DOE-Basic Energy Sciences (BES) в соответствии с наградой DE-FG02-99ER45775, с частичным финансированием измерительного оборудования. по НСФ. HPSynC поддерживается как часть EFree, исследовательского центра Energy Frontier, финансируемого DOE-BES в рамках гранта DE-SC0001057. Части этой работы были выполнены в GeoSoilEnviroCARS (сектор 13), APS, при поддержке NSF-Earth Sciences (EAR-1128799) и DOE-GeoSciences (DE-FG02-94ER14466), на линии луча 34ID-E, APS, и в 15U1. , Шанхайский центр синхротронного излучения.Использование установки APS было поддержано DOE-BES по контракту DE-AC02-06Ch21357. Эта работа также была частично поддержана программой Центра исследования и разработки материалов NSF в рамках награды DMR-0819885. Часть этой работы была выполнена в Центре характеристики Миннесотского университета.
 

Субдуцированная океаническая кора как источник сейсмически медленных структур нижней мантии | Progress in Earth and Planetary Science

Akbarashrafi, F, Al-Attar D, Deuss A, Trampert J, Valentine A (2018) Точные спектры свободных колебаний, функции расщепления и разрешимость структуры плотности Земли.Geophys J Int 213 (1): 58–76.

Google Scholar

Альбаред, Ф. (1998) Зависящие от времени модели эволюции U-Th-He и K-Ar и расслоение мантийной конвекции. Хим Геол 145:413–429.

Google Scholar

Allègre, C.J, Hofmann A, O’Nions K (1996) Аргон ограничивает структуру мантии. Геоф Рес Летт 23: 3555–3557.

Google Scholar

Aoki, I, Takahashi E (2004) Плотность эклогита MORB в верхней мантии.Phys Earth Planet Inter 143: 129–143.

Google Scholar

Арнольд, М., Колтис Н., Фламан Н., Сеньор В., Мюллер Р.Д. (2018) О масштабах динамической топографии в моделях конвекции всей мантии. Geochem Geophys Geosyst 19:3140–3163.

Google Scholar

Бейкер, М.Б., Беккет Дж.Р. (1999) Происхождение абиссальных перидотитов: переинтерпретация ограничений, основанных на первичном валовом составе.Earth Planet Sci Lett 171 (1): 49–61.

Google Scholar

Балмер, М. Д., Шумахер Л., Лекич В., Томас С., Ито Г. (2016) Композиционное расслоение в крупных провинциях с низкой скоростью поперечных волн в нижней мантии. Геохим Геофиз Геосист 17(12):5056–5077.

Google Scholar

Барри Т.Л., Дэвис Дж.Х., Волстенкрофт М., Миллар И.Л., Чжао З., Цзянь П., Сафонова И., Прайс М. (2017) Конвекция всей мантии с тектоническими плитами сохраняет долгосрочные глобальные закономерности геохимии верхней мантии.Научный представитель 7:1870.

Google Scholar

Bossmann, AB, van Keken PE (2013) Динамика плюмов в сжимаемой мантии с фазовыми переходами: последствия для топографии фазовых границ. Phys Earth Planet Inter 224: 21–31.

Google Scholar

Boyet, M, Carlson RW (2005) ¹⁴² Nd свидетельство ранней (>4,53 млрд лет) глобальной дифференциации силикатной Земли.Наука 309: 576–581.

Google Scholar

Brandenburg, JP, van Keken PE (2007) Глубокое хранение океанической коры в сильно конвектирующей мантии. Дж Геофиз Рез. 112: B06403. https://doi.org/10.1029/2006jb004813.

Brandenburg, JP, Hauri EH, van Keken PE, Ballentine CJ (2008) Многосистемное исследование геохимической эволюции мантии с плитами, уравновешенными силами, и термохимическими эффектами. Научный бюллетень «Планета Земля» 276: 1–13.

Google Scholar

Булл, А.Л., Макнамара А.К., Рицема Дж. (2009) Синтетическая томография скоплений шлейфов и термохимических свай. Earth Planet Sci Lett 278 (3-4): 152–162.

