Глава 3. Литосфера – твердая оболочка земли

«… только комплексное изучение

структуры и процессов физико-

географической оболочки земного шара, только исследование их как частей единого великого целого открывает перед нами путь к глубокому проникновению в понимание явлений природы…»

А.А. Григорьев

3.1. Строение Земли

Обратимся к третьему агрегатному состоянию Земли – твердому. Начнем с рассмотрения строения Земли – внутренней структуры [10, 68].

Наши представления о внутренней структуре земного шара стали приобретать более или менее реальные очертания только после изобретения сейсмографа в середине XIX в., хотя приборы для регистрации землетрясений, основанные на наблюдении колебаний маятника, были известны еще древним китайцам в начале нашей эры.

Сейчас во всем мире работает более 2 000 сейсмических станций, регистрирующих примерно 100 000 землетрясений в год, большинство из которых люди просто не замечают. Но примерно одно из них приводит к катастрофическим последствиям и жертвам.

Усилия ученых, направленные на изучение природы и причин землетрясения и создание приборов для их регистрации, в конечном счете привели к достаточно точным представлениям о внутреннем строении Земли.

В 1897 г. немецкий геофизик Эмиль Вихерт выдвинул гипотезу о существовании у Земли плотного металлического ядра. В середине ХХI в. эта гипотеза нашла подтверждение при обработке результатов сейсмограмм, а в последнее время – при измерении гравитационного поля Земли с помощью спутников.

Эти измерения позволили определить момент инерции Земли, величина которого сильно зависит от распределения плотности вещества по радиусу планеты.

Наличие жидкого ядра Земли было подтверждено в конце 60-х гг. ХХ столетия путем обнаружения небольших колебаний полюсов земного шара, возникающих после сильных землетрясений (например, Чилийского в 1960 г. и Аляскинского в 1964 г.), а также в результате возмущений, вызванных суточными лунными приливными волнами.

В 1982 г. А. Чандлер установил, что колебания земной оси имеют период 430 суток. Расчетное значение периода колебаний твердой Земли не может превосходить 305 суток. Расчеты показывают, что в случае полностью твердой Земли частота ее колебаний должна быть выше, чем частота колебаний шара с жидкой сердцевиной, что и подтверждают результаты точных измерений.

Полученные в результате измерений данные за последние 30 лет были обобщены и уверенно показывают, что наша планета расслоена на концентрические оболочки: твердое металлическое внутреннее ядро с плотностью   3 г/см³, жидкое внешнее ядро с плотностью   9,5–11 г/см³, нижнюю мантию с плотностью   5 г/см³, верхнюю мантию с плотностью   3,56 г/см³, кору с плотностью   2,8 г/см³. Схема внутреннего строения Земли приведена на рис. 10.

Рис. 10. Схема внутреннего строения Земли

В последней четверти ХХ в. появились гипотезы о том, что скорости вращения внутреннего ядра и нижней мантии различны. Твердая оболочка Земли поворачивается относительно ядра. Это приводит к потере момента количества движения оболочки за счет вязкого трения в жидком внешнем ядре и должно влиять на изменение продолжительности суток.

Точные измерения, выполненные с помощью квантовых стандартов частоты, показали, что, действительно, длительность земных суток уменьшается на 1 микросекунду за 10 лет. Было показано, что эти изменения не связаны с приливным торможением вращения Земли в результате гравитационного взаимодействия системы Луна–Земля, т.е. оболочка Земли вращается с меньшей угловой скоростью, чем твердое внутреннее ядро.

Надо отметить, что приливное взаимодействие системы Земля–Луна оказывает существенное влияние на перемешивание масс вещества в нижних оболочках Земли и вулканические процессы.

Существование вращающегося жидкого ядра Земли, в соответствии с гипотезой Лармора, приводит к возникновению у Земли составляющей магнитного поля, не связанного с влиянием на него токов в магнитосфере, обусловленных ионизацией верхних слоев атмосферы Земли корпускулярным и ультрафиолетовым излучением Солнца.

Землю нельзя рассматривать, как полностью сформировавшееся неэволюционирующее космическое тело. За время своей геологической истории почти в 5 млрд. лет как внутреннее ее строение, так и поверхность и атмосфера претерпели существенные изменения.

Охарактеризуйте в цифровом выражении мантию Земли…

[1] на долю мантии приходится 41 % массы Земли: верхняя мантия до глубины 950 км и нижняя – до 2900 км

[2] на долю мантии приходится 67 % массы Земли: верхняя мантия на глубине 400 км и нижняя до 3500 км;

[3] на долю мантии приходится 67,8 % массы Земли: верхняя мантия до глубины 950 км и нижняя – до 2870 км.