Верхня мантія Землі
Ве́рхня ма́нтія Землі́ — верхня частина мантії Землі, розташована між земною корою та нижньою мантією.
Зміст
Історична довідка
Уявлення про будову мантії Землі формувалися поступово. На початку 20 ст. геофізик А. Мохоровичич виявив різке зростання швидкостей сейсмічних хвиль на межі земної кори й мантії, що стало підставою для виділення поверхні Мохоровичича. У середині 20 ст. розвиток сейсмології, експериментальної петрології та геохімії дав змогу встановити склад і фізичний стан верхньої мантії. Після утвердження теорії тектоніки літосферних плит верхню мантію почали розглядати як головне середовище переміщення літосферних плит і джерело магматизму. Значний внесок у вивчення верхньої мантії зробили сейсмолог Б. Гутенберг (1889; Німеччина — 1960; США), геофізики Г. Джеффріс (1891–1989; Велика Британія), І. Леманн (1888–1993; Данія), Ф. Берч (1903–1992; США) та ін; в Україні — О. Гінтов, В. Старостенко, В. Гордієнко (1937–2022; Україна), І. Логвінов (1940–2022; Україна). Дослідження українських вчених присвячені вивченню глибинної будови літосфери й верхньої мантії, геотермії, геоелектричних властивостей мантії, сейсмотомографії та геодинамічних процесів.
Характеристика
Формування
Конвекційні потоки у верхній мантії забезпечують рух літосферних плит. У зонах серединно-океанічних хребтів відбувається підняття гарячої мантійної речовини та формування нової океанічної кори. У зонах субдукції океанічна кора занурюється назад у мантію. Часткове плавлення речовини верхньої мантії є джерелом базальтових магм. Мантійний магматизм відіграє ключову роль у формуванні океанічної кори, вулканічних дуг і внутрішньоплитного вулканізму. У деяких районах гарячі висхідні потоки мантійної речовини (плюми) можуть спричиняти утворення великих вулканічних провінцій та «гарячих точок».
Фізичні властивості
Верхня мантія Землі перебуває, в основному, у твердому стані, однак у геологічних масштабах часу її речовина здатна до пластичних деформацій і повільної течії. Характерні: високі температура й тиск; пластичність; конвекційні рухи; анізотропія сейсмічних властивостей; локальні зони часткового плавлення. Густина речовини — від близько 3,3 г/см³ (у верхніх горизонтах) до понад 4,5 г/см³ (у перехідній зоні). Температура — від 500–900 °C (у верхніх горизонтах) до 1 600–1 900 °C (поблизу межі з нижньою мантією). Тиск — від кількох гігапаскалів до близько 24 ГПа.
Структура
Верхня мантія Землі охоплює інтервал глибин від 5–70 км (залежно від типу земної кори) до 660 км.
За фізичними властивостями виокремлюють:
- літосферну мантію — тверду верхню частину, що разом із земною корою утворює літосферу;
- астеносферу — пластичний шар зниженої в’язкості, у межах якого можливе повільне переміщення речовини;
- перехідну зону (410–660 км) — область фазових переходів мантійних мінералів.
Л і т о с ф е р н а м а н т і я є жорсткою оболонкою, що лежить безпосередньо під земною корою, разом із якою утворює літосферні плити. Потужність її змінюється:
- під океанами — від кількох десятків до 100 км;
- під континентами — до 150–250 км і більше.
А с т е н о с ф е р а — пластичний шар верхньої мантії, розташований на глибинах 50–250 км (положення змінюється залежно від геодинамічних умов). У межах астеносфери швидкості сейсмічних хвиль дещо знижуються, що пов’язано з підвищеною температурою та частковим плавленням речовини. Тут відбуваються конвективні рухи, які вважають одним із головних механізмів переміщення літосферних плит.
П е р е х і д н а з о н а охоплює інтервал глибин 410–660 км. Тут відбуваються фазові переходи олівіну та інших мінералів у щільніші модифікації. На глибині близько 410 км олівін переходить у вадслеїт (ведслеїт), на глибині близько 520 км — у рингвудит. Поблизу 660 км відбувається перехід до мінералів нижньої мантії. Перехідна зона може бути важливим резервуаром води у зв’язаному стані у кристалічних структурах мінералів.
