Условие задачи
Что такое мантия Земли? Какие элементы образуют мантию?
Решение
Дисциплина, к которой относится данная задача, – геология (с элементами геохимии и геофизики). Ниже привожу подробное решение.
1. Определение мантии Земли.
Мантия – это внутренний слой Земли, расположенный между земной корой сверху и внешним ядром снизу. Ее нижняя граница соответствует переходу к жидкому железосодержащему внешнему ядру, а верхняя – контакту с корой. Толщина мантии составляет порядка 2 890 километров.
2. Структурное деление мантии.
Мантия подразделяется на:
а) Верхнюю мантию, которая включает литосферу (верхняя твердая часть) и астеносферу (частично расплавленная, пластичная область);
б) Переходную зону;
в) Нижнюю мантию.
Эти деления определяются изменениями физико-химических свойств и фазового состава минералов под влиянием возрастающего давления и температуры.
3. Химический состав и элементы, образующие мантию.
Основной состав мантии определяется наличием силикатных минералов, богатых магнием и железом. Среди них основное место занимают:
а) Оливин с общей химической формулой (Mg,Fe)₂SiO₄, где магний и железо могут частично заменять друг друга;
б) Пироксены, например, минерал энстатит с формулой MgSiO₃, а также хорио-пироксены, содержащие железо;
в) Гранаты в верхних областях переходной зоны мантии;
г) В нижней мантии могут присутствовать минералы, содержащие магнезиобруслит (MgSiO₃) в высокотемпературных формах.
Химический состав по основным элементам приблизительно следующий (по весовым процентам):
• Кислород (О) ≈ 44–45 %,
• Магний (Mg) ≈ 22 %,
• Кремний (Si) ≈ 21 %,
• Железо (Fe) ≈ 6 %,
• Алюминий (Al) ≈ 2–3 %,
• Кальций (Ca) ≈ 2–3 %,
а также менее значимые количества других элементов.
Таким образом, основными элементами, образующими мантию, являются кислород, магний, кремний, железо, алюминий и кальций, входящие в состав силикатных минералов.
4. Реакции и минералогический состав.
При увеличении давления и температуры в мантии происходят фазовые преобразования, что влечёт за собой изменения кристаллической структуры минералов. Например, оливин может превращаться в высокоплотные минералы, такие как магнезиобруслит или перовскит (формула приблизительно MgSiO₃), что характерно для нижней мантии.
Вывод:
Мантия Земли – это внутренний слой, расположенный между корой и ядром, состав которого определяется преимущественно силикатными минералами. Основные химические элементы, входящие в состав мантии, – кислород, магний, кремний, железо, алюминий и кальций. Эти элементы, соединяясь в различных пропорциях, образуют минералы (например, оливин и пироксены), характерные для данного слоя Земли.