Верхня мантія

 

Верхня мантія включає підкоркову частину літосфери та астеносферу (шар Гутенберга). Вона відокремлена від середньої мантії границею розподілу на глибині 410км. При переході через границю зверху донизу швидкість повздовжніх хвиль зростає від 7,9 до 9 км/сек, поперекових – від 4,5 до 5 км/сек. Збільшення швидкості розповсюдження хвиль пов’язують з перебудовою кристалічної гратки деяких мінералів у бік утворення структур з більш щільною упаковкою атомів. При проходженні сейсмохвиль через астеносферу швидкість їх розповсюдження зменшується (особливо поперекових хвиль). Останнє свідчить про зниження густини речовини астеносферного шару. Під океанами товщина шару потужніша, ніж під континентами, а його підошва практично співпадає з підошвою верхньої мантії (рис. 1.28).

У 1926 році Віхерт та Гутенберг підтвердили її існування геофізичними даними у вигляді зниження швидкості розповсюдження пружних хвиль. Вважається, що в’язкість речовини астеносфери складає 10¹⁸-10²⁰ Па*с. Це на 3-4 порядки нижче, ніж у вище і нижче лежачих шарах мантії.

Рисунок 1.28 – Сейсмографічний розріз верхньої мантії через континенти і океани [Diewonsky, Anderson, 1984]. Області: підвищених швидкостей в межах континентів, які охоплюють всю верхню мантію (400км) (штриховка); понижених швидкостей, що характерні для океанічної мантії (точки)[Н. Павленкова, 2004]

 

В межах астеносфери відбувається часткове (від 1 до 10% за А. Рингвудом) розплавлення базальтових складових. Про це свідчить різке зростання в її межах електропровідності. Найчіткіше астеносферний шар виділяється в гірсько-складчастих областях і в районах острівних дуг (рис. 1.29).

Літосфера прагне до стану ізостазії. Астеносфера якраз є тим пластичним шаром, який вирівнює тиски різновисотних і різнощільних блоків літосфери. На глибині 100км тиск літосфери однаковий і не залежить від рельєфу місцевості. Поняття про ізостазію запропонували англійські вчені Дж. Ерні та Ф. Пратт. Вони вважали, що земна кора має однакову щільність, але товщина її змінюється залежно від рельєфу Землі, причому останній в підошві кори є дзеркальним відображенням рельєфу денної поверхні. Тобто чим вище гори, тим глибше вони занурюються в астеносферу. Але цей постулат не завжди підтверджується. Відхилення від ізостатичності називають ізостатичними аномаліями.

Отже астеносфера є генератором тектонічної активності літосфери, тобто в її надрах відбувається рух

Рисунок 1.29 – Томографічні моделі верхньої мантії в районах з похилими аномаліями швидкостей [Bijwaard et al., 1998]. Номер моделі відповідає визначеній лінії на схемі розташування профілів [Н. Павленкова, 2004]

 

магматичних мас. З іншого боку, це – область затухання рухів літосфери, своєрідний амортизатор, який “пом’якшує” прояви в літосфері активності глибинних надр Землі.