Строение Земли

В том же, 1994 году вышла  в свет аналогичная работа японских геофизиков [6]. В ней приведены 14 карт для уровней от 78 до 2900 км. На обеих сериях карт ясно видна тихоокеанская  неоднородность, которая хоть и меняется в очертаниях, но прослеживается вплоть до земного ядра. За пределами этой крупной неоднородности сейсмическая картина усложняется, значительно  меняясь при переходе от одного уровня к другому. Но, сколь бы значительно  ни было различие этих карт, между отдельными из них просматриваются черты сходства. Они выражаются в некотором подобии в размещении в пространстве положительных и отрицательных сейсмоаномалий и в конечном счете в общих особенностях глубинной сейсмоструктуры. Это позволяет группировать такие карты, что дает возможность выделять внутримантийные оболочки разного сейсмического облика. И такая работа была выполнена [7]. На основе анализа карт японских геофизиков оказалось возможным предложить существенно более дробную структуру мантии Земли, показанную на рис. 5, по сравнению с традиционной моделью земных оболочек.

Принципиально новыми являются два положения:

а) обособление мощной средней  мантии в пределах ранее недифференцированной нижней мантии;

б) выделение зон раздела  между верхней и средней мантиями, а также между средней и нижней. В такой интерпретации мощность нижней мантии сократилась в три раза и составляет приблизительно 700 км. При этом нижняя мантия отвечает зоне непосредственного влияния внешнего ядра. Ее нижняя часть испытывает наиболее интенсивное влияние и соответствует слою D". Над этой оболочкой располагается область с существенно более пестрой картиной распределения сейсмоаномалий, имеющая мощность порядка 500 км. Эта область разграничивает нижнюю и среднюю мантию, отличающуюся более значительными по площади и менее контрастными сейсмическими ареалами. Мощность средней мантии около 860 км. Подчеркнем, что средняя мантия прекрасно обособляется также на картах американских сейсмологов. Над ней снова выделяется область с относительно более сложной картиной распределения сейсмоаномалий, которая отделяет верхнюю мантию. Мощность зоны раздела приблизительно 170 км. Это касается верхней мантии, то она соответствует традиционной модели. Рубеж 410, как уже отмечалось, делит ее на две части: нижнюю и верхнюю. Таким образом суммарно выделяются шесть глубинных геосфер.

Как же соотносятся предлагаемые границы глубинных геосфер с  ранее обособленными сейсмологами сейсмическими рубежами? Сопоставление  показывает, что нижняя граница средней  мантии коррелирует с рубежом 1700, глобальная значимость которого подчеркнута в работе [6]. Ее верхняя граница примерно соответствует рубежам 800-900. Это касается верхней мантии, то здесь расхождений нет: ее нижняя граница представлена рубежом 670, а верхняя - рубежом Мохоровичича. Особо обратим внимание на неопределенность верхней границы нижней мантии. В процессе дальнейших исследований, возможно, окажется, что намеченные недавно сейсмические рубежи 1900 и 2000 позволят внести коррективы в ее мощность. Таким образом, результаты сопоставления свидетельствуют о правомерности предлагаемой новой модели структуры мантии.

 Химия Земли

Что наиболее важно для  геологов, исследующих нашу планету? Конечно, знание самых общих законов, определяющих поведение вещества как  на поверхности, в земной коре, так  и в глубинах земного шара. Геолог не может искать вслепую. Он заранее  должен знать, где он может найти  железо, где - уран, где - фосфор, углерод (алмазы) и т. д. Он должен знать, какие  элементы сопутствуют друг другу  в земной коре, должен знать законы образования совместных месторождений  различных элементов.

Периодический закон является основой самых важных, самых широких  геохимических обобщений, которыми руководствуются геологи в своих  поисках новых месторождений  того или иного элемента. В самых  сложных, самых грандиозных химических процессах, протекавших в течение  сотен миллионов лет в земной коре и продолжающихся в наши дни, сходные по своему положению в  периодической системе элементы обладают сходной геохимической судьбой. Это позволяет геохимикам проследить их движение в земной коре и выяснить законы, управляющие их распространением на поверхности земного шара.

