Химический состав земли и ее оболочек

Строение и состав Земли

Земля делится на несколько оболочек (слоев), имеющих близкие особенности условий существования химических элементов и характерных геохимических процессов: ядро (твердое и жидкое), мантия (нижняя и верхняя), астеносфера, поверхность Мохоровичича (промежуточный слой), литосфера (нижняя – базальтовый слой, граница Конрада, средняя – гранитный, гранитоиды, верхняя – метаморфическая зона и кора выветривания. Геохимия сфер Земли, термодинамика и геохимия ядра и мантии представлена в работах Н. П. Семененко (1987), О. Л. Кускова, Н. И. Хитарова (1982).

химический состав земли и ее оболочек - student2.ru

Рис. 2. Строение Земли

Ядро предположительно твердое (G 5100–6371 км) с плотностью 12–13 г/см3, верхняя (Е 2900–5000 км) часть его – жидкая. Переходное ядро F на глубине 5000–5100 км. Считают, что состав ядра соответствует железным метеоритам (Fe 80,78 %, Ni 8,59, Co 0,63 %). По предположению В. А. Рудника, Э. В. Соботовича, в ядре содержание железа около 90,2 %, никеля 9,04 %. Возможно, в железо-никелевом ядре имеется примесь легких элементов (Si, S, Al, O). Существует также мнение о гидридном (соединение элементов с водородом) и карбидном (металлы + неметаллы + С, SiC, Fe3C, WC, TiC, CaC2) ядре Земли. Согласно А. Ф. Капустинскому, в ядре Земли вещество состоит из ядер атомов в электронной плазме, поэтому его называют зоной «нулевого химизма», «центросферой». По экспериментальным данным О. Л. Кускова, Н. И. Хитарова (1982), внешнее ядро может быть железо-никелевым, внутреннее – состоять из чистого железа. Кремний является одним из наиболее приемлемых элементов-примесей во внешнем ядре. В нем могут быть углерод, сера, возможно, кислород.

Нижняя мантия (слой D 1000–2900 км) считается силикатно-сульфидной. Ее химический состав соответствует каменным метеоритам: О – 35 %, Fe –25, Si –18, Mg – 14, S – 2, Ca – 1,4, Al – 1,3, Ni – 1,35, Na – 0,7, Cr – 0,25, Mn – 0,20 %. А. П. Виноградов подвергает сомнению существование сульфидной оболочки, исходя из изотопного состава свинца, подтверждающего разновозрастность рудных образований. В мантии, по О. Л. Кускову и Н. И. Хитарову (1982), согласно первой гипотезе процессы восстановления невозможны, а по второй – происходит восстановление силикатов до железокремниевого состава, формирующего впоследствии внешнее ядро Земли.

Переходная зона (слой С 400–1000 км) имеет, возможно, силикатно-магнезиальный состав. Ее большую плотность объясняют формированием минералов с более плотной упаковкой (стишовит, шпинель, периклаз и др.). Основным компонентом допускается оливин Mg2SiO4.

Верхняя мантия (слой В от 30 до 400 км) считается неоднородной по элементарному и изотопному составу. Ряд авторов приравнивают ее состав к хондритам. На глубине до 200 км расположен мягкий пластичный слой с пониженной скоростью распространения сейсмических волн, получивший название астеносферы. Она выражена в складчатых областях (осадочные отложения) и практически отсутствует на платформах. Считается, что перемещение вещества в астеносфере – причина вулканизма и тектонических подвижек.

В мантии вещество близко до металлического состояния. Породы верхней мантии соответствуют ультрабазитам, имеют разный состав и при выходе на поверхность близкие к пиролиту (пироксено-оливиновая порода). При плавке пиролит образует базальтовую магму и остаточный перидотит.

Граница Мохоровичича по одной гипотезе разделяет химически разные слои, по другой – это поверхность фазового перехода, но она не исключает наличия химической границы.

Литосфера (слой А от 0 до 30–70 км) залегает выше астеносферы и у поверхности в зоне окисления называется корой выветривания. По изменению скорости сейсмических волн литосферу делят на верхнюю часть (гранитный слой) и нижнюю часть более тяжелую (базальтовый слой). Их разделяет поверхность Конрада.

Тектоносфера выделена В. В. Белоусовым, объединяет литосферу, астеносферу и верхнюю мантию, с которой связаны тектонические и магматические процессы. Ю. М. Пущаровский (1999) распространяет понятие тектоносферы на всю мантию. Сойферт (1990) включает область Земли, занимаемую плитами мощностью 400–700 км.

Причины, вызвавшие разделение литосферы и мантии, пока не ясны. Считается, что часть мантии, сформировавшейся в результате низкотемпературной аккреции космической пыли, претерпела вторичное расплавление под воздействием тепла, генерируемого радиоактивными элементами. В результате этого вещество с малым удельным весом постепенно переместилось к внешней поверхности Земли. Эти породы имеют менее плотную упаковку и обогащены U, Th и 40К.

По геотермическим исследованиям В. А. Магницкого (1965), наиболее вероятны следующие температуры глубин Земли:

100 км – 1100–1300 °С,

400 км – 1400–1700 °С,

2900 км – 2200–4700 °С.

Мантия и ядро примерно одинаковы по мощности (~ 3000 км), а литосферу можно представить лишь в виде узкой полоски. Плотность пород увеличивается от поверхности к ядру (табл. 2).

Таблица 2

Наши рекомендации