8. Нарисовать схему и дать характеристики параметрическим моделям Земли - рем
(parametric earth models) для 1) океанов (РЕМо), 2) континентов (РЕМс) и 3) усреднённой
(РЕМа).
Различие РЕМо и РЕМс прослеживалось до глубины порядка 420 км (рис. 4) и определялось различным строением земной коры и верхней мантии под
океанами и континентами. При построении модели РЕМо использовались средние данные
для океанического региона Земли, РЕМс - средние данные для континентального региона
Земли, РЕМа - некоторая комбинация РЕМо и РЕМс. Недостатками этих моделей
являются некоторое упрощение строения в зонах полиморфных переходов, отсутствие
достаточной чёткости в границе между внешним и внутренним ядром, схематичность в
строении мантии в целом. Однако простота моделей типа РЕМ является также и их
преимуществом, так как они удобны для повседневной практики, а основные особенности строения земных недр они описывают не хуже более сложных моделей. Для глубин,
больших 420 км, параметры для всех трёх моделей одинаковы.
Охарактеризуйте одномерную референтную модель Земли PREM.
Развитие идей, заложенных при построении моделей РЕМ, позволило А.М.Дзивонскому и Д.Л.Андерсону в 1981 г. построить одномерную референтную модель Земли PREM (Preliminary Reference Earth Model). Модель была разработана по заказу Международного Союза по Геодезии и Геофизике (International Union of Geodesy and Geophysics). Союз заказал сферически симметричную модель, которую можно было бы использовать в геодезических и геофизических исследованиях. Модель учитывает все достижения в измерениях и интерпретации свободных колебаний Земли на момент ее создания. Было также привлечено большое количество новых данных по кинематическим и динамическим характеристикам объемных и поверхностных сейсмических волн. Введение анизотропии скоростей (2-4%) в верхних 220 километрах верхней мантии позволило получить согласованную с исходными данными одномерную референтную модель Земли без обязательного, как предполагалось ранее, слоя с пониженным значением скорости в верхней мантии Земли. В целом, модель PREM – это обобщённая модель РЕМ-А, глубже 420 км обе модели практически совпадают. В PREM заметные изменения по сравнению с REM внесены в строение наружных 420 км. Новый слой, появившийся в PREM – трансверсально-изотропный слой в верхней части мантии на глубинах 24,4-220 км. Он характеризуется пятью упругими коэффициентами. В обозначениях Лява для них используются буквы А, С, N, L и F. Здесь скорости вдоль радиуса (vPV, vSV) и перпендикулярно радиусу (vPH, vSH) имеют различные значения:
Пятая константа F является функцией скоростей при распространении волны в
промежуточных направлениях. Волны PH и SH распространяются в горизонтальном
направлении, а волны PV и SV – вдоль радиуса. PREM имеет три границы в верхней
мантии (на глубинах 220, 400 и 670 км) и зону низких скоростей для S-волн на глубинах от 80 до 220 км. Поверхность Мохо в данной модели находится на глубине 24 км.
Референтные модели Земли: IASP91, SP6, АК 135- время создания, их авторы.
В 1991 Б.Л.Кенет и Е.Р.Энгдал представили одномерную скоростную модель
(глобальную сферически симметричную сейсмическую модель) IASP91 (рис. 5).
Модель разрабатывалась в течение трех лет специальной подкомиссией по
землетрясениям Ассоциации по Сейсмологии и Физике Земных Недр (IASPEI). Основная
цель работ – создание новых глобальных таблиц годографов сейсмических фаз, которые
обновят стандартный годограф Джеффриса – Буллена (1940) и модель PREM(1981).
Модель учитывала большой объем цифровых данных о временах пробега Р- и S-волн,
публикуемых в бюллетенях Международного сейсмологического центра. Значения
скоростей Р- и S-волн рассматривались как функции радиуса (и глубины). В модели
IASP91 скачки скоростей Р- и S-волн расположены на глубинах 410 и 660 км (в модели
PREM соответствующие границы находятся на глубинах 400 и 670 км). В этой модели нет
слоя низких скоростей с трансверсальной изотропией и скачка скоростей на глубине 220
км, а граница М расположена на глубине 35 км. При построении модели IASP91 не
требовалось вводить поправки за динамический модуль сдвига, так как используемые
данные имели периоды, равные примерно 1 с. Модель IASP91 в верхней мантии заметно
отличается от модели PREM. Модели IASP91 и ак 135 используются как отсчетные
модели нулевого приближения в томографических моделях, при которых мантия
разбивается на достаточно мелкие блоки (~1°, размеры 100 км), в которых определяются
невязки скоростей распространения волн по отношению к их значениям в отсчетной
модели.
