Вопрос №18. Основные границы внутренних оболочек и способы их изучения (P и S волны и их характеристики).

Наиболее важными для изучения внутреннего строения Земли являются так называемые P-волны (продольные) и S-волны (поперечные).

В случае продольных P-волн частицы среды колеблются вдоль направления движения волны. При этом создаются участки сжатия и растяжения, распространяющиеся во все стороны от очага землетрясения. Продольные P-волны распространяются и в твердой, и в жидкой, и в газообразной средах, и являются, по существу, обычными звуковыми волнами.

Продольные P-волны являются самыми быстрыми из всех сейсмических волн – им нужно лишь двадцать минут, чтобы пересечь весь земной шар по диаметру.

В случае поперечных S-волн частицы породы колеблются в направлении, перпендикулярном направлению движения волны. Поперечные S-волны распространяться лишь в твердых телах. Вытекающая из рисунка аналогия поперечных S-волн с морскими чисто внешняя - в жидкой (и в газообразной) среде поперечные S-волны не распространяются. Еще в начале XX века было установлено, что поперечные S-волны не проходят через центральную область нашей планеты - ее ядро, что свидетельствовало о его жидком (расплавленном) состоянии. Поперечные S-волны примерно в 1,7 раза медленнее, чем продольные P-волны.

 

Кропотливый математический анализ хода сейсмических волн, возникающих при сильных землетрясениях и зарегистрированных сейсмостанциями, расположенными по всему миру, позволил определить, какую скорость имеют сейсмические волны на разных глубинах внутри тела Земли. Был построен так называемый «скоростной разрез Земли», т.е. график зависимости скорости сейсмических волн от глубины (слева).

 

Наиболее резкие изменения скорости сейсмических волн фиксируются на границе коры и мантии (граница Мохоровичича – в среднем около 40 км под континентами) и на границе мантии и ядра (поверхность Гуттенберга – 2900 км).

Помимо этого, на скоростном разрезе выделяется еще несколько сейсмических границ. Наиболее важной из них является граница, разделяющая ядро на внешнее и внутреннее (на глубине 5100 км). Несколько слабых скачков скорости сейсмических волн фиксируются в мантии на глубинах от 400 до 1000 км – они обусловлены скачкообразными превращениями некоторых минералов в более плотные модификации.

Между сейсмическими границами скорость волн возрастает с глубиной плавно, что связано с постепенным ростом плотности среды под действием возрастающего с глубиной давления. Очень важной особенностью скоростного разреза, проявленной в верхней мантии, является так называемая «зона низких скоростей», наличие которой объясняют тем, что породы в этой зоне частично расплавлены.