Žemės mantija yra geosferos dalis, esanti tarp plutos ir šerdies. Jame yra didelė dalis visos planetos medžiagos. Mantijos tyrimas svarbus ne tik siekiant suprasti vidinę Žemės sandarą. Jis gali atskleisti planetos formavimąsi, suteikti prieigą prie retų junginių ir uolienų, padėti suprasti žemės drebėjimų mechanizmą ir litosferos plokščių judėjimą. Tačiau gauti informacijos apie mantijos sudėtį ir ypatybes nėra lengva. Žmonės dar nemoka gręžti taip giliai. Žemės mantija dabar daugiausia tiriama naudojant seismines bangas. Ir taip pat modeliuojant laboratorijoje.
Žemės struktūra: mantija, šerdis ir pluta
Pagal šiuolaikines sampratas, mūsų planetos vidinė struktūra suskirstyta į kelis sluoksnius. Viršutinė yra pluta, tada yra mantija ir Žemės šerdis. Pluta yra kietas apvalkalas, suskirstytas į okeaninį ir žemyninį. Žemės mantija nuo jos atskirta vadinamąja ribaMohorovičius (pavadintas Kroatijos seismologo, nustačiusio jo vietą), vardu, kuriam būdingas staigus suspaudimo seisminių bangų greičio padidėjimas.
Mantija sudaro apie 67 % planetos masės. Remiantis šiuolaikiniais duomenimis, jį galima suskirstyti į du sluoksnius: viršutinį ir apatinį. Pirmajame taip pat išskiriamas Golitsyn sluoksnis arba vidurinė mantija, kuri yra pereinamoji zona iš viršutinės į apatinę. Apskritai mantija tęsiasi nuo 30 iki 2900 km.
Anot šiuolaikinių mokslininkų, planetos šerdį daugiausia sudaro geležies ir nikelio lydiniai. Jis taip pat padalintas į dvi dalis. Vidinė šerdis yra kieta, jos spindulys yra 1300 km. Išorinis - skystas, jo spindulys yra 2200 km. Tarp šių dalių išskiriama pereinamoji zona.
Litosfera
Žemės plutą ir viršutinę mantiją vienija „litosferos“sąvoka. Tai kietas apvalkalas su stabiliomis ir mobiliomis vietomis. Tvirtas planetos apvalkalas susideda iš litosferos plokščių, kurios turėtų judėti per astenosferą – gana plastiškas sluoksnis, tikriausiai klampus ir labai įkaitęs skystis. Tai yra viršutinės mantijos dalis. Pažymėtina, kad astenosferos kaip ištisinio klampaus apvalkalo egzistavimas seismologiniais tyrimais nepatvirtintas. Planetos struktūros tyrimas leidžia nustatyti kelis panašius sluoksnius, išsidėsčiusius vertikaliai. Horizontalioje kryptimi astenosfera, matyt, nuolat pertraukiama.
Mantijos tyrimo metodai
Po pluta esantys sluoksniai nepasiekiamistudijuoti. Didžiulis gylis, nuolatinis temperatūros kilimas ir tankio padidėjimas yra rimta problema norint gauti informaciją apie mantijos ir šerdies sudėtį. Tačiau įsivaizduoti planetos sandarą dar įmanoma. Tiriant mantiją, pagrindiniais informacijos š altiniais tampa geofiziniai duomenys. Seisminių bangų greitis, elektrinis laidumas ir gravitacija leidžia mokslininkams daryti prielaidas apie apatinių sluoksnių sudėtį ir kitas ypatybes.
Be to, kai kurios informacijos galima gauti iš magminių uolienų ir mantijos uolienų fragmentų. Pastarieji apima deimantus, kurie gali daug pasakyti net apie apatinę mantiją. Mantijos uolienos randamos ir žemės plutoje. Jų tyrimas padeda suprasti mantijos sudėtį. Tačiau jie nepakeis mėginių, paimtų tiesiai iš giliųjų sluoksnių, nes dėl įvairių plutoje vykstančių procesų jų sudėtis skiriasi nuo mantijos.
Žemės mantija: sudėtis
Meteoritai yra dar vienas informacijos apie tai, kas yra mantija, š altinis. Remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, chondritai (labiausiai paplitusi meteoritų grupė planetoje) savo sudėtimi yra artimi žemės mantijai.
