El manto de la Tierra es la parte más importante de nuestro planeta, ya que es aquí donde se concentran la mayoría de las sustancias. Es mucho más grueso que el resto de los componentes y, de hecho, ocupa la mayor parte del espacio, alrededor del 80%. Los científicos han dedicado la mayor parte de su tiempo a estudiar esta parte particular del planeta.

Estructura

Los científicos solo pueden especular sobre la estructura del manto, ya que no existen métodos que respondan sin ambigüedades a esta pregunta. Pero, los estudios realizados permitieron suponer que esta parte de nuestro planeta consta de las siguientes capas:

• la primera, la exterior, ocupa de 30 a 400 kilómetros de la superficie terrestre;
• la zona de transición, que se encuentra inmediatamente detrás de la capa exterior; según los científicos, se adentra unos 250 kilómetros;
• la capa inferior: su longitud es la más grande, unos 2900 kilómetros. Comienza justo después de la zona de transición y va directamente al núcleo.

Cabe señalar que en el manto del planeta hay rocas que no están en la corteza terrestre.

Compuesto

Ni que decir tiene que es imposible establecer exactamente en qué consiste el manto de nuestro planeta, ya que es imposible llegar hasta allí. Por lo tanto, todo lo que los científicos logran estudiar sucede con la ayuda de fragmentos de esta área, que periódicamente aparecen en la superficie.

Entonces, después de una serie de estudios, fue posible descubrir que esta parte de la Tierra es negra y verde. La composición principal son las rocas, que constan de los siguientes elementos químicos:

• silicio;
• calcio;
• magnesio;
• hierro;
• oxígeno.

En apariencia, y en algunos aspectos incluso en composición, es muy similar a los meteoritos de piedra, que también caen periódicamente sobre nuestro planeta.

Las sustancias que se encuentran en el propio manto son líquidas, viscosas, ya que la temperatura en esta zona supera los miles de grados. Más cerca de la corteza terrestre, la temperatura disminuye. Por lo tanto, se produce una cierta circulación: las masas que ya se han enfriado descienden y las que se calientan hasta el límite aumentan, por lo que el proceso de "mezcla" nunca se detiene.

Periódicamente, tales corrientes calientes caen en la corteza misma del planeta, en la que son asistidos por volcanes activos.

formas de estudiar

No hace falta decir que las capas que se encuentran a gran profundidad son bastante difíciles de estudiar, y no solo porque no existe tal técnica. El proceso también se complica por el hecho de que la temperatura aumenta casi constantemente y, al mismo tiempo, la densidad también aumenta. Por tanto, podemos decir que la profundidad de la capa es el menor problema en este caso.

Sin embargo, los científicos aún lograron avanzar en el estudio de este tema. Para estudiar esta parte de nuestro planeta, se eligieron indicadores geofísicos como principal fuente de información. Además, durante el estudio, los científicos utilizan los siguientes datos:

• velocidad de onda sísmica;
• gravedad;
• características e indicadores de conductividad eléctrica;
• el estudio de rocas ígneas y fragmentos del manto, que son raros, pero que aún logran encontrarse en la superficie de la Tierra.

En cuanto a este último, son los diamantes los que merecen una atención especial por parte de los científicos; en su opinión, al estudiar la composición y la estructura de esta piedra, se pueden descubrir muchas cosas interesantes incluso sobre las capas inferiores del manto.

Ocasionalmente, pero hay rocas del manto. Su estudio también le permite obtener información valiosa, pero en un grado u otro todavía habrá distorsiones. Esto se debe a que en la corteza ocurren varios procesos, algo diferentes a los que ocurren en las profundidades de nuestro planeta.

Por separado, deberíamos hablar sobre la técnica con la que los científicos están tratando de obtener las rocas originales del manto. Entonces, en 2005, se construyó un barco especial en Japón que, según los desarrolladores del proyecto, podrá hacer un registro profundo. Por el momento, el trabajo aún está en marcha y el inicio del proyecto está programado para 2020; no hay mucho que esperar.

Ahora, todos los estudios de la estructura del manto se realizan en el marco del laboratorio. Los científicos ya han establecido con precisión que la capa inferior de esta parte del planeta, casi en su totalidad consiste en silicio.

presión y temperatura

La distribución de la presión dentro del manto es ambigua, de hecho, así como el régimen de temperatura, pero lo primero es lo primero. El manto representa más de la mitad del peso del planeta, o más precisamente, el 67%. En áreas debajo de la corteza terrestre, la presión es de aproximadamente 1,3-1,4 millones de atm, mientras que debe tenerse en cuenta que en los lugares donde se encuentran los océanos, el nivel de presión desciende significativamente.

En cuanto al régimen de temperatura, los datos aquí son completamente ambiguos y se basan solo en suposiciones teóricas. Entonces, en la planta del manto, se supone una temperatura de 1500-10,000 grados centígrados. En general, los científicos han sugerido que el nivel de temperatura en esta parte del planeta está más cerca del punto de fusión.

manto de la tierra - esta es una capa de silicato de la Tierra, compuesta principalmente de peridotitas, rocas que consisten en silicatos de magnesio, hierro, calcio, etc. El derretimiento parcial de las rocas del manto da lugar al basalto y fundidos similares que forman la corteza terrestre cuando ascienden a la superficie.

El manto constituye el 67% de la masa total de la Tierra y alrededor del 83% del volumen total de la Tierra. Se extiende desde profundidades de 5 a 70 kilómetros por debajo del límite con la corteza terrestre, hasta el límite con el núcleo a una profundidad de 2900 km. El manto se encuentra en una amplia gama de profundidades, y con el aumento de la presión en la sustancia, se producen transiciones de fase, en las que los minerales adquieren una estructura cada vez más densa. La transformación más significativa se produce a una profundidad de 660 kilómetros. La termodinámica de esta transición de fase es tal que la materia del manto por debajo de este límite no puede penetrarlo y viceversa. Por encima del límite de 660 kilómetros se encuentra el manto superior, y por debajo, respectivamente, el inferior. Estas dos partes del manto tienen diferente composición y propiedades físicas. Aunque la información sobre la composición del manto inferior es limitada y el número de datos directos es muy pequeño, se puede afirmar con confianza que su composición ha cambiado mucho menos desde la formación de la Tierra que el manto superior, que dio origen a la la corteza terrestre.