Речовинний склад
Основними породами верхньої мантії є: перидотити, гарцбургіти, лерцоліти, дуніти, еклогіти (локально).
Головні мінерали: олівін, ортопіроксен, клінопіроксен, гранат, шпінель. Переважають оксиди магнію, кремнію та заліза. Типовий мантійний матеріал є ультраосновним.
Зразки речовини верхньої мантії вивчають за:
- ксенолітами у вулканічних гірських ородах;
- офіолітовими комплексами;
- алмазоносними породами;
- експериментальним моделюванням;
- геофізичними даними.
Корисні копалини
Із процесами у верхній мантії пов’язане формування багатьох родовищ корисних копалин: алмазів, хромітів, нікелевих руд і мідно-нікелевих руд, платинових металів, базальтової магми, а також, імовірно, нафти — за абіогенною гіпотезою її утворення. Виконаний академіком НАН України О. Лукіним у 2015 аналіз геолого-геофізичних і геохімічних даних для різних нафтогазоносних басейнів світу свідчить про те, що головним фактором формування нафтових і газових родовищ є глибинна дегазація Землі. Алмази утворюються у верхній мантії на глибинах близько 140–200 км за високих тисків і температур.
Методи дослідження
Буріння охоплює лише незначну частину верхньої мантії, тому її вивчають переважно непрямими методами, серед яких основні:
- сейсмологічні дослідження;
- гравіметрія;
- магнітометрія;
- експериментальна петрологія;
- геохімічний аналіз ксенолітів;
- електромагнітне зондування;
- геодинамічне моделювання.
Н 2026 найглибша свердловина світу — Кольська надглибока свердловина — досягла глибини понад 12 км (становить лише невелику частину товщі земної кори).
Значення
Верхня мантія є головною ареною процесів глобальної геодинаміки і відіграє ключову роль у тектоніці плит, магматизмі, тепловому режимі планети та глобальному колообігу речовини. Відіграє визначальну роль у тепловій еволюції Землі, формуванні континентів і океанів, вулканізмі, сейсмічності, дегазації планети. Процеси у верхній мантії значною мірою визначають сучасний вигляд поверхні Землі.
Література
- Birch F. Elasticity and Constitution of the Earth’s Interior. New York : McGraw-Hill, 1952. 227 p.
- Ringwood A. E. Composition and Petrology of the Earth’s Mantle. — New York : McGraw-Hill, 1975. — 618 p.
- Anderson D. L. Theory of the Earth. Boston : Blackwell Scientific Publications, 1989. 366 p.
- Fowler C. M. R. The Solid Earth: An Introduction to Global Geophysics. 2nd ed. The Earth’s Mantle: Composition, Structure and Evolution. Cambridge : Cambridge University Press, 1998. 566 p.
- Turcotte D. L., Schubert G. Geodynamics. 2nd ed. Cambridge : Cambridge University Press, 2002. 456 p.
- Cambridge : Cambridge University Press, 2005. 685 p.
- Гінтов О. Б. Польова тектонофізика та її застосування при вивченні деформацій земної кори України. Київ : Фенікс, 2005. 572 с.
- Гордієнко В. В. Адвекційно-поліморфна гіпотеза глибинних процесів у тектоносфері. Київ : Корвін Пресс, 2007. 172 с.
- Старостенко В. І. (ред.). Глибинна будова літосфери та екогеологія України. Київ : Наукова думка, 2013. 303 с.
- Лукин А. Е. Система «суперплюм – глубокозалегающие сегменты нефтегазоносных бассейнов» — неисчерпаемый источник углеводородов / А. Е. Лукин. Геологічний журнал. 2015. № 2. С. 7–20. URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/geojur_2015_2_3 .
- Kobayashi Y., Karato S. Deep Mantle Rheology and the Structure of the Mantle Transition Zone // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2020. Vol. 306.
Автор ВУЕ
Покликання на цю статтю: Білецький В. С. Верхня мантія Землі // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Верхня мантія Землі (дата звернення: 11.10.2026).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 19.05.2026
