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!

Переход от мантии к ядру совершается резким скачком. Длина волны Р_СР, 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.

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)

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.

Устраиваетесь на работу и Вам нужно в кратчайшие сроки получить личную медицинскую книжку? Тогда Вам следует знать, что медкнижка за один день — это не миф, а реальность! Все, что Вам нужно сделать – это посетить сайт www.altianet.net и оставить свою заявку!

Внешнее ядро — жидкое. Внутреннее (субъядро), — по-видимому, твердое. Возможно, есть в ядре и еще одна резкая граница. Температура там—около 4000°. Давление — около 3,5 миллиона атмосфер. Плотность чудовищно сжатого вещества — около 12,6 г/см³. Как, в сущности, мало знаем мы о центральной части земного шара!

Начать с того, что о веществе ядра до сих пор нет единой точки зрения. Земное ядро по объему занимает примерно 16% общего объема Земли (179 и 1080 миллиардов кубических километров соответственно), масса его составляет около 34% всей массы Земли (2000 и 5975 биллионов мегатонн вещества соответственно). Исходя из близкого примерного соотношения железа и каменного вещества в метеоритах (они образовались достаточно близко от Солнца и должны иметь сходный с земным химический состав), прежде почти безоговорочно полагали, что земное ядро сложено выплавившимся из
остальной массы железом, а мантия состоит из каменного вещества.

На поверхности Земли каждый квадратный сантиметр находится под давлением около 1 кг (9,8 ньютона по новой международной системе единиц). Это — действие столба воздуха, притягиваемого Землей. Давление горных пород много больше. Уже на глубине 1 км притяжение Земли создает давление около 300 кг на 1 см². Тысячекилометровая толща создает давление уже около 400 тыс. атмосфер. По мере приближения к центру Земли сила тяготения ослабевает, но рост давления продолжается, и оно постепенно достигает миллионов атмосфер.

Так возникла другая теория: давление около полутора миллионов атмосфер, господствующее на границе ядра, настолько велико, что его уже не выдерживают электронные оболочки атомов вещества мантии. Атомы кислорода, кремния и других элементов теряют внешние электроны и взаимно сближаются. При этом вещество как бы металлизуется: оно становится гораздо более плотным и насыщенным свободными электронами. Таким образом, вещество Земли может быть однородным по химическому составу, но в центре находиться в новом фазовом состоянии. Раскаленное добела вещество (4 тысячи градусов!), избыток свободных электронов, — по существу, это скорее плазма, чем жидкость, очень плотная, не очень высокотемпературная, но все-таки плазма.

Трудно сейчас сказать, каков в действительности состав земного ядра. В прошлом году в Советском Союзе были произведены очень интересные опыты по поведению вещества при кратковременном действии очень высоких давлений — до миллиона с лишним атмосфер в течение тысячных долей секунды. При этом не было обнаружено перехода силикатов в металлизированное состояние. Однако этот результат не может считаться окончательным, и вопрос о химическом составе земного ядра остается открытым.

Как бы то ни было, несомненно существование в ядре свободных электронов. Огромные кольцевые вихри этих электронов порождают земное магнитное поле (рис. 1). Хорошо известно, что на поверхности Земли магнитное поле не строго симметрично: магнитные полюса Земли не совпадают с ее географическими полюсами, и, кроме того, правильный характер магнитного поля нарушается крупными аномалиями, например Восточно-Сибирской. В отличие от широко известной Курской магнитной аномалии, вызванной залеганием вблизи поверхности Земли больших скоплений магнитных, богатых железом пород, Восточно-Сибирская аномалия не связана с залежами магнитных пород вблизи поверхности Земли.

В настоящее время нет сомнений в том, что и основное магнитное поле Земли, и крупные аномалии типа Восточно-Сибирской связаны с процессами именно в земном ядре. Но решение этого вопроса было найдено не путем наземных наблюдений, а при проведении исследований Космоса!

Дело в том, что для оценки размеров и глубины залегания возмущающих магнитных масс необходимо провести наблюдение на некотором расстоянии от поверхности Земли. Если источник аномалии лежит неглубоко в коре, его влияние быстро перестанет ощущаться с увеличением высоты наблюдения. И вот магнитные измерения на третьем советском ИСЗ показали, что влияние Восточно-Сибирской аномалии на высоте около 300 км уменьшилось незначительно. Расчет показал, что причина, вызывающая аномалию, лежит примерно на глубине границы земного ядра.

Рис. 1. Кольцевые токи, образованные движением свободных электронов в земном ядре, и происхождение магнитного поля Земли

Космические наблюдения дали и другой важный материал для решения проблемы земного магнитного поля: невращающаяся Луна и медленно вращающаяся Венера, по данным советской и американской космических ракет, не имеют магнитного поля. Связь магнитного поля Земли с ее вращением становится почти очевидной, но природа этой связи до сих пор не раскрыта.

Между тем ученые, изучая намагниченность древних горных пород, пришли к парадоксальному выводу: в течение геологической истории Земли направление земного магнитного поля несколько раз менялось на обратное! Это значит, что круговые токи в земном ядре могли прекращаться, затем возникать в противоположном направлении и снова прекращаться. Все другие объяснения противоположной намагниченности горных пород разного возраста малоубедительны. Но тогда приходится предположить, что и пояса радиации, существующие благодаря захвату заряженных частиц «ловушками» силовых линий магнитного поля Земли, временами исчезали! В эти короткие периоды на Землю обрушивались потоки космического излучения и солнечных корпускул. И не тогда ли происходили наиболее важные и быстрые изменения живых организмов, населяющих Землю? Ведь под действием излучения могло резко увеличиваться число мутаций наследственных признаков. Вот каким неожиданным образом в единой цепи зависимостей оказались соединенными процессы вблизи центра Земли и жизнь на ее поверхности.

Хотите знать, что ждет нас в будущем? Тогда рекомендую к обязательному прочтению статью «Предсказания Ванги о России», которая приоткроет завес грядущего будущего! Найти эту статью Вы сможете только на сайте www.iksinfo.ru.

За время существования человечества Земля существенно не изменилась. Исчезли большие ледники, изменилось расположение климатических зон, поднялся уровень воды в Мировом океане, местами опустилась суша, местами выше поднялись горы, изменили течение некоторые реки — пожалуй, и все. Силы, действующие в недрах планеты, практически остались неизменными. Но десятки тысяч лет — это всего лишь одна стотысячная доля от всего времени существования Земли. Поэтому сейчас нам очень трудно судить о том, что происходило в окрестностях очень молодого Солнца 4—5 миллиардов лет назад. По этому поводу наука еще не имеет окончательных суждений.

Так выглядела, по мнению художника НАСА, Солнечная система в самом начале своего эволюционного развития

Представляется наиболее вероятным, что образование Земли началось на ранней стадии эволюции Солнца, когда в окрестностях сжимающегося и разогревающегося газово-пылевого облака образовались неоднородности и завихрения. Воздействие мощных магнитных полей центрального сгустка — будущего Солнца — как бы гигантским электромотором передало момент вращения мелким окраинным сгусткам. В ближайшей зоне под активным воздействием излучения и магнитного поля центрального светила в сгустках плазмы, состоящих почти целиком из водорода, началось образование тяжелых элементов, в основном кислорода, кремния, железа, магния, алюминия.

Эти сгустки, постепенно сжимаясь и уплотняясь, образовали ближние (и вероятно, близкие по составу) планеты — Венеру, Землю, Марс. В это время Земля была довольно рыхлой и относительно холодной, однако под действием силы тяжести она все более уплотнялась, образовывались основные химические соединения, и при этом шло разогревание ее недр. Основным источником тепла, вероятно, были тяжелые радиоактивные элементы, однако не исключено и действие других источников, например, выделение тепла в результате внутреннего трения при прохождении волн земных приливов.

