Мантія (геологія)

Схема зрізу мантії Землі

Ма́нтія (від лат. mantellum — покривало, накидка; з грец. μάντιον — плащ) — внутрішня оболонка (геосфера), розташована між земною корою та ядром Землі.

Мантія може бути складником інших небесних тіл.

Історична довідка

Уявлення про внутрішню будову Землі істотно змінювалися із розвитком геології. У 19 ст. існування мантії лише припускали на підставі вимірювання густини Землі та її моменту інерції. Існування мантії встановлено на початку 20 ст. завдяки розвитку сейсмології. У 1909 геофізик А. Мохоровичич відкрив різке збільшення швидкості поширення сейсмічних хвиль на певній глибині, що було інтерпретовано як межа між земною корою і мантією. Пізніше встановлено внутрішню неоднорідність мантії, виділено верхню, перехідну та нижню мантію, а також визначено роль конвекційних потоків у переміщенні літосферних плит. У середині 20 ст. розвиток глобальної сейсмології, відкриття серединно-океанічних хребтів та формування теорії тектоніки літосферних плит показали, що саме конвекція мантії є основним рушієм сучасних геологічних процесів.

Натепер безпосереднє вивчення мантії неможливе, оскільки найглибші свердловини досягають лише близько 12 км. Основними джерелами інформації є сейсмічні дослідження, аналіз складу мантійних ксенолітів, вивчення геохімії базальтів і кімберлітів.

На початку 21 ст. широкого розвитку набули методи сейсмічної томографії, високотемпературної експериментальної мінералогії та комп'ютерного моделювання. Вони дозволили реконструювати тривимірну будову мантії, простежити занурення літосферних плит до глибин понад 2 000 км і встановити існування гігантських областей зі зниженою швидкістю поширення сейсмічних хвиль поблизу межі ядра та мантії.

Характеристика

Будова

Мантія є найбільшою геосферою Землі та головним джерелом її внутрішньої геодинамічної активності, що визначає еволюцію літосфери, гідросфери, атмосфери і значною мірою — умови існування життя на планеті. Простягається від поверхні Мохоровичича на глибину близько 2 900 км, займаючи приблизно 84 % об'єму та 67 % маси Землі.

Поділяється на кілька структурних зон.

В е р х н я   м а н т і я  поширена до глибини близько 410 км. Її верхня частина разом із земною корою утворює літосферу — жорстку оболонку Землі товщиною 50–250 км. Під літосферою розташована астеносфера — порівняно пластичний шар зі зниженою в'язкістю, у якому відбувається повільне переміщення речовини. По астеносфері рухаються літосферні плити.

П е р е х і д н а   з о н а  охоплює інтервал 410–660 км. Тут внаслідок високого тиску відбуваються фазові перетворення силікатних мінералів, насамперед олівіну, що супроводжуються стрибками густини та швидкостей сейсмічних хвиль.

Н и ж н я   м а н т і я   простягається від 660 до 2 900 км. Для неї характерні вищі густина, температура й тиск. Незважаючи на тверду кристалічну будову, речовина нижньої мантії здатна до дуже повільної пластичної течії.

На межі мантії та ядра виділяють шар складної будови товщиною близько 200–300 км, який є джерелом багатьох мантійних гарячих потоків (плюмів).

Мінеральний і хімічний склад

Мантія складається переважно із силікатних ультраосновних порід. Домінуючою породою є перидотити, основними мінералами якого є: олівін, ортопіроксени, клінопіроксен, гранати або шпінель (залежно від глибини). У нижній мантії переважають високобаричні модифікації силікатів, насамперед бриджманіт (силікат магнію) і феропериклаз.

На глибинах близько 410 км олівін переходить у високобаричну модифікацію — вадслеїт, а на глибині близько 520 км — у рингвудит. Ці фазові переходи зумовлюють стрибкоподібне збільшення густини речовини та швидкостей поширення сейсмічних хвиль.

Нижче 660 км домінують високобаричні мінеральні фази: бриджманіт, феропериклаз, кальцієвий перовськіт.

