Магма, питающая вулканы, может храниться в земной коре тысячи лет

В строении Земли три основные оболочки: земная кора, мантия и ядро.

Схема внутреннего строения Земли

Поверхность Земли покрывает каменная оболочка — земная кора. Ее толщина под океанами составляет всего 3–15 км, а на материках доходит до 75 км. Получается, что по отношению ко всей планете земная кора тоньше, чем кожура у персика. Верхний слой коры образован осадочными горными породами, под ним находятся «гранитный» и «базальтовый» слои, которые названы так условно.

Под земной корой располагается мантия. Мантия — внутренняя оболочка, покрывающая ядро Земли. С греческого языка «мантия» переводится как «покрывало». Ученые предполагают, что верхняя часть мантии состоит из плотных пород, то есть она твердая. Однако в ней на глубине 50—250 км от поверхности Земли размещается частично расплавленный слой, который называется магмой. Она сравнительно мягкая и пластичная, способна медленно течь и таким образом перемещаться. Скорость движения магмы невелика — несколько сантиметров в год. Однако это играет решающую роль в движениях земной коры. Температура верхнего слоя магмы — около +2000 °С, а в нижних слоях жар может достигать +5000 °С. Земная кора вместе с верхним слоем раскаленной мантии называется литосферой.

Под мантией, на глубине около 2900 км от поверхности, скрыто ядро Земли. Оно имеет форму шара радиусом почти 3500 км. В ядре выделяют внешнюю и внутреннюю часть, которые отличаются по составу, температуре и плотности. Внутреннее ядро — самая горячая и плотная часть нашей планеты, состоящая, как полагают ученые, в основном из железа и никеля. Во внутреннем ядре давление столь велико, что оно, несмотря на огромную температуру (+6000…+10 000 °С), представляет собой твердое тело. Внешнее ядро находится в жидком состоянии, его температура — 4300 °С.

Строение земной коры

Большая часть коры снаружи покрыта гидросферой, а меньшая граничит с атмосферой. В соответствии с этим различают земную кору океанического и материкового типов, причем они имеют различное строение.

Строение земной коры

Материковая (континентальная) земная кора занимает меньшую площадь (около 40 % от всей поверхности Земли), но имеет более сложное строение. Под высокими горами ее толщина достигает 60—70 км. Состоит континентальная кора из 3 слоев — базальтового, гранитного и осадочного. Океаническая земная кора более тонкая — всего 5—7 км. Состоит она из двух слоев: нижнего — базальтового и верхнего — осадочного.

Земная кора наиболее изучена на глубину до 20 км. По результатам анализа многочисленных образцов горных пород и минералов, выходящих на поверхность земли при горообразовательных процессах, а также взятых из горных выработок и глубоких буровых скважин, был вычислен средний состав химических элементов земной коры.

Пограничный слой, разделяющий мантию и кору Земли, называют границей Мохо-ровичича, или поверхностью Мохо, в честь хорватского ученого А. Мохоровичича. Он первым в 1909 г. указал на характерное повеление сейсмических волн при переходе границы, которая прослеживается по всему земному шару на глубине от 5 до 70 км.

Как добраться до центра Земли? Самая безумная идея

Мощный грохот несется над стартовой площадкой в пустыне Мохав (Калифорния, США). Слегка дрожит земля. Но вот только никакой ракеты в небе не видно. Напротив 100.000 тонн расплавленного железа температурой 1600 градусов Цельсия пробивают себе дорогу к центру Земли. Гигантская масса жидкого металла была вылита в специально выкопанную в грунте щель шириной и глубиной 300 метров, а толщиной всего 10 сантиметров. Что должно получиться? Невероятных размеров «лезвие», которое под собственной тяжестью будет углубляться внутрь нашей планеты со скоростью 5 метров в секунду, вызывая при этом мини-землетрясения. За землетрясения отвечают специальные устройства, плавающие в массе жидкого железа.

Эти шарообразные зонды размером с грейпфрут напичкают сверххитроумной электроникой, способной выдерживать температуру в 4000 градусов и давление в миллионы раз превышающее то, что Вы ощущаете на своих плечах. Этот сверхпрочный «агент» человечества выведает, какую температуру имеют породы, сквозь которые он будет проходить, состав этих пород, их способность проводить тепло и многое другое. С помощью датчиков, встроенных в шар, ученые смогут впервые прикоснуться к раскаленным недрам нашей планеты, лежащим в тысячах километрах под поверхностью. Если все пройдет хорошо, «лезвие» закончит свое путешествие через семь дней после запуска, влившись в ядро Земли, также состоящее из расплавленного железа.

Схема путешествия к центру Земли по Дэвиду Стивенсону.

Что скажете? Идея кажется немного сумасшедшей? Да есть такое… Кстати автор идеи, известный новозеландский планетолог Дэвид Стивенсон, придумал все это под впечатлением одного фантастического кинофильма, рассказывавшего о путешествии к центру Земли. Недолго думая, Стивенсон написал на эту тему научную статью, которая была напечатана в весьма серьезном американском журнале «Нейчур».

В основе проекта новозеландца лежит простое соображение: человечество научилось запускать научные зонды за миллиарды километров от Земли, чтобы изучать космические дали, но нам до сих пор не удалось проникнуть в недра собственной планеты глубже, чем на 12 километров. Смешная цифра, не правда ли? Ведь от поверхности Земли до ее центра целых 6731 километр.