Туманность Кольцо может служить наглядным примером того, как будет выглядеть наша планетарная система после гибели Солнца

Уже 3—3,5 миллиарда лет назад Земле были присущи те основные черты ее строения, которые мы видим сейчас. В частности, на некоторых участках к этому моменту из нижележащих слоев уже выплавились зоны гранитной земной коры. Именно таков уверенно определенный возраст гранитов на древнейших стабильных зонах — щитах Скандинавии и Канады.

Так началась длящаяся миллиарды лет геологическая история Земли, о которой мы можем судить, изучая условия залегания горных пород различного возраста. К ней мы еще вернемся после того, как рассмотрим основные процессы, происходящие в более глубоких недрах. Именно там действуют основные силы, определяющие сейчас характер эволюции Земли.

В каком направлении развивается сейчас наша планета? В поисках ответа на этот вопрос очень часто ста* раются всю эволюцию Земли свести к какой-нибудь од* ной причине. В прошлом веке и в начале нашего столетия почти безоговорочно принималось, что Земля образовалась из раскаленного облака газов и прошла стадию полного расплавления, а сейчас медленно остывает и поэтому постепенно сжимается. В силах сжатия (или, как говорят, контракции) видели источник всех процессов, происходящих в верхних слоях Земли. Казалось, что существование очагов расплавленной магмы и огненно-жидкого ядра лучше всего доказывает эту точку зрения.

Теория контракции не выдержала проверки. Оказалось, что жидкая Земля должна была очень быстро остыть, потеряв все свое тепло. С другой стороны, в настоящее время радиоактивные элементы во внешних частях Земли выделяют тепла больше, чем успевает выделиться в окружающее пространство. Поэтому остывать может только земное ядро, а внешняя зона медленно разогревается. Следовательно, быть намного более разогретой она не могла. Установлено, что очаги магмы расположены очень редко и по своему происхождению вторичны. Таким образом, верхняя часть Земли никогда не проходила стадии полного расплавления. Наиболее же веским возражением против гипотезы контракции оказался расчет энергии, выделяющейся при сжатии Земли. Выяснилось, что величину этой энергии никак не удается привести в соответствие с полной энергией тектонических (горообразовательных) процессов и землетрясений.

В последние годы некоторые ученые развивают прямо противоположную точку зрения и считают, что наша Земля расширяется. По мнению одних, это расширение вызвано разуплотнением земного ядра, недостаточно сдерживаемым давлением мантии. Другие полагают, что во Вселенной в целом ослабевают силы тяготения и внешние части Земли все меньше притягиваются внутренними частями. Третьи же — и их, к сожалению, большинство среди сторонников теории расширяющейся Земли — не пытаются создать глубокие физические обоснования, а попросту принимают такое расширение на веру, а затем строят свои более или менее фантастические гипотезы растрескивания Земли, расползания материков и т. п.

Сейчас трудно сказать, что происходит с Землей на самом деле, и поэтому важнейшая задача геофизики — детальное изучение доступных для наблюдения сложных процессов развития Земли в их взаимодействии, изучение источников энергии внутри Земли, сравнительное исследование различных зон на поверхности и в глубине. При этом наука применяет все более совершенные средства: планируется бурение сверхглубоких скважин, недра Земли изучаются со спутников, для теоретических расчетов и обработки данных применяются новейшие вычислительные машины. И постепенно без больших сенсаций и головокружительных гипотез перед нами развертывается картина жизни земных недр.

Всем любителям непознанного настоятельно рекомендую посетить сайт pulson.ru. Там Вы найдете все самое необычное, странное и удивительное, что есть на нашей планете. К примеру, посетив этот сайт прямо сейчас, Вы узнаете, что самые необычные высоковольтные столбы имеют форму человеческих фигур и установлены в Исландии!

Свободные колебания Земли вызываются не упругими волнами, бегущими в земном шаре, а периодическими колебаниями в нашей планете. Для возбуждения таких колебаний, чей период длительности намного больше, чем собственные колебания Земли, энергии землетрясений уже не хватит. Существование периодических колебаний объясняется притяжением небесных тел.

Всем хорошо известно явление прилива в океане. Центр Земли находится на расстоянии около 400 000 км от Луны. Воды океана на стороне Земли, обращенной к Луне, расположены на 6370 км ближе к Луне и поэтому притягиваются к Луне чуть сильнее, чем центр Земли. На другой стороне Земли масса воды находится дальше от Луны и притягивается к ней слабее. Поэтому на поверхности океана, обращенной к Луне, вздувается горб воды в сторону Луны, а на обратной стороне — такой же горб, но обращенный в противоположную сторону.

Вещество Земли, конечно, не обладает такой подвижностью, как вода, но небольшие различия в притяжении Луны действуют и на него. Поэтому под действием небольших различий в притяжении Луны на ближнюю и дальнюю сторону Земли вся наша планета немного деформируется. Длина каждого вздутия равна половине окружности Земли — 20 000 км. А высота? Высота не очень велика и зависит от взаимного расположения на небе Луны и Солнца (далекое, но громадное Солнце тоже вызывает образование приливной волны). На широте Москвы, например, максимальная высота приливной волны немного меньше 50 см.

Земля вертится, делая 1 оборот в сутки, поэтому горбы приливной волны медленно перемещаются по земной поверхности. Дважды в сутки любой пункт на поверхности Земли медленно, незаметно для нас поднимается на высоту в десятки сантиметров и так же медленно опускается. Период этого колебания равен примерно 12 часам.

Как же заметить такие медленные движения? Оказывается, это можно сделать, по крайней мере, тремя способами. Очень точный гравиметр, установленный на поверхности Земли, заметит, что пункт его установки при прохождении приливной волны поднимается, отчего немного (на несколько десятимиллионных долей) уменьшается ускорение силы тяжести. Чувствительный наклономер отзовется на прохождение не вершины приливной волны, а ее очень пологого склона. Наконец, кварцевый стрейн-сейсмограф (прибор, служащий для записи напряжений в земной коре), установленный в глубокой штольне, заметит ничтожную деформацию слоев горных пород при прохождении волны.

Что же может дать изучение земных приливов? Мы уже говорили о том, что вещество Земли не так подвижно, как жидкость. Силы тяготения стремятся удержать горб приливной волны на линии, соединяющей центры Земли и Луны, а вращение Земли все время уносит его вбок. Земля не успевает мгновенно деформироваться, й тогда силы тяготения, действуя на слегка смещенный вперед (по ходу вращения) горб, тормозят вращение Земли (рис. 1). Велико ли это торможение? Судите сами: сутки увеличиваются на две тысячные доли секунды каждые 100 лет, и за несколько миллиардов лет существования Земли время одного ее оборота вокруг оси могло увеличиться в три — четыре раза. А вот на менее массивную Луну тормозящее влияние Земли оказало гораздо большее действие: Луна, прежде вращавшаяся вокруг своей оси, теперь навсегда осталась слегка деформированной и обращенной к Земле одной своей стороной.

Рис. 1. Схема образования приливных волн под действием притяжения Луны и их тормозящего действия

Это далеко не единственный результат. Величину приливной волны и время ее запаздывания за счет вращения Земли можно рассчитать теоретически, используя приближенные данные об упругости и вязкости вещества, слагающего Землю. Сравнение расчета с наблюдениями позволит теперь уточнить характеристики упругости и вязкости Земли.

А самые верхние слои Земли? Как отзываются они на прохождение приливной волны? Наблюдения последних лет, в особенности в период МГГ, показали, что земная кора—это вовсе не цельная упругая оболочка, охватывающая Землю.

Представьте себе асфальт, вздувшийся от действия талых вод. Каждый кусок треснувшего асфальта на поверхности этого горба наклонен немного по-своему. Так и земная кора: большие ее участки, как говорят, блоки, отзываются по-разному на прохождение наклонов коры во многих точках, затем удается сопоставить эти наблюдения с геологическими данными.

