Сейсмічна модель будови Землі

 

Широко відома модель внутрішньої будови Землі (розподіл її на ядро, мантію і земну кору) розроблена сейсмологами Г. Джеффрисом і Б. Гутенбергом ще в першій половині XX століття. Вирішальним чинником при цьому виявилося виявлення різкого зниження швидкості проходження сейсмічних хвиль усередині земної кулі на глибині 2900 км при радіусі планети 6371 км. Швидкість проходження поперечних сейсмічних хвиль безпосередньо над вказаним рубежем рівна 13,6 км/с, а під ним - 8,1 км/с. Це і є межа мантії і ядра.

Відповідно радіус ядра складає 3471 км. Верхньою межею мантії служить сейсмічний розділ Мохоровичича (Мохо, М), виділений югославським сейсмологом А. Мохоровичичем (1857-1936) ще в 1909 році. Він відділяє земну кору від мантії. На цьому рубежі швидкості повздовжніх хвиль, що пройшли через земну кору, стрибкоподібно збільшуються з 6,7-7,6 до 7,9-8,2 км/с, проте відбувається це на різних глибинних рівнях. Під континентами глибина розділу М (тобто підошви земної кори) складає перші десятки кілометрів, причому під деякими гірськими спорудами (Памір, Анди) може досягати 60 км, тоді як під океанськими западинами, включаючи і товщу води, глибина рівна лише 10-12 км. Взагалі ж земна кора в цій схемі вимальовується як тонка шкарлупа, тоді як мантія розповсюджується в глибину на 45% земного радіусу.

Але в середині XX століття до науки увійшли уявлення про більш дробову глибинну будову Землі. На підставі нових сейсмологічних даних виявилося можливим розділити ядро на внутрішнє і зовнішнє, а мантію - на нижню і верхню (Рис. А3). Ця модель, що отримала широке розповсюдження, використовується і в даний час. Початок їй поклав австралійський сейсмолог К.Е. Буллен, що запропонував на початку 40-х років схему поділу Землі на зони, які позначив буквами: А - земна кора, В - зона в інтервалі глибин 33-413 км, С - зона 413-984 км, D - зона 984-2898 км, D` - 2898-4982 км, F - 4982-5121 км, G - 5121-6371 км (центр Землі). Ці зони відрізняються сейсмічними характеристиками. Пізніше зону D він розділив на зони D' (984-2700 км) і D`` (2700-2900 км). В даний час ця схема значно видозмінена і лише шар D`` широко використовується в літературі. Його головна характеристика – зменшення градієнтів сейсмічних швидкостей в порівнянні з вищерозміщеною областю мантії.

Внутрішнє ядро, що має радіус 1225 км, тверде і володіє великою густиною - 12500 кг/м³. Зовнішнє ядро рідке, його густина 10000 кг/м³. На межі ядра і мантії наголошується різкий стрибок не тільки в швидкості повздовжніх хвиль, але і в густині (рис. 1). В мантії вона знижується до 5500 кг/м³. Шар D``, що знаходиться в безпосередньому зіткненні із зовнішнім ядром, випробовує його вплив, оскільки температури в ядрі значно перевищують температури мантії. Місцями даний шар породжує величезні, направлені до поверхні Землі крізь мантійні тепломасопотоки, звані плюмами. Вони можуть виявлятися на планеті у вигляді крупних вулканічних областей, як наприклад, на Гавайських островах, в Ісландії і інших регіонах.