Но почему путешествие к центру Земли считается такой трудной задачей? Ну, во-первых, для бурения земли на чудовищную глубину потребуется уйма энергии. Да и какое топливо выдержит соприкосновение с огромным давлением и сверхвысокими температурами недр? На глубине 3000 километров, как считают ученые, температура породы составляет 5000 градусов, а давление — один миллион атмосфер.

Нечего и думать о том, чтобы затащить туда баки с бензином или газом — они будут раздавлены и моментально сгорят.

Однако Стивенсон предлагает черпать энергию из вполне доступного источника. Он хочет использовать… силу земного притяжения. То есть «корабль недр» поползет вниз под собственной тяжестью. При 300-метровой высоте, «лезвие» будет иметь в ширину всего 10 сантиметров. Давление 100.000 тонн железа (столько его производится ежедневно во всем мире) на такую узкий участок грунту не выдержать.

Земля «расступится», пропуская «железный корабль» к центру планеты.

Разумеется, вся эта затея не имеет никакого смысла, если в ходе экспедиции не удастся выполнить разные научные измерения.

Для этого «лезвие» понесет в себе те самые металлические шары-зонды, которые, катясь между стенками разлома, также опустятся в недра. Но как создать такие электронные устройства, чтобы они могли выдержать огромное давление и жар? По признанию самого Стивенсона, пока он этого не знает.

Замеры температуры на глубине производятся и сегодня (например, при бурении нефтяных скважин), но применяемые для этого датчики в сверхпрочной оболочке на глубине более 10 километров давления уже не держат. Иными словами, работу над зондами для путешествия к центру Земли надо начинать с нуля. Правда, Стивенсон считает, что если на разработку зондов потратить столько же денег, во сколько обошлись полеты на Луну, решение обязательно будет найдено.

Предположим, в один прекрасный день датчики для замеров на больших глубинах будут созданы. А как передать полученную ими информацию на поверхность Земли? «О, это легко, — скажете Вы. — Просто надо поставить на зонды радиопередатчики, и ученые смогут получить по радио все интересующие их данные». Э, нет, тут есть проблема. Дело в том, что радиоволны не умеют проникать сквозь толщу Земли. Однако неугомонный Стивенсон придумал другое средство общения — сейсмические волны, которые ученые называют волнами типа «P» («П» латинское), т.е сейсмические волны, идущие из глубин Земли к поверхности и вызывающие землетрясения.

Чтобы связаться с поверхностью шар-зонд затрясется и задрожит, ну прямо как старый будильник. Эти колебания пройдут сквозь толщу земли и дойдут до поверхности. Именно в этих вибрациях и будет закодирована информация, приходящая из недр. Ну, например, если температура на пути к центру Земли станет возрастать, зонд станет колебаться чаще. Изменения в колебаниях запишут сверхчувствительные приборы — сейсмографы, установленные на поверхности.

Двигаясь со скоростью 5 метров секунду, «лезвию» понадобится 7 дней, чтобы достичь жидкого ядра нашей планеты, которое находится на глубине 3000 километров.

Надо признать, что для досужего любителя путешествий и приключений, спуск в недра Земли может показаться весьма скучной затеей. Большей частью наша планета состоит из твердой породы серого, зеленого или красного цветов (это зависит от преобладающего в ней химического элемента). Внутри Земли нет ни фантастических пещер, ни гигантских океанов, ни погрузившихся в глубины континентов. Сверхвысокая температура и гигантское давление никогда не дадут появиться феерическим подземным пейзажам, созданным когда-то фантазией Жюля Верна.

Но вот для ученых-геологов спуск зондов в адские глубины, напротив, станет ярким и выдающимся событием. Ведь они еще так мало знают о том, что происходит внутри Земли, даже о температурах на огромных глубинах могут судить только очень приблизительно. Ведь на самом деле «градусник» никогда не опускался ниже 10 километров.

Необычайно интересным для ученых станет проход «лезвия» между разными слоями-сферами, слагающими земной шар, особенно между мантией и жидким ядром.

Когда и как будет проходить путешествие к центру земли? На сегодня мало кто возьмется ответить на этот вопрос. Технические трудности, которые стоят на пути проекта, настолько велики, что геологам, конечно же, придется набраться терпения. Правда, самые большие оптимисты среди них говорят: «А многие ли в 1900 году верили, что 69 лет спустя человек будет гулять по Луне?».

©При частичном или полном использовании данной статьи — активная гиперссылка ссылка на alfaed.ru ОБЯЗАТЕЛЬНА

Вас это заинтересует:

Что такое система FBW (fly-by-wire)?

Какие автомобили изменили автопром?

Какие губы лучше?

Как изучают мантию?

Мантия находится глубоко под Землей, и даже самые глубокие буровые скважины не доходят до нее. Но иногда при прорыве газов через земную кору образуются так называемые кимберлитовые трубки. Через них на поверхность поступают мантийные породы и минералы. Самый знаменитый из них — это алмаз, самый глубокорасположенный фрагмент нашей планеты, который мы можем изучать. Благодаря таким трубкам мы можем судить о строении мантии.

