Астеносфера (состав, фазовое состояние, причины возникновения)
 Скачать 0.89 Mb.
|
|
59. Почему однородная модель строения земли была отвергнута? В чем заключается ее современное использование? В реальной Земле имеется существенная концентрация массы к центру, а сама однородная модель не является удовлетворительным приближением к истине. Однако в начальные периоды своего развития Земля была не дифференцированной планетой, и однородная модель более подходила к пониманию её внутреннего строения. С известной оговоркой однородную модель можно использовать для описания внутреннего строения Луны, у которой практически отсутствует ядро. 60. Приведите график изменения Vs с глубиной в современной реальной модели Земли.  61. Приведите график распространения Р и S волн внутри Земли согласно модели Джеффриса-Гутенберга.  62. Причины возникновения астеносферы. В пределах астеносферы происходит частичное (от 1 до 10%, по А.Рингвуду) расплавление базальтовых составляющих. Базальтовые жидкости заполняют межгранулярные пространства между более тугоплавкими кристаллами перидотита, образующими упругий каркас ослабленного слоя. 63. Промежуточный тип земной коры Промежуточная кора (И.Косминская). Для этого типа коры характерны признаки как континентальной, так и океанической коры, в связи с чем различают два подтипа. 1)Субконтинентальная кора характерна для некоторых островных дуг. В её строении присутствуют осадочный, «гранитный» и «базальтовый» слои. «Гранитный» слой, в отличие от континентов, существенно сокращён в своей мощности. Более того, он не имеет резкой границы с нижерасположенным «базальтовым» слоем. Общая мощность субконтинентальной коры 30 ÷ 35 км. 2)Субокеаническая кора присуща окраинным и некоторым внутриконтинентальным морям. По своему строению она тождественна океанической коре, но отличается значительно увеличенной мощностью осадочного слоя (до 20 км). «Гранитный» слой практически отсутствует и происходит как бы постепенное уплотнение осадочных пород с глубиной. Мощность субокеанической коры 30 ÷ 35 км. 64. Реальные модели внутреннего строения Земли. Модель Джеффриса-Гутенберга (разделили Землю на три оболочки: ядро, мантию и земную кору. Из модели также следовало, что плотность Земли не является непрерывной функцией глубины, а меняется скачкообразно на границах раздела, в связи с изменением с глубиной структуры земных пород); модель Буллена (схема разделения Земли на зоны, которые обозначил буквами: А – земная кора; В – зона в интервале глубин 33 - 413 км; С – зона 413 - 984 км; D – зона 984 - 2898 км; E – 2898 – 4982 км; F – 4982-5121 км; G – 5121 – 6371 км (центр Земли). Эти зоны отличаются сейсмическими характеристиками); первая современная модель (земная кора и верхний слой мантии (субстрат) до глубины 70 км образуют литосферу, жёсткую оболочку Земли. Под ней на глубинах 70-250 км расположен слой повышенной текучести – астеносфера); РЕМ (Параметрические модели Земли), IASP91; PREM (одномерная референтная модель Земли, имеет три границы в верхней мантии (220, 400 и 670 км) и зону низких скоростей для S-волн на глубинах 80-220 км); IASP91; SP6; AK135. 65. Сейсмические воны. Их типы. Сейсмические волны делятся на объёмные и поверхностные. Первые при своем распространении охватывают весь объем нашей планеты; вторые концентрируются только вдоль поверхности (до 80-160 км). Объемные волны разделяют на продольные - упругие волны сжатия, и поперечные - упругие волны сдвига. В образовании продольных волн участвуют два параметра - упругость на изгиб (сдвиг) и упругость на сжатие, тогда как в образовании поперечных - только упругость на изгиб. Поэтому в среднем скорость распространения продольных волн в 1,7 раза больше, чем скорость распространения поперечных. В точку наблюдения первыми приходят продольные волны, поэтому их называют первичными, или волнами Р, a поперечные волны - вторичными, или волнами S. 66. Слой Голицына. Дайте характеристику. Средняя мантия (слой Голицына) отделяется от нижней на глубине 950 ÷ 1000 км. Ниже этой поверхности раздела скорость сейсмических волн нарастает плавно и меняется для продольных волн от 9,0 ÷ 11,4 до 11,4 ÷ 13,6 км/с; для поперечных - от 5,0 ÷ 6,4 до 6,4 ÷ 7,3 км/с. Иногда среднюю мантию рассматривают в составе верхней в качестве нижнего слоя. 67. Состав и строение субъядра Земли. Внутреннее ядро (слой G, или субъядро) занимает самую сердцевину нашей планеты. Его радиус - 1250 км, объём - около 0,7%, а масса - около 1,8% от массы всей Земли. В пределах внутреннего ядра скорость продольных волн возрастает до 11,4 км/с, а поперечных до 3,4 ÷ 3,6 км/с, что свидетельствует о том, что вещество субъядра находится в твёрдом состоянии. Впервые на его существование было указано в 1936 г. европейским учёным И.