Упругие свойства Земли

Если сдавить пальцами обычную школьную резинку, а затем прекратить сжатие, то резинка полностью восстановит свой объем и форму. Такое свойство вещества сопротивляться изменению его объема и формы под воздействием механических напряжений называется упругостью. Чем плотнее вещество, тем большими упругими свойствами, т. е. сопротивлением растяжению и сжатию, оно обладает.

 

Непосредственное проникновение в недра Земли с помощью шахт (3,6 км) или буровых скважин в настоящее время технически возможно лишь до глубины около 10 км. Это составляет немногим более 0,1% от радиуса Земли. Поэтому для получения сведений о строении глубоких частей нашей планеты применяют различные косвенные геофизические методы. Одним из них является сейсмический метод, основанный на использовании упругих свойств горных пород. Под воздействием естественных землетрясений или мощных взрывов и сотрясений почвы частицы земного вещества испытывают упругие колебания. Они последовательно передаются от частицы к частице. В результате возникают упругие, или сейсмические, волны, которые распространяются в разные стороны из очага естественного землетрясения или искусственного пункта взрыва. Ученые сравнивают сейсмические волны с рентгеновскими лучами, просвечивающими Землю и позволяющими выявить ее внутреннее строение.

 

Сейсмические волны делятся на объемные и поверхностные. Объемные волны получили свое название потому что пронизывают весь объем Земли; поверхностные волны распространяются вдоль земной поверхности.

 

Различают два типа объемных волн; продольные (Р) и поперечные (S). В продольных волнах упругие колебания частиц вещества происходят в направлении распространения волны. В поперечных волнах частицы вещества смещаются перпендикулярно направлению распространения волны. Продольные волны возникают в твердой, жидкой и газообразной средах как следствие их реакции на внезапное изменение объема. Поперечные колебания частиц возникают в результате изменения формы среды; жидкости и газы изменению формы не сопротивляются. Поэтому поперечные волны могут распространяться только в твердом веществе.

 

Если бы Земля состояла до самого ядра из однородного вещества, то скорость распространения упругих колебаний с глубиной не изменялась бы и была всюду одинаковой. В действительности сейсмические волны, распространяясь от очага землетрясения в глубь Земли, встречают на различной глубине границы раздела неоднородных по плотности и составу сред. Частично отражаясь от них, как от экрана, одни волны возвращаются на поверхность Земли (рис. 6). Они называются отраженными волнами. Другие сейсмические волны преломляются на поверхности раздела сред с различной плотностью и проходят далее в глубь Земли. Эти преломленные волны могут, в свою очередь, отразиться затем от более глубокой границы.

 

Возвратившееся к земной поверхности отраженные и преломленные волны могут улавливаться специальными приборами — сейсмографами и записываться ими в виде графиков-сейсмограмм (греч. «сейсмос» — трясение, «грамма» — запись). Обработка сейсмограмм позволяет определить глубину залегания в недрах Земли границ, от которых отражаются и преломляются сейсмические волны. Один из первых сейсмографов изобретен в начале XX в. русским академиком Б. Б. Голицыным. График, показывающий изменение с глубиной скорости распространения сейсмических волн, называется сейсмической моделью Земли (рис. 7).

 

Волны различного типа распространяются в недрах Земли с разной скоростью. Скорость продольных волн в 1,7 раза больше скорости поперечных волн. Вследствие этого продольные волны всегда приходят к поверхности Земли первыми. Соответственно они регистрируются на сейсмограммах раньше. Поэтому их называют первичными, или волнами Р (лат. «прима» — первая). Поперечные волны именуются вторичными, или волнами S (лат. «секунда» — вторая).

Неравномерная скорость прохождения сейсмических волн по разрезу Земли привела ученых к мысли о неоднородном, слоистом строении земного шара. Б. Гутенберг и К. Буллен, основываясь на данных о распространении сейсмических волн, разделяют земные недра на ряд слоев, обозначаемых заглавными буквами латинского алфавита: А, В, С, D, Е, F, G (рис. 8.)

 

Слой А (0—35 км) — это земная кора. Скорость прохождения продольных сейсмических волн в ней достигает 6,5—7,2 км/с. При переходе от земной коры к слою В (промежуточной оболочке, или мантии) происходит скачкообразное изменение скорости распространения продольных волн от 6,5—7,2 до 8,0—8,2 км/с. Эта сейсмическая граница получила название раздела Мохоровичича (или коротко — Мохо, или М) по имени югославского сейсмолога Андрея Мохоровичича. Он в 1909 г. изучал землетрясения в Загребе и обнаружил, что на глубине 60 км скорость сейсмических волн резко увеличивается. Это привело его к выводу, что именно здесь проходит граница земной коры и мантии. По современным данным глубина залегания поверхности Мохоровичича изменяется от 6 км под дном океанов до 70 км в горных районах. В 1923 г. австрийский ученый В. Конрад выделил внутри земной коры сейсмическую поверхность, принимаемую за границу между гранитным и базальтовым слоями. Эта поверхность получила название «поверхности Конрада», или «К-поверхности».

 

Расположенную ниже раздела Мохоровичича толщу называют внутренней оболочкой, или мантией, Земли. В схеме Гутенберга — Буллена ей соответствуют слои В, С, D; первые два из них образуют верхнюю мантию. Слой В (35—400 км) включает область с пониженными значениями скоростей распространения сейсмических волн. Слой С (400—1000 км) характеризуется аномально быстрым их возрастанием (см. рис. 7). Это принимается за указание наличия здесь существенных изменений либо в составе, либо в состоянии вещества. Эту переходную зону называют «слоем Голицына» — по имени академика Б. Б. Голицына, впервые установившего слой. Нижняя мантия представлена слоем D (1000—2900 км). Здесь различают слой ГУ (1000—2700 км) — область нормального возрастания скоростей сейсмических волн и слой D" (2700—2900 км) — узкую пограничную область мантии с ядром, характеризующуюся постоянством скоростей продольных и поперечных волн (см. рис. 7).

 

Слон Е, F, G образуют ядро Земли: слой Е (2900— 4980 км) —внешнее ядро, слой F (4980—5120 км) —переходную зону ядра и слой G (5120—6371 км) —внутреннее ядро. Сейсмическая граница между мантией и ядром на глубине 2900 км, открытая в 1914 г. немецким сейсмологом Б. Гутенбергом, является наиболее резкой границей раздела в недрах Земли. Здесь скорость продольных волн падает от 13,6 до 8,1 км/с; скорость поперечных волн резко изменяется — от 7,3 км/с до нуля. После прохождения границы мантии и ядра скорость продольных волн снова медленно и постепенно нарастает до 11,3 км/с во внутреннем ядре. На глубине 5120 км отмечено слабое отражение сейсмических волн. Эта граница внешнего и внутреннего ядра открыта в 1936 г. датским сейсмологом мисс Леман.

 

 

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (08.11.2018)
Просмотров: 10 | Теги: Геология | Рейтинг: 0.0/0