Кимберлитовая трубка в Якутии

Поделиться ссылкой

Внутреннее ядро Земли действительно твердое, хотя и немного пластичное

Схематическое изображение внутренних оболочек Земли

Рис. 1.

Схематическое изображение внутренних оболочек Земли: земной коры, верхней мантии, нижней мантии, внешнего ядра и внутреннего ядра. Рисунок с сайта pinterest.com

То, что ядро Земли состоит из двух слоев, вещество которых по-разному пропускает сейсмические волны, известно давно. Но если по поводу жидкой природы внешнего ядра сомнений не было, то по поводу состояния внутреннего ядра ученые-геофизики спорят уже более 80 лет. Наконец получены убедительные доказательства того, что внутреннее ядро твердое. Но не совсем: оно обладает определенными признаками пластичности.

Несмотря на технический прогресс, в обозримом будущем люди вряд ли смогут физически проникнуть в мантию Земли, а уж тем более — в ее ядро: пока удалось углубиться лишь на 12 километров в земную кору (см. Кольская сверхглубокая скважина) и этот рекорд еще долго не будет побит. Но знания о том, что представляют собой внутренние оболочки планеты, чрезвычайно важны для понимания физических процессов, определяющих развитие Земли. Для изучения глубоких недр используют геофизические методы, в первую очередь — сейсмические. Именно использование сейсмических методов, основанных на изучении скорости распространения объемных сейсмических волн в толще Земли, позволило ученым провести границы между зонами внутренних неоднородностей в теле планеты и определить, что земная толща подразделяется на верхнюю мантию, нижнюю мантию, внешнее ядро и внутреннее ядро (рис. 1).

Объемные сейсмические волны, используемые в геофизических наблюдениях, делятся на продольные P-волны, в которых упругие механические колебания совершаются вдоль направления распространения, и поперечные S-волны, в которых колебания перпендикулярны направлению распространения. Первичным источником сейсмических волн для глубинных исследований обычно служат природные землетрясения, а для фиксации отклика прошедших сквозь недра Земли волн используют сейсмографы. Любой сейсмический импульс «запускает» одновременно оба типа волн — и продольные, и сдвиговые, которые по-разному преломляются (или отражаются) на границах сред с разной плотностью. Если Р-волны проходят через любые материалы, то S-волны, которые еще называют сдвиговыми волнами (так как они являются деформациями сдвига), распространяются только в твердых телах, поскольку модуль сдвига в жидкостях и газах равен нулю.

Предположение о том, что ядро Земли неоднородно, а состоит из двух оболочек — внешней расплавленной и внутренней твердой — было высказано еще в 1936 году датским геофизиком Инге Леманн на основе анализа прохождения сквозь тело Земли сейсмических волн от крупного землетрясения в южной части Тихого океана. Последующие исследования подтвердили, что на глубине около 5100 км от поверхности Земли находится четкая граница, фиксирующаяся по преломлению и отражению продольных сейсмических волн, — она и считается разделом между внешним и внутренним ядром. Верхняя граница внешнего ядра находится на глубине около 2900 км от поверхности.

Тот факт, что сдвиговые волны практически не распространяются во внешнем ядре, свидетельствует о том, что вещество этой оболочки находится в жидком состоянии. Что касается, внутреннего ядра, то неоднозначность интерпретации сейсмических данных, связанных с ним, долгие годы служила поводом для дискуссии о том, твердое оно или нет. С одной стороны, характер преломления и отражения продольных волн от его поверхности говорили в пользу предположения о твердом внутреннем ядре. Да и при тех давлениях, которые существуют на этих глубинах (около 3,8 млн бар), вряд ли можно представить себе другое состояние вещества. Но для однозначного подтверждения этой версии нужно было зафиксировать распространение в нем сдвиговых волн, что было сделать весьма проблематично, так как волны этого типа практически не проходят через окружающую внутреннее ядро жидкую оболочку внешнего ядра.

Для обозначения волн разных типов, распространяющихся сквозь внутренние оболочки Земли, геофизики пользуются следующими обозначениями: P — продольные волны в мантии; S — сдвиговые волны в мантии; K — продольные волны во внешнем ядре; I — продольные волны во внутреннем ядре; J — сдвиговые волны во внутреннем ядре.

Рис. 2.

Пути волн типов PKIKP и PKJKP в недрах Земли. IC — внутреннее ядро; Outer Core — внешнее ядро; Mantle — мантия. Рисунок с сайта livescience.com

Волнам от конкретного сейсмического импульса, прошедшим сквозь различные оболочки и зафиксированным сейсмографами на выходе, присваивается определенный код, указывающий на то, какой тип волн преобладал при прохождении через ту или иную оболочку. Например, если и в мантии, и во внешнем ядре больше проявлены продольные колебания, а во внутреннем ядре колебания не фиксируются вообще, такой волне присваивается код PKIKP. Таким образом, для доказательства того, что внутреннее ядро является твердым, необходимо было уверенно зафиксировать волны типа PKJKP (рис. 2).

Ученые-геофизики из Австралийского национального университета (ANU) Хрвое Ткальчич (Hrvoje Tkalčić) и Тхань Сон Фам (Thanh-Son Pham) применили особый прием для обнаружения сверхслабых PKJKP-волн — так называемый метод корреляционных волновых полей, в основе которого лежит принцип сопоставления сигналов, поступающих на пары сейсмографов. При этом анализируются не сами поступающие сигналы, а сходство между сигналами от одного и того же сейсмического события. Сейсмограммы, полученные на различных сейсмографах, сравнивались попарно, а затем с помощью специальной программы строились так называемые глобальные коррелограммы (изображения волновых полей), покрывающие всю поверхность Земли (рис. 3).