Мы рассмотрели основные типы колебаний, распространяющихся в Земле. Все они сведены в табл. 1. Ее
графы заполнены цифрами, характеризующими возможности различных методов изучения строения Земли. Все ли методы были рассмотрены нами? Нет, за пределами этой книги остаются такие, по существу уже астрономические методы, как изучение особенностей вращения Земли, и некоторые другие. В конце книги, в списке рекомендуемой литературы, читатель сможет найти ряд научно-популярных книг, разбирающих эти вопросы. Нам же предстоит перейти от описания строения Земли к тем процессам, которые непрерывно идут во всей ее толще. Но прежде несколько страниц придется посвятить далекому прошлому и возможному будущему нашей планеты.

Таблица 1

СОВРЕМЕННЫЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ СТРОЕНИЯ ЗЕМЛИ

Многие современные люди, идущие в ногу со временем, задаются вопросом: “Как бросить пить, курить и начать вести здоровый образ жизни?”. Ответ они смогут найти на сайте samsonov.name, где описаны действительно работающие методики борьбы с этими пагубными привычками!

Все Вы, вероятно, знает о существовании земного ядра. Как же было оно обнаружено? Орудием исследователя, проникшим вплоть до центра Земли, были все те же сейсмические волны.

Очевидно, что самыми заметными на сейсмограмме будут волны, дошедшие от очага возникновения до сейсмической станции быстрейшим путем, без помех и преград. Точнее говоря, помеха на пути волн будет всегда — это сопротивление среды, вызывающее затухание, поглощение сейсмической энергии. Но если землетрясение было достаточно сильным, то излученные очагом продольные и поперечные волны обладают достаточно большим периодом для того, чтобы быть зарегистрированными на расстоянии в многие тысячи километров (об этом говорилось в предыдущем разделе). Из-за того что скорость распространения волн в теле Земли увеличивается с глубиной, путь их, как мы это выяснили, изгибается, соответственно кривой линией будет изображаться и годограф— кривая зависимости времени пробега от эпицентрального расстояния. И вот, когда был построен экспериментальный годограф прямых продольной и поперечной волн, оказалось, что эти волны наблюдаются лишь до расстояния 105° дуги большого круга 700 км).

На больших расстояниях поперечная волна исчезает вовсе, а продольная внезапно становится очень слабой. Где-то на расстоянии 120—130° и она исчезает, и только
когда между эпицентром и станцией оказывается расстояние в 143°, продольная волна появляется опять. Но ведет себя на этом расстоянии необычно — время пробега ее вплоть до противоположной очагу точки земного шара (то есть до расстояния 180°) увеличивается очень незначительно. Создается впечатление, что продольная волна как бы нырнула, скрылась с наших глаз, чтобы невидимый участок пути пробежать каким-то более коротким путем. Так оно и есть на самом деле, и именно эти наблюдения были открытием земного ядра. Это сделали еще перед первой мировой войной сейсмологи Вихерт и Гутенберг.

Зная закон увеличения скорости волн с глубиной в мантии Земли, сравнительно легко было рассчитать, что волна, выходящая на расстоянии 105°, погружается в глубь Земли на 2900 км. На этой-то глубине и лежит новая резкая граница внутри Земли. Продольная волна, задевшая эту границу, отклоняется вниз, — значит, скорость этой волны в ядре резко падает и только малая доля энергии распространяется вдоль границы, огибая ядро (так мы слышим звуки из-за угла дома). Эти слабые волны и наблюдаются дальше 105°.

А поперечная волна? Она исчезла вовсе — поглотилась ядром. Отчего? Ответ может быть только один: ядро жидкое. Да, жидкое, несмотря на давление в миллион атмосфер. Конечно, это не жидкость в обычном понимании этого слова. Раскаленное до температуры 3000— 4000°, вязкое вещество не похоже на известные нам в привычной обстановке жидкости. Может быть, для очень быстрых колебаний с периодами в сотые и тысячные доли секунды это вещество, подобно вару, ведет себя как твердое,— этого мы пока не знаем, такие высокочастотные колебания безнадежно быстро затухают в толще Земли, не могут дойти до поверхности. Но во всяком случае, пластичность вещества земного ядра много выше, чем пластичность вара: если кусок вара произвольно меняет свою форму за несколько часов, то для вещества земного ядра достаточно для этого долей секунды. Поэтому поперечные волны с периодом около 10 сек. и не могут распространяться сквозь него.

Если граница земного ядра резкая, она должна хорошо отражать сейсмические волны. И такие волны — продольные и поперечные — были найдены. Они получили обозначение Р_СР и S_CS (индекс «с» означает отражение от границы ядра). Но мы знаем, что на резкой границе из продольных волн могут образоваться поперечные, и наоборот. Действительно, на сейсмограммах были обнаружены и обменные отраженные волны P_CS и S_CP. Половину пути — до границы ядра — они идут как продольные, половину — как поперечные. Наблюдения над волнами Р_СР и S_CS позволили более точно определить глубину границы земного ядра.

Что же делается внутри земного ядра? Однородно ли оно? Путь продольной — единственно возможной в ядре — волны обозначается буквой К (керн — ядро), продольные волны, прошедшие через ядро, получили поэтому у сейсмологов обозначение волн РКР. Так вот, пока путь волн РКР лежит во внешней части земного ядра, ядро по отношению к ним ведет себя как рассеивающая линза (напомним, что скорость волн в ядре меньше, чем в окружающей его мантии). Но как только волны РКР заходят в самую внутреннюю часть ядра, вблизи центра Земли, они внезапно начинают сильно отклоняться в сторону. Поэтому на больших расстояниях от эпицентра в каждую точку земной поверхности приходят две волны РКР: одна — прошедшая по периферии ядра, другая — через его срединную часть. Сначала думали, что скорость волн в этой части ядра растет быстро, но плавно. Но точные наблюдения последних лет показали, что и здесь возрастание скорости волн происходит скачком. Это было открытием внутреннего ядра Земли. Большая скорость волн в нем и вызывает их значительное преломление. Волны, прошедшие через внешнее и внутреннее ядро (бывшая вторая ветвь волн РКР), получили теперь обозначение PKJKP (J — буква для обозначения пути волны во внутреннем ядре).

Остается добавить, что поперечная волна S, подойдя к границе ядра и не имея возможности двигаться дальше, порождает обменную продольную волну, которая, пройдя ядро, может продолжить путь в виде продольной волны (тогда ее обозначение будет SKP), а может вновь превратиться в поперечную и так прийти к поверхности (волна SKS). Волны Р и S, неглубоко погрузившиеся в глубь Земли и вышедшие к ее поверхности на небольшом расстоянии, могут испытать отражение и даже преобразование из Р в S на земной поверхности и снова нырнуть вглубь. Отражение может повториться и дважды. Так возникают волны PP, SS, SP, РРР и так далее. Пути всех этих волн изображены на рис. 1.

Рис. 1. Пути распространения основных типов сейсмических волн через земной шар. Там, где волны движутся как продольные, их пути показаны сплошными линиями, где как поперечные — штриховыми. Например, волна SKP до ядра идет как поперечная, а в ядре и после ядра — как продольная, волна P_CS до отражения от ядра идет как продольная, после — как поперечная, и т. д. На рисунке показаны пути далеко не всех волн, замечаемых на сейсмограммах удаленных землетрясений

Что и говорить, картина сложная. Требуется большой опыт интерпретатора, чтобы на каждой записи удаленного землетрясения выделить и опознать все эти волны. А ведь сотни сейсмических станций мира ежедневно записывают достаточно сильные удаленные землетрясения, и число накапливающихся записей исчисляется десятками тысяч в год. Не случайно одной из важнейших задач современной инструментальной сейсмологии стала разработка автоматических устройств для расшифровки сейсмограмм. И если сейчас уже широко применяются магнитная запись колебаний почвы и спектральный анализ этих колебаний, то автоматы для выделения на записи тех моментов, когда на фоне земного «шума» появляются колебания, соответствующие приходу отдельных нужных нам волн, только еще разрабатываются. Задача «узнавания» вступления волны на фоне помех оказалась подобной известной задаче «узнавания» машиной букв или геометрических образцов, и решается она средствами кибернетики. Переход к использованию современных вычислительных машин для обработки сейсмограмм — начало нового этапа детального исследования земных недр. Один из первых результатов на этом пути — открытие новой границы в земном ядре. Об этом осенью 1963 года сообщил руководитель сейсмической лаборатории в Беркли (США) д-р Б. Болт. Правда, о новой, третьей зоне внутри земного ядра неизвестно ничего, кроме того, что она действительно существует.

