Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из Мезосферы (мантия) )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Строение Земли. На этой диаграмме мезосфера обозначена как более жесткая мантия .

Нижняя мантия , исторически известная также как мезосфере , составляет примерно 56% от общего объема Земли, и область от 660 до 2900 км ниже поверхности Земли ; между переходной зоной и внешним ядром . [1] предварительная Эталонная модель Земли (ПРЕМ) отделяет нижнюю мантию на три секции, самый верхний (660-770 км), в середине нижней мантии (770-2700 км), и D слой (2700-2900 км). [2] Давление и температура в нижней части диапазона мантии от 24-127 ГПа [2] и 1900-2600 K . [3]Было высказано предположение о том , что состав нижней мантии пиролитический , [4] , содержащий три основные фазы bridgmanite , ferropericlase и кальций-силикатного перовскита. Было показано, что высокое давление в нижней мантии вызывает спиновый переход железосодержащего бриджманита и ферропериклаза [5], который может влиять как на динамику мантийного плюма [6] [7], так и на химию нижней мантии. [5]

Верхняя граница определяется резким увеличением скорости и плотности сейсмических волн на глубине 660 километров (410 миль). [8] На глубине 660 км рингвудит ( γ- (Mg, Fe)
2SiO
4) разлагается на перовскит Mg-Si и магнезиовюстит . [8] Эта реакция отмечает границу между верхней и нижней мантией . Это измерение рассчитано на основе сейсмических данных и лабораторных экспериментов при высоком давлении. Основание мезосферы включает зону D ″, которая расположена чуть выше границы мантия-ядро на расстоянии приблизительно от 2700 до 2890 км (от 1678 до 1796 миль). Основание нижней мантии около 2700 км. [8]

Физические свойства [ править ]

Изначально нижняя мантия была обозначена как D-слой в сферически-симметричной модели Земли Буллена. [9] Сейсмическая модель внутренней части Земли PREM разделила слой D на три отдельных слоя, определяемых разрывом скоростей сейсмических волн : [2]

  • 660-770 км: Разрыв в скорости волны сжатия (6-11%) с последующей крутым градиентом свидетельствуют о трансформации минерального рингвудита к bridgmanite и ferropericlase и перехода между зоной переходом слоем к нижней мантии.
  • 770–2700 км: постепенное увеличение скорости, указывающее на адиабатическое сжатие минеральных фаз в нижней мантии.
  • 2700–2900 км: D-слой считается переходом от нижней мантии к внешнему ядру .

Температура нижней мантии колеблется от 1960 К в верхнем слое до 2630 К на глубине 2700 км. [3] Модели температуры нижней мантии приближают конвекцию как вклад первичного переноса тепла, в то время как теплопроводность и радиационная теплопередача считаются незначительными. В результате градиент температуры нижней мантии как функция глубины примерно адиабатический. [1] Расчет геотермального градиента показал уменьшение с 0,47 К / км в самой верхней нижней части мантии до 0,24 К / км на 2600 км. [3]

Состав [ править ]

Нижняя мантия в основном состоит из трех компонентов: бриджманита, ферропериклаза и силикатно-кальциевого перовскита (CaSiO 3 -перовскит). Исторически сложилось так, что пропорция каждого компонента была предметом обсуждения, когда предполагалась основная масса,

  • Пиролитический: получен из тенденций петрологического состава перидотита верхней мантии, что свидетельствует об однородности между верхней и нижней мантией с отношением Mg / Si, равным 1,27. Эта модель предполагает, что нижняя мантия состоит из 75% бриджманита, 17% ферропериклаза и 8% CaSiO 3 -перовскита по объему. [4]
  • Хондритовый: предполагает, что нижняя мантия Земли образовалась из-за состава хондритового метеорита, предполагающего соотношение Mg / Si примерно 1. Это означает, что бриджманит и CaSiO 3 -перовскиты являются основными компонентами.