Различные типы волн, зафиксированные авторами исследования, и их геометрия. Волны типа PKJKP выделены
черным пунктиром
во внутреннем ядре и
черными стрелками
во внешнем ядре и мантии. Волны других типов показаны
серым
.
Стрелки
указывают направление распространения волн (источник расположен в правой части рисунка). R1 и R2 — приемные устройства. Рисунок из обсуждаемой статьи в
Science
Еще одна особенность примененного авторами подхода заключалась в преднамеренном игнорировании сильных волновых сигналов, которые обычно и являются главным предметом изучения. Понимая, что PKJKP-волны можно обнаружить только в области слабых сигналов, авторы отбрасывали первые три часа сейсмограмм, рассматривая только интервал от 3 до 10 часов после землетрясения.

Главной характеристикой сдвиговых волн, позволяющей делать вывод о состоянии среды, в которой они распространяются, является их скорость (Vs). Полученные авторами значения скоростей J-волн во внутреннем ядре (3,42 км/с на границе и 3,58 км/с в центре) подтверждают, что внутренне ядро Земли действительно твердое, но при этом не такое твердое, как считалось ранее. Полученные значения на 2,5% ниже, чем предполагается в принятой на сегодняшний день Предварительной Эталонной модели Земли (Preliminary Reference Earth Model, PREM), построенной на основе анализа собственных колебаний Земли (подробнее о собственных колебаниях планет читайте в материале Планеты на ленте сейсмометра). Это значит, что внутреннее ядро не абсолютно твердое, а обладает определенной пластичностью, как некоторые металлы — например, золото или платина. Хотя пониженные значения скоростей J-волн можно объяснить и другой причиной — наличием во внутреннем ядре небольшого количества расплава, заключенного в пространстве между кристаллами твердого вещества.

Полученные значения Vs позволяют делать определенные выводы и относительно состава внутреннего ядра. В частности, если бы внутренне ядро состояло из чистого железа или сплавов на его основе, скорости Vs были бы значительно выше тех, которые удалось зафиксировать. Наилучшим образом таким скоростям соответствует сплав железа, кремния и углерода.

Авторы считают, что, хотя до полного понимания состава внутреннего ядра и состояния вещества в нем еще очень далеко, если планомерно продолжать изучать параметры J-волн, можно будет не только ответить на эти вопросы, но и лучше понять, как наша планета сформировалась и как она эволюционировала.

Источник:

Hrvoje Tkalčić, Thanh-Son Phạm. Shear properties of Earth’s inner core constrained by a detection of J waves in global correlation wavefield //
Science.
2018. DOI: 10.1126/science.aau7649.

Владислав Стрекопытов

МА́ГМА

МА́ГМА (греч. μάγμα – гус­тая мазь) (маг­ма­ти­че­ский рас­плав), ог­нен­но-жид­кая мас­са пре­им. си­ли­кат­но­го со­ста­ва, воз­ни­каю­щая в глу­бин­ных ус­ло­ви­ях в ре­зуль­та­те плав­ле­ния ве­ще­ст­ва зем­ной ко­ры или верх­ней ман­тии и об­ра­зую­щая при ос­ты­ва­нии и кри­стал­ли­за­ции маг­ма­ти­че­ские гор­ные по­ро­ды. Пред­став­ля­ет со­бой смесь маг­ма­тич. рас­пла­ва, кри­стал­лов и/или их сро­ст­ков и га­зо­вой фа­зы. B вул­ка­нич. об­лас­тях M., дос­ти­гая зем­ной по­верх­но­сти, те­ря­ет рас­тво­рён­ные ле­ту­чие ком­по­нен­ты и пре­вра­ща­ет­ся в ла­ву. Маг­ма­тич. мас­сы, кри­стал­ли­зую­щие­ся на глу­би­не, об­ра­зу­ют раз­лич­ные по фор­ме и раз­ме­рам ин­тру­зив­ные те­ла – от мел­ких да­ек (вы­пол­нен­ные маг­мой тре­щи­ны) до ог­ром­ных мас­си­вов (пло­ща­ди го­ри­зон­таль­ных се­че­ний дос­ти­га­ют мн. ты­сяч км2). Сре­ди из­лив­ших­ся на по­верх­ность эф­фу­зив­ных гор­ных по­род рез­ко пре­об­ла­да­ют ба­заль­ты, сре­ди за­сты­вших на глу­би­не ин­тру­зив­ных гор­ных по­род – гра­ни­ты.

