Геотектоника с основами геодинамики - Хаин В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
На глубине около 400 км начинается быстрое возрастание скорости сейсмических волн; отсюда до 670 км простирается слой Голицына, названный так в честь русского сейсмолога Б.Б. Голицына. Его выделяют еще в качестве средней мантии, или мезосферы - переходной зоны между верхней и нижней мантией. Возрастание скоростей упругих колебаний в слое Голицына объясняется увеличением плотности вещества мантии примерно на 10% в связи с переходом одних минеральных видов в другие, с более плотной упаковкой атомов: оливина в шпинель, пироксена в гранат.
Нижняя мантия начинается с глубины порядка 670 км. Эксперименты по поведению вещества, отвечающего мантийному при давлениях, соответствующих нижнемантийным, показывают, что нижняя мантия должна быть сложена в основном перовскитом (MgSiO3) и магнезиовюститом (Fe,Mg)O - продуктами дальнейшего изменения минералов, слагающих среднюю мантию. Но те же эксперименты обнаружили, что этих фазовых превращений недостаточно, чтобы обеспечить реально наблюдаемую плотность вещества нижней мантии, и заставили предполагать некоторое изменение ее химического состава, а именно увеличение отношения Fe/Mg.
Ядро Земли в своей внешней части, по данным сейсмологии, является жидким, а внутреннее - снова твердым. Конвекция во внешнем ядре генерирует главное магнитное поле Земли. Состав ядра подавляющим большинством геофизиков принимается железным. Но опять же по экспериментальным данным приходится допустить некоторую примесь никеля, а также серы, либо кислорода, либо кремния, чтобы объяснить пониженную плотность ядра по сравнению с определенной для чистого железа.
По данным сейсмотомографии, поверхность ядра является неровной и образует выступы и впадины с амплитудой до 5-6 км. На границе мантии и ядра выделяют переходный слой с индексом D" (этот и другие индексы взяты из схемы К. Буллена, обозначившего кору индексом А, верхнюю мантию - В, среднюю - С, нижнюю - D, верхнюю часть нижней мантии D'). Мощность слоя D" Местами достигает 300 км (Т. Джордан и др.). Эти новые данные, как мы увидим ниже, имеют существенное значение для геодинамики, указывая на активное взаимодействие между мантией и ядром.
Литосфера и астеносфера. В отличие от коры и мантии, выделяемым по геологическим данным (по вещественному составу) и данным сейсмологии (по скачку скоростей сейсмических волн на границе Мохоровичича), литосфера и астеносфера - понятия чисто физические, вернее реологические. Исходным основанием для выделения астеносферы - ослабленной, пластичной оболочки, подстилающей более жесткую и хрупкую литосферу, - была необходимость объяснения факта изостатической уравновешенности коры, обнаруженного при измерениях силы тяжести у подножия, горных сооружений. Первоначально ожидалось, что такие сооружения, особенно столь грандиозные, как Гималаи, должны создавать избыточное притяжение. Однако когда в середине XIX в. были произведены соответствующие измерения, оказалось, что такого притяжения не наблюдается. Следовательно, даже крупные неровности рельефа земной поверхности чем-то компенсированы, уравновешены на глубине для того, Чтобы на уровне земной поверхности не проявлялось значительных отклонений от средних значений силы тяжести. Таким образом, исследователи пришли к выводу что имеется общее стремление земной коры к уравновешенности за счет мантии; явление это получило название изостазии.
Существуют два способа осуществления изостазии. Первый заключается в том, что горы обладают корнями, погруженными в мантию, т.е. изостазия обеспечивается вариациями мощности земной коры и нижняя поверхность последней обладает рельефом, обратным рельефу земной поверхности; это гипотеза английского астронома Дж. Эри (рис. 2.5). В региональном масштабе она обычно оправдывается, так как горные сооружения действительно обладают более толстой корой и максимальная толщина коры наблюдается у наиболее высоких из них (Гималаи, Анды, Гиндукуш, Тянь-Шань и др.). Но возможен и другой механизм реализации изостазии: участки повышенного рельефа должны быть сложены менее плотными породами, а участки пониженного - более плотными; это гипотеза другого английского ученого - Дж. Пратта. В этом случае подоh3а земной коры может быть даже горизонтальной. Уравновешенность континентов и океанов достигается комбинацией обоих механизмов - кора под океанами и много тоньше, и заметно плотнее, чем под континентами.
Рис. 2.5. Схемы изостатического равновесия земной коры: а - по Дж. Эри, б - по Дж. Пратту
Вообще, как показали гравиметрические исследования, большая часть поверхности Земли находится в состоянии, близком к изостатическому равновесию; в частности, для обширной территории СССР это было показано М.Е. Артемьевым. Действие изостазии наглядно проявляется в том, что под тяжестью ледниковых покровов, достигающих 4-километровой мощности, поверхность коры в пределах Антарктиды и Гренландии испытала значительное прогибание, опустившись на больших участках ниже уровня океана. Напротив, Скандинавия и Канада, освободившись сравнительно недавно от ледникового панциря, испытывают поднятие, на порядок превышающее по скорости то поднятие, которое они испытывали до наступления ледникового периода.
