Структура земных недр

Непосредственному изучению доступны лишь самые верхние слои земного шара, глубинные же исследуются геофизическими методами. Мы неоднократно упоминали о них, теперь настала пора рассказать подробнее о том, в чём их суть и на чём они основаны.

Из курса физики вы знаете, что существует два вида волн: продольные и поперечные. Скорость их зависит от плотности и агрегатного состояния вещества. Так, чем выше плотность вещества, тем быстрее в нём распространяются как поперечные, так и продольные волны. Через жидкую среду поперечные волны не проходят вообще, а скорость продольных резко снижается.

Теперь нужно только выяснить, откуда берутся в недрах Земли эти волны. Мы можем их вызвать искусственно, взорвав специально заложенный заряд, а потом улавливать полученные волны с помощью системы датчиков, установленных определённым образом. Так можно изучать только самые верхние слои Земли, но невозможно в научных целях взрывать сверхмощные взрывные устройства. Да это и не нужно, здесь сам земной шар пришёл на помощь человеку. Ведь что такое землетрясение, как не огромной мощности взрыв, произошедший на значительной глубине? Возникшие продольные и поперечные волны способны насквозь «просветить» земные недра и зафиксироваться на противоположной от очага землетрясения стороне земного шара. Тут даже об установке датчиков не нужно беспокоиться, ведь по всей Земле расположены многие сотни сейсмических станций, которые непрерывно фиксируют все глубинные нарушения, вызывающие землетрясения.

Согласно модели Буллена (рис. 134), в вертикальном разрезе земного шара выделяются несколько сфер, которым присвоены определённые индексы (А, В, С и т.д.).

Область А — земная кора. О ней у нас подробный разговор впереди, поэтому пока пропустим её. Область В — верхняя мантия. Она чётко делится на два слоя. Верхний — подкоровый, лежащий непосредственно под земной корой. Он состоит из кристаллических горных пород, близких по составу к базальтам. Горные породы подкоровой мантии находятся в твёрдом состоянии, и потому вместе с земной корой они включаются в литосферу — твёрдую оболочку Земли. Нижняя часть верхней мантии, благодаря своим свойствам, заслужила самостоятельное название — астеносфера. «Астенос» — по-гречески «слабый, расслабленный». Скорость распространения поперечных волн в астеносфере резко уменьшается по сравнению с подкоровой мантией. Это связано с тем, что вещество астеносферы находится в полурасплавленном, а частично и в расплавленном состоянии. На это ненадёжное основание и опирается литосфера, как бы плавая по поверхности этого разжижённого слоя. Именно из астеносферы поступает вещество мантии в очаги вулканов, откуда, в свою очередь, изливается на поверхность в виде лавы. Таким образом, хотя эта оболочка и залегает на глубине нескольких сотен километров, её роль в формировании земной коры и рельефа поверхности очень велика.

Область С — находящаяся в твёрдом состоянии нижняя часть верхней мантии. Она простирается до глубины 1 тыс. км. До глубины 700 км в неё могут проникать глубинные разломы и располагаться очаги землетрясений. Таким образом, почти вся эта область находится в зоне развития тектонических процессов. Ну, кроме самых нижних её слоёв.

Ту часть земного шара, в которой проходят те или иные тектонические процессы, иногда называют тектоносферой. В неё входят земная кора и часть верхней мантии до глубины 700 км.

Область D — нижняя мантия. Слагающее её вещество находится в твёрдом состоянии и обладает очень высокой плотностью, на что указывают высокие скорости распространения продольных и поперечных волн. Большой роли в формировании земной поверхности этот слой не играет, хотя, может быть, эта роль просто ещё не установлена. Область Е — внешнее ядро. Хотя вещество, слагающее эту оболочку, имеет очень высокую плотность, геофизические данные говорят о том, что оно находится в жидком (расплавленном) состоянии. Представить себе такое состояние вещества довольно трудно, а воспроизвести в ходе экспериментов, проводимых на поверхности Земли, просто невозможно.

Область F — переходный горизонт от жидкого внешнего ядра к твёрдому внутреннему.

И наконец, область G — внутреннее ядро. Об этой части земного шара почти ничего не известно. По всей видимости, температуры в центре Земли должны достигать многих тысяч градусов. И хотя этой температуры вполне достаточно для того, чтобы расплавить любые вещества, внутреннее ядро находится в твёрдом состоянии, на что указывают очень высокие скорости прохождения через него сейсмических волн. Очевидно, веществу не даёт расплавиться огромное давление.