М. по хи­мич. со­ста­ву де­лят­ся на си­ли­кат­ные (наи­бо­лее рас­про­стра­не­ны), кар­бо­нат­ные (бо­лее ред­кие, в них со­дер­жа­ние кар­бо­на­тов св. 50% по мас­се; в за­ви­си­мо­сти от ми­нер. со­ста­ва раз­ли­ча­ют: каль­ци­то­вые, си­де­ри­то­вые с ба­ст­не­зи­том и со­до­вые, со­стоя­щие пре­им. из кар­бо­на­та на­трия), ещё ре­же встре­чаю­щие­ся фос­фат­ные (с пре­об­ла­да­ни­ем в со­ста­ве со­еди­не­ний фос­фо­ра), суль­фид­ные (силь­но обо­га­щён­ные суль­фи­да­ми се­ры) и т. д. Си­ли­кат­ные М. со­сто­ят из со­еди­не­ний Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K, O, Ti, P и др. эле­мен­тов. При вы­со­ких дав­ле­ни­ях в них мо­жет быть рас­тво­ре­но зна­чит. ко­ли­че­ст­во ле­ту­чих ком­по­нен­тов (во­да, уг­ле­кис­лый газ, фтор, хлор, со­еди­не­ния се­ры, уг­ле­во­до­ро­ды и др.). Си­ли­кат­ные М. ана­ло­гич­но маг­ма­тич. гор­ным по­ро­дам под­раз­де­ля­ют­ся по со­дер­жа­нию SiO2 (% по мас­се): на ульт­ра­ос­нов­ные ( <� 45), ос­нов­ные (45–52), сред­ние (52–65), кис­лые ( > 65); по сум­мар­но­му со­дер­жа­нию ще­лоч­ных ок­си­дов (Na2O и K2O) – на М. нор­маль­но­го ря­да, суб­ще­лоч­ные и ще­лоч­ные. Сре­ди этих групп пре­об­ла­да­ют М. нор­маль­но­го ря­да ос­нов­но­го (ба­заль­то­вые) и ки­сло­го (рио­ли­то­вые или гра­нит­ные) со­ста­ва. Темп-ры боль­шин­ст­ва М. в зем­ной ко­ре на­хо­дят­ся в пре­де­лах 600–1300 °C. Са­мые низ­кие темп-ры за­фик­си­ро­ва­ны для на­тро­кар­бо­на­ти­то­вых М. ( ≈ 450 °C), са­мые вы­со­кие – для ко­ма­ти­и­то­вых и мей­ме­чи­то­вых М. (1600–1650 °C). Вяз­кость маг­ма­тич. рас­пла­вов варь­и­ру­ет от 1 до 108 Па· с. Наи­мень­шей вяз­ко­стью об­ла­да­ют вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ные М. ульт­ра­ос­нов­но­го (пе­ри­до­ти­то­вые) и ос­нов­но­го (ба­заль­то­вые) со­ста­вов, наи­боль­шей – кис­лые М. (рио­ли­то­вые). M. ба­заль­то­во­го со­ста­ва из­ли­ва­ют­ся в ви­де ла­во­вых по­то­ков, ско­рость пе­ре­ме­ще­ния ко­то­рых дос­ти­га­ет ино­гда 30 км/ч. Вяз­кая M. ки­сло­го со­ста­ва (осо­бен­но по­сле по­те­ри ле­ту­чих ком­по­нен­тов) об­ра­зу­ет в жер­лах вул­ка­нов экс­тру­зив­ные ку­по­ла, ре­же – по­то­ки; для неё ха­рак­тер­ны так­же взрыв­ные из­вер­же­ния c об­ра­зо­ва­ни­ем мощ­ных толщ иг­ним­бри­тов.

Раз­лич­ные по со­ста­ву М. об­ра­зу­ют­ся за счёт плав­ле­ния по­род ман­тии и зем­ной ко­ры в ре­зуль­та­те трёх осн. ме­ханиз­мов: прив­но­са те­п­ла, умень­ше­ния дав­ле­ния или прив­но­са ле­ту­чих ком­по­нен­тов (пре­им. во­ды). Со­став М. за­ви­сит от со­ста­ва суб­стра­та и ус­ло­вий плав­ле­ния. Ман­тий­ные М. име­ют пре­им. ульт­ра­ос­нов­ной и основ­ной со­став, ко­ро­вые – кис­лый, все ос­таль­ные пред­став­ле­ны маг­ма­тич. об­ра­зо­ва­ния­ми про­ме­жу­точ­но­го сред­не­го со­ста­ва. При­чи­ной на­гре­ва по­род ман­тии или ко­ры мо­жет быть по­сту­п­ле­ние те­п­ла из бо­лее глу­бо­ких сло­ёв Зем­ли, на­ко­п­ле­ние ра­дио­ген­но­го те­п­ла и др. Ге­не­ра­ция М. за счёт про­гре­ва верх­ней ман­тии ман­тий­ны­ми плю­ма­ми из ниж­ней ман­тии ха­рак­тер­на для маг­ма­тиз­ма в го­ря­чих точ­ках. Плав­ле­ние за счёт умень­ше­ния дав­ле­ния мо­жет про­ис­хо­дить в зо­нах раз­дви­же­ния ли­то­сфер­ных плит (риф­то­вых зо­нах – под сре­дин­но-океа­нич. хреб­та­ми, с ко­то­ры­ми свя­зан ин­тен­сив­ный ба­заль­то­вый вул­ка­низм). При­сут­ст­вие ле­ту­чих ком­по­нен­тов, напр. во­дя­но­го па­ра, су­ще­ст­вен­но сни­жа­ет темп-ру плав­ле­ния гор­ных по­род. Об­ра­зо­ва­ние М. за счёт при­в­но­са ле­ту­чих ком­по­нен­тов в ман­тию ха­рак­тер­но для зон столк­но­ве­ния (кол­ли­зии) и зон по­гру­же­ния (суб­дук­ции) од­ной пли­ты под дру­гую – в об­лас­тях ост­ров­ных дуг и ок­ра­ин кон­тинен­тов. В этих зо­нах при про­гре­ве опус­каю­щей­ся пли­ты осу­ще­ст­в­ля­ет­ся про­грес­сив­ный ме­та­мор­физм её по­род, бо­га­тых во­дой (спи­ли­тов, сер­пен­ти­ни­тов и др.), и про­ис­хо­дит вы­де­ле­ние ог­ром­но­го ко­ли­че­ст­ва ле­ту­чих ком­по­нен­тов, ко­то­рые по­сту­па­ют в вы­ше­ле­жа­щую ман­тию и вы­зы­ва­ют её час­тич­ное плав­ле­ние.

