Процессы в мантии Земли. Часть I

Узнать, что происходит в мире можно двумя способами: вбить в поисковую строку Яндекса “Новости Ижевска сегодня” или, не теряя времени, посетить сайт www.ijevsk.bezformata.ru, благодаря которому Вы всегда будете в курсе последних событий!


050312 2028 Earth11 Процессы в мантии Земли. Часть I

Переход от мантии к ядру совершается резким скачком. Длина волны РСР, отраженной от границы ядра, не превышает 50 км, и для того чтобы она могла отразиться от этой границы, «толщина» ее, то есть толщина переходного слоя, должна быть много меньше, иначе отражение станет невозможным.

 

Выше этой границы мантия представляет собой однородное тело, сложенное, по всей вероятности, соединениями окиси кремния с окислами магния и железа и добавкой некоторых других веществ. Вряд ли это вещество похоже на известные нам каменные породы: очень высокое давление приводит к тому, что в этой зоне атомы вещества притиснуты один к другому. В таких случаях говорят, что упаковка вещества наиболее плотна. Например, хорошо знакомый нам кварц (окись кремния Si02) в мантии превращается в свою разновидность, отличающуюся более плотной упаковкой атомов кислорода и кремния. По имени советского ученого, искусственно создавшего в своей лаборатории эту разновидность кварца, она называется «стишовит».

 

Можно думать, что в довольно широком интервале температур (примерно от 2800 до 3800°) и давлений (примерно от 400 000 до 1 300 000 атмосфер) плотно упакованная смесь атомов кремния, кислорода и магния довольно устойчива. Во всяком случае, сейчас мы можем считать всю нижнюю толщу мантии наиболее «спокойной» частью Земли. Какие-то процессы преобразования вещества, несомненно, идут и здесь, и в дальнейшем науке придется взяться и за их изучение. Сейчас, однако, нет определенных указаний на влияние нижней мантии на основные процессы в Земле, и эта зона может считаться «нейтральной». На долю нижней части мантии Земли приходится наибольший объем и вес (см. табл. 1), и, может быть, относительно плавное, медленное, длящееся миллиарды лет развитие Земли связано как раз с большой инерцией и неподатливостью к изменениям этой зоны. Разрез Земли от земной коры до центра изображен на рис. 1.

 

050312 2028 Earth12 Процессы в мантии Земли. Часть I

Рис. 1. Общая схема строения Земли и состояния вещества в ее недрах

 

До последнего времени считалось, что и верхняя часть мантии характеризуется большой однородностью слагающего ее вещества: повсюду на одной и той же глубине от поверхности Земли не обнаруживалось разницы в скоростях распространения сейсмических волн.

 

В то же время существовали доказательства того, что в верхней мантии или по крайней мере в некоторых ее участках должны происходить достаточно активные процессы. Об этом говорили прежде всего очаги глубоких землетрясений. Подробное их изучение показывало, что эти очаги залегают на глубине до 750 км почти по всей окружности Тихого океана. Реже встречаются они в широкой полосе, протянувшейся от Средиземного моря через Памир и Бирму и смыкающейся на востоке с Тихоокеанским поясом. В других местах Земли глубоких землетрясений не бывает.

 

Редкий случай глубокого землетрясения наблюдался в марте 1953 года, когда толчки ощущались на большом протяжении в Испании и на северном побережье Африки. Обработка данных показала, что очаг этого землетрясения лежит под южным побережьем Испании на глубине 640 км. До этого в Средиземном море наблюдались очаги глубиной не больше 400 км. Не исключено, что в будущем очень глубокие очаги обнаружатся и в других частях Средиземноморского и Тихоокеанского поясов.

 

Таблица 1

ОБЪЕМ И ВЕС ОСНОВНЫХ ЧАСТЕЙ ТВЕРДОЙ ЗЕМЛИ ‘(приближенные данные)

 

Земная кора (в среднем)

Верхняя мантия

Нижняя мантия

Внешнее ядро

Внутреннее ядро

Вся Земля

Глубина,

км

0—15

15—800

800—2900

2900—5100

5100—6370

 

