Алим Войцеховский - Тайны подземного мира
При переходе из одной геосферы в другую скорости сейсмических волн на поверхности их раздела изменяются скачком. Поверхность, отделяющая кору от мантии, называется обычно поверхностью или границей Мохоровичича (сокращенно ее называют «мохо» или «поверхность М»).
Впервые идея о сферическом строении нашей планеты была высказана профессором Гёттингенского университета Э. Вихером в 1897 году. В начале XX столетия австрийский геолог Э. Зюсс предложил выделить пять оболочек Земли, каждой из которых было дано название, исходя из первых букв, главенствующих в той или иной оболочке элементов: силициум, алюминий, магний, хром, феррум и никель.
В дальнейшем эти идеи получили научное обоснование. Глубокие скважины и шахты дали геологам возможность изучить лишь верхние слои земной коры. Однако глубина горных выработок пока еще слишком мала. Самая глубокая скважина в мире была пробурена на Кольском полуострове в нашей стране, ее глубина немногим превышает 12 километров. Гораздо меньшую глубину имеют используемые ныне шахты. Максимальная глубина одной из самых глубоких шахт — «Ист Рэнд» в Южной Африке — достигает только 3428 метров. Если сравнить эти цифры со средним радиусом Земли, то окажется, что даже самая глубокая современная скважина проникает в тело Земли не глубже, чем булавочный укол в толстую кожу бегемота.
Если мы с вами, уважаемые читатели, взглянем на земной глобус, то прежде всего нам бросится в глаза, что суша и вода собраны в обширные пространства: суша — в материки, вода — в океаны. Правда, в океанах мы обнаруживаем острова, а на суше озера. Но это не нарушает общей картины. Проведенные исследования показали, что разделение земной поверхности на материки и океаны совсем не случайно, а зависит, как оказывается, от строения земной коры.
Дело в том, что материковая кора устроена иначе и отличается по толщине, а также по своему строению от океанической. Если отнести к материкам всю площадь, занимаемую сплошной материковой корой, то такие материки будут значительно больше наблюдаемых нами на глобусе. Оказывается, что мелкие моря и заливы и просто прибрежные морские зоны глубиной до 200 метров (а иногда и больше) — это все части материков, лишь временно залитые морем. Они называются шельфом. На шельфах, например, находятся моря Белое, Азовское, Восточно — Сибирское, Гудзонов залив и т. д.
Океаническая кора, наоборот, занимает не все пространство океанов, поскольку она расположена только там, где глубина моря превышает… 4 километра. Остальная площадь Земли покрыта корой промежуточного типа. В целом вся земная кора занимает около 1 % по объему и около 0,5 % по массе.
Самая верхняя оболочка нашей планеты — земная кора (слой А) — представляет собой весьма тонкое «покрывало», под которым скрыты неспокойные недра Земли. В среднем толщина коры или, если говорить образно, тонкой пленки, в которую «обернут» земной шар, составляет всего 0,6 % от длины радиуса Земли.
Земная кора отделяется от нижележащего слоя, как уже говорилось, поверхностью Мохоровичича. Эта поверхность повторяет рельеф земной поверхности в перевернутом виде, то есть как бы отраженной в горизонтальном зеркале. Ниже нее располагается мантия Земли, самая верхняя часть (слой В) которой, непосредственно находящаяся под корой, называется субстратом. Плотность вещества мантии выше плотности пород земной коры и колеблется от 3,3 г/см3 в верхней части до 6–9 г/см3 в низах мантии. Некоторые ученые делят мантию на верхнюю и нижнюю (граница между ними лежит на глубине 900 километров).
Верхняя мантия изучена лучше нижней, но и в отношении ее многое еще не совсем ясно. Характерная черта строения верхней мантии — ее расслоенность. Например, на глубине около 100 километров под материками и около 50 километров под океанами находится слой, близкий к плавлению или даже содержащий расплавы составляющих его пород, он носит название астеносферы (слой Гутенберга). Благодаря пластичности астеносферы, что буквально можно перевести как «слабая сфера», лежащие выше нее твердые блоки (плиты) земной коры могут скользить по ней.
Расплавленная магма, которая питает земные вулканы, образуется только в отдельных местах в коре или приходит туда из отдельных очагов (карманов), расположенных в субстрате или астеносфере, а может быть, и несколько глубже. Твердость верхней мантии подтверждается еще тем, что в ней (как и в коре) наблюдаются очаги землетрясений, которые находятся на глубине до 700 километров. Глубже землетрясений вообще не бывает.