Лучшим вариантом получить хорошее образование и освоить иностранный язык являются институты испании.

Ознакомившись с представленными на сайте www.espanarusa.com материалами, Вы сможете не только узнать более подробно об испанской системе высшего образования, но и без особых проблем поступить в лучший институт.

Средняя скорость продольных упругих волн в земной коре — около 6,5 км/сек, под корой — 8 км/сек. Можно было бы ожидать, что от очага землетрясения к сейсмической станции, расположенной на расстоянии 10 000 км (вдоль земной поверхности) или около 9000 км (по хорде), продольная волна придет за На самом же деле установлено, что это расстояние продольная волна преодолевает всего за 13 мин. Следует неизбежный вывод: скорость упругих волн в Земле растет с глубиной.

Растет ли скорость постепенно или скачками? Иными словами, существует ли в мантии слоистость? Оказывается, что до глубины 2900 км новых преломленных (головных) воли не образуется, и вплоть до этой глубины изменение свойств мантии происходит плавно.

За счет постепенного возрастания скорости волн их путь внутри Земли искривляется, и по мере удаления сейсмической станции от очага землетрясения волны «ныряют» все глубже и глубже.

На заре развития инструментальной сейсмологии перед учеными стояла трудная задача: закон изменения времени пробега продольной и поперечной волны в зависимости от эпицентрального расстояния был неизвестен, и это затрудняло определение эпицентра, глубины очага и точного времени землетрясения. С другой стороны, не зная «момента в очаге» (то есть момента срыва пластов в недрах Земли) и точных координат очага землетрясения, ученые не могли вычислить точное время пробега волн и получить отсюда сведения о скорости волн на разных глубинах.

Многолетние исследования шли последовательными этапами. Постепенно развивалась мировая сеть сейсмических станций. Неточные таблицы времен пробега волн заменялись более точными. Совершенствовались методы определения эпицентра землетрясений и глубины их очагов.

В 1913 году, например, сейсмическая станция Пулково была единственной станцией в мире, определявшей положение эпицентров удаленных землетрясений только по своим данным. С 1918 года Международная ассоциация сейсмологии издает знаменитую «Международную сейсмологическую сводку», в которой приводятся координаты эпицентров землетрясений, определенные по данным нескольких станций. Самые последние выпуски «Сводки» в некоторых случаях для одного землетрясения приводят данные более чем полутораста станций. Только широкое применение современной электронной техники для первичной обработки данных этих станций и последующих вычислений позволит полностью использовать все растущий бесценный фонд миллионов сейсмограмм.

Как же определяют координаты очага землетрясения? Для определения местоположения эпицентра используют уже известное читателю свойство — различие в скорости продольных и поперечных волн. На основе многолетних наблюдений, в том числе первоклассных наблюдений сети советских сейсмических станций — самой протяженной и наиболее однородной по аппаратуре в мире, построены точные кривые времен пробега продольных и поперечных волн. Каждому эпицентраль-ному расстоянию (сейсмологи предпочитают измерять его не в километрах, а в градусах дуги большого круга, например, для сейсмолога расстояние от полюса до экватора равно 90°, расстояние от Москвы до полюса равно 90° — 55⁰46′ = 34°14′) соответствует свое время пробега продольных и поперечных волн и своя разность этих времен.

На сейсмограмме каждой станции выделяется вступление продольной волны, которую принято обозначать буквой Р (латинское «prima»—первая), и поперечной волны S (латинское «seconda» — вторая). По разности S — Р из годографа определяется эпицентральное расстояние ∆. Теперь достаточно провести на большом специальном глобусе три дуги с центрами в трех станциях, чтобы пересечение этих дуг определило бы нам эпицентр (рис. 1). На практике обычно берут не три, а десять — двадцать дуг, чтобы исключить случайные ошибки наблюдений и небольшие местные колебания скоростей Р- и S-волн в верхних слоях Земли (об этих колебаниях скоростей говорилось в предыдущем разделе).

В самое последнее время эта «архаическая» операция — проведение засечек на глобусе — заменяется вычислением положения эпицентра на электронно-счетных машинах по исходным данным о времени прихода волн, таблицам времени пробега и формулам сферической тригонометрии. Любопытно, что машина, выполняющая несколько тысяч счетных операций в секунду, обгоняет человека в этой непростой работе совсем не так уж сильно: машина тратит на определение одного эпицентра около минуты, а опытному лаборанту на это нужно примерно полчаса.

Рис. 1. Определение эпицентра землетрясения по данным трех сейсмических станций. Р — продольная волна, S — поперечная волна, ∆ — расстояние до эпицентра. Время возникновения землетрясения— 17 час. 09 мин. 12 сек.

С глубиной очага дело обстоит несколько сложнее: Она влияет на скорость волн сравнительно слабо. Например, землетрясения с глубиной очага около 10 и около 100 км практически неотличимы одно от другого при регистрации их на расстоянии 300—500 км. В свое время из-за этого было много споров, и некоторые сейсмологи «помещали» большое число неглубоких землетрясений Средней Азии на глубину 100 км и даже определяли на этой глубине некую несуществующую горизонтальную «фокальную плоскость».

Рис. 2. Схема образования отраженных вблизи эпицентра волн рР и sS. Разности прихода на станцию волн рР и Р, sS и S характеризуют глубину очага

Но и глубину очага удается определять. Выручают волны, идущие от очага почти прямо вверх, те самые волны, которые причиняют наибольший ущерб на поверхности Земли. Дойдя до границы земля — воздух и поколебав эту поверхность, волны отражаются от нее и под тем же углом уходят в глубь Земли, чтобы где-то вдалеке опять подойти к поверхности (рис. 2). Точнее говоря (читателю придется вспомнить помещенные выше сведения о свойствах волн), под тем же углом отразится продольная волна, вызванная продольной же волной, и поперечная волна, вызванная поперечной волной. Эти волны в сейсмологии обозначаются рР и sS. Но при отражениях возникнут и другие волны, например, поперечная волна породит и отраженную продольную волну sP. Волна P уйдет вглубь, разумеется, под несколько иным углом. Все эти отраженные вблизи эпицентра волны достигнут сейсмической станции позже, чем идущие по наиболее быстрому пути волны Р и S. Поэтому вступление этих волн искусный взгляд интерпретатора должен найти на фоне сильных колебаний основной волны. Здесь уже не поможет, как в сейсморазведке или ГСЗ, корреляция вступлений: станция-то одна, сравнить запись не с чем. Но большой опыт помогает, и по разностям моментов прихода волн рР — Р, sP — Р, sS — S удается определить глубину очага. Забегая вперед, скажем, что землетрясения происходят как в земной коре (на глубине от 0 до 40—50 км), так и в верхней мантии, вплоть до глубины 750 км. Глубже за последние 50 лет во всей Земле не отмечено ни одного землетрясения.

А как же момент возникновения землетрясения? Это уже совсем просто. Достаточно от момента прихода продольной волны отнять время пробега этой волны для уже определенного эпицентрального расстояния.

Теперь, зная «момент в очаге» землетрясения, координаты эпицентра и глубину очага, можно использовать его записи и на их основе заглянуть в недра Земли. Ведь никакой другой вестник, кроме медленного потока тепла, не доходит до нас с глубин в сотни километров. Сейсмические же волны легко ныряют на эту глубину и возвращаются на поверхность, неся на себе следы своего пути, сведения о земных недрах.

