Оболочки Земли

Изучение внутреннего строения Земли производится различными методами. Геологические методы, основанные на изучении естественных обнажений горных пород, разрезов шахт и рудников, кернов глубоких буровых скважин, дают возможность судить о строении приповерхностной части земной коры. Глубина известных пробуренных скважин достигает 8-10 км, и только одна в мире опытная скважина, заложенная на Кольском полуострове, уже достигла глубины более 12 км. В вулканических областях по продуктам извержения вулканов можно судить о составе вещества на глубинах 50-100 км. В целом же глубинное внутреннее строение Земли изучается главным образом геофизическими методами: сейсмическим, магнитометрическим и др. Одним из важнейших методов является сейсмический метод, основанный на изучении естественных землетрясений и “искусственных землетрясений”, вызываемых взрывами.

Очаги землетрясений располагаются на различных глубинах от приповерхностных до 700 км. Реальные скорости распространения сейсмических волн зависят от упругих свойств и плотности горных пород, через которые они проходят. На основании анализа скорости распространения сейсмических волн австралийский сейсмолог К.Буллен разделил Землю на ряд оболочек, дал им буквенные обозначения определенных усредненных интервалах глубин, которые используются до настоящего времени. Выделяют три главные оболочки Земли:

Земная кора (оболочка А) - верхняя оболочка Земли, толщина которой изменяется от 6-7 км под глубокими частями океанов до 35-49 км под равнинными платформенными территориями континентов, до 50-75 км под горными сооружениями (наибольшие под Гималаями и Андами).

Мантия Земли, распространяющаяся до глубин 2900 км. В ее пределах по сейсмическим данным выделяются: верхняя мантия - оболочка В глубиною до 400 км, средняя мантия - оболочка С - до 800-1000 км, нижняя мантия - оболочка D до глубины 2700 км с переходным слоем D1 - от 2700 до 2900 км.

Ядро Земли, подразделяемое на внешнее ядро - оболочку Е в пределах глубин 2900-4980 км, переходную оболочку - слой F - от 4980 до 5120 км и внутреннее ядро - слой G до 6971 км.

Земная кора отличается от мантии по резкому изменению скорости распространения сейсмических волн, как продольных, так и поперечных. В 1909 году югославский сейсмолог А.Мохоровичича впервые установил наличие этого раздела, носящего терь его имя и принятого за нижнюю границу земной коры. Часто эту границу сокращенно называют границей Мохо или М.

Второй резкий раздел совпадает с переходом от мантии к ядру, где наблюдается скачкообразное падение скорости продольных волн с 13,6 до 8,1 км/с, а поперечные волны гасятся. Внезапное резкое уменьшение скорости продольных волн и исчезновение поперечных волн во внешнем ядре свидетельствует о необычайном квазижидком состоянии вещества, отличающемся от твердой кристаллической мантии. Эта граница названа именем Б.Гутенберга. Как показали новейшие исследования она очень неровная с поднятиями и впадинами с амплитудой до 20 км. Именно здесь происходят основные тектонические процессы.

В соответствии с гипотезой О.Ю.Шмидта, в момент своего образования Земля имела квазиоднородное строение по своему химическому составу. Но уже в это время температура внутри Земли достигала нескольких тысяч градусов, что является следствием массы планеты. В астероидах и малых спутниках планет, таких, как Фобос, спутник Марса, температура в их центре не превышает первых градусов, по Кельвину. В планете-гиганте Юпитере - она достигает 150 тысяч градусов, вследствие чего Юпитер светит частично своим светом, а не только отраженными лучами Солнца. Некоторые астрономы считают даже Солнце и Юпитер двойной звездой. В центре любой звезды температура достигает десятков миллионов градусов и там происходят ядерные реакции только потому, что в них сосредоточена огромная масса вещества.

Вследствие температуры и давления внутри Земли примерно на глубине 2900 км почти сразу же после ее образования образовался важнейший раздел, отделяющий кристаллическое вещество внешней оболочки Земли - мантии от ее квазижидкого ядра. При этом плотность кристаллической мантии на границе с ядром примерно равнялась пяти, а плотность внешней части ядра на границе с мантией - около десяти.

Глубина расположения границы мантии и ядра зависит от меняющейся гравитационной постоянной g под воздействием окружающих Солнечную систему звезд в разные фазы развития Галактики, ее очередного взрыва и коллапса. При перемещении границы мантии и ядра в сторону центра Земли происходит кристаллизация квазижидкого вещества внешнего ядра с плотностью 10 с превращением его в кристаллическую мантию с плотностью 5. Вследствие этого Земля расширяется. Одновременно с этим происходит предсказанный О.Ю.Шмидтом процесс дифференциации квазиоднородного вещества Земли с отделением легких компонентов, водорода, кислорода, углерода и др. и перемещением их в сторону поверхности Земли. Одновременно отделяются тяжелые компоненты, железо, никель и др., которые перемещаются в сторону центра Земли.

При перемещении границы мантии и ядра в сторону поверхности Земли происходит “расплавление” вещества кристаллической мантии с плотностью 5 с превращением его в квазижидкое вещество внешнего ядра с плотностью 10. Одновременно происходит процесс уменьшения радиуса Земли, ее съёживание.

За 4680 миллионов лет развития Земли вследствие процесса дифференциации ее состава образовались еще две, новые оболочки Земли: земная кора толщиною от 5 до 75 км и внутреннее ядро на глубине свыше 5120 км. При этом объём каждой из новых оболочек составляет около одного процента.