Zemes apvalks ir ģeosfēras daļa, kas atrodas starp garozu un kodolu. Tas satur lielu daļu no visas planētas vielas. Mantijas izpēte ir svarīga ne tikai Zemes iekšējās struktūras izpratnē. Tas var izgaismot planētas veidošanos, nodrošināt piekļuvi retajiem savienojumiem un akmeņiem, palīdzēt izprast zemestrīču mehānismu un litosfēras plākšņu kustību. Tomēr iegūt informāciju par mantijas sastāvu un iezīmēm nav viegli. Cilvēki vēl neprot urbt tik dziļas akas. Zemes mantija tagad galvenokārt tiek pētīta, izmantojot seismiskos viļņus. Un arī modelējot laboratorijā.
Zemes struktūra: apvalks, kodols un garoza
Saskaņā ar mūsdienu priekšstatiem mūsu planētas iekšējā struktūra ir sadalīta vairākos slāņos. Augšējā ir garoza, tad atrodas mantija un Zemes kodols. Garoza ir ciets apvalks, kas sadalīts okeāniskā un kontinentālā. Zemes apvalku no tās atdala tā sauktā robežaMohorovičs (nosaukts horvātu seismologa vārdā, kurš noteica tā atrašanās vietu), kam raksturīgs pēkšņs kompresijas seismisko viļņu ātruma pieaugums.
Mantija veido aptuveni 67% no planētas masas. Saskaņā ar mūsdienu datiem to var iedalīt divos slāņos: augšējā un apakšējā. Pirmajā tiek izdalīts arī Golitsina slānis jeb vidējā mantija, kas ir pārejas zona no augšējās uz apakšējo. Kopumā mantija stiepjas no 30 līdz 2900 km.
Planētas kodols, pēc mūsdienu zinātnieku domām, galvenokārt sastāv no dzelzs un niķeļa sakausējumiem. Tas ir arī sadalīts divās daļās. Iekšējais kodols ir ciets, tā rādiuss tiek lēsts 1300 km. Ārējais - šķidrs, tā rādiuss ir 2200 km. Starp šīm daļām ir izdalīta pārejas zona.
Litosfēra
Zemes garozu un augšējo apvalku vieno jēdziens "litosfēra". Tas ir ciets apvalks ar stabilām un mobilām zonām. Planētas cietais apvalks sastāv no litosfēras plāksnēm, kurām ir paredzēts pārvietoties pa astenosfēru - diezgan plastisks slānis, iespējams, viskozs un ļoti sakarsēts šķidrums. Tā ir daļa no augšējās mantijas. Jāpiebilst, ka astenosfēras kā nepārtraukta viskoza apvalka esamību neapstiprina seismoloģiskie pētījumi. Planētas struktūras izpēte ļauj identificēt vairākus līdzīgus slāņus, kas atrodas vertikāli. Horizontālā virzienā astenosfēra acīmredzot tiek pastāvīgi pārtraukta.
Mantijas izpētes metodes
Slāņi zem garozas nav pieejamipētījums. Milzīgais dziļums, pastāvīga temperatūras paaugstināšanās un blīvuma palielināšanās ir nopietna problēma, lai iegūtu informāciju par apvalka un serdes sastāvu. Tomēr joprojām ir iespējams iedomāties planētas uzbūvi. Pētot mantiju, ģeofiziskie dati kļūst par galvenajiem informācijas avotiem. Seismisko viļņu ātrums, elektriskā vadītspēja un gravitācija ļauj zinātniekiem izdarīt pieņēmumus par pamatā esošo slāņu sastāvu un citām iezīmēm.
Turklāt kādu informāciju var iegūt no magmatiskajiem iežiem un mantijas iežu fragmentiem. Pie pēdējiem pieder dimanti, kas var daudz pastāstīt pat par apakšējo apvalku. Mantijas ieži sastopami arī zemes garozā. Viņu pētījums palīdz izprast mantijas sastāvu. Tomēr tie neaizstās paraugus, kas ņemti tieši no dziļajiem slāņiem, jo dažādu garozā notiekošo procesu rezultātā to sastāvs atšķiras no mantijas.
Zemes apvalks: sastāvs
Meteorīti ir vēl viens informācijas avots par to, kas ir mantija. Saskaņā ar mūsdienu koncepcijām hondrīti (visbiežāk sastopamā meteorītu grupa uz planētas) pēc sastāva ir tuvu zemes apvalkam.