Анализ сейсмограмм — кропотливая и трудоемкая работа. Но она вознаграждает нас важнейшими результатами. И протекает эта работа так. Сначала на основе зависимости времени пробега от расстояния определяется глубина наибольшего погружения пути сейсмической волны. Затем вычисляется скорость сейсмических волн на этой глубине. Полученная зависимость скорости упругих волн в Земле от глубины служит основой для вычисления изменения с глубиной плотности и упругих свойств вещества Земли.

Как показали наблюдения, сквозь вещество мантии, от границы Мохоровичича до глубины 2900 км, прекрасно проходят и продольные, и поперечные волны. Конечно, «прекрасно» — это несколько неточное слово. Вся энергия упругих колебаний, вначале сосредоточенная в очаге, то есть в объеме самое большее в несколько сотен кубических километров, за несколько минут распределяется по объему всего земного шара, равному примерно 10¹²

кубических километров. К тому же вдоль своего пути сейсмические волны испытывают основательное затухание, несмотря на довольно большой период волн — у продольных от 1 до 10 сек., у поперечных — от 3 до 30 сек. для достаточно сильных землетрясений. Поэтому на другой конец земного шара те самые волны, которые сотрясали постройки и рвали фундаменты в эпицентре, добегают с амплитудой, очень редко достигающей долей миллиметра и обычно измеряемой немногими микронами.

Однако в мантии и продольные, и поперечные волны распространяются одинаковым образом. Это означает, что вещество мантии — твердое и никаких океанов расплавленной магмы ни под земной корой, ни глубже нет.

Самым большим действующим вулканом в мире считается Мауна-Лоа, расположенный на Гавайских островах

Как же тогда возникают вулканы? Их глубинные очаги, расположенные на расстоянии около 100 км от поверхности Земли, существуют лишь в отдельных местах, где слегка пониженное давление уменьшает температуру плавления горных пород и вызывает их местное расплавление. Обнаружить это помогли опять-таки упругие волны. Вулканолог Г. С. Горшков несколько лет назад обнаружил, что на записях тех землетрясений, волны которых прошли под Ключевской сопкой на глубине около 80 км, есть продольные волны, но нет поперечных. Это значит, что на пути волн под вулканом встретилась область, занятая жидкостью. Этой жидкостью, не пропустившей поперечные волны, могла быть только магма. Но уже в двух десятках километров в сторону поперечные волны проходили без задержки. Так была доказана ограниченность вулканических очагов.

Глубина около 100 км оказалась не случайной. Дело в том, что именно на такую глубину погружаются в самой глубокой точке своего пути сейсмические волны, выходящие к поверхности на расстоянии около 15° (или около 1700 км) от эпицентра. Но как раз на этом расстоянии интенсивность сейсмических волн резко уменьшалась, а потом на расстоянии около 20° (около 2200 км) амплитуды сейсмических волн снова увеличивались. Разгадка пришла, когда было установлено, что на этой глубине скорость сейсмических волн довольно резко уменьшается и лишь примерно с глубины 200—250 км вновь начинает значительно возрастать. В образовавшийся здесь волновод (слой пониженной скорости между зонами более высоких скоростей) уходит энергия волн, которым полагалось бы выйти на поверхность на расстоянии от 15 до 20°. Затухание сейсмических волн в этом слое оказалось ненормально большим. Так создалось представление об астеносфере — слое, почти повсюду залегающем на глубине 80—200 км, в котором твердое вещество как бы размягчено и близко к расплавленному состоянию. Этот слой пропускает продольные и поперечные волны, но они вязнут в нем быстрее, чем в окружающих слоях. А в некоторых зонах, где создаются условия для расплавления вещества астеносферы, возникают и жидкие вулканические очаги.

Вулканы присутствуют практически на всех планетах Солнечной системы. Например, выше Вы можете видеть извержение вулкана, происходящее на спутнике Юпитера – Ио.

Так разумное использование землетрясений, этого стихийного бедствия, наносящего огромный ущерб многим странам, сделало как бы прозрачной нашу планету, позволило заглянуть в ее глубочайшие недра.

Для зондирования земной коры, как мы видели, достаточно использовать взрывы мощностью не свыше нескольких сотен килограммов ВВ. При этом регистрируются головные волны, образовавшиеся на границах глубиной в десятки километров. Более глубокие границы обнаружить не удавалось, даже если регистрировались гигантские промышленные взрывы с общей мощностью заряда в тысячи тонн ВВ. И лишь когда сейсмологи перешли к регистрации мощных подземных и подводных ядерных взрывов, удалось поймать волны, дошедшие до следующей резкой границы в Земле и вернувшиеся на поверхность. И это не удивительно: следующая за разделом Мохоровичича граница лежит на глубине 2900 км от поверхности Земли и отделяет подкоровую область Земли — мантию, или оболочку, — от земного ядра. Однако земное ядро было открыто задолго до осуществления первых атомных взрывов. И колебания, прошедшие сквозь мантию и отразившиеся от границы ядра, не были искусственными колебаниями, вызванными деятельностью человека. Эти волны породила сама Земля.

Сейсмограф

Еще во второй половине XIX века было замечено, что точные магнитные приборы порой испытывают необъяснимые колебания, не связанные ни с магнитными бурями, ни с сотрясением стен магнитных обсерваторий. Разгадка пришла, когда догадались сопоставить эти странные вибрации с газетными сообщениями о разразившемся за тысячи километров землетрясении. Действительно, оказалось, что страшные подземные толчки, разрушающие постройки на поверхности Земли, вызывают колебания слоев горных пород, распространяющиеся во всей толще земного шара. Так родилась современная сейсмология. Ее создателями были англичанин Дж. Мильн, построивший первые приборы, позволившие выделять на записи различные группы колебаний, русский академик Б. Б. Голицын, создавший современный тип сейсмографа с гальванометрической регистрацией и разработавший методы определения эпицентров землетрясений (так называется точка на поверхности Земли, наиболее близкая к подземному очагу), и немецкий ученый Э. Вихерт, нашедший законы распространения волн в глубинах земного шара.

Эпицентры землетрясений в период с (всего 358 214 зафиксированных землетрясений)

Разрушительное бедствие, несущее смерть и разорение людям, ученые сумели использовать как мощнейшее, совершенное средство для изучения недр Земли.

Землетрясения вызываются внезапным движением горных пород в глубине Земли вдоль плоскости старого, ранее существовавшего или вновь образовавшегося разлома. Нечто похожее происходит, скажем, когда мы начинаем сгибать толстый деревянный прут: до того, как он сломается, уже слышно потрескивание — это образуются внутренние трещинки, не выходящие на поверхность прута. Слабые землетрясения, в огромном числе происходящие повсюду в горных районах Земли, подобны таким потрескиваниям. Они очень слабы (и могут быть отмечены лишь чувствительнейшими приборами на небольшом расстоянии), потому что площадь образовавшихся разрывов очень невелика — какие-нибудь десятки квадратных дециметров. Чем крупнее разлом, тем реже создаются условия для его образования. И, что особенно интересно, частота образовавшихся при разрыве колебаний горных пород тоже зависит от его размеров.

С достаточной точностью можно считать, что основная энергия при землетрясении выделяется с волнами, длина которых примерно равна размерам очага. Это означает, что при разрыве длиной в 10 м наиболее сильными будут колебания с такой же длиной волны. Если взять примерную скорость распространения волн в каменных породах равной 5 км/сек, легко сосчитать, что период образовавшихся волн будет около 0,002 сек. Это землетрясение очень слабое. Энергия порожденных им волн равна примерно 10⁴ джоулей — столько энергии расходует 100-ваттная электрическая лампочка за 2 мин. горения. Упругие волны такого короткого периода очень быстро затухнут в окружающих очаг породах.