Леманн. Состоит из сплава железа с никелем в пропорции Fe0,9Ni0,1. Наиболее активно процессы кристаллизации железа, вероятно, происходят в переходной оболочке (слой F). В результате этого процесса идёт осаждение свободного железа и приращение внутреннего ядра. Допускается, что ежегодно за счёт этого субъядро планеты прибавляет в радиусе несколько миллиметров. 68. Средняя мантия (строение, состав). (870 ÷ 1700 км). Её строение и возможный петрологический состав существенно менее изучен по сравнению с верхней мантией. Допускается, что здесь отношение оксидов двухвалентных элементов (МО) к кремнезёму (MO/SiO2) равно примерно двум, что оказывается ближе к оливину, чем к пироксену, а среди минералов преобладают перовскитовые фазы (Mg,Fe)SiO3 и магнезиовюстит (Mg,Fe)O со структурой типа NaCl. На долю первых приходится порядка 70% от объёма, а на долю вторых - 20%. Оставшиеся 10% занимают стишовит (плотностью 4,28 г/см3) и оксидные фазы, содержащие Са, Na, К, Al, Fe. Их кристаллизация допускается в структурных типах ильменита-корунда, кубического перовскита (CaSiO3) и Са-феррита (NaAlSiO4 69. Строение внешнего ядра Земли согласно представлениям Пущаровского. В последние годы на основании термодинамического моделирования с использованием механики жидких сред, делаются попытки стратифицировать внешнее ядро на две оболочки: верхнюю и нижнюю. Верхняя оболочка внешнего ядра рассматривается как некая слоистая зона, а нижняя - как зона интенсивной конвекции. 70. Строение Земли по классической модели  71. Строение Земли по Пущаровскому. 72. Строение и состав внутреннего ядра. Внутреннее ядро (слой G, или субъядро) занимает самую сердцевину нашей планеты. Его радиус - 1250 км, объём - около 0,7%, а масса - около 1,8% от массы всей Земли. В пределах внутреннего ядра скорость продольных волн возрастает до 11,4 км/с, а поперечных до 3,4 ÷ 3,6 км/с, что свидетельствует о том, что вещество субъядра находится в твёрдом состоянии. Впервые на его существование было указано в 1936 г. европейским учёным И.Леманн. В последнее время была установлена анизотропия внутреннего ядра и большая скорость его вращения по сравнению с Землей в целом на 1,3 ± 0,5 град/год. Внутреннее ядро состоит из сплава железа с никелем в пропорции Fe0,9Ni0,1. Наиболее активно процессы кристаллизации железа, вероятно, происходят в переходной оболочке (слой F). В результате этого процесса идёт осаждение свободного железа и приращение внутреннего ядра. Допускается, что ежегодно за счёт этого субъядро планеты прибавляет в радиусе несколько миллиметров. 73. Строение и состав нижней мантии. (2200 ÷ 2900 км) характеризуется дальнейшим увеличением плотности пород и плавным нарастанием скорости сейсмических волн. Предполагается, что вещество нижней мантии состоит преимущественно из перовскита (Mg,Fe)SiO3 и магнезиовюстита (Mg,Fe)O. Молярное отношение между этими минералами варьирует от 2:1 до 3:1. Причём объёмная доля магнезиовюстита не превышает 19%. Она уменьшается с увеличением содержания железа в вюстите. Указанные минералы нижней мантии характеризуются исключительной стабильностью. В частности, образцы магний-перовскита MgSiO3 в лабораторных условиях с помощью алмазных наковален подвергались давлению в 1,3 млн. раз превышающему атмосферное при температуре около 20000К (Р-Т условия, характерные для низов мантии). Ни во время эксперимента, на после его, минерал не изменил свою структуру и состав. Исходя из этого, авторы эксперимента пришли к выводу о том, что магний-перовскит следует рассматривать как наиболее распространённый минерал на Земле, на долю которого приходится почти половина её массы. Вюстит и магнезиовюстит являются основными «переносчиками» железа в нижней мантии, да и в мантии вообще. Под действием высоких давлений двухвалентное железо переходит в трёхвалентное, которое остаётся в структуре минерала. Одновременно при этом выделяется нейтральное железо, которое переходит в ядро. По сравнению с верхней мантией нижняя характеризуется относительной обогащённостью железом, т.е. она в значительной степени сохранила свой примитивный (изначальный) состав, тогда как верхняя мантия уже истощена (деплетизирована). 