Google Scholar

Берк К., Стейнбергер Б., Торсвик Т.Х., Сметерст М.А. (2008) Зоны образования плюмов на окраинах крупных провинций с низкой скоростью сдвига на границе ядра и мантии. Научный бюллетень «Планета Земля» 265: 49–60.

Google Scholar

Campbell, IH (2002) Влияние Nb/U, Th/U и Sm/Nd в плюмовых магмах на взаимосвязь между формированием континентальной и океанической коры и развитием обедненной мантии. Геохим Космохим Акта 66 (9): 1651–1661.

Google Scholar

Christensen, UR, Hofmann AW (1994) Сегрегация субдуцированной океанической коры в мантии.J Geophys Res 99: 19867–19884.

Google Scholar

Колтис, Н., Сетон М., Рольф Т., Мюллер Р.Д., Такли П.Дж. (2013) Конвергенция тектонических реконструкций и моделей мантийной конвекции для значительных колебаний в спрединге морского дна. Earth Planet Sci Lett 383: 92–100.

Google Scholar

Connolly, JAD (2005) Расчет фазовых равновесий с помощью линейного программирования: инструмент для геодинамического моделирования и его применение для декарбонизации зоны субдукции. Geophys J Int 236: 524–541.

Google Scholar

Коттаар С., Лекич В. (2016) Морфология сейсмически медленных структур нижней мантии. Geophys J Int 207: 1122–1136.

Google Scholar

Дэвис, Г.Ф. (2002) Перемешивание геохимии в моделях мантийной конвекции с жесткими пластинами и плитами. Геохим Космохим Акта 66: 3125–3142.

Google Scholar

Дэвис Д.Р., Гоуз С., Дэвис Дж.Х., Шуберт Б.А., Бунге Х., Рицема Дж. (2012) Согласование динамических и сейсмических моделей нижней мантии Земли: доминирующая роль тепловой неоднородности.Earth Planet Sci Lett 353: 253–269.

Google Scholar

Davies, DR, Goes S, Lau HCP (2015) Термально преобладающие глубокомантийные LLSVP: обзор. В: Хан А. Дешам Ф. (ред.) Гетерогенная мантия Земли, 441–477.. Спрингер, Швейцария.

Google Scholar

Deschamps, F, Cobden L, Tackley PJ (2012) Примитивная природа больших областей с низкой скоростью поперечной волны.Earth Planet Sci Lett 349: 198–208.

Google Scholar

Дзиевонски А.М., Хагер Б.Х., О’Коннелл Р.Дж. (1977) Крупномасштабные неоднородности в нижней мантии. J Geophys Res 82: 239–255.

Google Scholar

Гейбл, К.В., О’Коннелл Р.Дж., Трэвис Б.Дж. (1991) Конвекция в трех измерениях с поверхностными пластинами: создание тороидального потока. J Geophys Res 96: 8391–8405.

Google Scholar

Гарнеро, Э., Макнамара А.К. (2008) Структура и динамика нижней мантии Земли.Наука 320: 626–628.

Google Scholar

Гранд С., ван дер Хилст Р.Д., Видианторо С. (1997) Глобальная сейсмическая томография: снимок мантийной конвекции Земли. GSA сегодня 7: 1–7.

Google Scholar

Хаугланд, С.М., Рицема Дж., ван Кекен П.Е., Ниссен-Мейер Т. (2018) Анализ ПКП-рассеяния с использованием моделирования перемешивания мантии и осесимметричных трехмерных волн. Phys Earth Planet Inter 276: 226–233.

Google Scholar

Hernlund, JW, Houser C (2008) О статистическом распределении сейсмических скоростей в глубокой мантии Земли. Earth and Planet Sci Let 265 (3-4): 423–437.

Google Scholar

Hernlund, JW, Tackley PJ (2008) Моделирование мантийной конвекции в сферическом кольцевом пространстве. Phys Earth Planet Inter 171: 48–54.

Google Scholar

Хиросе К., Фей Ю., Ма Ю., Мао Х-К. (1999) Судьба субдуктивной базальтовой коры в нижней мантии Земли.Природа 397: 53–56.

