Земјин Плашт: геолошки слој

Има маса од 4,01 × 10²⁴ кг или 67 % од вкупната маса на планетата. Дебел е 2.900 км, заземајќи околу 84 % од Земјината зафатнина. Слојот е претежно цврст, но геолошки временски размери има поведение на вискозна течност налик на карамела. Со делумното топење на плаштот во средноокеански гребени се создава океанска кора, а од делумното топење во подрачјата на субдукција произлегува континентална кора.

Реологија

Плаштот на Земјата се дели на два поголеми реолошки слоја: крутата литосфера која го пофаќа најгорниот дел на плаштот, и порастегливата астеносфера, одвоена со границата литосфера-астеносфера. Литосферата под океанската кора е дебела околу 100 км, а онаа под континенталната кора има дебелина од 150–200 км. Литосферата и кората над неа ги сочинуваат тектонски плочи кои се движат по астеносферата.

Земјиниот плашт се дели на три слоја определени од ненадејните промени на сеизмичката брзина:

• Горниот плашт (почнувајќи од Мохоровичиќиевиот дисконтинуитет, т.е. основата на кората околу 7 до 35 км, па надолу до 410 км
• Преодниот слој (околу 410–660 км), каде се стабилни вадслеитот (≈ 410–520 км) и рингвудитот (≈ 525–660 км)
• Долниот плашт (околу 660–2.891 км), каде се стабилни бриџманитот (≈ 660–2.685 км) и постперовскитот (≈ 2.685–2.891 км)

Долните ~200 км на долниот плашт го чинат т.н. D"-слој (Гутенбергова граница), подрачје со аномални сеизмички својства. Ова подрачје содржи големи области на малобрзинско смолкнување и области на ултрамала брзина.

Минералошки состав

 

Горната површина на плаштот се одликува со нагло повишување на сеизмичката брзина, за првпат забележана во 1909 г. од хрватскиот геофизичар Андрија Мохоровичиќ; оваа граница денес се нарекува Мохоровичиќиев дисконтинуитет или „Мохо“.

Горниот плашт се состои претежно од перидотит, сочинет од минералите оливин, клинопироксен, ортопироксен, и алуминиумска фаза. Оваа фаза е плагиоклас во најгорниот дел, а потоа спинел, па гранат под ~100 км. Низ горниот плашт пироксените постепено стануваат помалку стабилни и се претвораат во мејџоритен гранат.

На врвот од преодниот појас, оливинот претрпува изохемиски фазни преоди и станува вадслеит и рингвудит. За разлика од номинално безводниот оливин, овие оливински полиморфи под висок притисок имаат способност да складираат многу вода во нивната кристална структура. Ова довела до хипотезата дека преоднниот појас може да содржи големи количества вода. Во основата на преодниот појас, рингвудитот се распаѓа на бриџманит (порано наречен магнезиум силикат перовскит) и феропериклас. Овде гранатот исто така станува нестабилен.

Долниот плашт е сочинет главно од бриџманит и феропериклас, со мали количества на калциум перовскит, калциумско-феритно структуриран оксид и стишовит. Во најдолните ~200 км на плаштот бриџманитот изохемиски се претвора во постперовскит.

 

Хемискиот состав на плаштот е тешко да се утврди со сигурност поради неговата недостапност. Во ретки случаи се среќаваат камења од плаштот во офиолити, кога делови од океанската литосфера се обдуцираат на континент. Плаштовите камења се изучуваат и од ксенолити во базалти или кимберлити.

Највеќето проценки за составот на плаштот се направени од камења земени од најгорниот дел на плаштот. Постои дебата околу тоа дали остатокот од плаштот, особенот долниот плашт, го има истиот збирен состав. Составот на плаштот се менувал во текот на Земјината историја поради излезената магма која се зацврснала и ги образувала океанската и континенталната кора.

Во испитување направено во 2018 г. е предложено дека во плаштот може да се создаде егзотичен облик на вода наречен мраз VII кога дијаманти што содржат водени меури под притисок се одат нагоре, разладувајќи ја водата до услови потребни за создавањето на мраз VII.

