Ο μανδύας της Γης είναι το τμήμα της γεωσφαίρας που βρίσκεται μεταξύ του φλοιού και του πυρήνα. Περιέχει μεγάλη αναλογία ολόκληρης της ουσίας του πλανήτη. Η μελέτη του μανδύα είναι σημαντική όχι μόνο από την άποψη της κατανόησης της εσωτερικής δομής της Γης. Μπορεί να ρίξει φως στον σχηματισμό του πλανήτη, να δώσει πρόσβαση σε σπάνιες ενώσεις και πετρώματα, να βοηθήσει στην κατανόηση του μηχανισμού των σεισμών και της κίνησης των λιθοσφαιρικών πλακών. Ωστόσο, η απόκτηση πληροφοριών σχετικά με τη σύνθεση και τα χαρακτηριστικά του μανδύα δεν είναι εύκολη. Οι άνθρωποι δεν ξέρουν ακόμη πώς να ανοίγουν πηγάδια τόσο βαθιά. Ο μανδύας της Γης τώρα μελετάται κυρίως χρησιμοποιώντας σεισμικά κύματα. Και επίσης με μοντελοποίηση στο εργαστήριο.
Η δομή της Γης: μανδύας, πυρήνας και φλοιός
Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, η εσωτερική δομή του πλανήτη μας χωρίζεται σε πολλά στρώματα. Το πάνω μέρος είναι ο φλοιός, μετά ο μανδύας και ο πυρήνας της Γης βρίσκονται. Ο φλοιός είναι ένα σκληρό κέλυφος που χωρίζεται σε ωκεάνιο και ηπειρωτικό. Ο μανδύας της Γης χωρίζεται από αυτήν με το λεγόμενο όριοMohorovicic (που πήρε το όνομά του από τον Κροάτη σεισμολόγο που καθόρισε τη θέση του), η οποία χαρακτηρίζεται από μια απότομη αύξηση στις ταχύτητες των συμπιεστικών σεισμικών κυμάτων.
Ο μανδύας αποτελεί περίπου το 67% της μάζας του πλανήτη. Σύμφωνα με τα σύγχρονα δεδομένα, μπορεί να χωριστεί σε δύο στρώματα: άνω και κάτω. Στο πρώτο διακρίνεται και το στρώμα Golitsyn ή ο μεσαίος μανδύας, που αποτελεί μεταβατική ζώνη από το πάνω στο κάτω. Γενικά, ο μανδύας εκτείνεται από 30 έως 2900 km.
Ο πυρήνας του πλανήτη, σύμφωνα με τους σύγχρονους επιστήμονες, αποτελείται κυρίως από κράματα σιδήρου-νικελίου. Χωρίζεται επίσης σε δύο μέρη. Ο εσωτερικός πυρήνας είναι συμπαγής, η ακτίνα του υπολογίζεται στα 1300 km. Εξωτερικό - υγρό, έχει ακτίνα 2200 km. Μια ζώνη μετάβασης διακρίνεται μεταξύ αυτών των τμημάτων.
Λιθόσφαιρα
Ο φλοιός και ο ανώτερος μανδύας της Γης ενώνονται με την έννοια της «λιθόσφαιρας». Είναι ένα σκληρό κέλυφος με σταθερές και κινητές περιοχές. Το στερεό κέλυφος του πλανήτη αποτελείται από λιθοσφαιρικές πλάκες, οι οποίες υποτίθεται ότι κινούνται μέσα από την ασθενόσφαιρα - ένα μάλλον πλαστικό στρώμα, πιθανώς ένα παχύρρευστο και πολύ θερμαινόμενο υγρό. Είναι μέρος του άνω μανδύα. Πρέπει να σημειωθεί ότι η ύπαρξη της ασθενόσφαιρας ως συνεχούς παχύρρευστου κελύφους δεν επιβεβαιώνεται από σεισμολογικές μελέτες. Η μελέτη της δομής του πλανήτη μας επιτρέπει να αναγνωρίσουμε πολλά παρόμοια στρώματα που βρίσκονται κατακόρυφα. Στην οριζόντια κατεύθυνση, η ασθενόσφαιρα, προφανώς, διακόπτεται συνεχώς.