Величина частей Земли

В абсолютных единицах

В % ко всей Земле

В абсолютных единицах

В %

ко всей Земле

В абсолютных единицах

В %

ко всей Земле

В абсолютных единицах

В %

ко всей Земле

В абсолютных единицах

В %
ко всей Земле

В абсолютных единицах

В %
ко всей Земле-

Объем в 109
км3

7,5

0,7

347

32,0

550

50,8

170

15,7

9

0,8

1083

100

Вес в 1018 т

22

0,4

1350

22,6

2600

43

1900

32

100

2

5975

100

 

 

Какой же процесс может породить глубокое землетрясение? Мгновенный взрыв вещества или, наоборот, резкое уменьшение объема какой-то зоны? Решить вопрос о механизме глубоких землетрясений помогли все те же сейсмические волны, а именно одно их свойство, о котором мы говорили в разделе «О колебаниях и волнах». Вспомните, что в зависимости от направления движения частиц в момент возбуждения продольной волны в ее головной части может быть либо сжатие, либо разрежение. Легко сообразить, что

при взрыве (мгновенном расширении) во все стороны пойдет волна сжатия. Если внутри Земли была полость и ее стенки внезапно обрушились внутрь — во все стороны пойдет волна разрежения. Но если в недрах земного вещества образовалась трещина, и частички вещества вдоль этой трещины сместились в разные стороны — тогда картина будет много сложнее. В зависимости от направления волны сжатия и разрежения будут причудливо сменять друг друга, и это заметят сейсмические станции на поверхности Земли. Именно такая картина наблюдается при глубоких землетрясениях. Значит, это не взрыв, не мгновенное изменение объема какой-то зоны, а трещина со сдвигом.

 

«Где тонко, там и рвется» — говорит пословица. И если слои верхней мантии рвутся только в определенных зонах, значит, там вещество чем-то отличается от вещества на такой же глубине, но в других местах.

 

Неоднородности вещества Земли, а вместе с ними и верхняя мантия начинаются (если идти от центра) где-то на глубине около 900—1000 км от поверхности Земли. На этой глубине меняются многие свойства вещества Земли, отчего этот рубеж и принято считать границей нижней и верхней мантии. И пожалуй, наиболее важное — изменение температурного режима.

 

Расчет температуры в недрах Земли — очень сложное дело. Ведь тут приходится решать задачу со многими неизвестными, а единственно точные данные — это сведения о температуре земных недр до глубины всего в несколько километров да лабораторные сведения о теплопроводности различных пород. В разделе «Рождение и юность планеты» мы уже говорили об источниках тепла внутри Земли. Но в различных частях Земли действуют они неодинаково. Радиоактивные изотопы, выделяющие при своем распаде основную массу внутреннего тепла Земли, охотнее связываются с более легкими породами нашей планеты. В течение первых миллиардов лет жизни Земли они постепенно просочились в верхние слои и сосредоточились там. Глубокие недра Земли гораздо беднее источниками тепла. Но зато из верхних слоев теплу гораздо легче уйти наружу, в пространство. Вот и получается, что от поверхности Земли до подошвы верхней мантии, на пути в 1000 км, температура повышается от нуля почти до 3000°, а на остальных пяти с лишним тысячах километрах, в области, бедной источниками тепла, ее повышение составляет всего 1200—1500°. Малые потери тепла центральной частью приводят к тому, что внутренняя зона Земли медленно разогревается (повышение температуры за последний миллиард лет, возможно, составило около 100°). Во внешней зоне, где в настоящее время, вероятно, источники радиоактивного тепла уже иссякают, либо происходит медленное охлаждение, либо эта область сохраняет свою температуру.

 

К чему могут привести такие изменения температуры? Оказывается, что для Земли в целом это не пустяк. Как ни мало разогревание недр, но оно может вызвать расширение нижней мантии. Правда, этого расширения совершенно недостаточно для построения легкомысленных гипотез о расползании материков: радиус нижней мантии увеличивается на каких-нибудь 3—4 см за 1000 лет. Но там, где прекращается разогревание, неизбежно должны возникнуть напряжения, вызванные воздействием расширяющихся глубоких слоев Земли.


Найти на unnatural: Процессы мантии Земли Часть
Автор: admin | 4 Май 2012 | 1 022 просмотров

Новые статьи:

Оставить комментарий:

Все размещенные на сайте материалы без указания первоисточника являются авторскими. Любая перепечатка информации с данного сайта должна сопровождаться ссылкой, ведущей на www.unnatural.ru.
Rambler's Top100