Верхняя мантия

Верхняя мантия Земли
Согласно геофизическим данным, под верхней мантией понимают весь вещественный комплекс, залегающий между границей Мохоровичича – подошвой земной коры (максимальные глубины – до 70 км) до глубин, составляющих около 400 км под поверхностью Земли. На участках древних платформ, контролируемых зонами глубинных разломов, возможно образование систем многочисленных кимберлитовых трубок, таких, как, например, в Якутской кимберлитовой провинции. Кимберлиты – магматогенные гибридные породы, слагающие протяженные субвертикальные с малым сечением тела – «трубки», дайки, жилы. Магматические очаги, в которых выплавляются протокимберлитовые расплавы, расположены на глубинах свыше 200 км. На пути к поверхности по системе глубинных разломов, мигрируя на относительно высокой скорости сквозь породы разнообразного состава, кимберлитовые магмы захватывают их обломки в виде ксенолитов пород или мегакрист некоторых минералов. Кимберлиты выносят к поверхности Земли горные породы и минералы, принадлежащие к различным Р-Т уровням (фациям глубинности) верхней мантии. Ксенолиты из кимберлитов и базальтов являются уникальным источником для прямого познания состава и свойств глубинных слоев Земли и, прежде всего, ее верхней мантии. На Земле есть особые структуры, где мантийное вещество выходит на поверхность – это так называемые рифтовые долины Срединно-океанических хребтов. Их отделяет от дневной поверхности около 3 км океанской воды.

Главные минералы верхней мантии

Главными минералами верхней мантии являются оливин (форстерит и Fe-форстерит), гранат (пироп и альмандин-пироп) и ромбо- и клинопироксены, составляющие породы базитового и ультрабазитового рядов (Доусон, 1983; Соболев, 1974).
Породы базитового состава представлены преимущественно эклогитами – высокобарными породами, главными минералами которых являются гранат – пироп и альмандин-пироп с широкими вариациями содержания Cr и Ca и клинопироксен – омфацит. В состав эклогитов могут входить кианит, оливин, корунд, энстатит, плагиоклаз, коэсит, рудные минералы – рутил, джерфишерит, пирротин, пентландит.
Своеобразными породами базитового ряда являются относительно редкие кианитовые эклогиты; содержание кианита в них может доходить до 20% (Бобриевич и др., 1964; Кимберлиты…, 1994).
Как правило, в породах глубинных ксенолитов отмечается присутствие таких минералов, как рутил, ильменит, графит, высокобарные сульфиды, коэсит, муассанит, алмаз, преимущественно в виде небольших зёрен.
Для большинства породообразующих минералов мантийных пород характерны структуры высокотемпературного распада. Более распространенные породы ультрабазитового состава – разнообразные перидотиты и пироксениты – содержат оливин (форстерит и железистый форстерит), гранат – пироп и альмандин-пироп, часто Cr-содержащий, ромбо- (энстатит) и клинопироксены (омфацит, диопсид, часто Cr-содержащие), шпинели (Cr- и Fe-содержащие), а также рудные минералы: рутил, ильменит, пирротин, пентландит, пирит, джерфишерит. Особое место среди редких минералов мантийных пород занимает алмаз.
Для некоторых минералов экспериментально доказано, как с глубиной осуществляется смена полиморфных модификаций. Так, оливин (Mg_0,9Fe_0,1)₂SiO₄ (ромб.) на глубине 410 км от поверхности Земли переходит в вадслеит (Mg_0,9Fe_0,1)₂SiO₄ (ромб.), затем на глубине 520 км – в рингвудит (Mg_0,9Fe_0,1)₂SiO₄ (куб.), а ниже 670 км распадается на акимотоит (Mg,Fe)SiO₃ (куб.) и магнезиовюстит (Mg,Fe)O (см. настенную графику).
Часто в породах и минералах верхней мантии можно наблюдать ряд изменений и превращений, связанных с физико-химическими процессами эволюции этих образований. Имеют место процессы распада твердых растворов с образованием характерных графических структур или ламеллей, например, ильменита в пироксене, рутила в гранате, микрофотографии которых представлены на выставке.

Характерные структуры глубинных ксенолитов можно видеть на больших шлифах, представленных на выставке. Порфирокластическими структурами обладают, как правило, наиболее глубинные, «неистощенные» мантийные породы. По сравнению с равномернозернистыми, «истощенными» породами, они обогащены теми компонентами, которые преимущественно удаляются с базальтовыми выплавками – Ti, Al, Fe и Ca.

Посмотреть минералы верхней мантии (Витрина 48)