Мантия Земли. 
Концепции современного естествознания

Мантия Земли расположена между земной корой и ядром. Различают верхнюю, среднюю и нижнюю мантию. Мантия составляет 83% объема Земли и 68% ее массы. Максимальная температура мантии составляет около 2500 °C. Возможно, она выше в областях, примыкающих к ядру Земли, от которого она отделена тонкой зоной перехода, мощность которого не превышает 20 км. Средняя плотность вещества мантии возрастает от 3,5 г/см³ в верхних слоях до 6,0 г/см³ в нижних пластах. Состоит мантия из тяжелых минералов, богатых кремнием и магнием, в меньшей степени железом. Так, в верхней мантии минералы с содержанием кремния и магния (Si0₂, MgO) составляют более 85% вещества. Такой химический состав мантийного вещества не является неожиданностью для ученых. Он коррелирует с представлением о составе исходного газопылевого облака, из которого образовались Солнце и планеты, в том числе Земля. Несмотря на высокую температуру основной массив мантийного вещества находится в твердом состоянии. Его плавлению препятствует высокое давление. В астеносфере, входящей в состав верхней мантии, давление ниспадает. Поэтому неудивительно, что астеносфера находится в аморфном состоянии. Фазовое состояние вещества мантии в целом не является однородным. Высокотемпературные процессы, происходящие в нем, при определенных условиях приводят к плавлению вещества, сопровождающему его переход в жидкое, а порой и газообразное состояние. Ярким свидетельством этих процессов являются извержения вулканов, содержащие как жидкостные (магматические), так и газообразные составляющие.

Ученые не сомневаются в том, что мантия охвачена многими специфическими процессами. Но судить о них им приходится главным образом по косвенным данным, ведь они не обладают непосредственным доступом к мантийному веществу, расположенному на глубинах, больших 13 км. Скважины даже наибольшей глубины не достигают этой отметки. Понимание мантийных процессов связано со значительными трудностями. Тем не менее на этот счет существуют многочисленные весьма плодотворные гипотезы. Мы имеем в виду концепцию химико-плотностной дифференциации вещества и конвективного движения в толще мантии. Обратимся в этой связи к химико-плотностной дифференциации вещества.

Ее содержание состоит в том, что химическая определенность вещества зависит от ряда факторов, в частности температуры, давления и плотности. А это означает, что на различных глубинах существуют неодинаковые вещества. Проиллюстрируем это обстоятельство данными, включенными в табл. 4.6, взятую из статьи А. А. Ярошевского^[1].

Таблица 4.6

Химико-плотностная дифференциация вещества.

Несомненно, что химические реакции, представленные в табл. 4.6, выражают лишь малую часть всего спектра фазовых переходов, характерных для мантии Земли. Но столь же несомненно, что этот спектр действительно имеет место. К тому же следует учитывать, что химико-плотностная дифференциация вещества может сопровождаться выделением значительных порций энергии.

Обратимся теперь к концепции конвективного движения в массиве мантии. И в его реальности не приходится сомневаться. Дрейф континентов, подъем на поверхность Земли мантийного вещества, погружение океанической коры в мантию — все это непосредственно указывает на определенные конвективные движения. Различие температурных режимов, господствующих на различных глубинах мантийного вещества Земли, также указывает на реальность конвективного движения. Актуально также следующее рассуждение. Если тепловая энергия из внутренних регионов Земли поступала бы к ее поверхности за счет обыкновенной теплопроводности, то она сама расплавилась бы. Этого не происходит из-за передачи энергии посредством конвективного движения. Оно, следовательно, предохраняет Землю от перегрева. К сожалению, динамические истоки конвективного движения пока не определены с желаемой степенью точности. Они в основном остаются предметом гипотез, не имеющих экспериментального подтверждения. Таких гипотез несколько.

• [1] Ярошевский А. А. Химический и минеральный состав вещества Солнечной системыи оболочек Земли // Современное естествознание: энциклопедия: в 10 т. М.: ИздательскийДом МАГИСТР-ПРЕСС, 2000. Т. 9. Науки о земле. С. 36−37.