У 2014 включення рингвудиту було вперше знайдено у природному алмазі, що стало важливим підтвердженням існування цього мінералу в перехідній зоні мантії. Рингвудит може містити значні кількості гідроксильних груп, завдяки чому перехідна зона потенційно є одним із найбільших резервуарів води всередині Землі. Сучасний склад мантії формувався внаслідок диференціації речовини молодої планети приблизно 4,5 млрд років тому. Основними хімічними елементами мантії є: Оксиген, Магній, Силіцій, Ферум, Кальцій, Алюміній. Мантійна речовина не є однорідною. Виділяють кілька геохімічних резервуарів, які відрізняються ізотопним складом стронцію, неодиму, свинцю, гафнію та осмію. Це свідчить про існування ділянок, що тривалий час були ізольовані одна від одної.

Важливими джерелами інформації про геохімію мантії є базальти серединно-океанічних хребтів та океанічних островів, кімберліти, лужні породи, мантійні ксеноліти. Завдяки аналізу ізотопного складу встановлено, що мантія безперервно взаємодіє із земною корою через процеси субдукції, коли океанічна кора повертається у глибокі горизонти Землі.

Фізичні властивості

Температура — від 500–900 °C біля поверхні Мохоровичича до 3 500–4 000 °C поблизу ядра.

Тиск — від кількох гігапаскалів до приблизно 135 ГПа на межі з ядром.

Густина — від 3,3–3,4 г/см³ у верхній мантії до 5,5–5,7 г/см³ у нижній.

Попри надзвичайно високу міцність, у геологічних масштабах часу мантія поводиться як дуже в'язка рідина, що забезпечує конвекційні переміщення речовини. Головним процесом у мантії є теплова конвекція, спричинена теплом, що надходить із ядра та утворюється внаслідок розпаду радіоактивних ізотопів.

Питання про характер конвекції залишається одним із головних у геодинаміці. Найбільш поширеними є дві концепції.

Дворівнева конвекція передбачає, що верхня і нижня мантії циркулюють переважно незалежно одна від одної, а перехідна зона на глибинах 410–660 км частково обмежує обмін речовин.

Наскрізна (цілісна) конвекція виходить із того, що мантія функціонує як єдина конвективна система, а речовина вільно проходить через перехідну зону.

Обидва механізми можуть реалізовуватися одночасно: в окремих регіонах субдукційні плити проникають у нижню мантію, в інших затримуються поблизу межі 660 км. Вплив мають також чисельні моделі конвекції, які враховують зміну в'язкості, теплопровідності, фазових переходів та хімічної неоднорідності мантії.

Мантійні плюми та гарячі точки

Одним із проявів глибинної динаміки мантії є мантійні плюми — висхідні потоки гарячої речовини, які зароджуються поблизу межі між мантією та ядром. Піднімаючись до поверхні, плюми можуть формувати гарячі точки, незалежні від меж літосферних плит. Найвідомішими прикладами є: Гавайські острови, Ісландія, о. Реюньйон, Єллоустонська вулканічна система (див. Єллоустонський національний парк).

Мантійні плюми здатні породжувати великі магматичні провінції, площа яких іноді перевищує кілька мільйонів квадратних кілометрів.

Мантія та корисні копалини

Мантія як один із головних джерел магматичної речовини Землі відіграє визначальну роль у формуванні багатьох типів родовищ корисних копалин. Унаслідок часткового плавлення мантійної речовини утворюються базальтові, ультраосновні, лужні та карбонатитові магми, з якими пов'язане виникнення численних магматичних і магматогенно-гідротермальних рудних систем, зокрема утворення алмазоносних кімберлітів і лампроїтів. Важливе економічне значення мають мафічні та ультрамафічні інтрузії мантійного походження, у яких формуються родовища нікелю, міді, кобальту та елементів платинової групи. Із лужно-ультраосновними магмами та карбонатитами пов'язане формування значної частини родовищ рідкісноземельних елементів, ніобію, танталу, фосфатів, флюориту та інших критично важливих мінеральних ресурсів.