La transferencia de calor en el manto ocurre por convección lenta, a través de la deformación plástica de los minerales. Las tasas de movimiento de la materia durante la convección del manto son del orden de varios centímetros por año. Esta convección impulsa las placas litosféricas. La convección en el manto superior ocurre por separado. Hay modelos que asumen una estructura de convección aún más compleja.

Modelo sísmico de la estructura de la tierra.

La composición y estructura de las capas profundas de la Tierra en las últimas décadas sigue siendo uno de los problemas más intrigantes de la geología moderna. El número de datos directos en materia de zonas profundas es muy limitado. En este sentido, un lugar especial lo ocupa un agregado mineral del tubo de kimberlita de Lesotho (Sudáfrica), que se considera como un representante de las rocas del manto que se encuentran a una profundidad de ~250 km. El núcleo recuperado del pozo más profundo del mundo, perforado en la península de Kola y alcanzando los 12.262 m, amplió significativamente la comprensión científica de los horizontes profundos de la corteza terrestre: una película delgada cerca de la superficie del globo. Al mismo tiempo, los últimos datos de geofísica y experimentos relacionados con el estudio de las transformaciones estructurales de los minerales ya permiten modelar muchas características de la estructura, composición y procesos que ocurren en las profundidades de la Tierra, cuyo conocimiento contribuye a la solución. de problemas clave de las ciencias naturales modernas como la formación y evolución del planeta, la dinámica de la corteza y el manto terrestres, las fuentes de recursos minerales, la evaluación de riesgos de la eliminación de desechos peligrosos a grandes profundidades, los recursos energéticos de la Tierra, etc.

El modelo ampliamente conocido de la estructura interna de la Tierra (su división en núcleo, manto y corteza terrestre) fue desarrollado por los sismólogos G. Jeffreys y B. Gutenberg en la primera mitad del siglo XX. El factor decisivo en esto fue el descubrimiento de una fuerte disminución en la velocidad de paso de las ondas sísmicas dentro del globo a una profundidad de 2900 km con un radio del planeta de 6371 km. La velocidad de propagación de las ondas sísmicas longitudinales directamente por encima del borde especificado es de 13,6 km/s, y por debajo de él, de 8,1 km/s. Este es el límite entre el manto y el núcleo.

En consecuencia, el radio del núcleo es de 3471 km. El límite superior del manto es la sección sísmica de Mohorovichić (Moho, M), identificada por el sismólogo yugoslavo A. Mohorovichić (1857-1936) en 1909. Separa la corteza terrestre del manto. En este límite, las velocidades de las ondas longitudinales que han atravesado la corteza terrestre aumentan abruptamente de 6,7 a 7,6 a 7,9 a 8,2 km/s, pero esto ocurre a diferentes niveles de profundidad. Debajo de los continentes, la profundidad de la sección M (es decir, los suelos de la corteza terrestre) es de algunas decenas de kilómetros, y debajo de algunas estructuras montañosas (Pamir, Andes) puede alcanzar los 60 km, mientras que debajo de las cuencas oceánicas, incluyendo la columna de agua, la profundidad es de solo 10-12 km. En general, la corteza terrestre en este esquema aparece como una capa delgada, mientras que el manto se extiende en profundidad hasta el 45% del radio de la tierra.

Pero a mediados del siglo XX, las ideas sobre una estructura profunda más fraccional de la Tierra entraron en la ciencia. Con base en nuevos datos sismológicos, fue posible dividir el núcleo en interno y externo, y el manto en inferior y superior. Este modelo popular todavía está en uso hoy en día. Fue iniciado por el sismólogo australiano K.E. Bullen, quien propuso a principios de los años 40 un esquema para dividir la Tierra en zonas, que designó con letras: A - la corteza terrestre, B - una zona en el intervalo de profundidad de 33-413 km, C - una zona de 413- 984 km, D - una zona de 984-2898 km , D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (centro de la Tierra). Estas zonas difieren en sus características sísmicas. Posteriormente, dividió la zona D en las zonas D" (984-2700 km) y D" (2700-2900 km). En la actualidad, este esquema se ha modificado significativamente, y solo la capa D "es ampliamente utilizada en la literatura. Su principal característica es una disminución en los gradientes de velocidad sísmica en comparación con la región del manto suprayacente.

El núcleo interno, que tiene un radio de 1225 km, es sólido y tiene una alta densidad: 12,5 g/cm 3 . El núcleo exterior es líquido, su densidad es de 10 g/cm 3 . En el límite entre el núcleo y el manto, hay un fuerte salto no solo en la velocidad de las ondas longitudinales, sino también en la densidad. En el manto desciende a 5,5 g/cm 3 . La capa D, que está en contacto directo con el núcleo exterior, se ve afectada por ella, ya que las temperaturas en el núcleo superan significativamente las temperaturas del manto. En algunos lugares, esta capa genera enormes flujos de calor y masa dirigidos a la superficie terrestre. a través del manto fluye calor y masa, llamados penachos, que pueden manifestarse en el planeta en forma de grandes regiones volcánicas, como en las islas de Hawai, Islandia y otras regiones.

El límite superior de la capa D" es indefinido; su nivel desde la superficie del núcleo puede variar de 200 a 500 km o más. Por lo tanto, podemos concluir que esta capa refleja una afluencia desigual y de intensidad variable de la energía del núcleo hacia el manto. región.

