Анализ строения Земли по геофизическим и геохимическим данным.

Непосредственному наблюдению доступны лишь самые верхние горизонты земной коры, выходящие на поверхность или вскрытые горными выработками и буровыми скважинами, максимальная глубина которых не достигает 10 км (в США скважина в штате Оклахома остановлена на глубине 9159 м, в штате Техас — 8687 м). На Кольском полуострове проходится сверхглубокая скважина с проектной глубиной 15 км, но пока она углублена на 7263 м (май 1975 г.). Строение более глубоких недр изучается геофизическими методами, из которых наиболее важное значение имеют сейсмические и гравиметрические.

Сейсмические методы основаны на изучении путей и скоростей распространения внутри Земли упругих колебаний, возникающих при землетрясениях и вызванных искусственными взрывами. В сложном комплексе упругих колебаний, возникающих в очаге землетрясения, некоторые проявляются особенно четко и имеют для познания земных недр наибольшее значение. К ним относятся продольные, поперечные и отчасти поверхностные волны. В продольных волнах частицы материи колеблются в направлении движения волны (вдоль сейсмического луча). При этом создаются участки сжатия и растяжения, распространяющиеся во все стороны от очага землетрясения. Такие волны можно рассматривать как реакцию среды на внезапное изменение объема, а так как изменению объема сопротивляются все агрегатные состояния вещества, то продольные волны могут распространяться и в твердых, и в жидких, и в газообразных средах. Продольные волны распространяются быстрее других и первыми доходят до места наблюдения. Поэтому их обозначают индексом иР (начальные буквы латинских слов unda — волна, prima — первая).

Поперечные волны представляют собой реакцию среды на. изменение формы и поэтому могут распространяться только в твердых телах (жидкости и газы изменениям формы не сопротивляются). Частицы материи в поперечных волнах колеблются в плоскости, перпендикулярной к направлению сейсмического луча. Они распространяются медленнее продольных волн и доходят до поверхности вторыми. Их обозначают индексом us (unda secunda — вторая волна). Поверхностные волны могут возникать только у свободной поверхности упругой среды (например, у поверхности раздела Земля — воздух) и быстро затухают по мере удаления от этой поверхности.

Если бы Земля была однородной и состояла бы всюду из вещества с одинаковыми твердостью, плотностью и сжимаемостью, то скорость распространения упругих колебаний была бы всюду одинакова и волны распространялись бы только прямолинейно. Однако распространение их происходит гораздо сложнее. Для иллюстрации приводим в табл. 4 данные многих авторов о вероятных значениях скоростей сейсмических волн, плотности и давления внутри Земли (из статьи К. Буллена, 1958 г.).

ТАБЛИЦА 4

Зоны внутри Земли и свойства геосфер, по К. Буллену (модели А и В)

Зоны Пределы глубин, км Скорость волн, км/сек Плотность, г/см3 Давление, 10° кгс/см*
•я А В А в
Земная кора А 0-33 (5,57-7,6) (3,36—3,7 3,32 3,32 0,01 0,01
Раздел Мохоровичича
Мантия Земли В 33—410 7,8—9,0 4,4-5,0 3,64 4,07 0,14 0,15
С 410—1000 9,0—11,4 5,0—6,4 4,68 4,41 0,39 0,40
D' 1000—2700 11,4—13,6 6,4—7,3
D" 2700—2900 13,6 7,3 5,69 5,57 1,37 1,за
9,4 9,7
Граница ядра
Внешнее ядро Е 2900—4980 8,1-10,4 11,5 12,0 3,17 3,22
Переходная зона F 4980-5120 10,4-9,5 Не 15,0 3,33.
наблю-
дались
Внутреннее ядро G 5120—6370 11,2—11,3 17,3 17,9 3,64 3,94

В табл. 4 плотности и давления относятся к нижним границам зон. Для зоны D плотность показана выше и ниже 2900 км. Зона А — земная кора; зоны В, С, D', D" — оболочка (мантия) Земли; зона Е — внешнее ядро Земли, F — переходная зона от внешнего к внутреннему ядру и б — внутреннее (центральное) ядро Земли.

Приведенная в табл. 4 толщина верхних горизонтов Земли (зона А) соответствует «средней земной коре» (по X. Джеффрису). В действительности мощность земной коры неодинакова и меняется от района к району в. весьма широких пределах. Также неоднородны и физические свойства земной коры, меняющиеся в связи с особенностями ее строения и состава не только в вертикальном, но и горизонтальном направлении. Поэтому распространение в ней сейсмических волн значительно сложнее и рассматривается отдельно. Нижняя граница земной коры определяется обычно четко выраженным сейсмическим разделом — резким скачкообразным увеличением скорости распространения сейсмических волн, названным по имени обнаружившего его югославского сейсмолога разделом Мохоровичича.

Подстилающая земную кору среда (глубже раздела Мохоровичича) называется оболочкой, или мантией, Земли. Ранее предполагали, что в пределах мантии скорость распространения сейсмических волн возрастает с глубиной. Однако Б. Гутенберг (1942 г.) выявил в верхней мантии зону пониженных скоростей, доходящую до глубин около 300 км. Эта зона имеет глобальное распространение и отчетливее всего фиксируется поперечными и поверхностными волнами, менее четко — продольными. Она получила название волновода.

Верхняя граница зоны пониженных скоростей в разных районах расположена на разных глубинах (от 45 до 140 км), причем под материками она находится примерно вдвое глубже, чем под океанами. Меняются также и скорости распространения в ее пределах упругих волн. Б. Гутенберг объясняет снижение скорости упругих волн в пределах волновода наличием, частично расплавленного или размягченного вещества мантии.

Открытие волновода подтвердило выводы Дж. Баррелла (1916 г.) о наличии в подкоровом веществе «уровня отсутствия прочности», или «астеносферы», и уточнило ее положение по отношению к литосфере (от греч. asthenes — слабый, lithos — камень, sphaira — шар, оболочка). Считается, что верхняя часть мантии до астеносферы состоит из твердых горных пород, и ее в настоящее время объединяют с земной корой, включая в литосферу. К астеносфере приурочено большинство зарегистрированных очагов промежуточных землетрясений. Полагают, что в ней возникают магматические очаги, что это наиболее вероятная зона проявления подкоровых конвекционных течений и зарождения вертикальных и горизонтальных движений земной коры, т. е. важнейших эндогенных процессов, имеющих непосредственное отношение к становлению земной коры, к ее деформациям, строению и составу. Поэтому астеносферу вместе с перекрывающей ее частью верхней мантии и с земной корой объединяют в тектоносферу.

Глубже астеносферы скорость сейсмических волн увеличивается без резких скачков вплоть до ядра Земли, однако градиент ее нарастания неодинаков. До глубин около 410 км скорость сейсмических волн растет равномерно; далее — в зоне С (см. табл. 4) — до глубин около 600 км отмечается ее быстрое увеличение, а затем постепенное снижение, и в зоне D" скорость остается практически постоянной.

Резкое и четко выраженное изменение скорости сейсмических волн отмечается на глубине 2900 км (граница внешнего ядра Земли). Скорость продольных волн снижается там с 13,6 до 8,1 км/сек, а поперечные волны затухают и глубже 2900 км не распространяются. Это значит, что по отношению к сейсмическим волнам вещество внешнего ядра (зона E) ведет себя как жидкость. В зоне F — переходной от внешнего к внутреннему ядру — вещество, по-видимому, находится при температурах и давлениях, соответствующих условиям затвердевания, а внутреннее ядро (зона G) обладает свойствами твердого тела.

Вернуться назад к оглавлению "Общая Геология. Основы Геологии."

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>