74. Строение мантии по Пущаровскому. Модель строения мантии, в которой выделено шесть геосфер: 1)верхняя часть верхней мантии - до глубины 410 км, 2)нижняя часть верхней мантии - 410-670 км, 3)зона раздела I между верхней и средней мантией (670 ÷ 840 км), 4)средняя мантия (840 ÷ 1700 км), 5)зона раздела II, отделяющая среднюю мантию от нижней (1700 ÷ 2200 км), 6)нижняя мантия (2200 ÷ 2900 км). В основании последней выделяется слой D", в отличие от ранее принятых границ этого слоя 2700 ÷ 2900 км. 75. Характеристика зоны раздела II. (1700 ÷ 2200 км). Петрологический состав этой зоны вытекает в основном из экспериментальных данных, полученных в условиях близких к давлению и температуре, характерным для глубин 1700 ÷ 2200 км. Так, при давлениях в 70 ГПа (глубина порядка 1700 км) отмечена металлизация вюстита (FeO). При ещё больших давлениях зафиксировано появление у вюстита политипии, связанное с образованием структурных фрагментов типа никелина (NiAs). Здесь же отмечена перестройка кремнезёма в стишовит с ромбической структурой типа рутила (TiO2). На глубине 2000 ÷ 2200 км происходит дальнейшая перестройка стишовита в структуру, занимающую промежуточное положение между РbО2 и ZrO2 с более плотной упаковкой кремний-кислородных октаэдров. На этих же глубинах при давлении порядка 90 ГПа допускается распад перовскито-подобного MgSiO3 на периклаз (MgO) и свободный кремнезём (SiO2). Полиморфные переходы вещества мантии в зоне раздела II приводят к существенному увеличению плотности пород и скачку скорости упругих колебаний. 76. Химический и минеральный состав земной коры В химическом отношении состав земной коры определяется в первую очередь кислородом (49,13%) (в виде окислов), кремнием (26%) и алюминием (7,45%). Железо, кальций, натрий, калий и магний. Кора характеризуется относительно высоким содержанием долгоживущих радиоактивных изотопов урана, тория и калия (максимально в кислых породах). В минералогическом отношении земная кора состоит из легкоплавких силикатов с преобладанием алюмосиликатов. Химический состав земной коры отличается от состава нижележащих оболочек и метеоритного вещества повышенной концентрацией кислорода, кремнезема, щелочных металлов, большинства редких элементов и пониженным содержанием магния и элементов группы железа (Fe, Co, Ni, Cr). Считают, что вещество земной коры образовалось из мантии за счёт выплавления и дегазации. 77. Химический состав ядра Земли. 2 точки зрения: ядро железо-никелевое или силикатное. Предполагается, что внешнее ядро состоит из сплавов или соединений железа с более легкими элементами, например, Si, O, S, H. Считается также весьма возможным соединение железа с серой Fe3S. Внутреннее ядро состоит из сплава железа с никелем в пропорции Fe 0.9 Ni 0.1. 78. Что находится на глубине 1700-2200 км. Причины выделения данной геосферы. Зона раздела 2. Петрологический состав этой зоны вытекает в основном из экспериментальных данных, полученных в условиях близких к давлению и температуре, характерным для глубин 1700-2200. В данной зоне отмечается перестройка кремнезема в стишовит с ромбической структурой типа рутила TiO2. 79. Что находится на глубине 2200-2900 км. Причины выделения данной геосферы. Нижняя мантия. Характеризуется дальнейшим (по сравнению с зоной раздела 2) увеличением плотности пород и плавным нарастанием скорости сейсмических волн. По сравнению с верхней мантией нижняя характеризуется относительной обогащенностью железом. 80. Что находится на глубине 2900-5000 км. Причины выделения данной геосферы. Внешнее ядро. Отмечается резкое падение скорости продольных волн, а поперечные волны здесь исчезают совсем, что указывает на смену вещественного состава пород. Состоит из вещества, находящегося в расплавленно-жидком состоянии. Его вязкость оценивается в 0.4П, что близко к вязкости воды. Кроме сейсмических данных об этом свидетельствуют приливные деформации внутри Земли. 81. Что находится на глубине 410-670 км. Причины выделения данной геосферы. В нижней части верхней мантии (410 ÷ 670 км), вероятно, преобладают фазы со структурными типами граната и шпинели. Их образование связано с трансформацией пироксена в гранат и вадслеита β - в рингвудит γ-модификацию (Mg,Fe)2SiO4 со структурой шпинели. Выделяется на основе возврастания скоростей сейсмических волн. Скорость продольных 7.9-9 до 9-11.4. Поперечных от 4.5-5 до 5-6.4. 82. Что находится на глубине 5000-5200 км. Причины выделения данной геосферы. Переходная оболочка между внутренним и внешним ядром. Выделяется в связи с некоторым увеличением скорости продольных упругий колебаний до 10,4 км/с, однако поперечные волны в ее пределах не прослеживаются. 83. Что находится на глубине 670-840 км. Причины выделения данной геосферы. Зона раздела 1. Выделяется в связи с переходом представителя семейства граната пиропа в ромбический перовскит и твердый раствор корунд-ильменит. 