Иное дело для очага длиной в 10 км: энергия упругих колебаний такого землетрясения равна уже примерно 10¹⁴ джоулей, и основная ее часть здесь выделится с волнами, имеющими период 2 сек. Эти волны затухают уже гораздо слабее, они смогут распространиться на многие тысячи километров. Часть волн, направленная к поверхности Земли, возбудит в верхних слоях Земли уже известные читателю поверхностные волны. Период их зависит уже в основном от строения верхних слоев Земли (было бы достаточно сильным начальное возбуждение!) и находится в пределах от нескольких секунд до нескольких десятков секунд. Поверхностные волны образуются в результате наложения многократно отраженных волн, образовавшихся в земной коре. При этом, чем более полого идет возбуждающая волна, тем более длиннопериодную составляющую поверхностных волн она образует. Поэтому поверхностная волна не имеет постоянного периода: сначала в пункт наблюдения приходят более длиннопериодные волны, а потом их нагоняют все более короткопериодные колебания. Это важное свойство поверхностных волн называется дисперсией.

Поверхностные волны, как и волны, распространяющиеся сквозь вещество Земли (их называют объемными), тоже различаются по направлению колебаний. Если частицы вещества колеблются параллельно земной поверхности, поверхностные волны называются по имени открывшего их ученого — волнами Лява (обозначение — волны L_Q). Для их образования обязательно нужен слой пород (например, земная кора). Если частицы участвуют и в вертикальном движении, то волна называется волной Релея (обозначение — волны L_R). Такие волны могут образовываться и без поверхностного слоя. Незадолго до начала МГГ были открыты особые типы поверхностных воли, которые могут распространяться только в верхнем, «гранитном» слое земной коры (волны Lg и Rg).

Все упомянутые свойства поверхностных волн нашли применение в исследовании недр Земли.

Чем больше период поверхностной волны, тем более глубокие слои Земли захватывает она при своем распространении. Например, волна Релея с периодом 30 сек. и скоростью около 3 км/сек при движении захватывает слой глубиной примерно в длину волны, т. е. около 90 км. Более ранний приход длиннопериодных волн — их дисперсия — свидетельствует, таким образом, о том, что скорость упругих волн растет в глубь Земли. Если построить теперь зависимость скорости поверхностных волн от их периода (так называемую дисперсионную кривую), то по этой кривой можно рассчитать, по какому закону растет скорость упругих волн на глубине.

Землетрясения происходят во многих районах Земли (см. карту). Регистрирующие эти землетрясения сейсмические станции — сейчас на земном шаре их около 1000 — расположены с разной густотой на всех континентах. Поэтому для любого интересующего нас участка Земли можно подобрать подходящую пару очаг — станция так, чтобы путь волн лежал через нужный участок, и рассчитать здесь скорости упругих волн до определенной глубины.

Здесь есть и большие трудности: таким методом мы можем определить лишь средние скорости вдоль всего участка. Если же по пути волны мощность земной коры, скорость упругих волн в ней и ниже — в мантии Земли — меняются, то определить достаточно точно эти изменения мы не можем. До последнего времени считалось, что мантия, в том числе и ее верхние слои, совершенно однородна в горизонтальном направлении: на глубине, скажем, 200 км скорость волн в мантии (а значит, ее упругие свойства) казалась одной и той же во всех районах Земли.

Более точные наблюдения последних лет, в особенности применение специальных длиннопериодных сейомографов и широкое использование для обработки записей электронно-вычислительных машин, показали, что прежнее мнение было ошибочным. В верхней мантии были обнаружены неоднородности. Под континентами скорости упругих волн
в среднем несколько выше (на несколько десятых долей километра в секунду), чем под океанами. А неоднородность мантии — лучшее свидетельство ее нестабильности, признак идущих в ней процессор изменения и передвижения вещества.

Неожиданные результаты дало исследование волн Lg и Rg. Эти волны хорошо регистрировались в тех случаях, когда между станцией и эпицентром находилось пространство континентов. Под океаном эти волны не проходили, и это было понятно: читатель уже знает, что в земной коре под океаном отсутствует «гранитный» слой. Но вот что было странным: на сейсмограммах, например, станции Пулково были хорошо заметны эти волны при записях греческих землетрясений, а на записях соседних, турецких землетрясений эти волны отсутствовали. Такая же картина была замечена и в других районах. Так было установлено, что под некоторыми внутренними морями, расположенными на континентах (Черное, Каспийское, Средиземное и другие), земная кора по своему строению ближе к океаническому типу, и «гранитный» слой там отсутствует. Работы по ГСЗ подтвердили это предположение.

Что же представляют собой эти моря? Остаток ли это древнего океана или, наоборот, зародыши будущего? В каком направлении идет эволюция земной коры — развивается ли она в сторону океанизации возникших раньше континентов или же, наоборот, континенты разрастаются, захватывая пространства более древних океанов? До сих пор геологи и тектонисты не пришли к единому мнению, и эти исследования, очень важные для понимания основных закономерностей развития земного шара, будут продолжаться.

Если Вы заядлый ценитель роскошных автомобилей и высоких скоростей, Вам определенно точно будет интересно узнать о таком легендарном авто как Шевроле Камаро, история которого берет свое начало еще в далеком 1966 году. Узнать больше об этом автомобиле Вы сможете, посетив сайт www.carsweek.ru.

На рис. 1, а на всех каналах отчетливо замечается вступление, отмеченное цифрой I. На каждой очередной линии записи эта волна вступает чуть позднее. Ясно, что, чем быстрее волна, тем меньше будет это запаздывание от одного сейсмоприемника к другому. И когда интерпретатор видит, что линия вступлений II идет более полого, а линия вступлений III — более круто, он понимает, что волны II образовались на границе с меньшей скоростью, а волны III — на границе более глубокого слоя, где скорость больше. В нашем случае и волны II, и волны III — это головные волны, образовавшиеся на границах слоев.

В верхней части сейсмограммы до вступлений волны, отмеченной знаком II, заметны другие вступления (I). Это тоже головные волны, образовавшиеся на самом верхнем горизонте. Но вот на седьмой и восьмой линиях записи плавный ход линии, проведенной через эти вступления, нарушается. Интерпретатору ясно, что здесь произошло нарушение этой границы, здесь она перебита сбросом, сдвинута — изучаемый пласт изменил здесь свое строение (рис. 1, б).

Если на графике по оси абсцисс отложить расстояние, а по оси ординат — время прихода волн, то получится система годографов — кривых времени пробега сейсмических волн (рис. 1,в). Такая система годографов служит основой для расшифровки строения пластов: их наклон характеризует скорость упругих волн ниже границы, на которой образовались волны, а положение начальной точки — мощность изучаемых пластов. Если же удается зарегистрировать и волны, отраженные от границы пластов, то можно оценить скорость волн внутри пласта, а не только на его границе.

Представим себе теперь, что волны, углубившиеся в Землю, встречают не горизонтальный, а наклонный пласт. Тогда по мере приближения пласта к поверхности Земли путь головных волн будет все короче и короче, линия годографа уменьшит свой наклон, и можно сделать ошибочный вывод о том, что волны встретили пласт с очень большой скоростью распространения волн. Чтобы избежать такой ошибки, разведку ведут в двух направлениях, проводя профили навстречу друг другу. Теперь пункты взрыва расположены по концам изучаемого участка, и если слой наклонен, то прямой и встречный годографы на графике лягут под разными углами: ведь для встречного годографа путь волн по мере удаления от пункта взрыва будет все длиннее и длиннее, и время пробега будет значительно возрастать.

Рис. 1. Образец сейсмограммы при сейсмической разведке (а), разрез изучаемого участка (б) и соответствующие годографы (в). Группы волн I, II и III — головные волны, образовавшиеся на границах различных слоев

Применение системы встречных годографов дает гораздо более надежные сведения, так как позволяет одновременно определять скорости волн, мощность и наклон слоев.