Μέθοδοι μελέτης του μανδύα
Τα στρώματα κάτω από την κρούστα δεν είναι προσβάσιμαμελέτη. Το τεράστιο βάθος, η συνεχής αύξηση της θερμοκρασίας και η αύξηση της πυκνότητας αποτελούν σοβαρό πρόβλημα για την απόκτηση πληροφοριών σχετικά με τη σύνθεση του μανδύα και του πυρήνα. Ωστόσο, είναι ακόμα δυνατό να φανταστεί κανείς τη δομή του πλανήτη. Κατά τη μελέτη του μανδύα, τα γεωφυσικά δεδομένα γίνονται οι κύριες πηγές πληροφοριών. Η ταχύτητα των σεισμικών κυμάτων, η ηλεκτρική αγωγιμότητα και η βαρύτητα επιτρέπουν στους επιστήμονες να κάνουν υποθέσεις σχετικά με τη σύνθεση και άλλα χαρακτηριστικά των υποκείμενων στρωμάτων.
Επιπλέον, ορισμένες πληροφορίες μπορούν να ληφθούν από πυριγενή πετρώματα και θραύσματα πετρωμάτων του μανδύα. Τα τελευταία περιλαμβάνουν διαμάντια, τα οποία μπορούν να πουν πολλά ακόμη και για τον κάτω μανδύα. Τα πετρώματα του μανδύα βρίσκονται επίσης στο φλοιό της γης. Η μελέτη τους βοηθά στην κατανόηση της σύνθεσης του μανδύα. Ωστόσο, δεν θα αντικαταστήσουν δείγματα που λαμβάνονται απευθείας από τα βαθιά στρώματα, καθώς ως αποτέλεσμα διαφόρων διεργασιών που συμβαίνουν στον φλοιό, η σύνθεσή τους είναι διαφορετική από τον μανδύα.
Earth's Mantle: Σύνθεση
Οι μετεωρίτες είναι μια άλλη πηγή πληροφοριών για το τι είναι ο μανδύας. Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, οι χονδρίτες (η πιο κοινή ομάδα μετεωριτών στον πλανήτη) είναι κοντά σε σύνθεση με τον μανδύα της γης.
Υποτίθεται ότι περιέχει στοιχεία που ήταν σε στερεή κατάσταση ή ήταν σε στερεή κατάσταση κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του πλανήτη. Αυτά περιλαμβάνουν πυρίτιο, σίδηρο, μαγνήσιο, οξυγόνο και μερικά άλλα. Στον μανδύα, συνδυάζονται με διοξείδιο του πυριτίου για να σχηματίσουν πυριτικά. ΣΤΟΤα πυριτικά άλατα μαγνησίου βρίσκονται στο ανώτερο στρώμα, η ποσότητα του πυριτικού σιδήρου αυξάνεται με το βάθος. Στον κάτω μανδύα, αυτές οι ενώσεις αποσυντίθενται σε οξείδια (SiO2, MgO, FeO).
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τους επιστήμονες είναι πετρώματα που δεν βρίσκονται στον φλοιό της γης. Υποτίθεται ότι υπάρχουν πολλές τέτοιες ενώσεις (γροσπιδίτες, ανθρακίτες κ.λπ.) στον μανδύα.
Επίπεδα
Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο μήκος των στρωμάτων του μανδύα. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, τα ανώτερα καταλαμβάνουν μια εμβέλεια περίπου 30 έως 400 km από την επιφάνεια της γης. Ακολουθεί η ζώνη μετάβασης, η οποία πηγαίνει βαθύτερα στα βάθη για άλλα 250 χλμ. Το επόμενο στρώμα είναι το κάτω μέρος. Τα σύνορά του βρίσκονται σε βάθος περίπου 2900 km και έρχονται σε επαφή με τον εξωτερικό πυρήνα του πλανήτη.
Πίεση και θερμοκρασία
Καθώς προχωράτε πιο βαθιά στον πλανήτη, η θερμοκρασία αυξάνεται. Ο μανδύας της Γης βρίσκεται υπό εξαιρετικά υψηλή πίεση. Στη ζώνη της ασθενόσφαιρας, η επίδραση της θερμοκρασίας υπερτερεί, επομένως εδώ η ουσία βρίσκεται στη λεγόμενη άμορφη ή ημι-λιωμένη κατάσταση. Πιο βαθιά υπό πίεση, γίνεται στερεό.
