Верхняя мантия земли

Л. Самсоненко

Уже сравнительно давно установлено, что Земля неоднородна; у нее есть сердцевина — ядро, окруженное оболочкой, или мантией. Радиус ядра около 2900 км; на долю мантии остается 3500 км (подробнее см. в очерке «Путешествие к ядру Земли» в «Земля и люди. 1965»). Самая верхняя область Земли — земная кора, лежащая поверх мантии, имеет толщину не превышающую нескольких десятков километров.

Но почему же ученых интересует именно верхняя мантия Земли?

Определяя глубину очагов землетрясений, ученые установили, что они находятся на разном расстоянии от поверхности земной коры; чаще всего на глубинах 25—60 км, но никогда не бывают глубже 700 км. Сейчас уже нет сомнений, что землетрясение — это разрыв горных пород, не выдержавших чудовищных напряжений. Но тот факт, что глубже 700 км очагов землетрясений не наблюдается, доказывает, что на этой глубине меняются свойства вещества, слагающего мантию: выше это вещество еще способно разрываться подобно стеклу, ниже уже не разрывается, как, скажем, вода. Твердое вещество становится текучим!

Мало того. «Огнедышащие горы» — вулканы — выбрасывают расплавленную лаву.. Где ее источник? На какой глубине в недрах планеты бушует огненный океан? Долгое время считалось, что лава приходит с небольших глубин, в несколько километров. Теперь же уверенно доказано, что «корни вулканов» лежат гораздо глубже — на глубине 80—250 км.

С лавой выносятся на поверхность многие полезные ископаемые; с вулканической деятельностью связано образование рельефа земной поверхности, и колебания земной коры, приводящие к поднятиям и опусканиям огромных участков земной поверхности, и предполагаемое перемещение континентов — источники всех этих движений опять-таки лежат глубоко под поверхностью Земли, в тoй же самой верхней мантии. Там скрываются решения многих и многих загадок науки о Земле. Вот почему внимание ученых приковано именно к верхней мантии. Но как же мы можем заглянуть в глубь Земли?

Упругие колебания, распространяющиеся от очага землетрясения, проходят через различные слои Земли и меняются в зависимости от того, через какую породу они проходят. Они медленно продвигаются вперед и сильно ослабляются в рыхлых, ослабленных породах; мчатся, почти не ослабевая, в твердых, плотных породах. Одни волны могут распространяться как в твердой среде, так и в жидкой; для других жидкая среда служит непреодолимым препятствием. Ученые, разбирая записи на сейсмограмме, ищут следы тех изменений, которые испытали сейсмические волны на своем пути.

До сравнительно недавнего времени ученые стремились как можно точнее определить моменты прихода сейсмических волн. Это давало им возможность узнать, где и на какой глубине произошло землетрясение. Но потом ученые заинтересовались также размахом (амплитудой) приходящих колебаний и тем, насколько волны ослабляются, пробегая иногда тысячи километров от очага землетрясения до сейсмографа. При этом они особенно интересовались теми волнами, которые не уходят далеко в глубь земного шара.

Это привело к крупному открытию; оказывается, на глубине от 60 до 250 км прочность пород заметно понижена; там сейсмические волны распространяются медленнее, чем в слоях, расположенных как выше, так и ниже. Этот слой пониженной скорости тянется, по-видимому, под всей поверхностью планеты — и под материками, и под океанами. Об этом мы узнали по сейсмограммам Чилийского землетрясения 1960 г. Землетрясение было настолько сильным, что начал колебаться весь земной шар, как колокол от сильного удара. Но Земля колебалась не как простой колокол, а как колокол с «мягкой прокладкой», и этой прокладкой служил слой пониженной прочности в недрах Земли, о котором мы только что говорили.

Но почему же существует этот слой? Почему и выше, и ниже его горные породы оказываются прочнее?

Давление в недрах Земли растет с глубиной — все больше становится вес лежащих выше слоев. Температура тоже повышается с глубиной — в среднем на 1° на каждые 33 м глубины. Если бы рост температуры с глубиной сохранялся постоянным, то уже на глубине 33 км температура стала бы 1000°, а на глубине 66 км — 2000°. И хотя температура с глубиной возрастает несколько медленнее, все равно на глубине больше 100 км температура становится выше температуры: плавления горных пород.

2009