Состав верхней мантии




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Состав верхней мантии

Состав верхней мантии

14.08.2017


Мантийные породы залегают между внешней границей ядра на глубинах 2900 км и границей Мохоровичича (Moxo), расположенной в основании как континентальной, так и океанической коры Ниже границы Moxo скорость продольных сейсмических волн (vp) резко возрастает до характерных значений — в целом более 8 км/с. Несколько способов доказательств показывает, что область генерации основной магмы располагается в пределах верхней мантии, но ниже основания литосферы Таким образом, определенная геофизически и в значительной степени благополучно скрытая от непосредственного наблюдения мантия стала жертвой большинства сверхобобщений. Однако реальные доступные образцы создают совершенно разнородную группу:
1) массивные тела гарцбургитов, мощность которых достигает нескольких километров в офиолитовых комплексах, ассоциирующие в отдельных случаях с небольшими телами, сравнительно обогащенными клипопироксеном;
2) нодули эклогитов из кимберлитов;
3) нодули лерцолнтов, обычно гранатсодержащие, практически характерные только для кимберлитов, в которых встречаются также небольшие количества нодулей дунитов, гарцбургитов и породы с другими сочетаниями минеральных составляющих лерцолита;
4) редкие гроспидитовые нодули из отдельных кимберлитов;
5) нодули шпинелевых лерцолитов, характерные для многих базанитов, нефелинитов и некоторых типов щелочных базальтов; происхождение этого класса нодулей дискуссионно, т. е. возникают вопросы: представляют ли они «среднюю мантию» и образовались ли на несколько меньших глубинах по сравнению с лерцолитовыми нодулями кимберлитов или являются (перекристаллизованными) продуктами фракционирования первичных щелочных базитовых магм, или это представители мантии, деплетированной во время парциального плавления? Таким образом, могут или не могут эти породы быть связаны с ксенолитами в основной магме?
Наряду с этими реальными образцами имеются и другие указания неоднородности мантии:
6) величина vp, хотя в целом свыше 8 км/с для верхних частей лнтосферной мантии, в действительности же варьирует от 8,0 до 8,4 км/с;
7) низкоскоростной слой (HCC), известный также как астеносфера, находится ниже литосферы как под океанической, так и под континентальной корой. Глубина залегания его основания приблизительно оценивается в 250 км, а кровли — 100—200 км под континентальными областями и 50—70 км в районах океанов и несколько меньше под океаническими хребтами. Наблюдаемое незначительное уменьшение скоростей продольных волн и ощутимое уменьшение скоростей поперечных волн (vs) согласуется с тем, что HCC содержит около 1 % расплава, образовавшегося при частичном плавлении. Судить о составе данного слоя по сейсмическим данным трудно, однако состав «пиролита», минералогическим эквивалентом которого является гранатовый или шпинелевый лерцолит в зависимости от глубины, согласуется с имеющимися данными; соображения, основанные на химическом составе БСОХ, показывают, что по крайней мере под океанами HCC значительно обеднен наиболее плавкими компонентами в результате одного или более эпизодов частичного плавления;
8) астеносферная мантия с пониженными скоростями vp до 7,8 км/с подстилает поверхность Moxo в Афаре и Исландии, это может свидетельствовать о существовании сравнительно разогретых участков в районах восходящего мантийного потока (его наличие определяется из геохимии ассоциирующих изверженных пород, которая значительно отличается от среднего состава астеносферы, и свидетельствует об обогащении железом и несовместимыми элементами);
9) данные по базальтам срединно-океанических хребтов, рассмотренные в гл. 3, свидетельствуют о значительной степени обедненности астеносферной мантии вне связи с влиянием восходящих мантийных потоков;
10) установленное погружение литосферных плит, исходя из высоких значений величин Q (качественное выражение неупругости мантии), связанных с зонами Беньофа, подразумевает перемещение океанической коры (переходящей в эклогит примерно ниже 100 км), гарцбургитовых и других деплетированных мантийных пород на значительные глубины внутрь мантии;
11) в различных местах кимберлиты содержат разные количества нодулей от эклогитового до лерцолитового состава Точное значение этого не ясно, но, исходя из высоких плотностей (устанавливаемых по сейсмическим данным), гранат (являющийся более плотным, чем магнезиальный оливин и пироксены) скорее всего играет большую роль, по крайней мере в нижних частях литосферы. Эклогит может образоваться либо при фракционировании базитовых магм на глубине, либо при перекристаллизации материала погруженной океанической коры;