Google Scholar

Хиросе К. , Такафудзи Н., Сата Н., Охиши Ю. (2005) Фазовый переход и плотность субдуцированной коры MORB в нижней мантии. Научный бюллетень «Планета Земля» 237: 239–251.

Google Scholar

Хофманн А.В., Уайт В.М. (1982) Мантийные плюмы древней океанической коры. Научный бюллетень «Планета Земля» 57: 421–436.

Google Scholar

Исии, М., Тромп Дж. (1999) Гравитационные ограничения в нормальном режиме и в свободном воздухе на боковые изменения скорости и плотности мантии Земли.Наука 285 (5431): 1231–1236.

Google Scholar

Джексон М.Г., Беккер Т.В., Контер Дж.Г. (2018) Геохимия и распределение переработанных доменов в мантии, полученные на основе изотопов Nd и Pb в горячих точках океана: последствия для хранения в больших провинциях с низкой скоростью поперечной волны. Geochem Geophys Geosyst 19:3496–3519.

Google Scholar

Джонс, Р. Е., ван Кекен П.Е., Хаури Э.Х., Вервурт Дж., Баллентайн С.Дж. (2019) Происхождение земного массива Hf-Nd мантии: данные комбинированного геодинамически-геохимического подхода.Научный бюллетень «Планета Земля» 518: 26–39.

Google Scholar

Кеннет Б.Л.Н., Видиянторо С., ван дер Хилст Р.Д. (1998) Совместная сейсмическая томография для определения скорости объемного звука и поперечной волны в мантии Земли. J Geophys Res 103: 12469–12493.

Google Scholar

Колемейер П., Ритсема Дж., Деусс А., Ван Хейст Х-Дж. (2016) SP12RTS: модель скорости поперечных и продольных волн степени 12 для мантии Земли.Geophys J Int 204 (2): 1024–1039.

Google Scholar

Колемейер, П., Деусс А., Ритсема Дж. (2017) Структура плотности самой нижней мантии Земли по наблюдениям расщепления мод Стоунли. Община природы. 8: 15241. https://doi. org/10.1038/ncomms15241.

Колемейер, П., Шуберт Б.С., Дэвис Д.Р., Деусс А., Рицема Дж. (2018) Ограничения присутствия постперовскита в самой нижней мантии Земли на основе томографо-геодинамических сравнений моделей.Earth Planet Sci Lett 494: 226–238.

Google Scholar

Labrosse, S, Hernlund JW, Coltice N (2007) Кристаллизующийся плотный океан магмы в основании мантии Земли. Природа 450: 866–869.

Google Scholar

Лау, Х.К., Митровица Дж. Х., Аустерманн Дж., Кроуфорд О., Аль-Аттар Д., Латычев К. (2016) Выводы о вязкости мантии на основе наборов данных ледникового периода: радиальная структура.J Geophys 121 (10): 6991–7012.

Google Scholar

Lau, HCP, Mitrovica JX, Davis JL, Tromp J, Yang HY, Al-Attar D (2017) Приливная томография ограничивает плавучесть глубокой мантии Земли. Природа 551: 321–326.

Google Scholar

Lee, C-TA, Luffi P, Höink T, Li J, Dasgupta R, Hernlund J (2010) Перевернутая дифференциация и образование «изначальной» нижней мантии.Природа 463: 930–933.

Google Scholar

Ли, М., Макнамара А.К. (2013) Трудность накопления субдуктивной океанической коры на границе ядра и мантии Земли. J Geophys 118: 1807–1816.

Google Scholar

Ли, М., Макнамара А.К., Гарнеро Э.Дж. (2014) Химическая сложность горячих точек, вызванных циклическим движением океанической коры через мантийные резервуары. Nat Geosci 7 (5): 366.

Google Scholar

Магуайр Р., Ритсема Дж., ван Кекен П.Е., Фихтнер А., Гоес С. (2016) Задержки P- и S-волн, вызванные тепловыми шлейфами. Geophys J Intern 206: 1169–1178.