El límite del manto inferior y superior en el esquema bajo consideración es la sección sísmica que se encuentra a una profundidad de 670 km. Tiene una distribución global y se justifica por un salto en las velocidades sísmicas hacia su aumento, así como un aumento en la densidad de la materia del manto inferior. Esta sección es también el límite de los cambios en la composición mineral de las rocas del manto.

Así, el manto inferior, encerrado entre las profundidades de 670 y 2900 km, se extiende a lo largo del radio de la Tierra durante 2230 km. El manto superior tiene una sección sísmica interna bien fijada que pasa a una profundidad de 410 km. Al cruzar este límite de arriba hacia abajo, las velocidades sísmicas aumentan considerablemente. Aquí, así como en el límite inferior del manto superior, tienen lugar importantes transformaciones minerales.

La parte superior del manto superior y la corteza terrestre se fusionan como la litosfera, que es la capa superior sólida de la Tierra, en contraste con la hidro y la atmósfera. Gracias a la teoría de la tectónica de placas litosféricas, el término "litosfera" se ha generalizado. La teoría asume el movimiento de las placas a lo largo de la astenosfera, una capa profunda parcialmente líquida y posiblemente líquida de viscosidad reducida. Sin embargo, la sismología no muestra una astenosfera sostenida en el espacio. Para muchas áreas, se han identificado varias capas astenosféricas ubicadas a lo largo de la vertical, así como su discontinuidad a lo largo de la horizontal. Su alternancia es especialmente definida dentro de los continentes, donde la profundidad de aparición de las capas astenosféricas (lentes) varía de 100 km a varios cientos. Debajo de las depresiones abisales oceánicas, la capa astenosférica se encuentra a profundidades de 70 a 80 km o menos. En consecuencia, el límite inferior de la litosfera es, de hecho, indefinido, y esto crea grandes dificultades para la teoría de la cinemática de las placas litosféricas, que es señalada por muchos investigadores.

Datos modernos sobre límites sísmicos

Con la realización de estudios sismológicos, existen requisitos previos para identificar nuevos límites sísmicos. Se considera que los límites globales son 410, 520, 670, 2900 km, donde el aumento de las velocidades de las ondas sísmicas es especialmente notable. Junto a ellos se distinguen los límites intermedios: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 km. Adicionalmente, existen indicios de geofísicos sobre la existencia de límites 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 km. NI Pavlenkova señaló recientemente el límite 100 como global, que corresponde al nivel inferior de la división del manto superior en bloques. Los límites intermedios tienen una distribución espacial diferente, lo que indica la variabilidad lateral de las propiedades físicas del manto, del cual dependen. Los límites globales representan una categoría diferente de fenómenos. Corresponden a cambios globales en el entorno del manto a lo largo del radio de la Tierra.

Los límites sísmicos globales marcados se utilizan en la construcción de modelos geológicos y geodinámicos, mientras que los intermedios en este sentido hasta ahora casi no han llamado la atención. Mientras tanto, las diferencias en la escala e intensidad de sus manifestaciones crean una base empírica para hipótesis sobre fenómenos y procesos en las profundidades del planeta.

La composición del manto superior.

El problema de la composición, estructura y asociaciones minerales de las capas profundas de la tierra o geosferas, por supuesto, todavía está lejos de una solución final, pero los nuevos resultados e ideas experimentales amplían y detallan significativamente las ideas correspondientes.

Según los puntos de vista modernos, la composición del manto está dominada por un grupo relativamente pequeño de elementos químicos: Si, Mg, Fe, Al, Ca y O. Los modelos propuestos para la composición de las geosferas se basan principalmente en la diferencia de las proporciones de estos elementos (variaciones Mg/(Mg + Fe) = 0,8-0,9; (Mg + Fe)/Si = 1,2Р1,9), así como las diferencias en el contenido de Al y algunos otros elementos más raros para rocas profundas. De acuerdo con la composición química y mineralógica, estos modelos recibieron sus nombres: pirolíticos (los principales minerales son olivino, piroxenos y granate en una proporción de 4:2:1), piclogiticos (los principales minerales son piroxeno y granate, y la proporción de olivino se reduce al 40%) y eclogitas, que, junto con la asociación piroxeno-granate característica de las eclogitas, también contiene algunos minerales más raros, en particular, la cianita Al 2 SiO 5 que contiene Al (hasta un 10 % en peso). Sin embargo, todos estos modelos petrológicos se refieren principalmente a rocas del manto superior que se extienden hasta profundidades de ~670 km. Con respecto a la composición general de las geosferas más profundas, solo se supone que la proporción de óxidos de elementos divalentes (MO) a sílice (MO / SiO 2) ~ 2, está más cerca de olivino (Mg, Fe) 2 SiO 4 que de piroxeno (Mg, Fe) SiO 3 , y entre los minerales predominan las fases de perovskita (Mg, Fe) SiO 3 con diversas distorsiones estructurales, magnesiowustita (Mg, Fe) O con una estructura de tipo NaCl y algunas otras fases en cantidades mucho menores .

Todos los modelos propuestos son muy generalizados e hipotéticos. El modelo pirolítico del manto superior dominado por olivino sugiere que su composición química es mucho más cercana a la de todo el manto más profundo. Por el contrario, el modelo piclogítico supone la existencia de un cierto contraste químico entre el manto superior y el resto. Un modelo eclogítico más particular permite la presencia de lentes y bloques eclogíticos separados en el manto superior.