Ме­сто ге­не­ра­ции М. на­зы­ва­ют пер­вич­ным маг­ма­тич. оча­гом. М. из маг­ма­тич. оча­га стре­мит­ся под­нять­ся к по­верх­но­сти вслед­ст­вие сво­ей под­виж­но­сти и мень­шей (по срав­не­нию с вме­щаю­щи­ми по­ро­да­ми) плот­но­сти. При подъ­ё­ме она мо­жет на­ка­п­ли­вать­ся на разл. глу­би­не, фор­ми­руя про­ме­жу­точ­ные маг­ма­тич. оча­ги. Глу­би­на пер­вич­ных маг­ма­тич. оча­гов сре­дин­но-океа­нич. хреб­тов океа­нов, кон­ти­нен­таль­ных риф­тов и др. зон рас­тя­же­ния ли­то­сфе­ры дос­та­точ­но по­сто­ян­на и со­став­ля­ет 50–60 км. В зо­нах сжа­тия, пре­ж­де все­го в над­суб­дук­ци­он­ных вул­ка­нич. поя­сах, глу­би­на маг­ма­тич. оча­гов ши­ро­ко варь­и­ру­ет от 60 км и бо­лее до 20 км и ме­нее. Обыч­но глу­би­на про­ме­жу­точ­ных оча­гов умень­ша­ет­ся от бо­лее ран­них эта­пов маг­ма­тиз­ма к бо­лее позд­ним. В маг­ма­тич. оча­гах M. воз­ни­ка­ют при час­тич­ном плав­ле­нии ра­нее су­ще­ст­во­вав­ших гор­ных по­род, при ко­то­ром лег­ко­плав­кие жид­кие фрак­ции от­де­ля­ют­ся от не­рас­пла­вив­ше­го­ся твёр­до­го ос­тат­ка (т. н. рес­ти­та). Сте­пе­ни плав­ле­ния мо­гут варь­и­ро­вать от не­сколь­ких про­цен­тов до 40–50% от объ­ё­ма пер­во­на­чаль­ной по­ро­ды, наи­бо­лее вы­со­кие зна­че­ния за­фик­си­ро­ва­ны для по­род ман­тии при об­ра­зо­ва­нии ко­ма­тии­тов пре­им. в ар­хей­скую эру (4,5–2,5 млрд. лет на­зад).

При подъ­ё­ме к по­верх­но­сти или в маг­ма­тич. оча­ге М., по­сте­пен­но ос­ты­вая, на­чи­на­ет кри­стал­ли­зо­вать­ся. Сна­ча­ла кри­стал­ли­зу­ют­ся ми­не­ра­лы с наи­бо­лее вы­со­кой темп-рой кри­стал­ли­за­ции, за­тем по­сте­пен­но – с бо­лее низ­кой темп-рой кри­стал­лизации. Нем. пет­ро­граф К. Г. Ро­зен­буш (на ос­но­ве на­блю­де­ний при­род­ных про­цес­сов) и амер. пет­ро­лог Н. Л. Бо­у­эн (в ре­зуль­та­те экс­пе­ри­мен­тов) пред­ло­жи­ли об­щую по­сле­до­ва­тель­ность кри­стал­ли­за­ции, из­вест­ную как ряд Боу­эна: вна­ча­ле кри­стал­ли­зу­ют­ся маг­не­зи­аль­но-же­ле­зи­стые без­вод­ные си­ли­ка­ты (оли­вин, ор­то­пи­рок­сен, кли­но­пи­рок­сен) и пла­ги­ок­ла­зы основного со­ста­ва, да­лее сле­ду­ют ро­го­вая об­ман­ка и пла­ги­ок­ла­зы среднего со­ста­ва, а в кон­це про­цес­са об­ра­зу­ют­ся био­тит, ще­лоч­ные по­ле­вые шпа­ты и кварц. Та­кая по­сле­до­ва­тель­ность ха­рак­тер­на для по­род нор­маль­но­го ря­да, кри­стал­ли­зую­щих­ся при не­боль­ших дав­ле­ни­ях и уме­рен­ных со­дер­жа­ни­ях ле­ту­чих компонентов. В суб­ще­лоч­ных и ще­лоч­ных по­ро­дах и при боль­ших дав­ле­ни­ях по­ря­док кри­стал­ли­за­ции мо­жет су­ще­ст­вен­но от­ли­чать­ся.