Результаты еще одной попытки обобщения данных с целью построения
референтной модели Земли были представлены в 1993 году [Morelli, A., Dziewonski A. M.,
1993]. Модель получила индекс SP6. На базе данных по примерно 16000 хорошо
записанных мелкофокусных землетрясений за 24 года (1964 – 1987) была построена
одномерная скоростная модель с учетом поправок за горизонтальную скоростную
неоднородность. Для верхней мантии результаты модели SP6 отличаются от модели
IASP91 лишь немного более повышенным значением скоростей Р и S волн между 410 и
660 километрами. В нижней мантии было получено более низкое значение градиента
скорости. Что совпадает с моделью PREM. В верхах внешнего ядра скорость Р-волн
меньше, чем в PREM. Скачок скорости на границе внутреннего ядра уменьшен до 0.62
км/с. Новый радиус внутреннего ядра – 1215.00 км
С использованием еще большего объема данных в 1995 г. Б.Л. Кеннетом,
Е.Р.Энгдалом и Р.Буландом создана ещё более совершенная модель АК 135 (рис. 6).
Она обеспечила значительно лучшее приближение для большого количества
сейсмических фаз, чем это было для моделей SP6 и IASP91. Различия между моделью
AK135 и моделями SP6 и IASP91 в целом незначительные, кроме границы внутреннего
ядра Земли. Для этой границы был уменьшен градиент скорости. Скоростная модель
AK135, как и модель IASP91 радиально стратифицированная.
Дальнейшее изучение внутреннего строения Земли идёт по пути ещё большей
детализации. В основе современных моделей нового поколения лежат данные
сейсмотомографии, на основании которых построены глобальные сейсмотомографические
карты для различных уровней земного шара, отражающие сейсмическую неоднородность
недр. В частности, японскими учёными составлены карты для 14 уровней, американскими
– для 12 уровней. Анализ карт позволил установить многоуровненные сейсмические
неоднородности в мантии, и в то же время обнаружить известное подобие аномальных
ареалов между смежными картами.
Глубинные геосферы Земли по Ю.М.Пущаровскому
На основании этих и других современных данных Ю.М. Пущаровским предлагается новая модель строения мантии, в которой выделено шесть геосфер:
1. верхняя часть верхней мантии - до глубины 410 км,
2. нижняя часть верхней мантии - до рубежа 670 км,
3. зона раздела I между верхней и средней мантией (670 - 840 км),
4. средняя мантия (840 - 1700 км),
5. зона раздела II, отделяющая среднюю мантию от нижней (1700 -2200 км),
6. нижняя мантия (1700 . 2900 км). В основании последней выделяется слой D", в отличие от ранее принятых границ этого слоя 2700 . 2900 км; высказывается мысль о неопределённости верхней границы и допускается в ряде случаев её существенное повышение чуть ли не до кровли самой нижней мантии. Вносятся новые представления и в отношении строения внешнего (жидкого) ядра Земли, которое подразделяется на нижнюю геосферу, с интенсивной конвекцией (vigorously convecting lower layer), и верхнюю, стратифицированную (stably stratified upper layer) (рис. 7).
Как видим, новая модель внутреннего строения Земли существенно отличается от
традиционной параметрической модели. Меняется количество геосфер, появляются новые
геосферы, изменяется положение границ раздела. Правда автор новой модели указывает,
что приведённые им границы раздела следует рассматривать как ориентиры, отклонения
возможны до 10%.
Некоторые важные особенности сейсмического поля, выявленные в результате
обработки сейсмограмм землетрясений и больших взрывов, в настоящее время находятся
в стадии осмысления. Еще предстоит решить нелегкие вопросы, связанные с учетом
сферичности Земли при выборе ее осредненной структуры, степень детальности модели;
как учесть анизотропию скорости; совместное, согласованное использование данных по Р
и S волнам, пересчет данных структурной сейсмологии в плотностную модель Земли.