Внутреннее строение Земли

Человеку давно хотелось узнать, что находится в глубине Земли. Но узнать это не так? то легко и просто. Наука еще не изобрела такой аппарат, в котором человек мог бы проникнуть в глубокие недра планеты и исследовать их. Пока что людям удалось проникнуть внутрь Земли на столь незначительное расстояние, которое подобно укусу жалом комара «внутренностей» человека.

В связи с этим нашим ученым приходится судить о строении земных недр по косвенным признакам, так как, для того чтобы пробурить скважину или шахту глубиной всего лишь в несколько километров, нужно затратить многие месяцы, а то и годы дорогостоящего труда. Вот и приходится специалистам исследовать внутренность Земли с помощью геофизических методов: сейсмического, гравиметрического и магнитометрического.

Первый из них наиболее важен и является основным. Суть его заключается в том, что на поверхности Земли искусственно (например, путем взрыва) создают упругие колебания – сейсмические волны, которые имеют определенные особенности при прохождении земных недр: в плотной среде скорость этих волн возрастает, в рыхлой – резко снижается, а в жидкостях– некоторые из них вообще не распространяются.

Сейсмические волны делятся на объемные и поверхностные. Объемные волны – продольные и поперечные – представляют собой упругие волны сжатия и упругие волны сдвига. Отметим, что объемные волны в упругой Земле распространяются так же, как световые лучи в оптических средах. Объемные волны, в отличие от поверхностных, пронизывают все тело нашей планеты, то есть они в буквальном смысле слова «просвечивают» Землю и, подобно рентгеновскому анализу, выявляют внутреннее ее строение.

Поверхностные волны, как и объемные, бывают двух типов. Различаются они по виду деформации. В первом случае она чисто сдвиговая, а во втором – как сдвиговая, так и объемная. Скорости поверхностных волн обнаруживают зависимость от длины или частоты волны. Это свойство поверхностных волн используют для изучения структуры наружных слоев Земли.

Эти рисунки демонстрируют основные современные представления о строении Земли и глобальных процессах, происходящих в ее недрах.

На этой схеме Земля «разрезана», как арбуз, из нее вырезан ломтик. Вверху – слой атмосферы, далее – земная кора, внизу она ограничена так называемой границей Мохоровичича. Затем – мантия (верхняя и нижняя); внешняя (жидкая) часть земного ядра и, наконец, твердая, внутренняя, часть ядра. Земная кора вместе с верхней частью мантии образует так называемую литосферу, глубже лежит пластичная астеносфера.

Сейсмические колебания, проходя земной шар насквозь или частично отражаясь от разделов сред с различной плотностью, возвращаются на поверхность Земли, где они регистрируются и изучаются. По полученным данным можно судить о глубинах залегания тех или иных разделов, получать сведения о физических свойствах тех сред, сквозь которые прошли сейсмические волны, и т. д. С этой же целью сейсмологи изучают и землетрясения, которые вызывают упругие колебания естественным путем.

Как оказалось, земной шар внутри, подобно луковице, состоит из нескольких концентрических оболочек, вложенных одна в другую. Наиболее отчетливо выделяются три оболочки (или геосферы), о которых уже упоминалось выше: наружная земная кора (литосфера), мантия, составляющая 83 % объема Земли и 67 % массы нашей планеты, и ядро в середине.

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.