De gran interés es el intento de armonizar los datos estructural-mineralógicos y geofísicos relacionados con el manto superior. Durante unos 20 años se ha supuesto que el aumento de las velocidades de las ondas sísmicas a una profundidad de ~410 km está asociado principalmente con la reorganización estructural de olivino a-(Mg, Fe) 2 SiO 4 en wadsleyita b-(Mg, Fe) 2 SiO 4 , acompañado de la formación de una fase más densa con grandes valores de coeficientes de elasticidad. Según los datos geofísicos, a tales profundidades en el interior de la Tierra, las velocidades de las ondas sísmicas aumentan entre un 3% y un 5%, mientras que el reordenamiento estructural de la olivina en wadsleyita (de acuerdo con los valores de sus módulos elásticos) debería ir acompañado de un aumento. en las velocidades de las ondas sísmicas en aproximadamente un 13%. Al mismo tiempo, los resultados de los estudios experimentales de olivino y mezcla de olivino-piroxeno a altas temperaturas y presiones revelaron una concordancia total entre el aumento calculado y experimental de las velocidades de las ondas sísmicas en el intervalo de profundidad de 200-400 km. Dado que el olivino tiene aproximadamente la misma elasticidad que los piroxenos monoclínicos de alta densidad, estos datos deberían indicar la ausencia de un granate altamente elástico en la zona subyacente, cuya presencia en el manto inevitablemente causaría un aumento más significativo en las velocidades de las ondas sísmicas. Sin embargo, estas ideas sobre el manto sin granate entraron en conflicto con los modelos petrológicos de su composición.

Por lo tanto, surgió la idea de que el salto en las velocidades de las ondas sísmicas a una profundidad de 410 km está asociado principalmente con el reordenamiento estructural de los granates de piroxeno dentro de las partes del manto superior enriquecidas con Na. Tal modelo asume una ausencia casi total de convección en el manto superior, lo que contradice los conceptos geodinámicos modernos. La superación de estas contradicciones se puede asociar con el modelo más completo propuesto recientemente del manto superior, que permite la incorporación de átomos de hierro e hidrógeno en la estructura de la wadsleyita.

Mientras que la transición polimórfica de olivino a wadsleyita no va acompañada de un cambio en la composición química, en presencia de granate se produce una reacción que da lugar a la formación de wadsleyita enriquecida en Fe respecto a la olivina inicial. Además, la wadsleyita puede contener significativamente más átomos de hidrógeno que la olivina. La participación de átomos de Fe y H en la estructura de la wadsleyita provoca una disminución de su rigidez y, en consecuencia, una disminución de las velocidades de propagación de las ondas sísmicas que atraviesan este mineral.

Además, la formación de wadsleyita enriquecida con Fe sugiere la participación de una mayor cantidad de olivino en la reacción correspondiente, que debería ir acompañada de un cambio en la composición química de las rocas cerca de la sección 410. Las ideas sobre estas transformaciones son confirmadas por la ciencia global moderna. datos sísmicos. En conjunto, la composición mineralógica de esta parte del manto superior parece ser más o menos clara. En cuanto a la asociación de minerales pirolíticos, se ha estudiado con suficiente detalle su transformación hasta profundidades de ~800 km. En este caso, el límite sísmico global a una profundidad de 520 km corresponde al reordenamiento de wadsleyita b-(Mg, Fe) 2 SiO 4 en ringwoodita - modificación g de (Mg, Fe) 2 SiO 4 con una estructura de espinela. La transformación de piroxeno (Mg, Fe)SiO 3 granate Mg 3 (Fe, Al, Si) 2 Si 3 O 12 ocurre en el manto superior en un rango de profundidad más amplio. Así, toda la capa relativamente homogénea en el intervalo de 400-600 km del manto superior contiene principalmente fases con tipos estructurales granate y espinela.

Todos los modelos propuestos actualmente para la composición de las rocas del manto admiten que contienen Al 2 O 3 en una cantidad de ~4 wt. %, que también afecta los detalles de las transformaciones estructurales. Al mismo tiempo, se observa que en algunas áreas del manto superior de composición heterogénea, el Al se puede concentrar en minerales como el corindón Al 2 O 3 o la cianita Al 2 SiO 5 , que, a presiones y temperaturas correspondientes a profundidades de ~ 450 km, se transforma en corindón y stishovita es una modificación de SiO 2 cuya estructura contiene un entramado de octaedros de SiO 6. Ambos minerales se conservan no solo en el manto inferior, sino también más profundo.

El componente más importante de la composición química de la zona de 400-670 km es el agua, cuyo contenido, según algunas estimaciones, es ~0,1 en peso. % y cuya presencia se asocia principalmente con Mg-silicatos. La cantidad de agua almacenada en esta capa es tan importante que en la superficie de la Tierra formaría una capa de 800 m de espesor.

Composición del manto por debajo del límite de 670 km

Los estudios de transiciones estructurales de minerales realizados en las últimas dos o tres décadas utilizando cámaras de rayos X de alta presión permitieron modelar algunas características de la composición y estructura de las geosferas más profundas que el límite de 670 km.