Μελέτες του μανδύα και του ορίου Mohorovicic
Ο μανδύας της Γης στοιχειώνει τους επιστήμονες για αρκετό καιρό. Στα εργαστήρια, πραγματοποιούνται πειράματα σε βράχους που πιθανώς αποτελούν μέρος του ανώτερου και του κατώτερου στρώματος, επιτρέποντάς μας να κατανοήσουμε τη σύνθεση και τα χαρακτηριστικά του μανδύα. Έτσι, Ιάπωνες επιστήμονες διαπίστωσαν ότι το κάτω στρώμα περιέχει μεγάλη ποσότητα πυριτίου. Ο άνω μανδύας περιέχει αποθέματα νερού. Ερχεται απότον φλοιό της γης, και επίσης διεισδύει από εδώ στην επιφάνεια.
Η επιφάνεια του Mohorovicic παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, η φύση της οποίας δεν είναι πλήρως κατανοητή. Σεισμολογικές μελέτες υποδεικνύουν ότι σε επίπεδο 410 km κάτω από την επιφάνεια, εμφανίζεται μια μεταμορφική αλλαγή των πετρωμάτων (γίνονται πιο πυκνά), η οποία εκδηλώνεται με απότομη αύξηση της ταχύτητας των κυμάτων. Υποτίθεται ότι τα πετρώματα βασάλτη στην περιοχή του ορίου Mohorović μετατρέπονται σε εκλογίτη. Σε αυτή την περίπτωση, η πυκνότητα του μανδύα αυξάνεται κατά περίπου 30%. Υπάρχει μια άλλη εκδοχή, σύμφωνα με την οποία, ο λόγος της αλλαγής της ταχύτητας των σεισμικών κυμάτων έγκειται στην αλλαγή στη σύσταση των πετρωμάτων.
Cikyu Hakken
Το 2005, ένα ειδικά εξοπλισμένο πλοίο Chikyu ναυπηγήθηκε στην Ιαπωνία. Η αποστολή του είναι να κάνει ένα ρεκόρ βαθιά πηγάδι στον βυθό του Ειρηνικού Ωκεανού. Οι επιστήμονες προτείνουν να πάρουν δείγματα από τα πετρώματα του ανώτερου μανδύα και το όριο Mohorovich προκειμένου να λάβουν απαντήσεις σε πολλά ερωτήματα που σχετίζονται με τη δομή του πλανήτη. Το έργο έχει προγραμματιστεί για το 2020.
Πρέπει να σημειωθεί ότι οι επιστήμονες δεν έχουν απλώς στρέψει την προσοχή τους στα βάθη των ωκεανών. Σύμφωνα με μελέτες, το πάχος του φλοιού στον πυθμένα των θαλασσών είναι πολύ μικρότερο από ό,τι στις ηπείρους. Η διαφορά είναι σημαντική: κάτω από τη στήλη του νερού στον ωκεανό, είναι μόνο 5 χιλιόμετρα για να ξεπεραστεί το μάγμα σε ορισμένες περιοχές, ενώ στην ξηρά αυτό το ποσοστό αυξάνεται στα 30 χιλιόμετρα.
Τώρα το πλοίο λειτουργεί ήδη: έχουν ληφθεί δείγματα βαθιών ραφών άνθρακα. Η υλοποίηση του κύριου στόχου του έργου θα καταστήσει δυνατή την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο είναι διατεταγμένος ο μανδύας της Γης, τιουσίες και στοιχεία συνθέτουν τη μεταβατική ζώνη του, καθώς και για να ανακαλύψουμε το κατώτερο όριο εξάπλωσης της ζωής στον πλανήτη.
Η κατανόησή μας για τη δομή της Γης απέχει πολύ από το να είναι ολοκληρωμένη. Ο λόγος για αυτό είναι η δυσκολία διείσδυσης στα έντερα. Ωστόσο, η τεχνολογική πρόοδος δεν σταματά. Η πρόοδος της επιστήμης υποδηλώνει ότι θα μάθουμε πολύ περισσότερα για τα χαρακτηριστικά του μανδύα στο εγγύς μέλλον.