По­па­дая в иные ус­ло­вия, чем те, в ко­то­рых она ге­не­ри­ро­ва­лась, M. мо­жет эво­лю­цио­ни­ро­вать, ме­няя свой со­став. Это при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию раз­ных по ми­нер. со­ста­ву гор­ных по­род. Из­ме­не­ние со­ста­ва М. про­ис­хо­дит пу­тём её диф­фе­рен­циа­ции на разл. эта­пах кри­стал­ли­за­ции, а так­же в ре­зуль­та­те взаи­мо­дей­ст­вия с вме­щаю­щи­ми по­ро­да­ми и при сме­ше­нии с М. бо­лее позд­них ге­не­ра­ций. Диф­фе­рен­циа­ция M. мо­жет про­ис­хо­дить до её кри­стал­ли­за­ции (док­ри­стал­ли­за­ци­он­ная) или в про­цес­се кри­стал­ли­за­ции (кри­стал­ли­за­ци­он­ная), в про­ме­жу­точ­ном маг­ма­тич. оча­ге (глу­бин­ная диф­фе­рен­циа­ция) или на мес­те её за­сты­ва­ния (внут­ри­ка­мер­ная диф­фе­рен­циа­ция). Ус­та­нов­ле­ние в рас­пла­вах гра­ви­тац. рав­но­ве­сия мо­жет при­вес­ти к диф­фе­рен­циа­ции их ве­ще­ст­ва по вы­со­те. Об­щая тен­ден­ция та­кой диф­фе­рен­циа­ции – обо­га­ще­ние SiO2, Al2O3, CaO и ще­ло­чны­ми оксидами верх­них час­тей под­ни­маю­щей­ся маг­ма­тич. ко­лон­ны и на­ко­п­ле­ние MgO и FeO в ниж­них её час­тях (гра­ви­тац. диф­фе­рен­циа­ция). Экс­пе­ри­мен­таль­но и тео­ре­ти­че­ски диф­фе­рен­циа­ция обос­но­ва­на Н. Л. Боу­эном для ба­заль­то­вой M. B про­цес­се диф­фе­рен­циа­ции под вли­я­ни­ем разл. фак­то­ров (напр., гра­ви­тац. оса­ж­де­ние или всплы­ва­ние вы­де­лив­ших­ся из рас­пла­ва кри­стал­лов, пе­ре­ме­ще­ние их кон­век­ци­он­ны­ми по­то­ка­ми) про­ис­хо­дит и про­стран­ст­вен­ное обо­соб­ле­ние воз­ни­каю­щих ми­нер. фаз (фрак­цио­ни­ро­ва­ние). Диф­фе­рен­циа­ция М. осу­ще­ст­в­ля­ет­ся так­же в ре­зуль­та­те ли­к­ва­ции (раз­де­ле­ния её на не­сме­ши­ваю­щие­ся жид­ко­сти) и др. фак­то­ров. Из­ме­не­ние со­ста­ва М. за счёт взаи­мо­дей­ст­вия с вме­щаю­щи­ми по­ро­да­ми про­ис­хо­дит при дви­же­нии её по тон­ким тре­щи­нам и ка­на­лам, где она на­сы­ща­ет­ся ми­не­ра­ла­ми вме­щаю­щих по­род. Кро­ме это­го, М. мо­жет раз­ру­шать стен­ки маг­ма­тич. оча­гов и ка­на­лов, за­хва­ты­вая ксе­но­ли­ты вме­щаю­щих по­род, ко­то­рые рас­тво­ря­ют­ся в ней пол­но­стью или час­тич­но (ас­си­ми­ля­ция, кон­та­ми­на­ция).

Пор­ции М. мо­гут от­ли­чать­ся по со­ста­ву как от М. в при­по­верх­но­ст­ном оча­ге, так и друг от дру­га. При мно­го­крат­ном по­сту­п­ле­нии в маг­ма­тич. оча­ги но­вых пор­ций М. про­ис­хо­дит их сме­ше­ние, что при­во­дит к ещё боль­ше­му раз­но­об­ра­зию со­ста­ва маг­ма­тич. по­род. В дол­го­жи­ву­щих вул­ка­нич. цен­трах при­по­верх­но­ст­ные маг­ма­тич. оча­ги пе­рио­ди­че­ски под­пи­ты­ва­ют­ся пор­ция­ми М., ко­то­рые обес­пе­чи­ва­ют ак­тив­ность вул­ка­на в те­че­ние мн. ты­сяч лет. При этом фор­ми­ру­ет­ся маг­ма­тич. пи­таю­щая сис­те­ма, со­стоя­щая из об­лас­ти маг­мо­ге­не­ра­ции, об­лас­ти ми­гра­ции М. и при­по­верх­но­ст­ных маг­ма­тич. оча­гов. Об­лас­ти маг­мо­ге­не­ра­ции су­ще­ст­ву­ют за счёт фак­то­ров (напр., вы­со­ко­го те­п­ло­во­го по­то­ка и/или по­то­ка ле­ту­чих ком­по­нен­тов), соз­даю­щих ус­ло­вия для по­сто­ян­но­го или пе­рио­дич. плав­ле­ния гор­ных по­род.

