Общая-геохимия.-Иркутск-2019 (1) (856215), страница 18
Текст из файла (страница 18)
/ (13C /12C) PDB –1)) 1000.В качестве стандарта (PDB) выбрано значение изотопного отношения 13C/12C в углероде кальцита ископаемого моллюска Belimnitella Americana из меловой формации Пи-Ди, Южная Каролина,США.На Земле существует два резервуара углерода – восстановленный углерод биогенной природы и карбонаты. В этих резервуарахизотопный состав углерода определяется фотосинтезом, при которомрастения поглощают углерод и водород, и обменными реакциямимежду содержащими углерод ионами, молекулами, твердыми телами.93Это приводит к следующим особенностям распределения изотопов углерода:1.
Биогенные соединения обогащены легким изотопом. В тропических растениях δ13C ~ –28 ‰. В CO2 атмосферы δ13C ~ –7 ‰. Вископаемых углях δ 13C варьирует от –22 до –27 ‰, в континентальных нефтях – от –30 до –35 ‰, что доказывает их органическоепроисхождение. В природном газе (СH4) δ13C варьирует от –40 до –75.2. Карбонаты обогащены тяжелым изотопом. Например, в системе CО2 (атмосферный) – HCO3 (растворенная) обменная реакцияприводит к обогащению бикарбоната, а затем и карбоната тяжелымизотопом углерода 13C.
В морских известняках δ13C варьирует от+4,5 до –5,1 ‰. В геологических объектах глубинного происхождения в карбонатитах и алмазах δ13C ~ 6 ‰, это близко к δ 13C в углистых хондритах.94ГЛАВА 7. ГЕОХИМИЯ ОБОЛОЧЕК ЗЕМЛИ7.1. Ядро, мантия и земная кора7.1.1. Внутреннее строение ЗемлиПри изучении внутреннего строения Земли и уточнении главных границ раздела в её недрах – кора, мантия и ядро – на первомместе находится сейсмологический метод.
Продольные, поперечные и поверхностные сейсмические волны, возникающие при землетрясениях, проходят через весь земной шар так, что с их помощью можно как бы прощупать всю Землю, определить мощность иплотность слоёв (рис. 27). Основываясь на сейсмических данных, встроении Земли выделяют кору, мантию и ядро.Рис. 27. 3D-модель прохождения сейсмических P-волн сквозь Землюпо данным сейсмической томографии [Evidence for long-lived … , 2015]95Отмечены землетрясения (желтые точки-эпицентры), генерирующие сейсмические волны(желтые лучи), которые регистрируется на сейсмических станциях по всему миру (красные точки).
Сейсмические волны преломляются или отражаются, когда они проходят через породы сразличной плотностью и жёсткостью. Синим цветом показаны более плотные участки в мантии(аномалии), красным менее плотные аномалии.Самая внешняя (приповерхностная) оболочка Земли называется земной корой или просто корой. Выделяют два главных типаземной коры: континентальная и океаническая, различающихся построению, мощности и составу (рис. 28).
Мощность континентальной земной коры изменяется от 35 км в пределах платформ до75 км в молодых горных сооружениях (например, Анды). По современным данным, океаническая земная кора, в отличие от континентальной, характеризуется значительно меньшей мощностью, всреднем 6–7 км, и совсем другим строением.Рис. 28. Строение континентальной и океанической земной коры[Короновский, Брянцева, 2013]Глубже земной коры залегает мантия, в которой традиционно выделяют верхнюю мантию (до глубины 670 км) и нижнююмантию (до глубины 2900 км). В подкоровой части верхней мантии (табл. 5) распространяются как P-, так и S-волны, причем скорость тех и других с глубиной плавно возрастает, что объясняетсяуплотнением пород за счет возрастающего литостатического давления.
Кора и мантия разделяются границей Мохоровичича(рис. 29), где скачком возрастает плотность пород от 3 до 3,3 г/см3 иVp от 6,5 до 8 км/с. Находится эта граница на глубине от 7 км (под96океанами) до 70 км (под складчатыми поясами). На ней происходитрезкое увеличение сейсмических скоростей – от 7 до 8–8,2 км/с.Верхняя мантия в интервале глубин между 50 км для океанов(200 км для континентов) и 410 км получила название астеносферы. Две внешние сейсмические оболочки Земли (кора и подкороваямантия), судя по характеру распространения в них упругих волн,ведут себя как твердое тело; по реологическому сходству они объединяются в литосферу (рис. 29).В некоторых работах последних лет разрабатывается значительно более дробная схема дифференциации мантии [Пущаровский, 1995; Shen, Wolfe, Solomon, 2003], где авторы выделяютсреднюю мантию (переходная зона между верхней и нижней мантией).