Мантійні плюми спричиняють формування великих магматичних провінцій, розвиток яких супроводжується масштабним базальтовим вулканізмом і надходженням значних обсягів магматичної речовини до земної кори. Такі процеси істотно впливають на рудоутворення, формування нових магматичних комплексів і теплову еволюцію літосфери. Мантійні флюїди, насичені водою, вуглекислим газом, сіркою, хлором, фтором та іншими леткими компонентами, беруть активну участь у перенесенні та концентрації багатьох рудних елементів. Їхня взаємодія з коровими породами є важливим чинником формування магматогенно-гідротермальних родовищ.

Значення

Мантія є головною динамічною оболонкою Землі, через яку здійснюється перенесення теплової енергії та речовини від ядра до поверхні планети. Процеси, що відбуваються в мантії, визначають тривалу геологічну еволюцію Землі, формування її сучасної будови та безперервне оновлення літосфери. Конвекція мантійної речовини є основним механізмом переміщення літосферних плит, функціонування зон субдукції, розвитку серединно-океанічних хребтів і континентального рифтогенезу. Унаслідок цих процесів відбуваються формування нової океанічної кори, руйнування старої літосфери та постійний рециклінг речовини між поверхневими й глибинними оболонками Землі.

Мантія забезпечує довготривалий теплообмін між ядром і літосферою, підтримуючи геологічну активність планети. Значна частина внутрішнього теплового потоку Землі пов'язана з радіогенним теплом, що виділяється під час розпаду ізотопів у мантійній речовині, а також із теплом, яке надходить від ядра.

Через магматизм і вулканізм мантія істотно впливає на склад земної кори, атмосфери й гідросфери. Упродовж геологічної історії дегазація мантії була одним із головних джерел водяної пари, вуглекислого газу, азоту та інших летких компонентів, які відіграли важливу роль у формуванні первинної атмосфери та Світового океану.

Мантійні процеси істотно впливають і на глобальні біосферні зміни. Великі магматичні провінції, що виникають унаслідок активізації мантійних плюмів, можуть супроводжуватися масштабними викидами парникових газів, змінами клімату та перебудовою екосистем, а в окремі геологічні епохи — бути одним із чинників масових вимирань організмів.

Мантія є ключовою ланкою глобальної системи взаємодії ядра, літосфери, атмосфери, гідросфери та біосфери. Її енергетичний і речовинний потенціал забезпечує геодинамічну активність Землі, формування континентів і океанів, виникнення магматичних та рудоносних систем і довготривалу еволюцію планети як єдиної природної системи.

Мантії інших небесних тіл

Мантія є складником будови більшості планет земної групи.

Меркурій має дуже тонку силікатну мантію через надзвичайно велике металеве ядро.

У потужній мантії Венери, ймовірно, відбуваються активні конвекційні процеси. Проте через відсутність сучасної тектоніки плит механізми відведення внутрішнього тепла істотно відрізняються від земних.

Марс має товсту мантію, конвекція в якій натепер значно ослабла, однак окремі регіони можуть зберігати підвищену геодинамічну активність. Найбільший вулкан Сонячної системи — Олімп — пов'язаний із тривалою діяльністю мантійного плюму.

Місяць має невелику частково застиглу мантію, яка майже втратила геодинамічну активність.

Література

1. Ringwood A. E. Composition and Petrology of the Earth's Mantle. New York : McGraw-Hill, 1975. 618 p.
2. Anderson D. L. Theory of the Earth. Boston : Blackwell Scientific Publications, 1989. 366 p.
3. Fowler C. M. R. The Solid Earth: An Introduction to Global Geophysics. 2nd ed. Cambridge : Cambridge University Press, 2005. 685 p.
4. Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. Донецьк : Донбас, 2004–2013.
5. Turcotte D. L., Schubert G. Geodynamics. 3rd ed. Cambridge : Cambridge University Press, 2014. 636 p.
6. Schubert G. Treatise on Geophysics : 13 v. 2nd ed. Oxford : Elsevier, 2015.

Автор ВУЕ

В. С. Білецький

Покликання на цю статтю: Білецький В. С. Мантія (геологія) // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Мантія (геологія) (дата звернення: 11.10.2026).

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 20.07.2026