Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
4. Земля 75
кую скорость прохождения звуковых воли по сравнению с соответствующими константами, полученными на основании геофизических данных. Необходимо добавить какой-либо легкий элемент в предполагаемый состав. Для этого были предложены сера и кислород [270, 11, 326].
Чтобы получить требуемую плотность, содержание серы в ядре должно достигать примерно 10 вес.%. В СЬхондритах серы для этого достаточно. Рингвуд [324, 325], однако, счита-
Со
Ц Во, О О
Мд
:КЬ
Ранние конЭенсаты
V 2г
Н5М0" ]_
Силикаты
и Яе Оз 1г Р1 о о о о О О о о Чс т; \/ » V у V Ў
~-Сг-Ре-С0-№—Ли-
Си
Ад
Мп
Летучие 1300- 600 К
2п
Летучие <60(Ж
А1\ Р о * Аа. »
Металлы
ае 5 БЬ Бе И Ы И Те
Сс1 1п Нд 14
? ?. 5-10"4
_1_1_
РЬ В1
? ?
ОС 01\! з-ю
1 1 ,1_
1А 2А 38 4В 5В 6В 7В
!В 2В ЗА 4А 5А 6А 7А
РИС. 4.3. Модельный состав Земли, отнесенный к космической распространенности. Он основан на предположении, что каждый компонент содержит свой «космический» набор микроэлементов. Положение на оси абсцисс дано по группам периодической таблицы элементов [125].
ет, что большая часть серы, содержавшейся в солнечной иебуле, была потеряна вместе с другими летучими в результате нагрева и плавления во время аккреции Земли. Он отдает предпочтение кислороду в качестве легкого элемента сплава ; [326]. Однако отсутствие данных о физических свойствах железоникеле-вых сплавов, содержащих растворенную РеО, при таких высоких температурах и давлениях, какие должны быть в ядре, препятствует получению надежных оценок количества кислорода.
Геофизические данные согласуются с любым из этих альтернативных сплавов, но в настоящее время идея введения в сплав серы имеет гораздо больше защитников, чем для кислорода.
4.4. Природа мантии. Если мнение исследователей единодушно в том, что ядро состоит из металлического сплава, то столь же единодушно мантию считают сложенной силикатами, но со значительными вариациями их природы по глубине. Самая верхняя ее часть — часть литосферы, вероятно, гетерогенна и по
76 Часть I
вертикали, и по латерали. Она имеет толщину около 70 км под океанами и вдвое больше — под континентами. Судя по характеру вещества, имеющего вероятное глубинное происхождение, — например, по включениям в кимберлитовых трубка^, — эта часть мантии, по-видимому, состоит из оливина, пироксена и граната с небольшими количествами шпинели, амфибола и флогопита.
Ниже литосферы на глубине примерно от 100 до 150 км существует зона с пониженными скоростями сейсмических волн. Она характеризуется присутствием некоторого количества жидкости, образовавшейся при частичном плавлении ( — 1%?) силикатного материала, чем и объясняются низкие скорости волн. Эти верхние слои мантии — вниз до переходной зоны — вкупе называются верхней мантией.
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 положение от основания переходной зоны до ядра, вероятно, гомогенна. Считается (см., например, [11]), что она содержит больше железа, чем верхняя мантия, и сложена смесью (Mg, Fe)Si03 'и (Mg,Fe)0. С увеличением глубины в нижней мантии, видимо, также происходят структурные трансформации этих минералов.
Природа и состав верхней мантии являются объектом интенсивных исследований в течение многих лет главным образом из-за того, что она является, по-видимому, областью зарождения магм, которые внедряются в кору и изливаются на земную поверхность. Например, присутствие алмазов в кимберлитах показывает, что эти породы должны были находиться в условиях таких давлений, которые соответствуют глубинам 120—200 км. В работах Грина и др. [146, 145] утверждается, что все три типа базальтовых магм — высокоглиноземистые, щелочные и толеито-вые — должны были образовываться в верхней мантии, но при различных давлениях и с различными направлениями фракционирования магматических расплавов в процессе их подъема к очагам магматической деятельности.
Таким образом, для того чтобы понять образование и эволюцию различных магм, необходимо знать состав и минералогию верхней мантии, а также примерные взаимоотношения фаз при различных давлениях и температурах. Здесь будут сделаны только краткие замечания о возможной природе верхней мантии и ее роли в магмообразовании. Более подробные обзоры этой области исследований можно найти в работах Кармайкла и др. [56], Уилли [453] и йодера [454].
Геофизические и петрологические данные настолько ограничивают возможные типы пород верхней мантии, что можно ис
4. Земля 77
ключить все, кроме зклогита и перидотита. Зклогит, однако, имеет слишком высокую плотность (обычно около 3,4—3,6), чтобы преобладать в верхней мантии. Кроме того, оливин-пироксено-вый перидотит — наиболее обычный тип ксенолитов в магмах, которым приписывают мантийное происхождение. Частично это отражает ограниченную стабильность гранатсодержащих пород, таких, как эклогит, при высоких температурах и низких давлениях. Это также рассматривалось как доказательство близости большей части мантии к перидотиту по природе и свойствам. Большинство перидотитовых ксенолитов сами по себе едва ли соответствуют истинному составу верхней мантии, так как они обычно содержат слишком мало Са, К, Эг, Ва и некоторых других элементов, для того чтобы образовать базальты при частичном плавлении. Более вероятно, что ксенолиты представляют собой остатки после выплавления базальтовой жидкости.
