В геохимии примитивная мантия (также известная как основная силикатная Земля ) — это химический состав мантии Земли на стадии развития между дифференциацией ядра и мантии и образованием ранней континентальной коры . Химический состав примитивной мантии содержит характеристики как коры, так и мантии. [2]
Одна из принятых научных гипотез состоит в том, что Земля образовалась в результате аккреции материала хондритического состава в результате столкновений с дифференцированными планетезималями. Во время этой аккреционной фазы планетарная дифференциация отделила ядро Земли , где накапливались тяжелые металлические сидерофильные элементы, от окружающей недифференцированной примитивной мантии. [3] Дальнейшая дифференциация произойдет позже, создав различные химические резервуары коры и мантийного материала с несовместимыми элементами , накапливающимися в коре. [4]
В настоящее время в верхней мантии еще продолжается дифференциация , в результате которой образуются мантийные резервуары двух типов: обедненные литофильными элементами ( деплетированные резервуары) и сложенные «свежим» недифференцированным мантийным материалом ( обогащенные или примитивные резервуары) . [5] Вулканические породы из горячих точек часто имеют примитивный состав, и поскольку предполагается, что магма в горячих точках была вынесена на поверхность из самых глубоких областей мантии мантийными плюмами , геохимики предполагают, что там должен быть относительно замкнутый и очень недифференцированный примитивный резервуар где-то в нижней мантии . [6] Одной из гипотез, описывающих это предположение, является существование D"-слоя на границе ядра и мантии . [7]
Хотя химический состав примитивной мантии невозможно измерить непосредственно в ее источнике, исследователи смогли оценить характеристики примитивной мантии, используя несколько методов. Одна методология включает в себя анализ хондритических метеоритов , которые представляют химический состав ранней Земли, и создание моделей с использованием проанализированных химических характеристик и предположений, описывающих динамику внутри Земли. Этот подход основан на предположении, что ранние планетные тела Солнечной системы сформировались в схожих условиях, что обусловило их сравнимый химический состав. [8] Более прямой метод заключается в наблюдении тенденций в химическом составе перидотитов верхней мантии и интерпретации гипотетического состава примитивной мантии на основе этих тенденций. Это достигается путем сопоставления тенденций состава перидотита с распределением тугоплавких литофильных элементов (на которые не влияет дифференциация ядра и мантии) в хондритических метеоритах. Оба метода имеют ограничения, основанные на предположениях о внутренней части Земли, а также статистические неопределенности в моделях, используемых для количественной оценки данных. [2]
Два подхода, подробно описанные выше, дают массовые проценты, которые следуют одним и тем же общим тенденциям по сравнению с обедненной (или гомогенной) мантией: примитивная мантия имеет значительно более высокие концентрации SiO 2 , Al 2 O 3 , Na 2 O и CaO, и значительно более низкие концентрации MgO. Что еще более важно, оба подхода показывают, что примитивная мантия имеет гораздо большие концентрации тугоплавких литофильных элементов (например, Al, Ba, Be, Ca, Hf, Nb, Sc, Sr, Ta, Th, Ti, U, Y, Zr и редких элементы земли) . [9] Точные концентрации этих соединений и тугоплавких литофильных элементов зависят от используемого метода оценки. Методы, использующие анализ перидотита, дают гораздо меньший массовый процент первичной мантии для SiO 2 и значительно больший массовый процент первичной мантии для MgO и Al 2 O 3 , чем те, которые рассчитаны с использованием прямого анализа хондритических метеоритов. Оценочные концентрации тугоплавких литофильных элементов, полученные двумя методами, также различаются и обычно составляют 0,1–5 ppm. [10]