Материал: 5721

5

литосфера толщиной в несколько сот километров. В земной коре различают базальтовую, гранитную и осадочные толщи пород.

Представление об оболочечном строении твердой Земли позволило создать стройную гипотезу внутренней сферической симметрии, согласно которой Земля разделяется на земную кору, верхнюю и нижнюю мантии и внешнее и внутреннее ядра. Обобщение и анализ материалов исследований позволили В.А.Магницкому предположить еще более детальное деление Земли на оболочки или области (табл. 1.1).

Таблица 1.1 Основные характеристики слоев баросферы Земли

(В.А.Магницкий)

Границы раздела внутри Земли могут быть обусловлены различным петрографическим или химическим составом баросферных оболочек, или неодинаковым фазовым состоянием их вещества: кристаллическим, аморфным, различными кристаллическими модификациями или сочетанием перечисленных факторов. На рис. 1.1 дается модель Земли, предложенная А.П. Виноградовым.

Помимо этой модели Земли, существуют десятки других моделей, используемых сейсмологами для вычислений, однако принципиальных отличий они не имеют.

Как показал А.П. Виноградов, образование внутренних оболочек Земли есть результат плавления и дегазации мантии. Механизм дифференциации первичного вещества Земли аналогичен зонному плавлению. Основным источником тепла, за счет которого происходит плавление пород кровли и

6

перемещение вверх расплавленной зоны, является кристаллизация на нижней границе зоны. Он подчеркивает, что в процессе зонной плавки происходит поднятие вверх не более легких, а более легкоплавких компонентов.

Рис. 1.1. Разрез Земного шара (А. П. Виноградов)

А - земная кора; В, С, D - верхняя, средняя и нижняя мантии; Е, F - внешнее и внутреннее ядра.

В соответствии с рис. 1.1 слой «А» представляет земную кору. Средняя толщина земной коры под континентами примерно в пять раз больше, чем под океанами. Границу раздела земной коры и мантии принято называть границей Мохоровичича (граница «Мохо», или «М»), которая характеризуется резким скачкообразным изменением скорости распространения упругих продольных волн до 8,0 км/с (от 7,8 до 8,4 км/с) и поперечных волн до 4,3 км/с. Глубина залегания границы «М» такова, что она является как бы зеркальным отражением рельефа земной поверхности. Так, под высокогорными областями она прогибается вглубь до 80 км, под равнинами залегает

7

относительно ровно на глубине 30-40 км, а под океаническими впадинами поднимается до 10 км.

Океаническая кора состоит в основном из одного слоя, по составу близкого к базальтовому, с плотностью в среднем около 2,85 г/см3. Как и следовало ожидать, базальтовый слой почти везде покрыт осадочными породами толщиной в среднем около 0,6 км. Возраст осадочного чехла не превышает 100-150 млн. лет. Это свидетельствует о том, что океаническая кора относительно молода.

Континентальная кора состоит из чередующихся слоев с большей или меньшей плотностью и скоростью распространения объемных волн. Эти слои лишь условно можно разделить на верхний «гранитный» и нижний «базальтовый» со средними плотностями соответственно 2,65 г/см3 и 2,85 г/см3. На платформах (территориях, занятых равнинами и небольшими возвышенностями) они выделяются сравнительно хорошо, в то время как в горных районах, где расслоение очень неустойчиво и трудно разделяется. Как правило, «гранитный» слой континентальной коры покрыт осадочными породами, толщина которых меняется от нескольких километров в одних районах до нескольких метров – в других.

Земная кора очень неоднородна по горизонтали. В ней часто встречаются наклонные или вертикальные границы раздела, где механические свойства вещества изменяются скачком. Особенно это характерно для континентальной коры горных районов, иногда напоминающей плотно прижатые друг к другу блоки. В составе континентальной коры имеются наиболее древние

образом, континенты являются самыми древними образованиями литосферы.

В настоящее время считается, что земная кора (слой «А» рис. 1.1) образовалась вместе с гидросферой и атмосферой 4,5 млрд. лет назад путем плавления и поднятия вверх наиболее легкоплавких и легких компонент вещества верхней мантии. Продолжением этого процесса является отмечаемая и в настоящее время вулканическая деятельность, в результате

8

которой из верхней мантии на поверхность Земли поступают лава, пепел, водяной пар и газы.