En estos experimentos, el cristal bajo estudio se coloca entre dos pirámides de diamante (yunques), que, cuando se comprimen, crean presiones acordes con las presiones dentro del manto y el núcleo de la Tierra. Sin embargo, todavía quedan muchas preguntas sobre esta parte del manto, que ocupa más de la mitad de todo el interior de la Tierra. Actualmente, la mayoría de los investigadores están de acuerdo con la idea de que todo este manto profundo (más bajo en el sentido tradicional) consiste principalmente en una fase similar a la perovskita (Mg,Fe)SiO 3 , que representa alrededor del 70% de su volumen (40% del volumen de toda la Tierra), y magnesiowiustita (Mg, Fe)O (~20%). El 10% restante son fases de stishovita y óxidos que contienen Ca, Na, K, Al y Fe, cuya cristalización está permitida en los tipos estructurales de ilmenita-corindón (solución sólida (Mg, Fe)SiO 3 -Al 2 O 3) , perovskita cúbica (CaSiO 3) y ferrita de Ca (NaAlSiO 4). La formación de estos compuestos está asociada a diversas transformaciones estructurales de los minerales del manto superior. Al mismo tiempo, una de las principales fases minerales de una capa relativamente homogénea que se encuentra en el intervalo de profundidad de 410 a 670 km, la ringwoodita tipo espinela, se transforma en una asociación de (Mg, Fe)-perovskita y Mg-wustita en el límite de 670 km, donde la presión es ~24 GPa. Otro componente importante de la zona de transición, un representante de la familia del granate, el piropo Mg 3 Al 2 Si 3 O 12, sufre una transformación con la formación de perovskita rómbica (Mg, Fe) SiO 3 y una solución sólida de corindón-ilmenita ( Mg, Fe) SiO 3 - Al 2 O 3 a varias presiones altas. Esta transición está asociada con un cambio en las velocidades de las ondas sísmicas en el giro de 850-900 km, correspondiente a uno de los límites sísmicos intermedios. La transformación de andradita sagarnet a presiones más bajas de ~21 GPa conduce a la formación de otro importante componente Ca 3 Fe 2 3+ Si 3 O 12 mencionado anteriormente en el manto inferior, Saperovskita CaSiO 3 cúbica. La relación polar entre los principales minerales de esta zona (Mg,Fe) - perovskita (Mg,Fe)SiO 3 y Mg-wustita (Mg,Fe)O varía en un rango bastante amplio y a una profundidad de ~1170 km a una presión de ~29 GPa y temperaturas de 2000 -2800 0 C cambia de 2:1 a 3:1.

La excepcional estabilidad del MgSiO 3 con estructura de perovskita rómbica en un amplio rango de presiones correspondiente a las profundidades del manto inferior permite considerarlo uno de los principales componentes de esta geosfera. La base para esta conclusión fueron los experimentos, durante los cuales las muestras de Mg-perovskita MgSiO 3 se sometieron a una presión 1,3 millones de veces mayor que la presión atmosférica y, al mismo tiempo, se expuso un rayo láser con una temperatura de aproximadamente 2000 0 C a una muestra colocada entre yunques de diamante, por lo que simulamos las condiciones que existen a profundidades de ~2800 km, es decir, cerca del límite inferior del manto inferior. Resultó que ni durante ni después del experimento el mineral cambió su estructura y composición. Así, L. Liu, así como E. Nittle y E. Zhanloz llegaron a la conclusión de que la estabilidad de la Mg-perovskita nos permite considerarla como el mineral más común en la Tierra, constituyendo, aparentemente, casi la mitad de su masa.

Wustite F x O no es menos estable, cuya composición en condiciones del manto inferior se caracteriza por el valor del coeficiente estequiométrico x< 0,98, что означает одновременное присутствие в его составе Fe 2+ и Fe 3+ . При этом, согласно экспериментальным данным, температура плавления вюстита на границе нижней мантии и слоя D", по данным Р. Болера (1996), оценивается в ~5000 K, что намного выше 3800 0 С, предполагаемой для этого уровня (при средних температурах мантии ~2500 0 С в основании нижней мантии допускается повышение температуры приблизительно на 1300 0 С). Таким образом, вюстит должен сохраниться на этом рубеже в твердом состоянии, а признание фазового контраста между твердой нижней мантией и жидким внешним ядром требует более гибкого подхода и уж во всяком случае не означает четко очерченной границы между ними.

Cabe señalar que las fases de tipo perovskita que prevalecen a grandes profundidades pueden contener una cantidad muy limitada de Fe, y las concentraciones elevadas de Fe entre los minerales de la asociación profunda son características solo de la magnesiowustita. Al mismo tiempo, para magnesiowiustita, la posibilidad de la transición bajo la influencia de altas presiones de una parte del hierro ferroso contenido en hierro férrico, permaneciendo en la estructura del mineral, con la liberación simultánea de la cantidad correspondiente de hierro neutro, ha sido probado. A partir de estos datos, H. Mao, P. Bell y T. Yagi, empleados del laboratorio de geofísica del Instituto Carnegie, propusieron nuevas ideas sobre la diferenciación de la materia en las profundidades de la Tierra. En la primera etapa, debido a la inestabilidad gravitatoria, la magnesiowustita se hunde hasta una profundidad en la que, bajo la influencia de la presión, se libera parte del hierro en forma neutra. La magnesiowustita residual, caracterizada por una menor densidad, sube a las capas superiores, donde se mezcla nuevamente con fases similares a la perovskita. El contacto con ellos va acompañado de la restauración de la estequiometría (es decir, la proporción entera de los elementos en la fórmula química) de magnesiowiustita y da lugar a la posibilidad de repetir el proceso descrito. Los nuevos datos permiten ampliar algo el conjunto de elementos químicos probables del manto profundo. Por ejemplo, la estabilidad de la magnesita a presiones correspondientes a profundidades de ~900 km, corroborada por N. Ross (1997), indica la posible presencia de carbono en su composición.

