15. Особенности распространения упругих сейсмических волн в теле земли.

Сейсмические волны распространяются в горных породах со скоростью от 2 до 8 км/с - поистине космические скорости! – в зависимости от плотности породы: чем она выше, тем больше скорость распространения волны.

На границе раздела двух сред с различной плотностью часть упругих колебаний отражается и возвращается к поверхности Земли. Другая же часть преломляется, одолевает границу раздела и уходит в недра глубже – до новой поверхности раздела. И так до тех пор, пока окончательно не затухнут.

Отраженные сейсмические волны, достигнув земной поверхности, улавливаются специальными приемниками и записываются на самописцы. Расшифровав графики, сейсморазведчики устанавливают потом границы залегания тех или иных пород. По этим данным строят карты подземного рельефа.

16. Сейсмическая модель Земли.

Одной их первых реальных моделей является сейсмическая модель

Джеффриса-Гутенберга, построенная в 30ых годах прошлого столетия.

Модель оставалась неизменной до конца 60ых годов XX века. Согласно ей недра Земли делятся на три основные оболочки: земную кору, мантию и ядро. Из неё также следовало, что плотность Земли не является непрерывной функцией глубины.

В начале 40ых годов прошлого столетия австралийский сейсмолог К.Е.Буллен (Keith Edward Bullen 1906-1976), стажировавшийся у Гарольда Джеффриса в Кембридже, предложил сейсмическую модель Буллена строения Земли. Согласно этой модели Земля разделялась на зоны, которые обозначались буквами. А – земная кора, В – верхняя мантия (силикаты) 33-400 км, С – переходная зона (фазовые переходы) 400-1000, D – нижняя мантия 1000-2900 км, Е – внешнее ядро 2900-4980 км, F – переходная зона 4980-5120 км и G – внутреннее ядро 5120-6370 км. Позднее зону D он разделил на зоны D' (1000-2700 км) и D" (2700-2900 км). В настоящее время модель значительно видоизменена и лишь слой D" используется достаточно широко. Тем не менее, модель Буллена послужила надежным фундаментом для всех самых современных моделей.

17. Механические модели Земли.

1) земная кора - твердая верхняя оболочка Земли. Ее мощность изменяется от 5-10 км под океанами до 30-40 км в равнинных областях и достигает 50-75 км в горных районах (максимальные значения встречаются под Андами и Гималаями);

2) мантия Земли распространяется ниже земной коры до глубины 2900 км от поверхности и подразделяется на две части: верхнюю мантию - до глубины 900-1000 км и нижнюю мантию - от 900-1000 до 2900 км;

3) ядро Земли, где выделяют внешнее ядро, - до глубины около 5120 км и внутреннее ядро - ниже 5120 км.

18. Термическая модель Земли.

Для понимания процессов, происходящих в глубинах Земли, важным оказался вопрос теплового поля планеты. В настоящее время выделяют два источника тепла Земли - Солнце и недра Земли. Прогревание Солнцем распространяется на глубину, не превышающую 28-30 м. На некоторой глубине от поверхности располагается пояс постоянной температуры, равной среднегодовой температуре данной местности. Так, в Москве на глубине 20 м наблюдается постоянная температура, равная +4,2 °С, а в Париже +11,83 °С на глубине 28 м. Ниже пояса постоянной температуры наблюдениями в шахтах, рудниках, буровых скважинах установлено повышение температуры с глубиной, что обусловлено тепловым потоком, поступающим из недр Земли.

Источники внутренней тепловой энергии Земли еще недостаточно изучены. Но основными считаются: 1) распад радиоактивных элементов (урана, тория, калия и др.); 2) гравитационная дифференциация с перераспределением материала по плотности в мантии и ядре, сопровождающаяся выделением теплоты. Наблюдения в рудниках, шахтах и буровых скважинах свидетельствуют о повышении температуры с глубиной. Для ее характеристики введен геотермический градиент - нарастание температуры в градусах Цельсия на единицу глубины. Его значения различны в разных местах земного шара. Средним считается примерно 30 °С на 1 км, а крайние значения диапазона различаются более чем в 25 раз, что объясняется различной эндогенной активностью земной коры и различной теплопроводностью горных пород. Наибольший геотермический градиент, равный 150 °С на 1 км, отмечен в штате Орегон (США), а наименьший (6 °С на 1 км) - в Южной Африке. В Кольской скважине на глубине 11 км зарегистрирована температура около 200 °С.

Изменение температуры с глубиной определено весьма приблизительно по косвенным данным. Для земной коры расчеты температур основываются главным образом на данных о тепловом потоке, теплопроводности горных пород, температуре лав, но для больших глубин такие данные отсутствуют, и состав мантии и ядра точно неизвестен. Предполагается, что за границами земной коры температура закономерно повышается при значительном уменьшении геотермического градиента.

На основе представлений о том, что ядро состоит главным образом из железа, были проведены расчеты его плавления на различных границах с учетом существующего там давления. Получено, что на границе нижней мантии и ядра температура плавления железа должна быть 3700 °С, а на границе внешнего и внутреннего ядра - 4300 °С. Из этого делается вывод, что с физической точки зрения температура в ядре составляет 4000-5000 °С. Для

сравнения можно указать, что на поверхности Солнца температура чуть меньше 6000 °С.