Paredzēts, ka tajā ir elementi, kas planētas veidošanās laikā bija cietā stāvoklī vai bija cietā stāvoklī. Tie ietver silīciju, dzelzi, magniju, skābekli un dažus citus. Mantijā tie savienojas ar silīcija dioksīdu, veidojot silikātus. ATmagnija silikāti atrodas augšējā slānī, dzelzs silikāta daudzums palielinās līdz ar dziļumu. Apakšējā apvalkā šie savienojumi sadalās oksīdos (SiO2, MgO, FeO).
Zinātniekus īpaši interesē ieži, kas nav atrodami zemes garozā. Tiek pieņemts, ka apvalkā ir daudz šādu savienojumu (grospidītu, karbonātu utt.).
Slāņi
Sīkāk apskatīsim mantijas slāņu garumu. Pēc zinātnieku domām, augšējie atrodas aptuveni 30 līdz 400 km attālumā no zemes virsmas. Nākamā ir pārejas zona, kas iet dziļāk dziļumā vēl 250 km. Nākamais slānis ir apakšējais. Tās robeža atrodas aptuveni 2900 km dziļumā un saskaras ar planētas ārējo kodolu.
Spiediens un temperatūra
Kad jūs virzāties dziļāk uz planētu, temperatūra paaugstinās. Zemes mantija ir zem ārkārtīgi augsta spiediena. Astenosfēras zonā temperatūras ietekme pārsniedz, tāpēc šeit viela atrodas tā sauktajā amorfā vai daļēji izkausētā stāvoklī. Jo dziļāk zem spiediena tas kļūst ciets.
Mantijas un Mohoroviča robežas pētījumi
Zemes apvalks zinātniekus vajā diezgan ilgu laiku. Laboratorijās tiek veikti eksperimenti ar akmeņiem, kas, domājams, ir daļa no augšējā un apakšējā slāņa, ļaujot izprast mantijas sastāvu un iezīmes. Tādējādi japāņu zinātnieki atklāja, ka apakšējā slānī ir liels daudzums silīcija. Augšējā apvalkā ir ūdens rezerves. Viņa nāk nozemes garozā, kā arī no šejienes iekļūst virspusē.
Mohoroviča virsma ir īpaši interesanta, kuras būtība nav pilnībā izprotama. Seismoloģiskie pētījumi liecina, ka 410 km augstumā zem virsmas notiek metamorfiska iežu maiņa (tie kļūst blīvāki), kas izpaužas kā straujš viļņu ātruma pieaugums. Tiek pieņemts, ka baz alta ieži Mohoroviča robežas zonā pārvēršas eklogītā. Šajā gadījumā apvalka blīvums palielinās par aptuveni 30%. Ir arī cita versija, saskaņā ar kuru seismisko viļņu ātruma izmaiņu iemesls ir iežu sastāva izmaiņas.
Cikyu Hakken
2005. gadā Japānā tika uzbūvēts īpaši aprīkots kuģis Chikyu. Viņa misija ir izveidot rekorddziļu aku Klusā okeāna dzelmē. Zinātnieki ierosina ņemt paraugus no augšējās mantijas un Mohoroviča robežas iežu, lai iegūtu atbildes uz daudziem jautājumiem, kas saistīti ar planētas uzbūvi. Projekts paredzēts 2020. gadā.
Jāatzīmē, ka zinātnieki ne tikai pievērsuši uzmanību okeāna dzīlēm. Saskaņā ar pētījumiem garozas biezums jūru dibenā ir daudz mazāks nekā kontinentos. Atšķirība ir būtiska: zem ūdens staba okeānā dažos apgabalos ir tikai 5 km, lai pārvarētu magmu, savukārt uz sauszemes šis rādītājs palielinās līdz 30 km.
Tagad kuģis jau strādā: saņemti dziļo ogļu šuvju paraugi. Projekta galvenā mērķa īstenošana ļaus saprast, kā ir sakārtota Zemes mantija, kasvielas un elementi veido tās pārejas zonu, kā arī noskaidrot dzīvības izplatības apakšējo robežu uz planētas.
Mūsu izpratne par Zemes uzbūvi nebūt nav pilnīga. Iemesls tam ir grūtības iekļūt zarnās. Tomēr tehnoloģiskais progress nestāv uz vietas. Zinātnes sasniegumi liecina, ka tuvākajā nākotnē mēs uzzināsim daudz vairāk par mantijas īpašībām.