La identificación de límites sísmicos intermedios individuales ubicados debajo de la línea 670 se correlaciona con datos sobre las transformaciones estructurales de los minerales del manto, cuyas formas pueden ser muy diversas. Una ilustración del cambio en muchas propiedades de varios cristales a valores altos de parámetros fisicoquímicos correspondientes al manto profundo puede ser, según R. Jeanlose y R. Hazen, el reordenamiento de los enlaces covalentes iónicos de la wuestita registrados durante los experimentos. a presiones de 70 gigapascales (GPa) (~1700 km) en relación con el tipo metálico de interacciones interatómicas. El hito de 1200 puede corresponder al reordenamiento del SiO 2 con la estructura de stishovita en el tipo estructural CaCl 2 (análogo rómbico del TiO 2 de rutilo), y 2000 km - su posterior transformación en una fase con una estructura intermedia entre a-PbO 2 y ZrO 2 , caracterizado por un empaquetamiento más denso de octaedros de silicio-oxígeno (datos de L.S. Dubrovinsky et al.). Además, a partir de estas profundidades (~2000 km), a presiones de 80-90 GPa, se permite la descomposición de MgSiO 3 similar a la perovskita, acompañada de un aumento en el contenido de periclasa MgO y sílice libre. A una presión ligeramente superior (~96 GPa) y una temperatura de 800 0 С, se estableció una manifestación de politipia en FeO, asociada a la formación de fragmentos estructurales del tipo niquelina NiAs, alternando con dominios antiníquel, en los que Fe Los átomos están ubicados en las posiciones de los átomos de As y los átomos de O, en las posiciones de los átomos de Ni. Cerca del límite D", el Al 2 O 3 con la estructura de corindón se transforma en una fase con la estructura Rh 2 O 3, que se modela experimentalmente a presiones de ~100 GPa, es decir, a una profundidad de ~2200–2300 km. La transición del estado de alto espín (HS) al estado de bajo espín (LS) de los átomos de Fe en la estructura de magnesiowustita, es decir, un cambio en su estructura electrónica. En este sentido, se debe enfatizar que la estructura de wuestita FeO a alta presión se caracteriza por no estequiometría composicional, defectos de empaquetamiento atómico, politipia y también un cambio en el orden magnético asociado con un cambio en la estructura electrónica (HS => LS - transición) de los átomos de Fe. Las características señaladas nos permiten considerar a la wustita como uno de los minerales más complejos con propiedades inusuales que determinan las especificidades de las zonas profundas de la Tierra enriquecidas con ella cerca del límite D.

Las mediciones sismológicas indican que tanto el núcleo interno (sólido) como el externo (líquido) de la Tierra se caracterizan por una densidad más baja en comparación con el valor obtenido sobre la base de un modelo de núcleo compuesto únicamente por hierro metálico con los mismos parámetros fisicoquímicos. La mayoría de los investigadores atribuyen esta disminución de la densidad a la presencia en el núcleo de elementos como el Si, el O, el S e incluso el O, que forman aleaciones con el hierro. Entre las fases probables para tales condiciones fisicoquímicas "fáusticas" (presiones ~250 GPa y temperaturas 4000-6500 0 C), se denominan Fe 3 S con un tipo estructural bien conocido de Cu 3 Au y Fe 7 S. Otra fase asumida en el núcleo es b-Fe, cuya estructura se caracteriza por un empaquetamiento cerrado de cuatro capas de átomos de Fe. La temperatura de fusión de esta fase se estima en 5000 0 C a una presión de 360 ​​GPa. La presencia de hidrógeno en el núcleo ha sido controvertida durante mucho tiempo debido a su baja solubilidad en hierro a presión atmosférica. Sin embargo, experimentos recientes (datos de J. Badding, H. Mao y R. Hamley (1992)) permitieron establecer que el hidruro de hierro FeH puede formarse a altas temperaturas y presiones y es estable a presiones superiores a 62 GPa, lo que corresponde a profundidades de ~1600 km . En este sentido, la presencia de cantidades significativas (hasta 40 mol.%) de hidrógeno en el núcleo es bastante aceptable y reduce su densidad a valores acordes con los datos sismológicos.

Se puede predecir que nuevos datos sobre cambios estructurales en fases minerales a grandes profundidades permitirán encontrar una interpretación adecuada de otros importantes límites geofísicos fijados en las entrañas de la Tierra. La conclusión general es que en límites sísmicos globales tales como 410 y 670 km, hay cambios significativos en la composición mineral de las rocas del manto. También se observan transformaciones minerales a profundidades de ~850, 1200, 1700, 2000 y 2200-2300 km, es decir, dentro del manto inferior. Esta es una circunstancia muy importante que permite abandonar la idea de su estructura homogénea.

¿De qué está hecho el manto de la Tierra?

Durante mucho tiempo, el olivino se consideró el material principal del manto, un conocido mineral de color verde amarillento, oliva e incluso marrón, que forma parte de casi todas las rocas más pesadas de la Tierra que han brotado de las entrañas. de la tierra con magma fundido. El olivino también se compone principalmente de meteoritos de piedra que nos llegan a la Tierra desde el espacio exterior.

Algunos científicos creen que estos son los restos del material de construcción a partir del cual se planetas incluida nuestra tierra. Si fuera así... Cuántos problemas y misterios se resolverían... Pero hasta ahora, sólo mediante evidencia indirecta se puede discutir la posible composición y estructura de la sustancia del manto.

En 1936, el famoso físico inglés y figura pública prominente John Bernall sugirió que en las profundidades del interior de la tierra en condiciones altas temperaturas y presiones, los cristales de olivino se comprimen, los átomos se vuelven a empaquetar y los cristales de otro, más grande densidad.

Vladimir (Vartan) Nikitovich Lodochnikov expresó una idea similar al mismo tiempo. Creía que todas las propiedades físicas de la materia ubicada en las profundidades de la Tierra deben cambiar.

Los científicos comenzaron a probar el olivino en los laboratorios. Los cubos del mineral amarillo verdoso se exprimieron y calentaron, se calentaron nuevamente y se exprimieron nuevamente. El olivino bajo presión era muy adecuado en sus características sísmicas a la sustancia del manto, pero... A presiones correspondientes a una profundidad de unos 400 kilómetros, colapsó. Esto significa que solo el manto superior y parcialmente medio podría consistir en él. ¿Y qué está incluido en la composición del fondo? ..

El manto terrestre es la parte de la geosfera situada entre la corteza y el núcleo. Contiene una gran proporción de toda la sustancia del planeta. El estudio del manto es importante no solo desde el punto de vista de la comprensión del manto interior, sino que puede arrojar luz sobre la formación del planeta, dar acceso a compuestos y rocas raros, ayudar a comprender el mecanismo de los terremotos, etc. obtener información sobre la composición y características del manto no es fácil. La gente aún no sabe cómo perforar pozos tan profundos. El manto de la Tierra ahora se estudia principalmente utilizando ondas sísmicas. Y también modelando en el laboratorio.

