Методи вивчення внутрішньої будови Землі. Внутрішня будова Землі

1. Методи вивчення внутрішньої будови Землі. Методів вивчення будови і складу твердого тіла Землі багато. Аналіз дозволяє умовно об'єднати ці методи за трьома основними напрямками, кожний з яких характеризується відповідним загальним рівнем вірогідності: геолого-знімальний;геофізичний;глибинного сейсмічного зондування.

Геолого-знімальний напрямок включає різні методи безпосереднього вивчення і випробовування гірських порід у їх природних відслоненнях на поверхні, у зразках, які відбираються у гірничих виробках та свердловинах. Інформація, яка отримана таким шляхом, є найбільш достовірною. Проте глибина більшості свердловин не перевищує 5 км. І лише окремі з них досягли глибини 10 кілометрів. Найглибша з таких свердловин на Кольському півострові (12 км 262 м).

Узагальнення результатів зйомки у вигляді геологічних карт і розрізів для будь-якого району дозволяє одержати уявлення про його будову до глибин 10 – 20 км. Додаткову інформацію може дати вивчення продуктів виверження діючих і погаслих вулканів, магматичні осередки які звичайно розташовуються на глибинах до 100 км. Таким чином, зрозуміло, що геолого-знімальні методи застосовуються тільки для вивчення верхніх горизонтів земної кори.

Геофізичний напрямок поєднує так звані непрямі методи, які базуються на вивченні фізичних параметрів Землі – електропровідності, розподілу сили ваги та ін. Ці методи дозволяють говорити про стан неоднорідностей усередині Землі практично без обмежень глибини досліджень. Однак, дані геофізичних методів припускають різні тлумачення і з глибиною їх надійність зменшується. Проте геофізичні методи – це поки єдина можливість одержувати відомості про те, що відбувається усередині Землі. Багато цікавих даних геофізики одержують шляхом вивчення швидкостей поширення пружних коливань – сейсмічних хвиль. Цей розділ геофізики називається сейсмологією. За допомогою сейсмічних методів відбувається пошук газонафтових структур і інших родовищ, виявляється багато деталей геологічної будови окремих ділянок земної кори. Принципи сейсмічних досліджень покладені в основу глибинного сейсмічного зондування (ГСЗ), яке застосовується для вивчення внутрішньої будови Землі.

Сейсмічні хвилі проходять крізь Землю при землетрусах, падінні метеоритів, ядерних і звичайних вибухах. Час приходу сейсмічних хвиль до спостерігача та їх інтенсивність фіксуються приладами – сейсмографами, головною деталлю яких є спеціальний маятник. Сейсмічні коливання в земній корі збуджують три види сейсмічних хвиль – поздовжні, поперечні і поверхневі.

2. Ядро. Це внутрішня, найбільш щільна оболонка Землі. Для зовнішнього ядра характерне різке зниження швидкості поширення поздовжніх хвиль (з 13,6 до 8,1 км/с), загасання поперечних хвиль, поява високої електропровідності. Усе це свідчить про зміну агрегатного стану речовини. Тому припускають, що зовнішнє ядро знаходиться у стані, який наближається до рідкого.

У межах внутрішнього ядра швидкість поздовжніх хвиль знову зростає, що свідчить про твердий стан його речовини. Деякі вчені припускають, що за умов високого тиску відбувається деструкція речовини, що внутрішнє ядро знаходиться у металізованому або плазменому стані. Хімічний склад зовнішнього і внутрішнього ядра за найбільш поширеною версією приблизно однаковий – залізонікелевий, близький до складу залізних метеоритів. За переважними компонентами (Ni – Fe) цю оболонку називають застарілим визначенням – «ніфе».

Мантія. Ця геосфера також складається з двох оболонок – нижньої і верхньої мантії. Разом вони утворюють найбільшу геосферу Землі, яка обмежена поверхнею Мохоровичича (поділ Мохо, чи М) зверху і границею Віхерта-Гутенберга знизу. Маса мантії складає 2/3 маси Землі. Про склад речовини мантії існують лише гіпотетичні припущення.

Верхня мантія характеризується складною будовою – наявністю в ній так званої астеносфери (геосфера «без міцності») – інтервалу мантії зі зниженими швидкостями хвиль, що очевидно зумовлене розм’якшеним, пластичним станом речовини. Під океанами астеносфера займає інтервал глибин приблизно від 50 до 400, а під континентами від 80 до 270 км.

Астеносфера, на думку вчених, зумовлює рухливість усієї твердої оболонки, що залягає на ній і цим створює умови для виникнення ендогенних геологічних процесів. Це пояснюється тим, що окремі частини (блоки) зазначеної оболонки, яка включає земну кору і частину верхньої мантії, у напіврідкій астеносфері можуть «тонути», «спливати» чи зміщуватися вбік – у залежності від змін маси блоків, умов обертання Землі (ротаційних умов) чи напрямку конвекційних потоків речовини в самій астеносфері. Унаслідок таких переміщень блоків кори (тектонічних рухів) на Землі утворюються западини (моря), або навпаки, виникають гірські споруди, а також формуються магматичні осередки і здійснюються метаморфічні перетворення гірських порід. Описувана рухлива тверда оболонка, що залягає на астеносфері, має назву «літосфера» (грецьк. літос – камінь).

Нижня мантія за сейсмічними характеристиками відносно однорідна. У зоні D швидкість хвиль залишається практично постійною аж до поділу Віхерта-Гутенберга.

Непрямі дані про хімічний склад мантії отримані за даними аналізу магматичних порід, що за припущенням вчених утворилися з мантійної речовини. Основну частину (97,7%) цих порід складають 5 окислів: SiО₂ (45,2%); MgО (37,5%); FeО (8,4%); Al₂O₃ (3,5%); CaО (3,1%). Вміст окислів Na, K, Ti, Mn не перевищує 0,1 – 0,4%. У складі переважають Si і Mg, тому цю геосферу скорочено називають «сіма»