Слой «В» расположен под границей Мохоровичича. Его нижняя граница находится приблизительно на глубине 400 км. Исследования дисперсионных кривых скоростей объемных волн показали, что в слое «В», непосредственно под границей «М», скорости объемных волн растут. Но на глубине 100-120 км под континентами и 50-60 км под океанами этот рост сменяется слабым уменьшением скоростей. На глубине около 250 км под континентами и 400 км под океанами скорости объемных волн снова начинают расти. Было доказано, что в слое «В» имеется область пониженных скоростей – астеносфера, характеризуемая относительно малой вязкостью вещества – около 1020-1021 пуаз, что в десятки и сотни раз меньше, чем в выше- и нижележащих слоях. Опыты по изучению состояния горных пород при высоких давлениях и температурах, подобных тем, которые господствуют

вастеносфере, показывают, что вещество может находиться там,

ваморфном, близком к расплавленному состоянию. Некоторые ученые считают, что в астеносфере вещество находится в «кашеподобном» состоянии, т.е. состоит из смеси твердых и частично расплавленных пород.

Вастеносфере находятся очаги вулканов. Они образуются,

там, где по каким-либо причинам понижается давление и, следовательно, температура плавления вещества астеносферы. Понижение температуры плавления приводит к расплавлению вещества и образованию магмы, которая затем по трещинам и каналам в земной коре может излиться на поверхность Земли. Существование отдельных очагов магмы в астеносфере доказано по наблюдениям прохождения поперечных волн.

Слой «С» расположен между 400 и 1000 км. Он характеризуется резким возрастанием скоростей объемных волн. В слое «D», расположенном между 1000 и 2900 км, скорости растут незначительно. Вещество в этих двух слоях находится в твердом, кристаллическом состоянии. Слой «D» весьма однороден по составу. Сопоставление механических свойств вещества этого слоя с лабораторными образцами показывает, что он может состоять из окислов магния, кремния и железа. Слой «С», наоборот, очень неоднороден по составу. В нем происходит

9

или изменение химического состава, или фазовые переходы, т.е. переход вещества из одного состояния в другое.

Слои «В», «С» и «D» слагают мантию Земли. Плотность вещества в мантии непрерывно растет от 3,3 у границы «М» до 5,2 г/см3 – в нижней части слоя «D». На границе между мантией и ядром, где давление достигает 1,3 106 атм., плотность вещества увеличивается до 9,4 г/см3.

Слой «Е», или внешнее ядро, расположен между 2900 и 5000 км. Верхняя граница этого слоя выражена очень четко. Помимо резкого увеличения плотности, эта граница характеризуется резким снижением скоростей объемных волн и появлением высокой электропроводности. Внутри этого слоя скорость продольных волн растет от 8 до 10,5 км/сек, а плотность

– от 9,4 до 11,5 г/см3. Как уже отмечалось, вещество слоя «Е» находится в жидком состоянии.

Слой «F», который расположен между 5000 и 5150 км, характеризуется быстрым ростом скорости Р-волн. Теоретические исследования показывают, что для роста скорости необходимо, чтобы вещество в этом слое и нижележащей области G было в твердом состоянии.

В области «G», занимающей центральную часть Земли, скорость Р-волн, почти постоянна. В центре Земли плотность составляет примерно 16 г/см3, давление – 3,5 106 атм., а температура – несколько тысяч градусов. Радиус ядра составляет

3500 км.

Со времени открытия А.Мохоровичичем метода определения границ раздела между земной корой и мантией Земли (1909) сменилось много различных представлений о строении земной коры. Какой-либо уверенности в наших знаниях о коре не было до тех пор, пока не стали применять метод глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ), предложенный в 1949 г. советским сейсмологом академиком Г.А.Гамбурпевым. Этот метод заключается в использовании генерируемых с помощью взрыва сейсмических волн, которые регистрируются сейсмографами, установленными в 200-500 метрах друг от друга. Метод ГСЗ в настоящее время дает самые надежные результаты.

Количество глубинного тепла, выделяемого с поверхности Земли составляет около 2 1020 кал/год. В настоящее время