Лабораторные мульти-наковальня эксперименты компрессионных пиролита смоделированы условия адиабатический геотермы и измеряли плотность с использованием на месте в дифракции рентгеновских лучей . Было показано, что профиль плотности вдоль геотермы согласуется с моделью PREM . [10] Первый принцип расчета профиля плотности и скорости в геотерме нижней мантии с изменяющимся соотношением бриджманита и ферропериклаза обнаружил соответствие модели PREM при соотношении 8: 2. Эта пропорция согласуется с валовым пиролитическим составом нижней мантии. [11]Кроме того, расчеты скорости поперечной волны пиролитического состава нижней мантии с учетом малых элементов привели к совпадению с профилем скорости сдвига PREM в пределах 1%. [12] С другой стороны, спектроскопические исследования Бриллюэна при соответствующих давлениях и температурах показали, что нижняя мантия, состоящая более чем из 93% бриджманитовой фазы, имеет скорости поперечных волн, соответствующие измеренным сейсмическим скоростям. Предлагаемый состав соответствует хондритовой нижней мантии. [13] Таким образом, валовой состав нижней мантии в настоящее время является предметом обсуждения.

Зона перехода вращения [ править ]

Электронное окружение двух железосодержащих минералов в нижней мантии (бриджманит, ферропериклаз) переходит из высокоспинового (HS) в низкоспиновое (LS) состояние. [5] Fe 2+ в ферропериклазе претерпевает переход между 50-90 ГПа. Бриджманит содержит в своей структуре как Fe 3+, так и Fe 2+ , Fe 2+ занимает позицию A и переходит в LS-состояние при 120 ГПа. В то время как Fe 3+ занимает как A-, так и B-сайты, Fe 3+ в B-позиции претерпевает переход от HS к LS при 30-70 ГПа, в то время как Fe 3+ в A-сайте обменивается с катионом Al 3+ в B-позиции и становится LS. [14]Этот спиновый переход катиона железа приводит к увеличению коэффициента распределения между ферропериклазом и бриджманитом до 10-14, обедняя бриджманит и обогащая ферропериклаз Fe 2+ . [5] Сообщается, что переход от HS к LS влияет на физические свойства железосодержащих минералов. Например, сообщалось, что плотность и несжимаемость увеличиваются от HS к LS-состоянию в ферропериклазе. [15] Влияние спинового перехода на транспортные свойства и реологию нижней мантии в настоящее время исследуется и обсуждается с помощью численного моделирования.

История [ править ]

Мезосфера (не путать с мезосферой , слоем атмосферы ) происходит от «мезосферной оболочки», придуманной Реджинальдом Олдвортом Дейли , профессором геологии Гарвардского университета . В пред- тектоники плит эпохи, Дейли (1940) сделан вывод , что внешняя Земли состояла из трех сферических слоев: литосфера ( в том числе коры ), астеносферу и мезосферную оболочку. [16]Гипотетические глубины Дейли до границы литосферы и астеносферы составляли от 80 до 100 км (от 50 до 62 миль), а вершина мезосферной оболочки (основание астеносферы) составляла от 200 до 480 км (от 124 до 298 миль). Таким образом, толщина астеносферы Дейли составляла от 120 до 400 км (от 75 до 249 миль). Согласно Дейли, основание твердой мезосферы Земли могло доходить до основания мантии (и, таким образом, до вершины ядра ).

Производный термин, мезопласты , был введен в качестве эвристики , основанной на комбинации «мезосферы» и «пластины», для постулируемых систем отсчета, в которых существуют горячие точки мантии . [17]

См. Также [ править ]