Температурата во плаштот се движи од 200 °C во горната граница со кората, па до приближно 4000 °C на граница јадро-плашт. Температурата на плаштот се зголемува нагло во топлинските гранични слоеви на врвот и дното од плаштот, а се зголемува постепено во неговата внатрешност. Иако повисоките температури далеку ги надминуваат точките на топење на плаштовите карпи на површината (околу 1200 °C за претставителен перидотит), плаштот е во речиси исклучиво црврста состојба. Огромниот литостатички притисок кој дејствува на плаштот спречува топење, бидејќи почетната температура на топење (солидусот) се зголемува правопропорционално со притисокот.

Притисокот на плаштот се накачува од неколку килобари во Мохо до 1390 килобари (139 GPa) на границата јадро-плашт.

 

Во плаштот се одвива струевито кружење на материјал поради температуранта разлика меѓу Земјината површина и надворешното јадро, како и способноста на кристалните карпи под голем притисок и температура за бавно вискозно изобличување со текот на милиони години. Врелиот материјал се издига, а постудениот (потешкиот) тоне надолу. Надолното движење на материјал се случува во конвергентната граница на плочите наречени подрачја на субдукција. Местата на површината кои се наоѓаат над перјаниците се доста високи (поради пловноста на поврелата и помалку ретка перјаница под нив) и се одликуваат со жариштен вулканизам. Друго образложение за вулканизмот е пасивното растегање на кората кое ѝ дава на магмата да истече на површина: хипотезата за плочите.

Струењето (конвекцијата) на Земјиниот плашт е хаотичен процес (во хидродинамичка смисла), што се смета за нераздвоив дел од движењето на плочите. Движењето на плочите е различна појава од континенталното поместување кое важи само за движењето на корите на континентите. Движењата во литосферата и плаштот под неа се одвиваат заедно бидејќи литосферата што тоне е суштински дел од струењето во плаштот. Континентално поместување претставува сложен однос помеѓу силите кои ја потиснуваат океанската литосфера и движењата во рамките на Земјиниот плашт.

Иако вискозноста е обично повисока на поголема длабочина, ова не е воопшто линеарен однос. Се јавуват слоеви на драстично намалена вискозност, особено во горниот плашт и на границата со јадрото. Плаштот на 200 км над границата јадро-плашт има изразено различни сеизмички својства од малку поплитките делови; оваа необична плаштова област веднаш над јадрото се нарекува D″ („де двоен прим“). D″ може да се состои од материјал од субдуцирани плочи кои се спушиле и застанале на границата јадро-плашт или пак од нов минерален полиморф откриен во перовскитот, наречен постперовскит.

Плитките земјотреси се последица од раседување; меѓутоа, на длабочина под 50 км врелината и високиот притисок би требало да спречи понатамошна сеизмичност. Плаштот се смета за вискозен и затоа некршлив. Сепак, во подрачјата на субдукција земјотресите се забележуваат до длабочина од 670 км. Предложени се разни механизми како образложение на оваа појава: дехидратација, топлинско забегување и фазна промена. Геотермалниот градиент може да се намали кога ќе прими постуден материјал од горните слоеви, зајакнувајќи го околниот плашт и овозможувајќи појава на земјотреси до длабочина од 400 до 670 км.

Притисокот на дното од плаштот изнесува ~136 GPa (1,4 милиони атмосфери). Притисокот се зголемува заедно со длабочината бидејќи материјалот оздола мора да ја поднесе тежината на целиот материјал над него. Меѓутоа, целиот плашт се изобличува како течност во долги временски рамки, со трајно пластично изобличување потпомогнато од движењето на точковни, линиски и/или рамнински мани низ цврстие кристали што го сочинуваат плаштот. Се проценува дека горниот плашт има вискозност помеѓу 10¹⁹ и 10²⁴ Pa·s, зависно од длабочината, температурата, составот, напрегнатоста и ред други чинители. Затоа, горниот плашт може да тече само многу бавно. Сепак, кога врз најгорниот плашт дејствуваат големи сили, тој ослабува, и токму овој ефект се смета за важен во образувањето на границите меѓу тектонските плочи.

• Плашт (геологија)
• Земјин состав
• Планетарен плашт