Слои земли

На основании всех этих знаний Олдем в 1906 году доказал, что Земля имеет центральное ядро, а в 1914 году Бено Гутенберг определил, что верхняя граница ядра находится на расстоянии 2 896 километров от поверхности Земли. Так как радиус Земли составляет 6 370 км, то радиус ядра равен 3 474 км. Благодаря этим и другим исследованиям (Датский сейсмолог Инге Леманн в 1936 г. обнаружила существование твердого внутреннего ядра Земли) было доказано, что Земля состоит из четырех основных слоев или геосфер, как показано на рисунке:

  1. Земная кора. Это верхний слой, на котором мы живем. Он состоит из твердых горных пород. Его глубина варьирует от 5 до 60 километров. В качестве среднего показателя для всей планеты толщина земной коры принята равной 33 км, а среднее значение плотности составляет 2,67 грамм на кубический сантиметр (г/см3). Эта толщина может показаться значительной, хотя в сравнении со средним радиусом Земли кора скорее напоминает скорлупу яйца. Скорости сейсмических волн в земной коре составляют 6,0 - 6,5 км/с для продольной волны Р и 3,5 - 3,7 км/с для S волны.
  2. Мантия. Этот слой простирается от основания земной коры на глубину 2 900 км; поверхность раздела, отделяющая земную кору от нижеследующей мантии, известна как граница или поверхность Мохоровичича (Мохо). Мантия разделена на два участка: верхняя мантия от основания земной коры до глубины 700 км и нижняя мантия от этой глубины до границы ядра. В верхней мантии на глубине в первые 200 км скорость волн постепенно увеличивается, а затем идет уменьшение скорости S-волны. В нижней части верхней мантии на глубинах от 300 до 700 км отмечено резкое увеличение скорости сейсмических волн. В нижней мантии скорости волн Р и S увеличиваются медленнее по мере увеличения глубины.
  3. Внешнее ядро, расположенное на глубине между 2 900 и 5 000 километров, ведет себя как жидкое тело, поэтому 5 волны не проходят через эту зону. (Плотность материала внешнего ядра равна примерно 10,0 г/см3.)
  4. Внутреннее ядро, радиусом 1 200 километров, считается твердым. В нем скорости сейсмических волн возрастают. Через внутреннее ядро (иногда его называют субядром) проходят как волны Р, так и волны S. (Плотность материала внутреннего ядра примерно равна 12,5 г/см3.)
 Внутреннее строение Земли

На следующем рисунке показаны скорости распространения сейсмических волн.


Скорости сейсмических волн на различных глубинах

Знаете ли Вы? Давление на границе раздела между верхним и внутренним ядром равно 3,3 миллиона атмосфер, что можно сравнить с давлением 3 300 легковых автомобилей, поставленных один на другой, на площадь, равную ногтю мизинца.

Как говорилось ранее, в земной коре, мантии и ядре отмечаются различные скорости распространения сейсмических волн. Концентрическую слоистость Земли можно выразить и в других терминах, связанных с прочностью и вязкостью вещества. В соответствии с этим подходом можно выделить литосферу, астеносферу и мезосферу. Литосфера представляет собой самую верхнюю оболочку Земли (толщиной до 100 км) и включает земную кору и самую верхнюю мантию. Она отличается своей способностью выдерживать большие поверхностные нагрузки без прогибания. Она достаточно холодная и поэтому прочная. Под литосферой (примерно до глубины 700 км) располагается астеносфера ("астенос" по-гречески "мягкий"). Температура астеносферы близка к точке плавления; поэтому астеносфера не такая прочная и со временем деформируется под воздействием прилагаемых сил. Следующий слой называется мезосферой. Мезосфера более прочная, чем астеносфера, но более вязкая, чем литосфера. Мезосфера простирается до ядра и таким образом включает большую часть мантии.

Эти концентрические слои и их соотношение со слоями, о которых говорилось выше, показаны на нижеследующем рисунке.


Внутреннее строение Земли на основании данных о скорости распространения S-волн

Мантия в основном твердая. Сейсмические волны распространяются со скоростями, которые растут с глубиной, так как плотность увеличивается с 3,3 до 5,5 грамм на кубический сантиметр. Это увеличение плотности происходит дискретно. Строение мантии сложное, в ней различаются структуры с разными характеристиками как в вертикальной плоскости, так и в горизонтальной. Что касается вертикальной плоскости, наиболее важное значение имеет уменьшение скорости распространения S-волны с 4,7 до 4,3 км/с на глубине от 75 до 150 км. Возможно этот слой с низкой скоростью распространения волн представляет зону частичного расплавления вещества в верхней мантии, что может быть источником расплавленной породы или магмы, которая поднимается на поверхность, образуя изверженные магматические или вулканические породы.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА