Дмитрий Тимофеев - Природа космических тел Солнечной системы

В мантии Земли плотность пород увеличивается с увеличением глубины. Это определено геофизическими исследованиями по скоростям распространения сейсмических волн. Очевидно, что породы с нарастанием глубины состоят из атомов, обладающих более высокой плотностью, хотя зависимость эта имеет отклонения за счет разных полиморфных форм, а также разных химических соединений. Плотности атомов основных пород мантии Земли, по мере возрастания показана таблице 10. В таблице также показано содержание элементов в массовых процентах [Тимофеев, 2013б]. В мантии находятся преимущественно 47 элементов от лития до цинка, что рассчитано из известных масс ядра Земли и мантии и содержания элементов в Земле. Элементы находятся, как правило, в виде химических соединений, и расположены приблизительно в порядке увеличения атомных масс [Тимофеев, 2013г].

О наличии в мантии Земли геосфер из пород разных элементов говорит ряд фактов:

– в лавах камчатских вулканов с увеличением глубины магматических очагов возрастает содержание калия [Мархинин, 1980], что показывает возможность геосферы калия на близко залегающих глубинах;

– на томограммах Биджварда [Bijwaard,1998] наглядно видна ступенчатая картина поднявшихся масс.

Ступени можно объяснить границами раздела геосфер (рис.21, 1). На обоих томограммах, например, отчетливо просматривается на глубине 1400—2000 км мощный слой, который можно идентифицировать как слой соединений железа (рис. 21, 2), определенный расчетным путем в работе [Тимофеев, 2013].

Рис. 21.Томограммы мантии Земли: 1 – границы геосфер мантии Земли; 2 – мощная геосфера соединений железа

За время существования Земли происходила сепарация более тяжелых пород, что в некоторых случаях происходит даже в твердом состоянии как, например, всплытие масс соли диапиров. По массовому содержанию в мантии преобладают 11 элементов (К, Ca, Rb, Ar, Sr, Kr, Ba, Si, Zr, Fe, Zn). Из минералов на основе этих элементов в мантии Земли, вероятно, имеются 11 геосфер. Инертные газы Ar, Kr, не образующие минералов в условиях коры Земли, в условиях мантии создают твердые соединения [Тимофеев, 2013б.], что позволяет предполагать наличие целых геосфер, где породообразующим элементом они являются. Возможно, существуют сборные геосферы из элементов с близкими плотностями атомов V, P, Pr, Yb, Ce, Nd, Cr, на 10 уровне и Sm, Mn, C, Co, Gd, Tb, Cu, S, Er на 12 уровне. В сумме можно приближенно считать, что мантия имеет 13 главных геосфер толщиной более 100 км (рис. 22). Элементы в геосферах, как правило, находятся в виде ковалентных и ионных химических соединений с неметаллами Si, C, Cl, H, N, O, F, S, Br, J. Элементы, имеющие малое содержание в мантии Земли, или входят в состав минералов породообразующих элементов, или образуют тонкие пласты своих минералов на горизонтах соответствующих их плотностям.

Рис. 22.Теоретическое расположение породообразующих элементов в геосферах мантии Земли

Картина процессов в мантии Земли показана на рис. 23.

Лава магматического очага, расположенного на большей глубине (в центре Африки вулкан Ньирагонго), содержит много (около 35%) окиси кальция, что, возможно, показывает расположение вулканического очага в геосфере соединения кальция (рис. 23, поз. 9).

Рис. 23. Основные процессы в мантии земли (выделенное линией – - – увеличено):

1 – массивы всплывающего очищенного дистиллированного (деплетированного) вещества ядра Земли; 2 – коренные породы мантии; 3 – зона распада вещества мантии; 4 – поднятие газов из зоны распада; 5 – скопление силановой нефти (астеносфера); 6 – скопление силановой нефти под океанами; 7 – корень континента; 8 – проекции фокусов землетрясений 1965 – 1968 гг в петропавловском секторе Камчатки на плоскость перпендикулярную Камчатскому желобу, по С. А. Федотову [Федотов, Токарев, 1971]; 9 – континентальный вулкан (Ньирагонго); 10 – утолщение коры Земли, зона синтеза базальта; 11 – интенсивное утолщение коры Земли в горных районах; 12 – скопление нитронефти; 13 – залежи углеводородов; 14 залежи карбонатов и рудных тел; 15 – выход воды, азота, углекислого газа; 16 – поднятие силановой нефти внутри континента в зоне разлома