Estructura de la Tierra: manto, núcleo y corteza

Según los conceptos modernos, la estructura interna de nuestro planeta se divide en varias capas. La capa superior es la corteza, seguida por el manto y el núcleo de la Tierra. La corteza es una capa dura dividida en oceánica y continental. El manto terrestre está separado de él por el llamado límite de Mohorovicic (llamado así por el sismólogo croata que estableció su ubicación), que se caracteriza por un aumento brusco de las velocidades de las ondas sísmicas longitudinales.

El manto constituye aproximadamente el 67% de la masa del planeta. Según los datos modernos, se puede dividir en dos capas: superior e inferior. En la primera también se distingue la capa de Golitsyn o manto medio, que es una zona de transición de la parte superior a la inferior. En general, el manto se extiende a una profundidad de 30 a 2900 km.

El núcleo del planeta, según los científicos modernos, consiste principalmente en aleaciones de hierro y níquel. También se divide en dos partes. El núcleo interno es sólido, su radio se estima en 1300 km. Externo - líquido, tiene un radio de 2200 km. Entre estas partes, se distingue una zona de transición.

litosfera

La corteza y el manto superior de la Tierra están unidos por el concepto de "litosfera". Es un caparazón duro con áreas estables y móviles. La capa sólida del planeta consiste en que, como era de esperar, se mueve a través de la astenosfera, una capa bastante plástica, probablemente un líquido viscoso y muy caliente. Forma parte del manto superior. Cabe señalar que la existencia de la astenosfera como una capa viscosa continua no está confirmada por estudios sismológicos. El estudio de la estructura del planeta nos permite identificar varias capas similares ubicadas verticalmente. En la dirección horizontal, la astenosfera, aparentemente, se interrumpe constantemente.

Maneras de estudiar el manto

Las capas que se encuentran debajo de la corteza son inaccesibles para el estudio. La enorme profundidad, el aumento constante de la temperatura y el aumento de la densidad son un serio problema para obtener información sobre la composición del manto y el núcleo. Sin embargo, todavía es posible imaginar la estructura del planeta. Al estudiar el manto, los datos geofísicos se convierten en las principales fuentes de información. La velocidad de las ondas sísmicas, las características de la conductividad eléctrica y la gravedad permiten a los científicos hacer suposiciones sobre la composición y otras características de las capas subyacentes.

Además, se puede obtener cierta información a partir de fragmentos de rocas del manto. Estos últimos incluyen diamantes, que pueden decir mucho incluso sobre el manto inferior. Las rocas del manto también se encuentran en la corteza terrestre. Su estudio ayuda a comprender la composición del manto. Sin embargo, no reemplazarán a las muestras obtenidas directamente de capas profundas, ya que como resultado de varios procesos que ocurren en la corteza, su composición difiere de la del manto.

Manto terrestre: composición

Otra fuente de información sobre cómo es el manto son los meteoritos. De acuerdo con los conceptos modernos, las condritas (el grupo más común de meteoritos en el planeta) tienen una composición cercana al manto terrestre.

Se supone que contiene elementos que estaban en estado sólido o entraron en un compuesto sólido durante la formación del planeta. Estos incluyen silicio, hierro, magnesio, oxígeno y algunos otros. En el manto se combinan formando silicatos. Los silicatos de magnesio se encuentran en la capa superior, la cantidad de silicato de hierro aumenta con la profundidad. En el manto inferior, estos compuestos se descomponen en óxidos (SiO 2 , MgO, FeO).

De particular interés para los científicos son las rocas que no se encuentran en la corteza terrestre. Se supone que hay muchos de estos compuestos (grospiditas, carbonatitas, etc.) en el manto.

Capas

Detengámonos con más detalle en la extensión de las capas del manto. Según los científicos, la parte superior de ellos ocupa un rango de unos 30 a 400 km desde allí, luego hay una zona de transición, que se adentra en otros 250 km. La siguiente capa es la parte inferior. Su límite se encuentra a una profundidad de unos 2900 km y está en contacto con el núcleo exterior del planeta.

presión y temperatura

A medida que te adentras en el planeta, la temperatura aumenta. El manto de la Tierra está bajo una presión extremadamente alta. En la zona de la astenosfera, el efecto de la temperatura es mayor, por lo que aquí la sustancia se encuentra en el llamado estado amorfo o semifundido. Más profundo bajo presión, se vuelve sólido.

Estudios del manto y del límite de Mohorovicic

El manto de la Tierra persigue a los científicos durante mucho tiempo. En los laboratorios se están realizando experimentos sobre rocas que presumiblemente forman parte de las capas superior e inferior, lo que nos permitirá conocer la composición y características del manto. Por lo tanto, los científicos japoneses encontraron que la capa inferior contiene una gran cantidad de silicio. El manto superior contiene reservas de agua. Procede de la corteza terrestre, y también penetra desde aquí hasta la superficie.

De particular interés es la superficie de Mohorovichic, cuya naturaleza no se comprende completamente. Los estudios sismológicos sugieren que a un nivel de 410 km por debajo de la superficie se produce un cambio metamórfico de las rocas (se vuelven más densas), que se manifiesta en un fuerte aumento de la velocidad de las olas. Se supone que las rocas basálticas de la zona se transforman en eclogita. En este caso, la densidad del manto aumenta alrededor de un 30%. Existe otra versión, según la cual, la razón del cambio en la velocidad de las ondas sísmicas radica en el cambio en la composición de las rocas.