84. Что находится на глубине 870-1700 км. Причины выделения данной геосферы. Средняя мантия, строение и возможный петрологический состав существенно менее изучен по сравнению с верхней мантией. Допускается, что здесь отношение оксидов двухвалентных элементов (МО) к кремнезёму (MO/SiO2) равно примерно двум, что оказывается ближе к оливину, чем к пироксену, а среди минералов преобладают перовскитовые фазы (Mg,Fe)SiO3 и магнезиовюстит со структурой типа NaCl. Ниже поверхности раздела скорость сейсмических волн нарастает плавно и меняется для продольных волн от 9-11.4 до 11.4-13.6 км/с. Для поперечных от 5-6.4 до 6.4-7.3. 85. Что положено в основу знаний о внутреннем строении Земли? Наличие магнитного поля Земли, вулканической деятельности, гравитации, тектонической деятельности(землетрясения). Представления о строении и составе внутренних оболочек Земли основывается на комплексных геофизических исследованиях недр. Главным из них является сейсмический метод, опирающийся на данные о закономерностях распространения сейсмических волн. 86. Что положено в основу подразделения Земли на геосферы. В основу разработки моделей внутреннего строения Земли положены в первую очередь результаты сейсмических исследований, опирающиеся на данные о закономерностях распространения сейсмических волн. В очагах землетрясений и мощных взрывов возникают сейсмические волны – упругие колебания. Эти волны разделяются на объёмные – распространяющиеся в недрах планеты и «просвечивающие» их подобно рентгеновским лучам, и поверхностные – распространяющиеся параллельно поверхности и «зондирующие» верхние слои планеты на глубину десятки – сотни километров. 87. Что понимается под консолидированной корой континентов? Было установлено, что гранитный слой имеет скорость 5 ÷ 6 км/с, свойственную для гранитов, а нижний - 6 ÷ 7 км/с, характерную для базальтов. Земную кору, состоящую из гранитного и базальтового слоёв, назвали консолидированной корой, на которой располагается ещё один, верхний, осадочный слой, мощность которого варьировала в пределах 0 ÷ 5-6 км. 88. Что понимается под «корнями гор»? Исследования позволили измерить мощность коры в разных областях континентов. Было установлено, что в низменных районах она составляет 35 ÷ 45 км, а в горных возрастает до 50 ÷ 60 км (максимальная мощность коры - 75 км зафиксирована на Памире). Такое утолщение земной коры Б.Гутенбергом было названо «корнями гор». 89. Что понимается под моделью внутреннего строения Земли. Разрез планеты, на котором показано изменение с глубиной таких важных параметров, как плотность, давление, ускорение силы тяжести, скорости сейсмических волн, температуры, электропроводности и др. 90. Эволюция представлений о строении земной коры. 1)Первичная кора охлаждения это первая научная концепция о начальных стадиях развития Земли и земной коры в частности. Возникновение биостратиграфии, т.е. исторического подхода в геологии, не разрушило эту концепцию: к первичной коре стали относить те древнейшие формации, которые лежали ниже фаунистически охарактеризованных слоев. Лишь с развитием петрографии метаморфических пород, когда была доказана сложная их эволюция, от первичной коры охлаждения отказались. 2)Консолидированная земная кора, состоящая из гранитного и базальтового слоя, выше залегает осадочный слой, мощностью до 25 км. 3) Современный этап развития представлений о строении зк континентов начался в 80ые годы 20 века, создание трехслойной модели консолидированной коры. Исследования ряда отечественных (Н.И.Павленкова, И.П.Косминская) и зарубежных (С.Мюеллер) учёных доказали, что в строении земной коры континентов кроме осадочного слоя, необходимо выделить, по крайней мере, три, а не два, слоя: верхний, средний и нижний. Океаническая кора состоит из трёх слоев: первого - осадочного, второго – базальтового, и третьего - габбро-серпентинитового. 91. Эклогитовая модель мантии. Эклогитовая модель допускает присутствие в верхней мантии эклогитовых линз и блоков. 92. Ядро, строение и состав. Ядро занимает центральную часть Земли (2900-6371 км), составляя около 17% от ее объема и 33% массы. В его составе выделяют внешнее ядро, переходную оболочку и внутреннее ядро. Ядро занимает центральную часть Земли (2900-6371 км), составляя около 17% от ее объема и 33% массы. В его составе выделяют внешнее ядро, переходную оболочку и внутреннее ядро. В отношении химического и минерального состава ядра Земли существуют две основные точки зрения: ядро - железо-никелевое или силикатное (т.е. тождественно составу мантии). Более того, эти опыты показали, что в ядре должно содержаться не менее 80 ÷ 90% железа. |