Google Scholar

Мастерс Г. , Ласке Г., Болтон Х., Дзиевонски А. (2000) Относительное поведение скорости сдвига, объемной скорости звука и скорости сжатия в мантии: влияние на химическую и тепловую структуру.В: Карато С.И., Форте А., Либерманн Р., Мастерс Г., Стиксруд Л. (редакторы) Недра Земли: физика минералов и томография от атомного до глобального масштаба, серия геофизических монографий, том 117, 63–87. Американский геофизический союз , Вашингтон.

Google Scholar

Макнамара, А.К., Чжун С. (2005) Термохимические структуры под Африкой и Тихим океаном. Природа 437: 1136–1139.

Google Scholar

Макнамара, А.К. (2019) Обзор крупных провинций с низкой скоростью сдвига и зон со сверхнизкой скоростью.Тектонофизика 760: 199–220.

Google Scholar

Мулик П., Экстрем Г. (2016) Взаимосвязь между крупномасштабными вариациями скорости сдвига, плотности и скорости сжатия в мантии Земли. J Geophys Res 121 (4): 2737–2771.

Google Scholar

Nakagawa, T, Tackley PJ (2008) Латеральные вариации теплового потока CMB и сейсмической скорости в глубине мантии, вызванные пограничным слоем термохимической фазы в трехмерной сферической конвекции.Earth Planet Sci Lett 271: 348–358.

Google Scholar

Nakagawa, T, Tackley PJ, Deschamps F, Connolly JA (2009) Включение самосогласованных расчетов физики минералов в моделирование термохимической мантийной конвекции в трехмерной сферической оболочке и ее влияние на сейсмические аномалии в мантии Земли. Геохим Геофиз Геосис. 10: Q03004. https://doi.org/10.1029/2008gc002280.

Nakagawa, T, Tackley PJ, Deschamps F, Connolly JAD (2010) Влияние состава MORB и гарцбургита на термохимическую конвекцию мантии в трехмерной сферической оболочке с самосогласованным расчетом минеральной физики.Earth Planet Sci Lett 296: 403–412.

Google Scholar

Ni, S, Tan E, Gurnis M, Helmberger D (2002) Острые грани африканского суперплюма. Наука 296: 1850–1852.

Google Scholar

Риколло, А., Перийя Дж. П., Фике Г., Даниэль И., Матас Дж., Аддадд А., Менгуй Н., Кардон Х., Мезуар М., Гиньо Н. (2010) Фазовые отношения и уравнение состояния природного MORB: последствия для профиль плотности субдукционной океанической коры в нижней мантии Земли.115: B08202. https://doi.org/10.1029/2009jb006709.

Ringwood, A.E., Irifune T (1988) Природа 650-километрового сейсмического разрыва: последствия для динамики и дифференциации мантии. Природа 331: 131–136.

Google Scholar

Ringwood, A. E. (1990) Фазовые превращения и дифференциация в субдуктивной литосфере: последствия для динамики мантии, петрогенеза базальтов и эволюции земной коры. Дж Геол 90: 611–643.

Google Scholar

Ритсема Дж., Лэй Т., Гарнеро Э.Дж., Бенц Х. (1998) Сейсмическая анизотропия в самых нижних слоях мантии под Тихим океаном. Geophys Res Lett 25 (8): 1229–1232.

Google Scholar

Рицема Дж., Макнамара А.К., Булл А. (2007) Томографическая фильтрация геодинамических моделей: значение для интерпретации моделей и крупномасштабной структуры мантии. Дж Геофиз Рез.112: B01303.

Ритсема, Дж., Деусс А., ван Хейст Х.Дж., Вудхаус Дж.Х. (2011) S40RTS: модель 40-градусной скорости сдвига для мантии на основе новой дисперсии волны Рэлея, телесейсмического времени пробега и измерения функции расщепления в нормальном режиме. Geophys J Int 184: 1223–1236.

Google Scholar

Ризо, Х., Уокер Р.Дж., Карлсон Р.В., Хоран М.Ф., Мухопадхьяй С., Мантос В., Фрэнсис Д., Джексон М. Г. (2016) Сохранение событий землеобразования в изотопном составе вольфрама современных базальтов наводнения.Наука 352: 809–812.