  • Крупные провинции с низкой скоростью сдвига

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Каминский, Феликс В. (2017). Нижняя мантия Земли: состав и строение . Чам: Спрингер. ISBN 9783319556840. OCLC  988167555 .
  2. ^ a b c Дзевонски, Адам М .; Андерсон, Дон Л. (1981). «Предварительная эталонная модель Земли». Физика Земли и планетных недр . 25 (4): 297–356. DOI : 10.1016 / 0031-9201 (81) 90046-7 . ISSN 0031-9201 . 
  3. ^ a b c Кацура, Томоо; Йонеда, Акира; Ямазаки, Дайсуке; Ёсино, Такаши; Ито, Эйдзи (2010). «Адиабатический профиль температуры в мантии». Физика Земли и планетных недр . 183 (1-2): 212-218. DOI : 10.1016 / j.pepi.2010.07.001 . ISSN 0031-9201 . 
  4. ^ a b Рингвуд, Альфред Э. (1976). Состав и петрология земной мантии . Макгроу-Хилл. ISBN 0070529329. OCLC  16375050 .
  5. ^ a b c d Бадро, Дж. (2003-04-03). «Разделение железа в мантии Земли: к глубокому разрыву нижней мантии». Наука . 300 (5620): 789–791. DOI : 10.1126 / science.1081311 . ISSN 0036-8075 . PMID 12677070 . S2CID 12208090 .   
  6. ^ Шахнас, MH; Pysklywec, RN; Хусто, JF; Юэнь, Д.А. (09.05.2017). «Аномалии спиновых переходов в нижней мантии: последствия для частичного расслоения средней мантии». Международный геофизический журнал . 210 (2): 765–773. DOI : 10,1093 / gji / ggx198 . ISSN 0956-540X . 
  7. ^ Бауэр, Дэн Дж .; Гурнис, Майкл; Джексон, Дженнифер М .; Стурхан, Вольфганг (28 мая 2009 г.). «Усиленная конвекция и быстрые плюмы в нижней мантии, вызванные спиновым переходом в ферропериклазе» . Письма о геофизических исследованиях . 36 (10). DOI : 10.1029 / 2009GL037706 . ISSN 0094-8276 . 
  8. ^ a b c Конди, Кент С. (2001).«Перья мантии и их записи в истории Земли» . Издательство Кембриджского университета . С. 3–10. ISBN 0-521-01472-7.
  9. ^ Буллен, KE (1942). «Изменение плотности центрального ядра Земли» . Бюллетень сейсмологического общества Америки . 32 : 19–29.
  10. ^ Irifune, T .; Shinmei, T .; Маккаммон, Калифорния; Miyajima, N .; Руби, округ Колумбия; Фрост, диджей (08.01.2010). «Разделение железа и изменение плотности пиролита в нижней мантии Земли». Наука . 327 (5962): 193–195. DOI : 10.1126 / science.1181443 . ISSN 0036-8075 . PMID 19965719 . S2CID 19243930 .   
  11. ^ Ван, Сяньлун; Цучия, Таку; Хасэ, Ацуши (2015). «Вычислительная поддержка пиролитической нижней мантии, содержащей трехвалентное железо». Природа Геонауки . 8 (7): 556–559. DOI : 10.1038 / ngeo2458 . ISSN 1752-0894 . 
  12. ^ Хён, Евгения; Хуанг, Шичунь; Петаев, Михаил И .; Якобсен, Стейн Б. (2016). «Является ли мантия химически стратифицированной? Выводы из моделирования скорости звука и эволюции изотопов в раннем океане магмы» . Письма о Земле и планетах . 440 : 158–168. DOI : 10.1016 / j.epsl.2016.02.001 .
  13. ^ Мураками, Мотохико; Охиси, Ясуо; Хирао, Наохиса; Хиросе, Кей (май 2012 г.). «Перовскитовая нижняя мантия, полученная на основе данных о скорости звука при высоком давлении и высокой температуре» . Природа . 485 (7396): 90–94. DOI : 10.1038 / nature11004 . ISSN 0028-0836 . PMID 22552097 . S2CID 4387193 .   
  14. ^ Badro, Джеймс (2014-05-30). «Спиновые переходы в мантийных минералах». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 42 (1): 231–248. DOI : 10.1146 / annurev-earth-042711-105304 . ISSN 0084-6597 . 
  15. ^ Лин, Юнг-Фу; Специя, Серджио; Мао, Чжу; Марквардт, Хауке (апрель 2013 г.). «Эффекты электронных спиновых переходов железа в минералах нижней мантии: последствия для геофизики и геохимии глубокой мантии» . Обзоры геофизики . 51 (2): 244–275. DOI : 10.1002 / rog.20010 . S2CID 21661449 . 
  16. ^ Дейли, Реджинальд Олдворт (1940). Прочность и устройство Земли . Нью-Йорк: Прентис-Холл .
  17. ^ Kumazawa, М., Fukao, Y. (1977). «МОДЕЛЬ ДВОЙНОЙ ТЕКТОНИКИ» . Исследования высокого давления, применения в геофизике, ACADEMIC PRESS, INC. Издано Elsevier Inc., стр. 127.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )