Однако геохимические свойства элементов в зависимости от конкретных физико-химических условий могут меняться. О сте­пени химической дифференциации мантии в какой-то мере мож­но судить, сравнивая относительную распространенность некото­рых элементов верхней мантии и различного типа хондритов. Так, например, отношение Ni: Fe в современной мантии составляет около 0,03, т. е. оно значительно ниже, чем в хондритовых метео­ритах, но выше, чем в метеоритных силикатах. Это можно объ­яснить тем, что на ранней стадии развития Земли большая часть никеля была удалена из мантии путем сегрегации сульфида и металла в ядро. Сравнение относительного распространения шес­ти типичных литофильных элементов верхней мантии Земли с их метеоритным распространением, согласно расчетам Р. Хатчисона, представлено в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что фракционирование литофильных эле­ментов в мантии Земли отличается от такого в хондритовых ме­теоритах. Наблюдается общая тенденция убывания концентрации первых пяти элементов от углистых хондритов до энстатитовых. Верхняя мантия Земли обогащена Al, Mg и Са и обеднена Ti и Сг относительно углистых хондритов. Обеднение верхней мантии Ti и Сг можно объяснить их удалением в былые времена в ядро в виде сульфидов. В связи с этим следует отметить, что в сильно восста­новленных энстатитовых хондритах весь Сг находится в добреелите, а 75% Ti—в троилите.

Таблица 1.

Фракционирование литофильных элементов относительно углистых хондритов

Условия верхней мантии были не та­кими восстановительными, как это имело место в случае форми­рования энстатитовых хондритов, поэтому более высокое содер­жание Ti и Сг находилось в окислах, что, естественно, связано с формой нахождения Fe в верхней мантии. Известно, что Fe в эн­статитовых хондритах не окислено и в их металлической фазе присутствует Si.

Из изложенного вытекает очень малая вероятность того, чтобы легким элементом в ядре Земли был Si, как это допускается не­которыми исследователями. Удаление свыше половины Ti и Сг и значительной доли Ni из верхней мантии в ядро, вероятно, име­ло место во время ранней дифференциации земного шара. Распро­страненность главных литофильных элементов в верхней мантии сходна с моделью формирования Земли, в которой аккумуляция началась с ядра, где сконцентрировался металл, а затем оседал материал, близкий по составу к обычным и углистым хондритам, несколько обогащенным железом. Затем парциальное плавление вызвало определенную потерю сидерофильных и халькофильных (и некоторых литофильных) элементов в первичной силикатной мантии и поступление их в ядро.

Парциальное плавление силикатного материала мантии, обо­гащенного летучими, происходило в пределах верхних горизонтов первичной мантии. Оно началось позже плавления сульфидного эвтектического материала (сульфид + металл). Поскольку увели­чение давления препятствовало плавлению силикатного материа­ла на больших глубинах значительно в большей мере, чем плав­лению металлических и сульфидных веществ, то оптимальные условия для плавления силикатных веществ существовали на определенных критических глубинах. Как вытекает из расчетов Ф. Берча для хондритовой модели Земли, плавление могло происходить в интервале глубин 100—600 км. Возможное при­сутствие летучих несколько уменьшало эти глубины. В связи с этим следует отметить, что плавление началось в пределах того слоя первичной верхней мантии, в котором в процессе аккумуля­ции появился материал, близкий к углистым хондритам (С1), т.е. Земля приобрела гидратированные силикаты, летучие компоненты и первые органические соединения в виде сложных углеводоро­дов, аминокислот и др.

В легкоплавких силикатных фракциях материала первичной, мантии накапливались наиболее типичные литофильные элемен­ты, поступившие вместе с газами и парами воды на поверхность первичной Земли. Большая часть силикатов, преимущественно железомагнезиальных, при относительном завершении планетар­ной дифференциации образовала мощную мантию планеты, а про­дукты ее выплавления дали начало развитию алюмосиликатной коры, первичных океана и атмосферы, насыщенной СОз.

Процесс плавления мантии, определивший центробежную миг­рацию расплавов и растворов, был гетерогенным. Он отмечается изотопным составом элементов из пород мантийного происхож­дения. Обнаружено, что в мантии сохраняются участки с разным соотношением стабильных изотопов, что было бы невозможным при общем плавлении и гомогенизации мантии большого масшта­ба. Данные измерений изотопного состава углерода из образцов мантийного происхождения привели Э. Галимова к выводу о существовании двух направлений изотопных измерений углеро­да. Углерод в мантии находится в двух различных формах, или фазах. Изотопный состав углерода этих фаз различен, как и раз­лична химическая форма нахождения, подобно тому, что обна­ружено в метеоритах. Так, углерод, рассеянный в каменных ме­теоритах, более обогащен легким изотопом (12С), в то время как углерод, находящийся в графите и органическом веществе, более тяжелый (13С). При образовании Земли эти две формы углерода были унаследованы планетой на последних стадиях ее аккумуля­ции.