Google Scholar

Robertson, GS, Woodhouse JH (1995) Доказательства пропорциональности неоднородности P и S в нижней мантии. Geophys J Int 123: 85–116.

Google Scholar

Рольф Т., Капитанио Ф.А., Такли П.Дж. (2018) Ограничения на структуру вязкости мантии на основе истории дрейфа континентов в моделях конвекции сферической мантии. Тектонофизика 746: 339–351.

Google Scholar

Romanowicz, B (2001) Можем ли мы разрешить трехмерную неоднородность плотности в нижней мантии? Geophys Res Lett 28:1107–1110.

Google Scholar

Шуберт Г., Мастерс Г., Олсон П., Такли П. (2004) Суперплюмы или скопления плюмов? Phys Earth Planet Inter 146:147–162.

Google Scholar

Schuberth, BSA, Bunge H, Steinle-Neumann G, Moder C, Oeser J (2009) Термическая и упругая неоднородность в моделях циркуляции мантии с высоким разрешением с пиролитовым составом: высокие избыточные температуры плюма в самой нижней части мантии.Геохим Геофиз Геосис. 10: Q01W01. https://doi.org/10.1029/2008gc002235.

Стиксруд Л., Литгоу-Бертеллони С. (2011) Термодинамика минералов мантии — II, фазовые равновесия. Geophys J Int 184: 1180–1213.

Google Scholar

Tackley, PJ (1998) Трехмерное моделирование мантийной конвекции с термохимическим базальным пограничным слоем: D. Связи ядра и мантии Reg Geodyn Ser 28:231–253.

Google Scholar

Tackley, PJ (2000) Конвекция мантии и тектоника плит: к интегрированной физико-химической теории.Наука 288: 2002–2007.

Google Scholar

Tackley, PJ (2012) Трехмерное моделирование мантийной конвекции с термохимическим базальным слоем: D”?. В: Gurnis M, Wysession ME, Knittle E, Buffett BA (eds) Граница между ядром и мантией, 231–53. AGU, Вашингтон.

Google Scholar

Танака С., Суэцугу Д., Сиобара Х., Сугиока Х., Канадзава Т., Фукао Й., Барруол Г., Реймонд Д. (2009) О вертикальной протяженности большой провинции с низкой скоростью сдвига под суперволной в южной части Тихого океана.Geophys Res Lett. 36: L07305. https://doi.org/10.1029/2009gl037568.

Trampert, J, Deschamps F, Resovsky J, Yuen D (2004) Вероятностная томография наносит на карту химические неоднородности по всей нижней мантии. Наука 124 (5697): 942–926. 942-926

Google Scholar

Цучия, Т. (2011) Упругость субдуцированной базальтовой коры при более низких давлениях мантии: взгляд на природу глубинной неоднородности мантии.Phys Earth Planet Inter 188: 142–149.

Google Scholar

van Keken, PE (2001) Цилиндрическое масштабирование для моделей динамического охлаждения Земли. Физ Планета Земля Интер. https://doi.org/10.1016/s0031-9201(01)00195-9.

van Keken, PE, Ballentine CJ (1998) Конвекция во всей мантии против слоистой мантии и роль нижней мантии с высокой вязкостью в земной эволюции летучих веществ. Научный бюллетень «Планета Земля» 156: 19–32.

Google Scholar

van Keken, PE, Ballentine CJ (1999) Динамические модели эволюции летучих веществ в мантии и роль фазовых переходов и температурно-зависимой реологии. J Geophys Res 104: 7137–7151.

Google Scholar

Workman, RK, Hart SR (2005) Основной и микроэлементный состав обедненной мантии MORB (DMM). Научный бюллетень «Планета Земля» 231: 53–72.

Google Scholar

Xie, S, Tackley PJ (2004) Эволюция систем U-Pb и Sm-Nd в численных моделях мантийной конвекции. Дж Геофиз Рез. 109: B11204.

Xu, W, Lithgow-Bertelloni C, Stixrude L, Ritsema J (2008) Влияние объемного состава и температуры на сейсмическую структуру мантии.