МА́НТИЯ ЗЕМЛИ́

МА́НТИЯ ЗЕМЛИ́, гео­сфе­ра, рас­по­ло­жен­ная ме­ж­ду зем­ной ко­рой и ядром Зем­ли. Со­став­ля­ет ок. 84% объ­ё­ма и 67% мас­сы Зем­ли. Верх­няя гра­ни­ца про­хо­дит на глу­би­не от не­сколь­ких км под океа­на­ми до 70 км под кон­ти­нен­та­ми по Мо­хо­ро­ви­чи­ча гра­ни­це, ниж­няя – на глу­би­не 2980 км. Осн. све­де­ния о строе­нии М. З. по­лу­че­ны на ос­но­ве из­ме­ре­ния вре­ме­ни про­хо­ж­де­ния сейс­мич. волн, по ко­то­ро­му на­хо­дят ско­ро­сти про­доль­ных и по­пе­реч­ных сейс­мич. волн, за­ви­ся­щие от плот­но­сти и уп­ру­гих мо­ду­лей ве­ще­ст­ва ман­тии. Та­ким спо­со­бом ман­тию «про­све­чи­ва­ют» и по­лу­ча­ют её трёх­мер­ную сейс­мо­то­мо­гра­фич. мо­дель. В гео­фи­зич. мо­де­ли строе­ния Зем­ли, пред­ло­жен­ной ав­ст­рал. сейс­мо­ло­гом К. Е. Бул­ле­ном в 1940-х гг. и по­лу­чив­шей ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние, М. З. раз­де­ле­на на слои B, C, D (по­след­ний вклю­ча­ет слои D′ и D″), ко­то­рые от­ли­ча­ют­ся сейс­мич. ха­рак­те­ри­сти­ка­ми (см. в ст. Зем­ля, раз­дел Строе­ние твёр­дой зем­ли). В нач. 21 в. ис­поль­зу­ют и др. схе­мы раз­де­ле­ния Зем­ли на зо­ны. В од­ной из мо­де­лей М. З. де­лят на 4 час­ти: верх­няя ман­тия до глу­би­ны 410 км, пе­ре­ход­ная зо­на в ин­тер­ва­ле глу­бин 410–660 км, ниж­няя ман­тия ни­же глу­би­ны 660 км до т. н. слоя D″ на гра­ни­це ме­ж­ду ман­ти­ей и ядром, имею­ще­го пе­ре­мен­ную тол­щи­ну (в ср. 250 км).

Ско­ро­сти рас­про­стра­не­ния про­доль­ных сейс­мич. волн при пе­ре­се­че­нии гра­ни­цы зем­ной ко­ры и ман­тии скач­ко­об­раз­но воз­рас­та­ют с 7,5–7,8 км/с до 8,1–8,2 км/с. В верх­ней ман­тии сейс­мич. ско­ро­сти и плот­ность ве­ще­ст­ва рас­тут с глу­би­ной в осн. за счёт сжа­тия под дав­ле­ни­ем. В пе­ре­ход­ной зо­не ве­ще­ст­во уп­лот­ня­ет­ся так­же и за счёт фа­зо­вых пе­ре­хо­дов ми­не­ра­лов в бо­лее плот­ные мо­ди­фи­ка­ции; сейс­мич. ско­ро­сти рез­ко воз­рас­та­ют. Слой D″ хи­ми­че­ски не­од­но­ро­ден, по­это­му сейс­мич. ско­ро­сти и плот­ность ве­ще­ст­ва в нём рез­ко ме­ня­ют­ся с глу­би­ной и по ла­те­ра­ли. На гра­ни­це М. З. и яд­ра ско­рость про­хо­ж­де­ния про­доль­ных сейс­мич. волн рез­ко сни­жа­ет­ся с 13,6 км/с до 8,1 км/с. Плот­ность ве­ще­ст­ва М. З. уве­ли­чи­ва­ется с глу­би­ной от зна­че­ний 3100–3500 кг/м³, дос­ти­гая у гра­ни­цы с ядром 5600 кг/м³. О др. фи­зич. ха­рак­те­ри­сти­ках М. З. (ус­ко­ре­ние си­лы тя­же­сти, дав­ле­ние, темп-ра, вяз­кость) и их из­ме­не­нии с глу­би­ной см. в ст. Зем­ля в раз­де­ле Фи­зи­че­ские ха­рак­те­ри­сти­ки твёр­дой Зем­ли.