В нижней мантии распространяются P- и S-волны; их скорость монотонно увеличивается соответственно до 13 и 7 км/с.Масса мантии и коры соответственно составляет 68 % и 1 % от массы Земли. Граница между нижней мантией и внешним ядром находится на глубине 2891 км и носит название границы (раздела) Гутенберга.Таблица 5Общая схем а строения Земли (по: [Бетехтин, 2018] с изменениями)ЯдроПодкороваямантияВещественный состав70Осадочные,магматические,метаморфическиепороды300410670Астеносфера2700Переходный слойВнешнее29005000Переходная зона5200Внутреннее637197УльтраосновныепородыВерхняяНижняяМантияЗемная кораГлубина, кмЛитосфера(литосферныеплиты)Геосферапироксен,оливин, гранатгранат,шпинель,перовскитFe, Ni, Si, C, H, S, OFe + NiабРис. 29. Схематическое изображения строения Земли:а – cтроение Земли (по: [Чертко, 2008]); б – схема внутреннего строения Земли(1 – континентальная кора; 2 – океаническая кора; 3 – верхняя мантия; 4 – нижняямантия; 5 –внешнее ядро; 6 – внутреннее ядро; А – поверхность Мохоровичича; B –разрыв Гутенберга; C – разрыв Леманн – Буллен).
Оболочки (слои) различаются потолщине, фазово-химическому составу и свойствамПод нижней мантией залегает ядро Земли, на которое приходится 31 % массы Земли [Бахтин, 2009]. Во внешнем ядре скоростьраспространения P-волн резко падает (до 8 км/с), а S-волны перестают распространяться вовсе. На этом основании предполагается,что внешнее ядро Земли находится в жидком состоянии. Сейсмические волны могут отражатся от границы внутреннего ядра и бытьзафиксированы чувствительными сейсмографами на поверхностиЗемли. Эта граница известна как разрыв Буллена [Butler, 1995], аиногда и разрыв Леманн [Krebs, 2003].Глубже 5150 км находится внутреннее ядро, в котором вновьначинают распространяться S-волны и возрастает скорость распространения P-волн, из чего следует вывод о твердом состоянии внутреннего ядра Земли [Аплонов, 2001].
Таким представляется внутреннее строение Земли по данным сейсмологии.Фундаментальное положение описанной выше скоростноймодели Земли состоит в том, что наша планета является радиальносимметричным телом и состоит из серии концентрических оболочек, представляющих железистое ядро (сейсмические оболочки E иG), силикатную мантию (B, C и D) и алюмосиликатную кору (А).Плотность оболочек закономерно возрастает к центру Земли. В современных моделях принимают, что в период образования Земли98происходил ее разогрев, плавление и последующая дифференциация.
При этом литофильные элементы концентрировались в коре имантии, сидерофильные и некоторые халькофильные – в ядре. Посравнению с мантией в коре преобладают некогерентные элементы.Предполагают, что первичным веществом, из которого образовалась Земля, являются хондриты, состав которых близок к составусиликатной части Земли.7.1.2. Строение и состав ядраОбразование ядраОдни из самых сложных вопросов при изучении эволюциинашей планеты – это вопросы механизмов и времени формированияземного ядра.
Считается, что образование ядра связано с периодомаккреции планет, когда в результате ударных процессов началосьчастичное проплавление планеты [Кусков, 1982]. В результате процесса бародиффузионной дифференциации расплавленная металлическая фаза отделялась и «просачивалась» сквозь более тугоплавкуюсиликатную фазу к центру планеты, формируя ядро (см. рис. 56).Возраст ядра определяется с помощью изотопных геохронометров. Согласно самым последним измерениям, основанным навольфрам-гафниевой систематике, основная часть ядра и мантииобособились менее, чем за 30 млн лет [Rapid accretion and early ...
,2002]. Другими словами, ядро почти того же возраста, что и самаЗемля. Образование ядра произошло одновременно с аккрециейЗемли или сразу после неё [Labrosse, Poirier, Le Mouël, 2001]. Несмотря на возраст 4,5 млрд лет, ядро динамически активно. Предполагается, что геомагнитное поле, наблюдаемое на поверхностиЗемли, возникает во внешнем ядре в результате конвекции жидкогопроводящего металла [Jacobs, 1987].
Проведенные наблюдения указывают на химическую и динамическую связь между ядром и мантией [Lay, Williams, Garnero, 1998]. Более того, ядро считается основным источником энергии для нашей планеты. Возможно,огромное количество энергии выделилось на раннем этапе в процессе формирования ядра и мантии от радиоактивного распада короткоживущих изотопов [Treatise on Geochemistry, 2014]. Некоторые исследователи предполагают, что в ядре содержится значительное количество калия, которое могло бы генерировать тепловнутри Земли [Jacobs, 1987].99Строение ядраНа основе сейсмических наблюдений и данных по каменными железным метеоритам Иоганн Эмиль Вихерт в 1898 г.
предположил наличие у Земли металлического ядра, окруженного внешнеймантийной оболочкой. В 1906 г. в результате изучения прохождения сейсмических волн ядро Земли было обнаружено, как областьнизких скоростей [Oldham, 1906]. Значительно позже удалось подтвердить его наличие и более точно оценить размеры ядра[Gutenberg, 1959; Jeffreys, 1967].Прямых данных о строении и составе земного ядра нет – всяинформация получена косвенными геофизическими или геохимическими методами [Dziewonski, Anderson, 1981], а образцы вещества ядра не доступны, и вряд ли будут получены в обозримом будущем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