Chikyu Hakken

En 2005, se construyó en Japón un barco Chikyu especialmente equipado. Su misión es hacer un pozo profundo de registro en el fondo del Océano Pacífico. Los científicos proponen tomar muestras de las rocas del manto superior y del límite de Mohorovichic para obtener respuestas a muchas preguntas relacionadas con la estructura del planeta. La ejecución del proyecto está prevista para 2020.

Cabe señalar que los científicos no solo han centrado su atención en las entrañas oceánicas. Según estudios, el espesor de la corteza en el fondo de los mares es mucho menor que en los continentes. La diferencia es significativa: bajo la columna de agua en el océano, es necesario superar solo 5 km al magma en algunas áreas, mientras que en tierra esta cifra aumenta a 30 km.

Ahora el barco ya está funcionando: se han obtenido muestras de vetas profundas de carbón. La implementación del objetivo principal del proyecto permitirá comprender cómo se organiza el manto terrestre, qué sustancias y elementos componen su zona de transición, y también conocer el límite inferior de propagación de la vida en el planeta.

Nuestra comprensión de la estructura de la Tierra aún está lejos de ser completa. La razón de esto es la dificultad de penetrar en los intestinos. Sin embargo, el progreso tecnológico no se detiene. Los avances de la ciencia apuntan a que en un futuro próximo sabremos mucho más sobre las características del manto.

Los científicos no tienen ninguna duda de que nuestro planeta consta de al menos tres estructuras: la capa externa es la corteza, el núcleo interno es el núcleo y entre ellos se encuentra una capa de rocas terrestres: el manto.


Es notablemente más grueso que la corteza y ocupa más del 80% del volumen total del globo. El manto comienza a una profundidad de unos 30-50 km (bajo los océanos) y mucho más abajo, debajo de los continentes. A una profundidad de unos 30.000 km, limita con el núcleo.

¿Cómo estudian la estructura de la Tierra a tan grandes profundidades?

Por supuesto, el subsuelo no es el abismo del océano o del espacio. No se pueden enviar expediciones ni robots al interior del planeta. Sin embargo, se han desarrollado métodos que le permiten "mirar" allí. Hay varias formas de hacer esto.

1. Investigación geofísica. Por ejemplo, registrar la propagación de ondas de terremotos. Si bien estas ondas llegan, por ejemplo, de Japón a Alemania, cambian su dirección y velocidad más de una vez. Según las capas en las que se mueven más lentamente, en las que, más rápido, se puede juzgar la estructura de estas capas, su composición.

2. Colecciones geológicas. Los expertos a menudo pueden distinguir entre "guijarros" por el lugar de su nacimiento. Entonces, recientemente fue posible descifrar la biografía de seis diamantes por impurezas. Érase una vez, diminutos trozos de carbono descendieron de la corteza al manto y se “ahogaron” en él. Una presión monstruosa los convirtió y la corriente ascendente los llevó a la corteza. Terminaron en roca volcánica que, 200 millones de años después, la gente extrajo de una mina brasileña.

3. Experimentos. Aproximadamente imaginando las condiciones en las entrañas de la Tierra, puedes reproducirlas en laboratorios y ver los resultados.

4. Perforación de pozos superprofundos. Es cierto que hasta ahora el más profundo de ellos, en la península de Kola, ha alcanzado solo 12.262 metros. Es posible llegar al manto perforando el fondo del océano; aquí la corteza es mucho más delgada. Esto puede estar dentro del poder de los barcos de perforación ya creados específicamente para tal trabajo.

¿De qué está hecho el manto? ¿Cuáles son los procesos en él?

El manto se puede juzgar por sus fragmentos, que fueron traídos a la superficie de la tierra o de los valles del fondo del océano hace miles de millones de años. Se supone que el manto es de color negro verdoso y consiste en rocas que contienen silicio, magnesio, calcio, hierro, oxígeno. En composición, es similar a. Érase una vez, antes de la formación de la corteza, esta era toda la superficie de la Tierra.

Ahora, la descomposición de las sustancias radiactivas calienta el núcleo y transfiere su calor al manto. La temperatura de su capa más baja se mide en miles de grados. Por lo tanto, sus rocas se reblandecen, la presión colosal las vuelve fluidas. En el exterior, la temperatura del manto desciende gradualmente. Las masas exteriores enfriadas descienden, las masas interiores calentadas ascienden. Debido a la alta viscosidad, la velocidad de movimiento es baja, hasta varias decenas de centímetros por año. Pero este ciclo nunca se detiene. De vez en cuando, flujos de materia del manto penetran en la corteza; los volcanes ayudan a estos movimientos.

¿Por qué es importante estudiar el manto terrestre?

El manto está lejos de nosotros (más precisamente, profundo), pero, por supuesto, afecta la vida de las personas y toda la naturaleza que nos rodea. Los movimientos en el manto hacen que las enormes losas de corteza que se encuentran sobre él, que transportan los continentes, se muevan. El resultado es conocido: terremotos, erupciones volcánicas y extinciones masivas de organismos, nacimiento y muerte de islas, movimiento de continentes. Al comprender los procesos en el manto, tendremos la oportunidad de prever catástrofes globales.

Los movimientos térmicos en el manto afectan la aparición de zonas de calor subterráneas. Imaginando su "comportamiento", será más fácil encontrar tales áreas para la construcción de plantas de energía geotérmica, aguas subterráneas calientes, minerales metálicos. Sí, y otros minerales también.


Por ejemplo, se creía que el gas combustible metano se forma a partir de materia orgánica en descomposición debido a las bacterias. Pero no hace mucho, un grupo de físicos demostró que no es así. Los científicos mezclaron agua, óxido de hierro y el mineral calcita. La mezcla se calentó a 1000°C bajo una presión de 110 mil atmósferas y se obtuvo metano! Esto significaba que también podía aparecer en las profundidades del manto. Es posible que desde allí suba hacia el espesor de la corteza. Así que aquí necesitas buscar sus acumulaciones y extraerlas.