Из чего состоит мантия Земли? - коротко
Мантия Земли состоит преимущественно из оксидных и силикатных минералов — оливина, пироксенов, гранатов и их вариантов, обогащённых железом и магнием. Эти породы образуют густой слой толщиной около 2 900 км между корой и ядром.
Из чего состоит мантия Земли? - развернуто
Мантия — это огромный слой между земной корой и ядром, охватывающий глубины от ≈ 35 км до ≈ 2 900 км. Её масса составляет около 84 % от общей массы планеты, а объём ≈ 84 % земного объёма. Состав мантии определяется в первую очередь минералогией, которая меняется с ростом давления и температуры.
В верхней части мантии (верхний мантильный слой, включающий астеносферу) преобладают силикатные минералы с высоким содержанием магния и железа:
- Оливин — Mg₂SiO₄, основной минерал верхней мантии, образующий до ≈ 60 % её массы в этом диапазоне.
- Пироксены (ортопироксен и клинопироксен) — (Fe,Mg)SiO₃, составляют от ≈ 30 % до ≈ 40 % объёма.
- Гранаты (особенно алмандин) — (Fe,Mg)₃Al₂Si₃O₁₂, встречаются в виде небольших включений, особенно в зонах субдукции.
С переходом к более глубоким уровням (нижний мантильный слой) давление возрастает до ≈ 140 ГПа, и минералогический состав трансформируется:
- Витрин — MgSiO₃ в полиморфной форме (вентильный и затем перовскитовый), который доминирует в глубине от ≈ 660 км до ≈ 2 200 км.
- Периферит — (Fe,Mg)SiO₃, образуется при давлениях выше ≈ 120 ГПа и становится главным компонентом нижней мантии.
- Сульфиды (например, FeS) и оксиды (FeO, Fe₂O₃) присутствуют в виде небольших фаз, внося существенный вклад в электропроводность и теплопроводность.
Помимо основных минералов, мантия содержит трассирующие элементы (например, никель, кобальт, платина) в концентрациях, характерных для планетарных процессов дифференциации. Эти элементы находятся в виде замещающих атомов в кристаллической решётке оливина, пироксенов и перовскита, а также в виде отдельных микроскопических фаз.
Важной особенностью мантии является наличие частичного расплава в верхней части астеносферы. Этот расплав состоит преимущественно из силикатных жидкостей, обогащённых лёгкими элементами (Na, K, Ca). Наличие расплава объясняет текучесть астеносферы и её способность к конвекции.
Состав мантии также характеризуется градиентом температур: от ≈ 500 °C у границы с корой до ≈ 4 000 °C у границы с ядром. При таком диапазоне температур и давлений минералы находятся в равновесных фазовых состояниях, что определяет их физические свойства (плотность, вязкость, скорость распространения сейсмических волн).
В сумме, мантия представляет собой сложный многокомпонентный материал, в котором доминируют магний‑железо‑кремниевые силикатные фазы (оливин, пироксены, витрин, перовскит), дополненные небольшими количествами гранатов, сульфидов и оксидов, а также частичным расплавом в верхних слоях. Этот состав обеспечивает мантии её уникальные механические и термодинамические свойства, позволяющие поддерживать планетарные процессы конвекции и тектоники.