Билет 12. Методы изучения глубинного строения Земли

Геологам хорошо известно внутреннее строение Земли, т.к. им на помощь пришел метод, который, как в медицине рентген, позволяет заглянуть в недоступные места планеты. Это — сейсмические волны (“сейсма” — сотрясение, греч.), возникающие в Земле от землетрясений, ядерных и крупных промышленных взрывов, которые пронизывают всю Землю, преломляясь и отражаясь на разных границах смены состояния вещества.

Сейсмологический метод находится в ряду других геофизических методов, но для целей познания глубин Земли он один из самых важных.

Волна — это распространение некоторой деформации в упругой среде, т.е. изменение объема или формы вещества. При деформации в веществе возникает напряжение, которое стремится вернуть его к первоначальной форме или объему. Известно, что величина напряжения (ε) на величину деформации …
(τ) называется модулем упругости μ. (μ = τ ε)

Выделяют два типа сейсмических волн:

Объемные волны бывают продольными и поперечными.

1) Продольные волны — это волны сжатия, распространяющиеся в направлении

движения волны. Они обозначаются латинской буквой “Р” (primary — первичный, англ.), т.к. у них скорость распространения выше других волн и они первыми приходят на сейсмоприемники.

Скорость продольных волн: Vр = κ μ ρ, где К- объемный модуль упругости или модуль всестороннего сжатия и μ — модуль сдвига, определяемый величиной напряжения, необходимого, чтобы изменить форму тела.

2) Поперечная волна, обозначаемая буквой S (secondary — вторичный, англ.), это волна сдвига, при которой и деформации в веществе происходят поперек направления движения волны.

Скорость поперечных волн: Vs = μ ρ.

Волна S изменяет только форму тела и она, как менее скоростная, приходит на сейсмоприемник позднее волны Р, поэтому и называется “вторичной”. Таким образом, Vp всегда больше Vs.

Также существуют поверхностные волны: в них различают волны Лява и Рэлея.

1) Лява — колебания осуществляются только в горизонтальной плоскости поперек направления движения волны.

2) Волны Рэлея подобны волнам на воде, в них частицы вещества совершают круговые движения.

Проходя через слои пород разного состава и плотности они измеряют свою скорость. Сейсмограммы фиксируют время пробега внутри Земли сейсмических волн.

Также строение Земли изучается с помощью глубоководного бурения — это проект морского бурения, основанный на опыте нефтяных компаний и предусматривавший изучение лишь осадочного слоя океанской коры.

В 1968 году началось глубоководное бурение. Пять научных организаций США создали консорциум GOIDES (Joint Oceanographic Institution for Deep Earth Sampling), который и приступил к осуществлению проекта, на специальном буровом судне – «Гломар Челленджер». Первый профиль буровых скважин в Южной Атлантике обнаружил совпадение возраста океанской коры, с возрастом, предсказанным по магнитным аномалиям, а также закономерное увеличение этого возраста по мере удаления от оси срединного хребта.

В дальнейшем, с судов «Гломар Челленджер» и «Джойдес Резолюшн» было пробурено более 1250 скважин, во всех океанах мира.