Со­став пла­вив­ших­ся по­род, ус­ло­вия об­ра­зо­ва­ния и вне­дре­ния М. в зем­ную ко­ру, кри­стал­ли­за­ции и фрак­цио­ни­ро­ва­ния оп­ре­де­ля­ют на­бор по­лез­ных ком­по­нен­тов, ко­то­рые кон­цен­три­ру­ют­ся при этих про­цес­сах и фор­ми­ру­ют эн­до­ген­ные ме­сто­ро­ж­де­ния по­лез­ных ис­ко­пае­мых.

Разновидности магмы

Базальтовая магма

Базальтовая

(основная) магма, по-видимому, имеет большее распространение. В ней содержится около 50 % кремнезёма, в значительном количестве присутствуют алюминий, кальций, железо и магний, в меньшем — натрий, калий, титан и фосфор. По химическому составу базальтовые магмы подразделяются на толеитовую (перенасыщенна кремнезёмом) и щёлочно-базальтовую (оливин-базальтовую) магму (недонасыщенную кремнезёмом, но обогащённую щелочами).

Гранитная магма

Гранитная

(риолитовая, кислая) магма содержит 60—65 % кремнезёма, она имеет меньшую плотность, более вязкая, менее подвижная, в большей степени, чем базальтовая магма, насыщена газами.

В зависимости от характера движения магмы и места её застывания, различают два типа магматизма: интрузивный

и
эффузивный
. В первом случае магма остывает и кристаллизуется на глубине, в недрах Земли, во втором — на земной поверхности или в приповерхностных условиях (до 5 км).

Как образуется магматические горные породы?

Главным производителем веществ из глубин на поверхность Земли являются вулканы. В процессе извержения, расплавленное вещество недр земли выходит на поверхность и застывает. Магма может подниматься вверх по трещинам в земной коре и застывать на некоторой глубине, не достигая земной поверхности. Больше всего в земной коре таких магматических горных пород, как гранит и базальт.

образование-магмы

Схема выхода магмы на поверхность земли

Что происходит с магмой на поверхности земли?

Вырвавшись на поверхность, магма попадает в царство кислорода, углекислого газа и воды, с которыми идет постоянная разрушительная химическая работа. Она совершается очень медленно и не видна человеческому глазу. Самое активное влияние ледники, реки, ветер, мороз и солнце. Под влиянием этих природных сил эти породы начинают разрушаться и превращаться в обломки и переноситься в другое место. Горные реки способны переносить тяжелые камни. Текущие воды подобны скульптору, которые кропотливо превращают крупные обломки пород в валуны, затем в гальку, песок и ил. Мелкие частицы разрушенной породы уносятся ветрами и реками в озера мировые океаны, где они накапливаются и постепенно уплотняются. Например, для образования кварцевых зерен гранита потребуется около миллиона лет. Горные породы, которые накапливались на поверхности земли, называют осадочными. По сравнению с другими горными породами осадочные породы более мягкие и легче поддаются разрушению. Из этих пород образуется большая часть строительных материалов – известняк, песок, галька, глина, щебень.

Продукты получаемые из застывшей магмы и горных пород.

Основные продукты горных пород, которые широко использует человек — это щебень, который находит свое применение в строительной сфере. Щебень используют для строительства дорог, домов и везде, где нужен крупный и твердый заполнитель в бетонных растворах. Помимо щебня используются большие камни, которые выпиливают и обрабатывают. Например, это могут быть памятники, статуи. Также это скальный грунт, который используют для строительства дорог. Вернуться на главную или читать статью о получении и применении гранулированного шлака.

застывшие магматические породы

Материалы по теме

00:10 — 20 ноября 2015

Путешествие во времени

Как теория Эйнштейна предсказала черные дыры и кротовые норы
История формирования Земли из протопланетного диска не имеет прямого отношения к определению ее возраста — в отличие от старения радиоактивных элементов. В частности, продуктов распада радиоактивных изотопов на поверхности Земли больше, чем в ее центре, что связано с различными условиями, в которых происходит старение изотопов.

Вероятно, это имел в виду Фейнман, когда в своих лекциях по гравитации, прочитанных в 1962-1963 годах в Калифорнийском технологическом университете (США), сказал, что «следует быть значительно внимательнее в будущем при разговоре о возрасте таких объектов, как Земля, поскольку центр Земли должен быть на день или два моложе, чем ее поверхность».

Этот мысленный эксперимент — одно из множества наблюдений о физическом мире, сделанных Фейнманом. Указанная им разница в возрасте центра и поверхности Земли цитировалась в нескольких работах. Однако исследование датских физиков дает совсем другой результат. Непонятно, кто ошибся — стенограф или Фейнман, но вместо дней должны быть годы.

Химический состав магмы

В магме содержатся практически все химические элементы таблицы Менделеева, среди которых: Si, Al, Fe, Са, Mg, К, Ti, Na, а также различные летучие компоненты (оксиды углерода, сероводород, водород, фтор, хлор и др.) и парообразная вода. Летучие компоненты при кристаллизации магмы на глубине частично входят в состав различных минералов (амфиболов, слюд и прочих). В редких случаях отмечаются магматические расплавы несиликатного состава, например, щёлочно-карбонатного (вулканы Восточной Африки) или сульфидного. По мере продвижения магмы вверх, количество летучих компонентов сокращается. Дегазированная магма, излившаяся на поверхность, называется лавой.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: