Внутреннее строение Земли

  По типу используемых волн выделяются: Метод  отраженных волн (МОВ) – основан  на выделении волн, однократно-отраженных от целевой геологической границы. Наиболее востребованный метод сейсморазведки, позволяющий изучать геологический разрез с детальностью до 0,5% от глубины залегания границы. Используется в сочетании с методикой многократных перекрытий, в которой для каждой точки границы регистрируется большое количество сейсмических трасс. Избыточная информация суммируется по признаку общей средней или глубинной точки (ОСТ или ОГТ). Метод общей глубинной точки значительно расширяет возможности МОВ и применяется в большинстве сейсморазведочных работ. Метод преломленных волн (МПВ) – ориентирован на преломленные волны, которые образуются при падении волны на границу двух пластов под определенным углом. При этом образуется скользящая волна, распространяющая со скоростью нижележащего пласта. МПВ используется только для решения специальных задач из-за существенных ограничений метода.

  По стадии геологоразведочного процесса различают  региональную, поисковую и детальную  сейсморазведку.

  По решаемым задачам сейсморазведка подразделяется на глубинную, структурную (нефтегазовую) и инженерную.

  По способу  получения данных выделяют наземную, скважинную, морскую и лабораторную сейсморазведку.

  По размерности  сейсморазведка различается на 1D, 2D и 3D варианты. В одномерном варианте упругая волна возбуждается и  регистрируется вдоль одного единственного  вертикального луча – в стволе скважины. Двухмерная сейсморазведка реализуется расстановкой пунктов  возбуждения и приема вдоль линейного  профиля. Объемная (3D) сейсморазведка проводится при размещении пунктов приема по площади.

  По типу источника различается взрывная, вибрационная и невзрывная импульсная сейсморазведка.

  По частоте  колебаний сейсморазведка классифицируется на низкочастотную, средне-частотную, высокочастотную и сейсмоакустику.

  Знания  о внутреннем строении Земли пока очень поверхностны, так как получены на основании косвенных доказательств. Прямые свидетельства относятся  только к поверхностной пленке планеты, чаще всего не превышающей полутора десятков километров. В целом же о внутреннем строении нашей планеты  мы знаем меньше, чем о ближнем  космосе, исследуемом с помощью  спутников и космических кораблей.

  Вместе  с тем изучение внутреннего строения Земли жизненно важно. С ним связаны образование и размещение многих видов полезных ископаемых, рельефа земной поверхности, возникновение вулканов и землетрясений. Знания о внутреннем строении Земли необходимы и для составления геологических и географических прогнозов.

  Методы  изучения внутреннего  строения Земли

  При исследовании внутреннего строения нашей планеты  чаще всего проводят визуальные наблюдения естественных и искусственных обнажений  горных пород, бурение скважин и  сейсмическую разведку.

  Обнажение горных пород – это выход пород на земную поверхность в оврагах, долинах рек, карьерах, шахтных выработках, на склонах гор. Породы в обнажении обычно скрыты тонким слоем осыпи, поэтому прежде всего его очищают от лишнего материала. При изучении обнажения обращают внимание на то, какими породами оно сложено, каковы состав и мощность этих пород, порядок их залегания. Обнажение тщательно описывают, зарисовывают или фотографируют. Из каждого пласта берут пробы для дальнейшего изучения в лаборатории. Лабораторный анализ проб необходим для того, чтобы определитьхимический состав пород, их происхождение и возраст.

  Бурение скважин позволяет глубже проникнуть в толщу Земли. При бурении извлекают образцы пород – керн. А затем на основании изучения керна определяют состав, строение, залегание пород и строят чертеж пробуренной толщи – геологический разрез местности. Сопоставление многих разрезов дает возможность установить, как залегают породы, и составить геологическую карту территории.

  При изучении внутреннего строения Земли особенно велико значение глубоких и сверхглубоких  скважин. Самая глубокая скважина находится  на Кольском полуострове, где бур  достиг отметки более 12 км.

  Недостаток  и наблюдения обнажений и буровых  работ состоят в том, что они  позволяют изучить только тонкую пленку земной поверхности. Так, глубина  даже Кольской сверхглубокой скважины составляет менее 0,25 % радиуса Земли.

  Сейсмический  метод дает возможность «проникнуть» на большие глубины.

  В основе этого метода лежит представление  о том, что сейсмические волны (от греческого сейсмос – волна, колебание) в средах разной плотности распространяются с неодинаковой скоростью: чем плотнее среда, тем больше скорость. На границе двух сред часть волн отражается и подобно кругам на воде идет обратно, а другая – распространяется дальше.

  Искусственно  возбуждая волны на поверхности  Земли путем взрывов, сейсмологи фиксируют время, за которое отраженные волны вернулись назад. Для этих целей применяется прибор-самописец  – сейсмограф.

  Различают два вида сейсмических волн – продольные и поперечные. Продольные распространяются во всех средах – твердых, жидких и газообразных, а поперечные – только в твердой среде.

  Зная, с  какой скоростью распространяются волны в песках, глинах, гранитах, базальтах и других породах, по времени  их прохождения «туда и обратно» можно определить глубину залегания  пород, различающихся по плотности.

  Внутреннее  строение Земли

  Если бы Земля была однородным телом, то сейсмические волны распространялись бы с одинаковой скоростью, прямолинейно и не отражались.

  В действительности же скорость волн неодинакова и изменяется скачкообразно. Так, на глубине около 60 км их скорость «неожиданно» увеличивается с 5 до 8 км/с. На отметке 2900 км она возрастет до 13 км/с, затем вновь падает до 8 км/с. Ближе к центру Земли зафиксировано возрастание скорости продольных волн до 11 км/с. Поперечные волны глубже 2900 км не проникают.

  Резкое  изменение скорости сейсмических волн на глубинах 60 и 2900 км позволило сделать  вывод о скачкообразном увеличении плотности вещества Земли и выделить три ее части – литосферу, мантию и ядро.

  Поперечные  волны проникают до глубины 4000 км и затухают, что свидетельствует  о том, что ядро Земли неоднородно  по плотности и внешняя его  часть «жидкая», а внутренняя представляет собой твердое тело (рис. 18).

   Рис. 18. Внутреннее строение Земли

  Литосфера. Литосфера (от греческого литос – камень и сфера – шар) – верхняя, каменная оболочка твердой Земли, имеющая сферическую форму. Глубина литосферы достигает более 80 км, в нее включают и верхнюю мантию (с. 60) – астеносферу, служащую субстратом, на котором расположена основная часть литосферы. Вещество астеносферы находится в пластическом (переходном между твердыми телами и жидкостью) состоянии. В результате основание литосферы как бы плавает в субстрате верхней мантии.

  Земная  кора. Верхнюю часть литосферы называют земной корой. Внешняя граница земной коры – поверхность ее соприкосновения с гидросферой и атмосферой, нижняя проходит на глубине 8-75 км и называется слоем или разделом Мохоровичича.

  Положение земной коры между мантией и внешними оболочками – атмосферой, гидросферой  и биосферой – обусловливает  воздействие на нее внешних и  внутренних сил Земли.

  Строение  земной коры неоднородно (рис. 19). Верхний  слой, мощность которого колеблется от 0 до 20 км, сложен осадочными породами – песком, глиной, известняками и др. Это подтверждают данные, полученные при изучении обнажений и керна буровых скважин, а также результаты сейсмических исследований: породы эти рыхлые, скорость прохождения сейсмических волн невелика.

  Рис. 19. Строение земной коры

  Ниже, под  материками, расположен гранитный слой, сложенный породами, плотность которых соответствует плотности гранита. Скорость прохождения сейсмических волн в этом слое, как и в гранитах, составляет 5,5–6 км/с.

  Под океанами гранитный слой отсутствует, а на материках в некоторых местах он выходит на дневную поверхность.

  Еще ниже расположен слой, в котором сейсмические волны распространяются со скоростью 6,5 км/с. Эта скорость характерна для  базальтов, поэтому, несмотря на то что слой сложен разными породами, его называют базальтовым.

  Граница между гранитным и базальтовым  слоями называетсяповерхностью Конрада^[2]. Этому разделу соответствует скачок скорости сейсмических волн от 6 до 6,5 км/с.

  В зависимости  от строения и мощности выделяют два  вида коры –материковую и океаническую. Под материками кора содержит все три слоя – осадочный, гранитный и базальтовый. Ее мощность на равнинах достигает 15 км, а в горах увеличивается до 80 км, образуя «корни гор». Под океанами гранитный слой во многих местах вообще отсутствует, и базальты покрыты тонким чехлом осадочных пород. В глубоководных частях океана мощность коры не превышает 3–5 км, а ниже залегает верхняя мантия.