М. З. в це­лом име­ет си­ли­кат­ный со­став. Хи­мич., ми­не­ра­ло­гич. и фа­зо­вый со­ста­вы оп­ре­де­ля­ют пу­тём срав­не­ния плот­но­сти и уп­ру­гих мо­ду­лей ве­ще­ст­ва, из­ме­рен­ных в ла­бо­ра­то­рии под прес­сом и оп­ре­де­лён­ных по сейс­мич. дан­ным. Верх­няя ман­тия сло­же­на в осн. оли­ви­ном и пи­рок­се­на­ми, пе­ре­ход­ная зо­на – оли­ви­ном (60%) и гра­на­том (40%). В пе­ре­ход­ной зо­не на глу­би­не 410 км оли­вин пе­ре­хо­дит в вадс­ле­ит, ко­то­рый на глу­би­не 520 км пе­ре­хо­дит в рин­гву­дит. Ниж­няя ман­тия со­сто­ит из пе­ров­ски­та и маг­не­зио­вю­сти­та, в ко­то­рые на глу­би­не 660–700 км пре­вра­ща­ют­ся рин­гву­дит и гра­нат с сум­мар­ным скач­ком плот­но­сти 9%. На верх­ней гра­ни­це слоя D″ пе­ров­скит пе­ре­хо­дит в ещё бо­лее плот­ную мо­ди­фи­ка­цию – пост­пе­ров­скит. По­сколь­ку глу­би­на (дав­ле­ние) это­го пе­ре­хо­да в зна­чит. сте­пе­ни за­ви­сит от темп-ры, то верх­няя гра­ни­ца слоя D″ очень не­ров­ная.

Тем­пе­ра­ту­ра в М. З. ни­же темп-ры плав­ле­ния гор­ных по­род. Не­смот­ря на это, в ман­тии воз­ни­ка­ют очень мед­лен­ные те­че­ния, обу­слов­лен­ные на­ли­чи­ем в кри­стал­лич. струк­ту­ре ве­ще­ст­ва т. н. де­фек­тов – ва­кан­сий и дис­ло­ка­ций, ко­то­рые мо­гут пе­ре­ме­щать­ся под влия­ни­ем сдви­го­во­го на­пря­же­ния. По мере рос­та темп-ры с глу­би­ной вяз­кость ве­ще­ст­ва ман­тии силь­но па­да­ет и не­мно­го рас­тёт с уве­ли­че­ни­ем дав­ле­ния. Вяз­кость са­мо­го верх­не­го от­но­си­тель­но хо­лод­но­го слоя верх­ней ман­тии тол­щи­ной до 100 км очень вы­со­кая (до 10²⁵ П). Этот твёр­дый слой вхо­дит в ли­то­сфе­ру; на­зы­ва­ет­ся ли­то­сфер­ной ман­ти­ей. На глу­би­не 100–200 км темп-ра в М. З. воз­раста­ет до 1300–1500 К, при этом дав­ле­ние ос­та­ёт­ся от­но­си­тель­но не­вы­со­ким, по­это­му в верх­ней ман­тии воз­ни­ка­ет слой с по­ни­жен­ной вяз­ко­стью 10¹⁸ П – ас­те­но­сфе­ра. Вяз­кость ос­таль­ной час­ти верх­ней ман­тии ок. 10²¹ П, а ниж­ней ман­тии – ори­ен­ти­ро­воч­но в 30 раз боль­ше.

