Ядро и мантия Земли

Ядро́ Земли́ — центральная, наиболее глубокая часть планеты Земля, геосфера, находящаяся под мантией Земли и, предположительно, состоящая из железо-никелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов. Глубина залегания — 2900 км. Средний радиус сферы - 3,5 тыс. км. Разделяется на твердое внутреннее ядро радиусом около 1300 км и жидкое внешнее ядро радиусом около 2200 км, между которыми иногда выделяется переходная зона. Температура в центре ядра Земли достигает 5000 С, плотность около 12,5 кг/м3,давление до 361 ГПа. Масса ядра — 1,932·10²⁴ кг.

Известно о ядре очень мало — вся информация получена косвенными геофизическими или геохимическими методами, и образцы вещества ядра не доступны, и вряд ли будут получены в обозримом будущем. Однако фантасты уже несколько раз в подробностях описали путешествия к ядру Земли и несметные богатства, там таящиеся. Надежда на сокровища ядра имеет под собой некоторые основания, так как согласно современным геохимическим моделям в ядре относительно велико содержание благородных металлов и других ценных элементов.

Мантия — часть Земли (геосфера), расположенная непосредственно под корой и выше ядра. В мантии находится большая часть вещества Земли. Мантия есть и на других планетах. Земная мантия находится в диапазоне от 30 до 2900 км.

Границей между корой и мантией служит граница Мохоровичича или, сокращённо, Мохо. На ней происходит резкое увеличение сейсмических скоростей — от 7 до 8—8,2 км/с. Находится эта граница на глубине от 8-10 (под океанами) до 70 километров (под складчатыми поясами). Мантия Земли подразделяется на верхнюю мантию и нижнюю мантию. Границей между этими геосферами служит слой Голицына, располагающийся на глубине около 670 км.

В начале XX века активно обсуждалась природа границы Мохоровичича. Некоторые исследователи предполагали, что там происходит метаморфическая реакция, в результате которой образуются породы с высокой плотностью. В качестве такой реакции предлагалась реакция эклогитизации, в результате которой породы базальтового состава превращаются в эклогит, и их плотность увеличивается на 30 %. Другие учёные объясняли резкое увеличение скоростей сейсмических волн изменением состава пород — от относительно лёгких коровых кислых и основных к плотным мантийным ультраосновным породам. Это точка зрения сейчас является общепризнанной.

Отличие состава земной коры и мантии — следствие их происхождения: исходно однородная Земля в результате частичного плавления разделилась на легкоплавкую и лёгкую часть — кору и плотную и тугоплавкую мантию.

Мантия земли делится на верхнюю мантию — до глубины 900 км (по некоторым геофизическим данным, до 700 км) и нижнюю. Иногда выделяют среднюю мантию, тогда верхнюю мантию земли ограничивают глубиной 400 км. В нижней мантии на границе с ядром выделяется особый слой, аналогичный астеносфере (слой Д), в котором, по-видимому, велика диссипация энергии сдвиговых процессов. Для этой области характерны высокая температура и значительная неоднородность вещественного состава.

Предполагают, что мантия земли сложена в основном оливином. Химический состав мантии близок к составу первичной Земли (за вычетом продуктов дифференциации, образовавших кору и ядро). С глубиной в мантии земли, по-видимому, растёт концентрация тяжёлых элементов (в частности, железа). В двух узких зонах (на глубине 420 и 670 км) толщиной несколько десятков км скачком увеличивается плотность; на глубине 420 км это связано с появлением более плотных модификаций минералов и переходом оливина из а в b и g фазы, на глубине 670 км — переходом в постшпинелевую фазу с большим координационным числом кремния. В нижней мантии земли возможен частичный распад минералов на оксиды и образование новых ещё более плотных структур. Вещество мантии способно медленно течь (со скоростями до десятков сантиметров в год). С процессами в мантии земли (дифференциация по плотности, тепловая конвекция и др.) связаны тектонические движения, магматизм и вулканизм в земной коре. Распределение плотности, давления и других физических характеристик в мантии земли см. в ст. Земля.