Геологи знают, например, где  они должны искать очень важные и  нужные для современной техники  металлы осмий и иридий. Они  находятся в земной коре всегда вместе с платиной, так же как в периодической  таблице Менделеева они стоят  вместе, в восьмой группе.

Мы уже знаем, что кобальт  и никель сопутствуют в своих  месторождениях железу и вместе с  ним находятся в таблице.

Геохимическое поведение  различных элементов определяется прежде всего строением внешних электронных оболочек их атомов. Те из них, которые обладают законченными внешними электронными оболочками, - благородные газы, не вступающие в химические соединения,- существуют только в земной атмосфере. Даже гелий и радон, образовавшиеся при распаде радиоактивных элементов, не только остаются плененными в горных породах, но и непрерывно поступают в атмосферу.

Элементы, расположенные  в коротких периодах и в начале и в конце каждого из длинных  периодов таблицы, образуют основную толщу  земной коры. Это из них состоит  основная масса силикатных горных пород. Элементы, стоящие в периодической  системе в середине длинных периодов, образуют рудные, чаще всего сульфидные, месторождения. Многие из этих элементов  встречаются и в самородном состоянии.

Периодическая система  элементов помогает геохимику устанавливать  общие закономерности во взаимном сосуществовании  различных элементов в горных породах и рудах. Она дает возможность  геологу находить в толще земной коры месторождения полезных ископаемых.

Заключение

Другие планеты земной группы, возможно, имеют подобные структуры  и составы с некоторыми отличиями: у Луны маленькое ядро; у Меркурия очень большое ядро относительно диаметра планеты; мантии Марса и  Луны намного более толстые; у  Луны и Меркурия нет отчетливой с  химической точки зрения коры; Земля - единственная планета с отчетливо  определяемым внутренним и внешним  ядром. Обратите внимание, однако, что наши знания относительно внутреннего строения планет носят все же теоретический характер даже для Земли.

Ядро, вероятно, состоит  в основном из железа (или никеля и железа), хотя возможно присутствие  и некоторых более легких элементов. Температура в центре ядра может  достигать 7500 K, а это больше, чем  температура поверхности Солнца. Нижняя мантия состоит из обычного кремния, магния и кислорода с  небольшим количеством железа, кальция  и алюминия. Верхняя мантия - это  большей частью оливен и пироксен (железо-магниевые силикаты), кальций и алюминий. Эти данные мы получили только благодаря сейсмическим методам; образцы из верхней мантии достигают поверхности в виде вулканической лавы, но большая часть Земли для нас недостижима. Кора - это прежде всего кварц (кремниевая двуокись) и другие силикаты типа полевого шпата. Химический состав Земли (по массе) следующий:

Железо 34,6%

Кислород 29,5%

Кремний 15,2%

Магний 12,7%

Никель 2,4%

Сера 1,9%

Исследование глубинного строения Земли относится к наиболее крупным и актуальным направлениям геологических наук. Новая стратификация  мантии Земли позволяет значительно  менее схематично, чем прежде, подойти  к сложной проблеме глубинной  геодинамики. Различие в сейсмических характеристиках земных оболочек (геосфер), отражающих различие в их физических свойствах и минеральном составе, создает возможности для моделирования  геодинамических процессов в  каждой из них в отдельности. Геосферы в этом смысле, как теперь совершенно ясно, обладают известной автономностью. Однако эта исключительно важная тема лежит за рамками данной статьи. От дальнейшего развития сейсмотомографии, как и некоторых других геофизических исследований, а также изучения минерального и химического состава глубин будут зависеть существенно более обоснованные построения в отношении состава, структуры, геодинамики и эволюции Земли в целом.