Вся остальная часть верхней мантии под астеносферой называется слоем Голицына (слоем С). В то же время нижняя мантия (слой D), располагающаяся в интервале глубин от 900 до 2920 километров, характеризуется большой плотностью вещества и большой скоростью распространения упругих колебаний. Дальше располагается только земное ядро.
Немного о ядре земного шара
Как, вероятно, уже догадался любознательный читатель, речь в данном случае пойдет о земном ядре, которое занимает центральную часть Земли, составляя около 17 % ее объема и 33 % ее массы, и в отношении которого единой точки зрения среди ученых не существует.
Сейсмические данные указывают на сложное строение ядра: оно состоит из двух, а возможно, и более концентрических оболочек с несколько различающимся составом. Пожалуй, наиболее достоверно все же то, что оно делится на внешнее и внутреннее ядро с промежуточным слоем толщиной 300 километров.
Внешнее ядро (слой Е) заключено в пределах 2900–5000 километров. Его объем 15,16 %, а масса 29,8 %. Ядро хорошо пропускает продольные волны, но поперечные сейсмические волны через него не проходят. На этом основании предполагается, что данный слой находится в расплавленно — жидком состоянии. Косвенным подтверждением этого является наличие приливных колебаний внутри Земли. Если бы весь земной шар был твердым, то приливные колебания на поверхности Земли проявлялись бы значительно слабее, чем они сегодня наблюдаются.
В основании внешнего ядра располагается переходная оболочка (слой Р), находящаяся в интервале глубин 5000–5200 километров и характеризующаяся некоторым увеличением скорости продольных упругих колебаний. Впрочем, поперечные сейсмические волны в ее пределах, как и в слое Е, не распространяются.
Внутреннее ядро (слой (3 или субъядро) занимает самую сердцевину нашей планеты. Его радиус 1250 километров, объем где‑то около 7 %, а масса составляет около 1,2 % от массы Земли в целом. В нем скорость продольных волн еще более возрастает. Однако факты прохождения поперечных волн свидетельствуют о том, что внутренняя часть ядра является, по-видимому, близкой к расплавленному состоянию. Плотность вещества внутреннего ядра достигает 13 г/см3 и более.
О химическом составе ядра Земли существуют два основных мнения. Одни исследователи считают ядро железным, но состоящим из никеля и железа. Другие же считают, что оно сложено силикатами, которые находятся в «металлизированном» состоянии. Однако последнее предположение ставится под большое сомнение. Сейчас преобладает промежуточная точка зрения, согласно которой внутреннее ядро — скорее всего железоникелевое, а внешнее сложено сверхплотными силикатами, которым, однако, присуще высокое содержание железа и никеля.
Более десяти лет назад американскими геологами была сделана удивительная находка, ставшая «последней каплей», которая склонила чашу весов в пользу модели земного ядра, состоящего из внешнего слоя, сложенного сверхплотными силикатами, и внутреннего, железоникелевого субъядра…
В 1974 году в обломках гравия горного хребта Кламат в штате Орегон был обнаружен минерал, не имеющий ничего общего ни с одним из известных на Земле минералов. Первоначально предположили, что это обломок небесного метеорита, но на образце не было следов обжига, ударного воздействия. Кроме того, на метеоритах остаются космические метки за счет жесткого облучения Солнцем, здесь же было все чисто. Вывод был сделан один — это минерал чисто земного происхождения. Что же в нем было необычного?.. Представьте себе, только его химический состав.
Геологи и геохимики Корнуоллского университета США определили, что минерал, названный, кстати, ими джозефинитом, состоит на 86 % из металлов и на 14 % из силикатов. Металлическая фракция сложена никелем (69,9 %) и железом (30,1 %). По своему составу обсуждаемый минерал как нельзя лучше соответствует гипотетическому веществу внешнего ядра Земли, у него высокая плотность и своеобразная уплотненная структура. Ученые предполагают, что кусочек самых глубоких внутренних сфер нашей планеты был вынесен на ее поверхность мощными потоками мантийного материала.
Таким образом, современные данные о внутреннем строении Земли, с которыми мы конспективно ознакомились выше, позволяют сравнить нашу планету с вращающимся толстостенным шаром (кора и мантия) с внутренней полостью, заполненной жидкостью (внешнее ядро), в которой плавает сравнительно небольшое также шарообразное твердое субъядро.