Особенно эффективно использование методов сейсмической разведки при обнаружении газонефтеносных участков. После того как по геологическим данным выделен перспективный район, на карту один за другим ложатся профили сейсмической разведки. И вот найден участок с характерным расположением линий годографов, участок, где земные слои вздуваются куполом и этот купол перекрыт пластом непроницаемой глины. Здесь наиболее вероятно скопление горючих ископаемых. При этом совсем необязательно, чтобы нефть образовалась именно в этом месте. Просачиваясь сквозь мельчайшие поры горных пород ив мест своего зарождения, она в других местах вышла на поверхность, разложилась и улетучилась, а здесь она зажата между непроницаемой глиной и подушкой скопившегося газа сверху и пластом подпирающей ее воды снизу. Нефть, конечно, не лежит сплошным пластом — она под давлением заполняет все мельчайшие пустоты пористых пород (чаще всего песков или песчаников). Теперь остается бурить, чтобы драгоценное вещество, нагнетаемое давлением горных пород, ударило фонтаном на поверхности.

Другой пример применения методов сейсмической разведки относится к одной из самых своеобразных горных пород на Земле. Речь идет о льде. «Разве может быть лед горной породой?» — спросит читатель. Конечно, и причем одной из самых распространенных из осадочных пород на Земле. Лед тверд и упруг, скорость сейсмических волн в нем даже выше, чем, например, в песках или глинах. Он залегает мощными слоями на ледниках и в районах вечной мерзлоты, и даже целый континент— Антарктида — и целые архипелаги островов в Арктике и Антарктике, среди которых самый большой остров Земли — Гренландия, выше уровня моря сложены в основном из слоев льда. В глубинных частях Гренландии и Антарктиды лед долговечнее других осадочных пород, он залегает там без изменений многие миллионы лет.

И вот, когда потребовалось составить представление о строении глубоких частей Антарктиды, обычные методы геологии оказались неприемлемыми для льда: слишком лед однороден, трудно определить его возраст (хотя и с этой задачей удается теперь справиться), а главное, в центральных частях Антарктиды недра неподвижны, и никакие природные процессы не дают нам сведений о самых глубоких слоях льда. Ледниковый панцирь Антарктиды одолела только сейсмическая разведка.

На пути советских, американских, английских ученых и их коллег из других стран было много трудностей. Одно дело — уловить отражения с десятков или сотен метров, а другое — поймать слабое эхо с многокилометровой глубины. В 1958 году высказывались серьезные сомнения в возможности таких работ. Предполагалось, что лучи сейсмических волн, искривляясь в толще льда с переменной скоростью, вообще не могут достичь ледникового ложа. Вместо желаемой записи отражений на сейсмограммах бежали извивы вредных шумов — волн, образовавшихся при взрыве и распространявшихся по волноводу — неплотному слою фирна (слежавшегося, но еще не превратившегося в лед снега).

Молодые советские исследователи Олег Сорохтин, Андрей Капица и другие преодолели трудности. Специальные буровые установки позволили закладывать заряд глубже «шумного» фирнового слоя. Специально подобранные фильтры отобрали нужную часть сигналов. И сейчас советские результаты зондирования льда в Антарктиде считаются наиболее точными и достоверными. До 5 км — такой мощности достигает ледовый покров Антарктиды. Профиль ледникового ложа (рис. 2) оказался совсем непохожим на сглаженный купол поверхности льда — под ледяной шапкой обнаружилась целая горная страна с хребтами ‘и долинами, высокими поднятиями и глубокими впадинами, опущенными ниже уровня океана.

Рис. 2. Разрез ледяного купола Антарктиды, полученный при сейсмическом зондировании от Мирного до Полюса недоступности

Хотите быть самой неотразимой этим летом? Тогда Вам определенно точно стоит посетить сайт vsemay.ru, где Вы найдете прикольные майки для девушек, которые пренепременно станут отражением вашей яркой личности, задора и компанейского характера.

Даже врач не может обойтись без сейсмической разведки: специальным молоточком или крепко согнутым пальцем постукивает он по груди больного, определяя границы его сердца. А ведь ему нужно «заглянуть» всего лишь на глубину в несколько сантиметров! Ультразвуком «просвечивают» металлурги особо ответственные большие отливки — нет ли пустот, нет ли раковин.

Сходный принцип положен в основу сейсмической разведки земных недр. Но было бы сложно разобраться в путаной картине, получающейся, когда многократное волновое эхо придет от разных подземных слоев. Ведь мы, чтобы лучше услышать обычное эхо на прогулке, не кричим длинных фраз, а стараемся крикнуть короткое слово или лучше — хлопнуть в ладоши. Короткий хлопок не заглушит возвращающихся через малый промежуток времени отраженных волн.

В сейсмической разведке таким хлопком служат небольшие заряды взрывчатых веществ, а ловится эхо земных глубин не ухом, а специальным прибором — сейсмоприемником. Принцип его устройства очень прост: на небольших пружинках внутри металлического стаканчика подвешена гирька, к которой прикреплена катушка со многими витками провода. Катушка входит в зазоры магнита, скрепленного со стаканчиком. Стаканчик сейсмоприемника плотно укрепляется на грунте. Когда снизу приходит упругая волна, стаканчик и магнит двигаются вместе с поверхностным слоем почвы, а грузик и катушка в силу инерции в первый момент остаются на месте, а потом, при следующих колебаниях, как бы отстают от движения стаканчика и магнита. Поэтому все время, пока колеблется грунт, катушка сейсмоприемника перемещается относительно магнита, и в ней возбуждается слабое переменное электрическое напряжение. Больше амплитуда колебаний почвы—больше и напряжение. Напряжение это подается на ламповый или полупроводниковый усилитель, усиленный во много раз сигнал подается на шлейфовый гальванометр — обычный зеркальный гальванометр, но только с очень коротким периодом собственных колебаний (или, что то же самое, с высокой частотой собственных колебаний). При прохождении тока рамка гальванометра колеблется, и тонкий световой луч, отраженный зеркальцем на движущуюся фотобумагу, записывает на ней движение грунта. Обычно в схему включаются еще и фильтры — для того чтобы пропустить на гальванометр только полезные колебания. Что же «видит» эхо сейсморазведки в слоях Земли? И прежде всего, почему вещество Земли залегает слоями?

Ранее мы уже говорилось вскользь о том, какие процессы формируют поверхность Земли. Внешние процессы — это работа ветра, осадков, замерзающих в трещинах горных пород, рек и ручьев, переносящих и перетирающих продукты их разрушения, работа прибоя, разрушающего берега, осаждение на дно озер и морей бесчисленных остатков живых организмов, выпадение из растворов солей и т. д. Внутренние процессы — это медленные перемещения участков земной коры, образование гор, землетрясения, извержения вулканов и внедрение магмы в земные слои.

Внешние геологические процессы и разрушают горные породы, и создают их вновь. Сложные и взаимосвязанные процессы разрушения и созидания непрерывно идут вблизи поверхности Земли. И везде, где идет образование новых горных пород, — на дне ли океанов, в торфяных озерах или в низовьях рек — под действием земного притяжения осадки откладываются ровными горизонтальными слоями. Когда постепенно меняются условия, одни отлагающиеся породы сменяются другими: поверх толстого слоя мельчайших известковых раковин может начать отлагаться песок или глина, и так далее. Год за годом, тысячелетие за тысячелетием идет время, и постепенно в понижениях земной поверхности накапливаются мощные толщи осадочных пород, А если к тому же эти участки медленно и постепенно опускаются, тогда толща осадков может достигать огромной мощности. Так, в районе нижнего течения реки Куры и в прилегающих частях Каспийского моря мощность толщи осадков превышает 15 км!

Погруженные на большую глубину осадочные породы испытывают огромное давление вышележащих пород, действие высокой температуры, горячих растворов циркулирующей воды. Постепенно слои мельчайших известковых скелетов морских животных превращаются в известняк, песок — в песчаник, глина — в сланцы. И где-то среди этих слоев оказываются включенными участки с повышенным содержанием того или иного нужного людям химического элемента — месторождения полезных ископаемых.

