1.3.2. Внутренние оболочки и ядро Земли

В результате изучения землетрясений было установлено, что на определенных глубинах происходят скачкообразные изменения скорости распространения продольных и поперечных сейсмических волн. Эти явления связаны с резким изменением плотности веще­ства Земли и его состава. Таким образом, Земля оказывается разде­ленной своеобразными поверхностями на несколько оболочек, ха­рактеризующихся различными свойствами.

Земная кора. Земной корой называется весь комплекс горных по­род между атмосферой и гидросферой сверху и поверхностью Мохо- ровичича снизу (рис. 1).

Поверхность Земли делится на две основные части — континен­тальную и океаническую. Такой характер планетарного рельефа свя­зан с разным строением и составом земной коры. Под материками толщина земной коры достигает 75 км (в среднем 35 км), а под океа­нами 3—12 км (в среднем 4—6 км).

Континентальная кора с поверхности сложена осадочными по­родами, образующими осадочный слой мощностью от 0 до 15 км и более. Нижняя часть осадочного слоя под действием высоких тем­ператур и давлений преобразовалась в метаморфические горные по­роды. В некоторых местах метаморфические и осадочные породы прорезаны магматическими породами. Плотность осадочных пород 2,6—2,65 г/см³, скорость распространения в них продольных волн 2,5—3,5 км/с.

Осадочные и метаморфические породы подстилаются порода­ми типа гранитов. Средняя плотность их 2,7 г/см³; скорость рас-

Земная кора \ Земная кора / Земная кора

континентального типа \ океанского типа / континентального типа

Рис. 1. Принципиальный разрез земной коры и подстилающей мантии (по В.П. Гаврилову, 1979 г.)

пространения продольных волн 5,5—6,3 км/с, поперечных 3,4—3,7 км/с. Этот слой пород условно назван гранитным. Под гранитным залегает «базальтовый» слой, представленный породами, близкими по свойствам к базальтам. Поверхность, разделяющая гранитный и «базальтовый» слои, называется поверхностью Конрада. Базальто­вые породы содержат по сравнению с гранитами меньше кремния и алюминия, больше железа и магния, чем объясняется их более вы­сокая плотность (2,8—2,9 г/см³). Скорость распространения продоль­ных волн в них — 6,5—7 км/с, а поперечных — 3,7—4,1 км/с. В отличие от континентальной коры, океаническая кора сложена базальтовыми породами, лишь слегка прикрытыми осадочным чехлом. Иногда меж­ду ними присутствует надбазальтовый слой, который слагается чере­дующимися уплотнениями осадочных горных пород, кремнистыми конкрециями и пористыми базальтовыми лавами.

В химическом составе земной коры преобладают кислород (49,13%), кремний (26%), алюминий (7,45%), железо (4,2%), каль­ций (3,25%), натрий (2,4%), калий и магний (по 2,35%), водород (1%).

Мантия Земли. Между поверхностью Мохоровичича и ядром рас­полагается еще одна оболочка Земли, называемая мантией. Глубина нижней границы мантии 2900 км.

Мантия неоднородна по составу и на глубине около 900 км разде­ляется на две оболочки — верхнюю и нижнюю (см. рис. 2а). Верхняя мантия характеризуется неоднородностью среды, что связано с ее расслоенностью. Она разделяется на три слоя, отличающихся плот­ностью вещества и скоростью распространения сейсмических волн.

Рис. 2. Схемы внутреннего строения (а) и свойств Земли (б)

Верхний, твердый слой совместно с земной корой образует литосфе­ру, характеризующуюся большей прочностью вещества. Для верхне­го слоя характерно резкое возрастание с глубиной градиента скоро­стей продольных и поперечных сейсмических волн (рис. 26). Ниже залегает слой пониженных скоростей — волновод. К нему приурочен пояс размягчения, получивший название астеносферы.

В этом слое вещество отдельных линз находится в жидко-твердом состоянии, когда гранулы твердого вещества окружены пленкой расплава.

Астеносфера отличается от смежных слоев пониженной вязко­стью и плотностью (около 3 г/см³) и меньшей скоростью распро­странения сейсмических волн. Средняя глубина астеносферы 100— 200 км, под срединно-океанскими хребтами — 30—50 км. С ней свя­зывают выделение базальтов и другие процессы магматизма, погло­щение энергии вращения, приливные реконструкции фигуры Земли и т.п. Нижний слой верхней мантии (слой Голицына, слой С) счита­ется переходным между верхней и нижней мантией. Характеризует­ся он твердым состоянием вещества, повышенной его плотностью (4,3 г/см³) и вязкостью, а также возрастанием скорости распростра­нения сейсмических волн. Со слоем С связывают тектонические, магматические и метаморфические процессы земной коры и, в част­ности, наиболее глубокофокусные землетрясения, поэтому верх­нюю мантию с земной корой объединяют единым понятием текто- носфера.

О химическом составе верхней мантии нет единого мнения. Часть ученых полагает, что верхняя мантия сложена ультраосновны- ми породами — перидотитом и дунитом, другие считают, что ее по­роды богаче кремнеземом и больше соответствуют базальту.

Нижняя мантия характеризуется более высокой плотностью ве­щества (5,5—6 г/см³), обусловленной содержанием в ее составе на-

ряду с кислородом, кремнием и магнием более тяжелых элементов — железа и никеля.

Ядро Земли. Граница между мантией и ядром Земли отмечается резким уменьшением скорости продольных и поперечных сейсми­ческих волн.

В свою очередь ядро также делят на две части — внешнюю и вну­треннюю (см. рис. 2а). Граница между ними на глубине 5100 км от поверхности Земли фиксируется увеличением скорости продольных сейсмических волн. Судя по скорости сейсмических волн, внешнее ядро образовано размягченным веществом.

По современным данным, внешнее ядро Земли состоит из раз­мягченных сверхплотных силикатов или же окиси железа. Несмотря на размягченное состояние, вещество внешнего ядра характеризует­ся высокой плотностью — 6—12,2 г/см³.

Глубже 5100 км располагается внутреннее ядро Земли, состоя­щее, по всей видимости, из сплава железа с никелем и находящее­ся в твердом состоянии. Плотность вещества в центре Земли дости­гает 13 г/см³.