37. Изучение глубинного строения Земли методом глубинного зондирования

Оно сегодня производится в основном по регистрации продольных сейсмических волн, возбуждаемых землетрясениями, взрывами атомных бомб и обычными мощными взрывами и т.д. (t_{прохождения Земли}20мин). При этих исследованиях изучают различные характеристики волновых полей: время пробега волн, фазовые и групповые скорости, амплитуды, частоты и т.д. Методика, основанная на использовании взрывов, получила название глубинного сейсмического зондирования.

Различие механизмов формирования земной коры на отдельных участках привело к неодинаковому ее строению. В этой связи принято различать материковую и океаническую кору.

Рис.Схема строения земной коры.

1 – континент, 2 – осадочные породы, 3 – гранит, 4 – океан, 5 – базальт, 6 – осадки, 7 – поверхность Мохо, 8 – верхняя мантия (дунит).

Материковая кора (толщина: от 25 – 30 км под равнинами, до 60 – 75 км под горными областями, в среднем составляет около 33 – 35 км). Под горами имеются выступы земной коры в глубь («корни гор»). При сейсмическом зондировании материковой коры выделяются три основных слоя, различающихся своей плотностью. Верхний из них носит название осадочного слоя:

Это наименее плотный, тонкий слой (  2,210³ кг/м³), толщина: от 2 – 3 км в районах спокойного горных пород (платформы) до 20 – 30 км в местах, где породы смяты в складки, пронизанные глубокими трещинами (геосинклинальные области), в среднем до 5- 10 км. На материках не является сплошным: покрывает сушу лишь на 70 – 80%. Слой представлен осадочными горными породами (глина, песок, песчаники, известняки, мергели), на нем залегает слой почвы. Скорость распространения продольных звуковых волн: от 1,8 до 5,0 км/с. Глубже, осадочные породы под действием высоких температур и давлений с течением времени превращаются в метаморфические породы(гнейсы, сланцы, мрамор). Далее располагаются магматические породы, образовавшиеся при застывании магмы. Они в основном представлены кислыми породами типа гранитов (большая плотность 2,4 – 2,6 кг/ м³ и скорость V = 5,0 – 6,2 км/с) или гранитогейсов, толщина слоя 10 – 20 км. При подходе к континентальному склону они выклиниваются, во многих местах выходят на поверхность. Осадочный и гранитогейсовый слои в основном представлены кремнеземом (SiO₂) и глиноземом (Al₂O₃), поэтому их нередко объединяют в единый сиалический слой.

Под гранитогейсами залегают породы, близкие по физическим свойствам к базальтам, поэтому этот слой называют базальтовым (большая плотность 2,8 – 3,3 кг/ м³ и скорость V = 6,9 – 7,6 км/с), толщина слоя – 15-25 км и он представляет собой сплошную оболочку. Эти породы образовались в результате застывания магм, метаморфизма осадочных и гранитогейсовых пород.

Раздел между гранитным и базальтовым слоями – граница Конрада(по имени открывателя, 1925). Однако этот раздел в земной коре не везде проявляется из-за постепенного перехода гранитогнейсов в породы с базальтовыми сейсмическими скоростями. Т.о., разделение пород на гранитный и базальтовые слои является чисто условным.

Океаническая кора тоньше материковой, она состоит из двух основных слоев - осадочного и базальтового, толщиной до 5 км,

По изменению сейсмических скоростей на Земле выявлен ряд сферических оболочек и ядро.

Земная кора и верхи мантии объединяются литосферой. Под океанами она углубляется на 50 - 100 км, а под континентами – на 200 – 300 км. Наличие ряда слоев в верхах мантии связано с фазовыми переходами вещества, изменениями их Т и плотности. Распределение скорости объемных волн в Земле в целом показано на рис.

Распределение скорости продольных и поперечных волн в Земле V_р – продольные волны, V_s – поперечные волны. Из рис. видно, что наша планета состоит их 7 зон. Наружная зона А - земная кора, В – вязкая астеносфера (верхняя мантия, слой Гутенберга) являющаяся волноводом для сейсмических волн, глубина 50 – 250 км. Средняя мантия (зона С) именуется слоем Голицина (от 400 до 1000 км). Скорость сейсмических колебаний в ней возрастает в 1,35 раза. Зоны В и С, по мнению геологов, состоят из перидотитов.. Граница между зонами В и С наз. поверхностью Голицина, Нижняя мантия (D) простирается до глубин 2885 км. Существенного изменения вещества, по мнению геологов, в ней не происходит. Однако силикатов здесь больше, чем железа и магния. Граница между D и Е – поверхностью Вихерта-Гутенберга. Внешнее ядро Земли – слой Е(1913, Б. Гуттенберг): 2885 – 4980 км, резко меняется состав и состояние вещества по сравнению с зоной D. Скорость продольных волн в зоне Е скачком снижается в 1,6 раза, а далее с глубиной постепенно возрастает. Эта оболочка ядра, по мнению многих исследователей, состоит из железоникелевого сплава. Поперечные волны через нее не проходят. Это дает основание полагать, что зона Е находится в жидком состоянии. В переходной зоне ядра (F) происходит новый фазовый переход вещества. Внутреннее железоникелевое ядро (G,1936, дотчанка И.Леманн) радиусом 1250 км находится в твердом состоянии.