Мантия и ядро Земли

а) Верхняя мантия.

В середине XX в. английские геофизики Г. Джеффрис и К. Буллен по сейсмическим данным разделили мантию на верхнюю (до 400 км), переходную зону (400 – 1000 км) и нижнюю (1000 – 2900 км). Верх­няя мантия неоднородна по элементарному и изотопному составу. Изучение изотопного состава глубинных газов позволило установить «гелиевое», «аргоновое», «неоновое», «ксеноновое» дыхание Земли. Для глубинных газов характерны CO, H₂, CH₄ – показатели резко­ восстановительной среды. Состав верхней мантии ряд авторов счита­ет аналогичным хондритам (состоят из стекла). Составу верхней мантии отвечает смесь трёх частей ультраосновных пород и одной щелочного базальта.

б) Переходная зона, нижняя мантия и земное ядро.

Переходная зона и нижняя мантия, вероятно, также имеют силикат­ный состав. Их большую плотность объясняют образованием более плотной модификации минералов – стишовита, шпинели, периклаза и др. По элементарному составу нижняя мантия сильно отличается от земной коры, хотя в ней всё ещё преобладает O. Второе место при­надлежит Fe и лишь третье – Si. Высоки кларки Mg, Ni, S, сравнительно малы – Ca и Al.

По сейсмическим данным большая часть земного ядра жидкая (внешнее ядро) и только на глубинах более 5100 км расположено твёрдое внутреннее ядро с плотностью около 12-13 г/см³. В ос­нове гипотезы о железо-никелевом ядре Земли лежит предположение о близости состава ядра к составу железных метеоритов, содержа­щих в среднем 80,78% Fe, 8,59% Ni и 0,63% Co.

По гипотезе А.Ф. Капустинского, в земном ядре вследствие ог­ромного давления нарушается электронная структура атомов, исчеза­ет их химическая индивидуальность и все элементы приобретают оди­наковые металлизованные свойства (вещество состоит из ядер ато­мов, находящихся в общей для всех ядер электронной плазме). Это определяет однообразие земного ядра, отсутствие различий между химическими элементами (зона «нулевого химизма»).

в) Геохимическая классификация элементов В.М. Гольдшмидта. Этот учёный сравнил дифференциацию элементов в расплавленной пла­нете с выплавкой металла из руд, когда на дно металлургической печи опускается тяжёлый металл с плотностью 7, а на поверхность всплывает лёгкий силикатный шлак (аналог земной коры). Между ни­ми располагается слой «штейна» – сульфида железа с примесью сульфидов других металлов (аналог мантии). Распределение элементов на оболочках, по Гольдшмидту, зависело от их атомных объёмов. Эле­менты, занимающие минимумы по кривой атомных объёмов, дают спла­вы с Fe, в ходе дифференциации они образовали земное ядро (сидерофильные элементы). Элементы, занимающие максимумы на кривой, обладают большим сродством к кислороду. При дифференциации они образовали земную кору и верхнюю мантию (литофильные элементы). Элементы с высоким сродством к S, Se, Fe (халъкофильные) за­нимают восходящие части кривой; они сосредоточены в нижней мантии; образуют сульфидно-оксидную оболочку. Инертные газы относятся к атмофильной группе. Данная классификация широко применяется в геохимии.

1.3 Геохимия планет земной группы и космохимия

Возникновение химических элементов [1].