12) ограничения, налагаемые значениями отношений СаО/А2О3 в коматиитах, предполагают существование продуктов высокой степени плавления мантии, после чего остается только оливин-орго-пироксеновый остаток, что позволяет говорить для архейского времени о расслоенной мантии, в которой содержание граната увеличивается с глубиной;
13) кроме того, имеется возможность вариаций состава мантии, из которой могли генерироваться базитовые магмы, во времени. Если взять современную скорость извержения основных пород из океанической коры, по несколько консервативным обобщенным оценкам, около 20 км3 в год (см гл 3) и даже не учитывать неизвестную возможность появления значительных количеств базитовой магмы, которая могла кристаллизоваться ниже наблюдаемых коровых уровней в мантии, интерполировать эти расчеты до времени 4,5 млрд лет (хотя эта скорость в прошлом могла быть выше) и принять, что для образования одной части базальтовых пород около четырех частей мантии должны подвергнуться частичному плавлению, то можно рассчитать, что свыше 300*10в9 км3 мантии переработано таким образом и, следовательно, дифференцирован но по составу. Эта расчетная величина составляет около 35 % мантии.
В общем, хотя масса всех горных пород (в конечном счете образовавшихся из мантии) составляет не более 0,42 % массы Земли или 0,62 % массы мантии, в любом случае это не может означать, что мантия, непосредственно подстилающая земную кору, является или являлась постоянным фактически бесконечным неменяющимся источником пород в процессах магматического петрогенеза. Тем не менее, хотя общепризнанный «средний» состав верхней мантии и представлял бы большое удобство для петрологов-магматистов при построении ими различных моделей, такая концепция, очевидно, является совершенно бездоказательной.
Исходя из всех имеющихся данных, можно прийти к выводу с том, что самые верхние несколько километров мантии сложены тугоплавкими, обогащенными Mg гарцбургитами с очень небольшими содержаниями Na, К и Ti и значительно обедненными несовместимыми рассеянными элементами. Ниже преобладающими породами должны быть лерцолиты в сочетании с различными количествами эклогитов. Лерцолит в сочетании с оливином, ортопироксеном и клинопироксеном должен содержать глиноземистые фазы — либо шпинель на сравнительно небольших глубинах, либо гранат на больших глубинах. На еще более глубоких уровнях и, вероятно, вне области образования всех обычных магм в лерцолитовой мантии может присутствовать неизвестное количество тел гроспидитового состава.
В качестве возможного преобладающего мантийного источника для большинства примитивных базитовых магм, на рассчитанных глубинах их образования, выбор явно следовало бы остановить на составе гранатового лерцолита. Он имеет необходимую плотность, удовлетворяющую ограничениям, налагаемым изостатическими и сейсмическими скоростными данными, и обладает способностью генерации ряда основных расплавов за счет частичного плавления при подходящих давлениях. Исходя из доказательств, результаты которых совпадают по изучению нодулей различного состава, и соображений, касающихся магмагенерирующих процессов, в работе П. Харриса приведен ограниченный ряд возможных составов недеплетированной мантии (табл. 34). Минералогически данная расчетная средняя мантия состоит примерно из 65 % форстеритового оливина, ортопироксена, клинопироксена и граната, количество каждого из которых чуть более 10 %. На меньших глубинах данный состав может быть представлен 65 % оливина, около 2 % шпинели и равными количествами глиноземистых орто- и клинопироксенов. Взяв среднее из анализов нодулей гранатовых лерцолитов, получим средний анализ из табл. 34 Следует отметить отчетливо выраженную гиперстеннормативную природу этого, возможно, наиболее точно определенного среднего состава верхней мантии, пригодного для петрогенетических построений.

Имеется некоторая неопределенность относительно возможности существования в верхней мантии небольших количеств водных фаз, таких как амфибол (потенциально стабильный до глубины около 80 км) и флогопит (потенциально стабильный до глубины: около 100 км). Хотя многие нодули не содержат водных минералов и хотя некоторые водные минеральные составляющие нодулей могли быть образованы в результате реакций с вмещающими их водосодержашими базитовыми магмами но время достижения поверхности, небольшая часть нодулей все же содержит, очевидно, первичные амфиболы и флогопиты. Некоторая неопределенность остается вследствие возможной миграции H2O и других главных летучих компонентов (CO3) в верхней мантии, имеющих важное значение при рассмотрении процессов петрогенезиса. Отметим также, что неоднородность состава верхней мантии увеличивается и связана с различной степенью обеднения в результате частичного плавления и удаления жидкой фазы.
Более детальное обсуждение этих положений дано А, Рингвудом в его книге «Состав и петрология мантии Земли».