Внутренние геологические силы тоже могут привести к образованию горизонтальных слоев породы. Так бывает, когда на широкие пространства изливаются базальтовые лавы вулканов. Но внутренние процессы подчинены не только действию равномерно распределенной силы земного притяжения — здесь процессы сложней и разнообразней. Под действием глубинных сил большие участки — блоки — земной коры испытывают поднятия и опускания, здесь возникают сильные боковые движения — и горные породы сминаются в складки, образуют горные цепи. Слои, залегавшие на ‘большой глубине, вновь поднимаются к поверхности и вновь подвергаются действию ветра и поверхностных вод. На крутых, берегах рек, в горах и на морском берегу часто можно видеть уже не горизонтальные, спокойно залегающие слои, но мощные складки каменных пород, изогнутые и смятые некогда в земных глубинах.

Наблюдая и сопоставляя между собой такие оголенные участки, где видны слои пород разного возраста и происхождения, находя в этих слоях окаменевшие остатки древних животных и растений, геологи научились определять время и условия образования этих пород. Составлены геологические карты, показывающие, какие породы залегают непосредственно у поверхности Земли, подслоем почвы. На основании геологических данных выделяются участки, перспективные для поисков полезных ископаемых.

Геологу, однако, приходится при своей работе довольствоваться тем, что можно заметить на поверхности и в береговых обнажениях. И вот, когда надо детально проследить ход пластов в глубине земли, на помощь приходит сейсморазведка.

Задача не проста. Ведь если в изучаемом районе есть несколько различных слоев, да к тому же не известна скорость воли в них, как определить их глубину, как разобраться во всей путанице волн? Сейсморазведчики поступают так: запись взрыва производится не одним сейсмоприемником, а несколькими (обычно 12 или 24), расположенными по прямолинейному профилю на некотором расстоянии друг от друга. Запись движения почвы во всех точках их размещения производится на одну полосу фотобумаги. Теперь уже легче отличить случайное колебание от прихода нужной волны: необходимые для интерпретации вступления волн легко сопоставляются (как говорят, коррелируются) по всем каналам записи.

Хотите в разы преумножить свой капитал? Тогда я хотел бы порекомендовать Вам банк «РОСТ», вклады в который считаются на данный момент самыми выгодными! Посудите сам: вложив 1 000 000 рублей, Вы каждый месяц будете получать дивиденды в размере 8 000 рублей!

Быстрое изменение давления может образоваться и в твердом, и в жидком, и в газообразном теле. Поэтому во всех этих телах возможны продольные волны. Привычные нам звуки тоже распространяются и в воздухе, и в воде, и в стенах наших зданий в виде продольных волн. В твердом теле скорость продольных волн зависит не только от модуля сдвига, но еще и от модуля объемного сжатия k:

В этом случае на отклоняющуюся от положения равновесия частицу действуют возвращающие силы, связанные с изменением объема вещества и с изменением его формы. Частица возвращается в положение равновесия и передает свое движение соседним частицам скорее, чем в случае действия одних только сил, вызванных изменением формы, поэтому скорость продольных волн в твердом теле всегда больше скорости поперечных волн. Отношение этих скоростей для большинства твердых тел остается почти неизменным:

Если вещество, в котором распространяется упругая волна, однородно, то волна движется по прямой. Но представим себе, что волна упала на границу, за которой свойства вещества изменились так, что скорость упругих волн там стала больше.

Рис. 2. Схема образования преломленных и отраженных волн при падении ‘продольной волны на границу раздела двух сред. АВ — направление движения падающей на границу продольной волны; ВС, BD, BF, BG — направление движения четырех вторичных волн, образовавшихся на границе раздела

Из школьного курса физики хорошо известно, что в этом случае волна преломится и в среде с большей скоростью пойдет более полого. Вглядимся внимательнее в чертеж (рис. 2): продольная волна, идя по пути ЛБ, в точке В упала на границу раздела двух сред тп. Дальше она в силу законов преломления должна идти по пути ВС. Но в точке В частицы нижней среды испытали толчок не точно в направлении ВС, а наискось, в направлении BE. Значит, кроме продольной волны здесь, на границе двух сред, должна образоваться и вторая преломленная волна — поперечная BD. Угол, под которым она пойдет, зависит целиком от соотношения скоростей волн: исходной (продольной) — в верхней среде и образовавшейся (поперечной) — в нижней. Распределение амплитуд в обеих преломленных волнах будет зависеть от угла падения исходной волны, а также от соотношения скоростей и связанного с ним соотношения углов, по которым побегут волны.

Остается добавить, что кроме преломленных волн на каждой границе двух сред будут образовываться еще и волны, отраженные от этой границы, тоже продольная BF и поперечная BG. Можно представить себе, какое сложное переплетение различных волн получится, если исходная волна пройдет несколько границ! Но именно это свойство волн и позволило разобраться в строении недр земного шара.

Что же будет, если скорость волн в твердом теле не постоянна, а плавно меняется с глубиной? В этом случае пути упругих волн будут искривляться, и в конце концов ушедшая в глубину волна может выйти наружу.

Всего сказанного еще недостаточно, чтобы понять, как удалось с помощью упругих волн заглянуть в земные глубины. Нам придется поговорить еще о так называемых головных и поверхностных волнах.

Если упругие продольные волны исходят из одного источника, то по мере удаления от него они падают на границу раздела двух сред все более наклонно. Если в нижней среде скорость волн выше, то при определенном угле, называемом углом полного внутреннего отражения, преломленная волна пойдет вдоль границы двух сред. Это и будет головная волна. Распространяясь вдоль границы, она непрерывно излучает колебания в вышележащую среду. По этим колебаниям и узнают, что глубже, вдоль границы раздела бежит головная волна.

А вот если источник колебаний был расположен вблизи свободной поверхности твердого тела, тогда кроме уже известных нам волн вдоль поверхности тела побежит волна особого типа — поверхностная волна. Ее движение не захватит глубоко частицы тела — на глубине около одной длины волны колебания поверхностной волны практически уже неощутимы. В этом отношении упругая поверхностная волна очень похожа на привычные нам водяные волны с той только разницей, что возникновение водяных волн связано с действием силы тяжести, а не упругих сил, как в твердом теле.

Представим себе, что в твердом теле существует слой, скорость упругих волн в котором меньше, чем по обе стороны от него. Что будет с волной, попавшей в этот слой? Стремясь наверх, она искривит свой путь и вернется обратно; стремясь вниз, она испытает то же самое. Вечная пленница слоя пониженной скорости, волна не растратит теперь свою энергию на все пространство, а сосредоточит ее в узком слое, называемом волноводом.

Не растратит? Как же растрачивает волна свою энергию? Дело в том, что упругость реальных тел никогда не бывает идеальной. Какая-то часть энергии, потраченной на раскачивание все новых и новых частичек тела, утрачивается безвозвратно для упругих колебаний, так как превращается в тепло. Поэтому амплитуда колебаний в волне, распространяющейся в твердом теле, постепенно уменьшается. В колебаниях с коротким периодом движение частиц происходит более энергично, и энергия расходуется в них на тепло более быстро. Упрощенно можно сказать, что любая волна за один период колебаний (т. е. на пути в одну длину волны) теряет примерно одинаковую долю энергии. Поэтому короткопериодные колебания на одинаковом по длине пути затухают быстрее длиннопериодных. Это же явление хорошо знакомо нам и в оптике: более длиннопериодное излучение красного цвета лучше проникает через туман, чем более короткопериодное другого цвета. Недаром все сигнальные огни на высоких вышках — красного цвета.

Вооруженные этими сведениями, мы можем приступить к путешествию в земные глубины. Нам придется использовать колебания самого разного происхождения: их источниками будут удары и взрывы, осуществленные человеком, внезапные грозные подземные толчки землетрясений, притяжение Луны и медленное дыхание земных глубин. Но для всех видов колебаний Земли геофизика нашла «работу», все они записываются сложными приборами геофизических станций и, будучи порождением жизни Земли, сами вносят свою лепту в раскрытие ее тайн.