Jame turėtų būti elementų, kurie planetos formavimosi metu buvo kietos būsenos arba buvo kietos būsenos. Tai yra silicis, geležis, magnis, deguonis ir kai kurie kiti. Mantijoje jie susijungia su silicio dioksidu ir sudaro silikatus. ATmagnio silikatai yra viršutiniame sluoksnyje, geležies silikato kiekis didėja didėjant gyliui. Apatinėje mantijoje šie junginiai skyla į oksidus (SiO2, MgO, FeO).
Mokslininkus ypač domina uolienos, kurių nėra žemės plutoje. Daroma prielaida, kad mantijoje yra daug tokių junginių (grospiditų, karbonatitų ir kt.).
Sluoksniai
Pažiūrėkime atidžiau į mantijos sluoksnių ilgį. Pasak mokslininkų, viršutiniai yra maždaug 30–400 km atstumu nuo žemės paviršiaus. Toliau – pereinamoji zona, kuri eina gilyn į gelmes dar 250 km. Kitas sluoksnis yra apatinis. Jos siena yra maždaug 2900 km gylyje ir liečiasi su išorine planetos šerdimi.
Slėgis ir temperatūra
Kai judate gilyn į planetą, temperatūra kyla. Žemės mantijoje yra itin didelis slėgis. Astenosferos zonoje temperatūros poveikis nusveria, todėl čia medžiaga yra vadinamojoje amorfinėje arba pusiau išlydytoje būsenoje. Esant slėgiui, jis tampa kietas.
Mantijos ir Mohorovičių ribos tyrimai
Žemės mantija mokslininkus persekioja gana ilgai. Laboratorijose atliekami eksperimentai su uolienomis, kurios, kaip manoma, yra viršutinio ir apatinio sluoksnių dalis, leidžiančios suprasti mantijos sudėtį ir ypatybes. Taigi japonų mokslininkai nustatė, kad apatiniame sluoksnyje yra daug silicio. Viršutinėje mantijoje yra vandens atsargų. Ji kilusi išį žemės plutą, taip pat prasiskverbia iš čia į paviršių.
Mohorovičiaus paviršius kelia ypatingą susidomėjimą, kurio prigimtis nėra iki galo suprantama. Seismologiniai tyrimai rodo, kad 410 km aukštyje po paviršiumi vyksta metamorfinė uolienų kaita (jos tampa tankesnės), pasireiškiančios staigiu bangų greičio padidėjimu. Manoma, kad baz alto uolos Mohorovičiaus ribos srityje virsta eklogitu. Tokiu atveju mantijos tankis padidėja apie 30%. Yra ir kita versija, pagal kurią seisminių bangų greičio kitimo priežastis slypi uolienų sudėties pasikeitime.
Cikyu Hakken
2005 m. Japonijoje buvo pastatytas specialiai įrengtas laivas Chikyu. Jo misija yra padaryti rekordinio gylio gręžinį Ramiojo vandenyno dugne. Mokslininkai siūlo paimti viršutinės mantijos ir Mohorovičiaus ribos uolienų pavyzdžius, kad gautų atsakymus į daugelį klausimų, susijusių su planetos sandara. Projektas numatytas 2020 m.
Reikėtų pažymėti, kad mokslininkai ne tik atkreipė dėmesį į vandenyno gelmes. Remiantis tyrimais, jūrų dugne plutos storis yra daug mažesnis nei žemynuose. Skirtumas yra reikšmingas: po vandens stulpeliu vandenyne kai kuriose srityse magmą įveikti tereikia 5 km, o sausumoje šis skaičius padidėja iki 30 km.
Dabar laivas jau dirba: gauti giluminių anglies siūlių pavyzdžiai. Įgyvendinus pagrindinį projekto tikslą, bus galima suprasti, kaip išsidėsčiusi Žemės mantija, kasmedžiagos ir elementai sudaro jos pereinamąją zoną, taip pat išsiaiškinti apatinę gyvybės plitimo planetoje ribą.
Mūsų supratimas apie Žemės sandarą toli gražu nėra išsamus. To priežastis – sunku prasiskverbti į žarnyną. Tačiau technologijų pažanga nestovi vietoje. Mokslo pažanga rodo, kad artimiausiu metu sužinosime daug daugiau apie mantijos savybes.