  Мантия. Это промежуточная оболочка, расположенная между литосферой и ядром Земли. Нижняя ее граница проходит предположительно на глубине 2900 км. На мантию приходится более половины объема Земли. Вещество мантии находится в перегретом состоянии и испытывает огромное давление вышележащей литосферы. Мантия оказывает большое влияние на процессы, происходящие на Земле. В верхней мантии возникают магматические очаги, образуются руды, алмазы и другие ископаемые. Отсюда же на поверхность Земли поступает внутреннее тепло. Вещество верхней мантии постоянно и активно перемещается, вызывая движение литосферы и земной коры.

  Ядро. В ядре различают две части: внешнюю, до глубины 5 тыс. км, и внутреннюю, до центра Земли. Внешнее ядро жидкое, так как через него не проходят поперечные волны, внутреннее – твердое. Вещество ядра, особенно внутреннего, сильно уплотнено и по плотности соответствует металлам, поэтому его и называют металлическим.

  Текто́ника плит — современная геологическая теория о движении литосферы. Она утверждает, что земная кора состоит из относительно целостных блоков —плит, которые находятся в постоянном движении друг относительно друга. При этом в зонах расширения (срединно-океанических хребтах и континентальных рифтах) в результате спрединга (англ. seafloor spreading — растекание морского дна) образуется новая океаническая кора, а старая поглощается в зонах субдукции. Теория объясняет землетрясения, вулканическую деятельность игорообразование, большая часть которых приурочена к границам плит.

  Впервые идея о движении блоков коры была высказана  в теории дрейфа континентов, предложенной Альфредом Вегенером в 1920-х годах. Эта теория была первоначально отвергнута. Возрождение идеи о движениях в твёрдой оболочке Земли («мобилизм») произошло в 1960-х годах, когда в результате исследований рельефа и геологии океанического дна были получены данные, свидетельствующие о процессах расширения (спрединга) океанической коры и пододвигания одних частей коры под другие (субдукции). Объединение этих представлений со старой теорией дрейфа материков породило современную теорию тектоники плит, которая вскоре стала общепринятой концепцией в науках о Земле.

  В теории тектоники плит ключевое положение  занимает понятие геодинамической обстановки — характерной геологической структуры с определённым соотношением плит. В одной и той же геодинамической обстановке происходят однотипные тектонические, магматические, сейсмические и геохимические процессы.

  Тектоника плит - это основной процесс, который в значительной степени формирует облик Земли. Слово «тектоника» происходит от греческогот «тектон» - «строитель» или «плотник», плитами же в тектонике называют куски литосферы. Согласно этой теории литосфера Земли образована гигантскими плитами, которые придают нашей планете мозаичную структуру. По поверхности 3емли движутся не континенты, а литосферные плиты. Медленно передвигаясь, они увлекают за собой континенты и океаническое дно. Плиты сталкиваются друг с другом, выдавливая земную твердь в виде горных хребтов и горных систем, или продавливаются вглубь, создавая сверхглубокие впадины в океане. Их могучая деятельность прерывается лишь краткими катастрофическими событиями - землетрясениями и извержениями вулканов. Почти вся геологическая активность сосредоточена вдоль границ плит.  
      То, что плиты перемещаются, вполне доказано (с помощью спутников можно точно измерить изменение расстояния между двумя точками на разных плитах и определить скорость их перемещения), но механизм их движения все еще до конца неизвестен. Существующая теория объясняет движение плит тем, что возникающие в толще мантии горячие зоны выбрасывают к поверхности нагретое подвижное вещество - плюмы, которые своим напором заставляют континенты смещаться.  
Вопрос о том, когда процессы плитовой тектоники возникли впервые, обсуждается среди специалистов уже более трех десятилетий. Сначала считалось, что они сравнительно молоды - всего несколько сот миллионов лет, но в связи с новыми данными их возраст может бьть «отодвинут» глубоко в архейскую эру. Если это предположение подтвердится, то придется признать, что примерно 2,5 млрд. лет назад Земля выделяла тепловую энергию на поверхность таким же образом, как и сегодня.  
      К сожалению, теория тектоники плит не объясняет, как движение плит связано с процессами, происходящими в глубине планеты, поэтому необходима иная теория, описывающая не только строение и передвижение литосферных плит, но и внутреннее строение самой Земли, и те процессы, которые происходят в ее недрах. Однако разработка такой теории связана с болышими трудностями, так как требует совместных усилий геологов, геофизиков, физиков, химиков, математиков и географов. И тем не менее попытки ее создании не прекращаются.