В свя­зи с тем что в М. З. име­ет­ся пе­репад темп-ры на глу­би­не, то бо­лее го­ря­чее и, со­от­вет­ст­вен­но, ме­нее плот­ное ве­ще­ст­во, на­хо­дя­щее­ся в ниж­ней час­ти ман­тии, стре­мит­ся под­нять­ся вверх. В ре­зуль­та­те в М. З. воз­ни­ка­ет те­п­ло­вая кон­век­ция со сред­ней ско­ро­стью 3 см/год (ок. 1 нм/с). Кон­век­ция при­мер­но в 20 раз ус­ко­ря­ет вы­нос те­п­ла и ос­ты­ва­ние недр Зем­ли. Ман­тий­ная кон­век­ция пред­став­ля­ет со­бой сис­те­му го­ря­чих вос­хо­дя­щих (см. Мантийный плюм) и хо­лод­ных нис­хо­дя­щих по­то­ков ве­ще­ст­ва. Ра­нее (до 2002) рас­смат­ри­ва­лась ги­по­те­за о двухъ­я­рус­ной кон­век­ции (от­дель­но в верх­ней и в ниж­ней ман­тии), обу­слов­лен­ной фа­зо­вым пе­ре­хо­дом в оли­ви­не на глу­би­не 660 км, тор­мо­зя­щем кон­век­цию. Од­на­ко про­ве­дён­ные ис­сле­до­ва­ния по­ка­за­ли, что фа­зо­вый пе­ре­ход в гра­на­те вы­зы­ва­ет про­ти­во­по­лож­ный эф­фект. Вслед­ст­вие че­го вос­хо­дя­щие ман­тий­ные по­то­ки бес­пре­пят­ст­вен­но про­хо­дят че­рез гра­ни­цу 660 км (да­же ус­ко­ря­ют­ся). Нис­хо­дя­щие ман­тий­ные по­то­ки лишь вре­мен­но за­дер­жи­ва­ют­ся в отд. мес­тах на этой гра­ни­це.

С ман­тий­ной кон­век­ци­ей свя­зан ме­ха­низм пе­ре­ме­ще­ния ли­то­сфер­ных плит. Под­ни­ма­ясь к по­верх­но­сти Зем­ли в зо­нах спре­дин­га вдоль оси сре­дин­но-океа­нич. хреб­тов, ве­ще­ст­во го­ря­че­го вос­хо­дя­ще­го по­то­ка рас­те­ка­ет­ся вдоль зем­ной по­верх­но­сти. Ох­ла­див­шись и за­твер­дев, оно дви­жет­ся в ви­де жё­ст­кой ли­то­сфер­ной пли­ты. В зо­нах суб­дук­ции, мар­ки­руе­мых глу­бо­ко­вод­ны­ми же­ло­ба­ми в океа­нах, ве­ще­ст­во ли­то­сфер­ных плит под дей­ст­ви­ем сдви­го­во­го на­пря­же­ния ло­каль­но раз­мяг­ча­ет­ся; пли­ты из­ги­ба­ют­ся и по­гру­жа­ют­ся об­рат­но в М. З. в ви­де хо­лод­но­го нис­хо­дя­ще­го ман­тий­но­го по­то­ка. В ре­зуль­та­те ве­ще­ст­во океа­нич. плит при­ни­ма­ет уча­стие в кон­век­тив­ном кру­го­обо­ро­те М. З. Те­п­ло­вая кон­век­ция яв­ля­ет­ся при­чи­ной ла­те­раль­ных не­од­но­род­но­стей М. З. по темп-ре, плот­но­сти, хи­мич. со­ста­ву и др. ха­рак­те­ри­сти­кам, она оп­ре­де­ля­ет тек­то­нич. дви­же­ния и гео­ди­на­мич. эво­лю­цию Зем­ли.