Верхняя мантия Земли

По данным разных наук известна модель многоэтажного устройства Земли: кора, залегающая от поверхности до 15–70 км, затем мантия, которая ниже 2900 км сменяется ядром планеты. Мантия по плотности разделяется на три части: верхняя, или астеносфера (50–400 км), средняя, или переходная (400–1000 км), нижняя (1000–2900 км).

Можно ли доверять такой статичной и одномерной модели Земли? Во всяком случае, сомневаться в ней только на том основании, что ее нельзя проверить визуально, нет смысла. Но в последнее время стала популярна гипотеза движения плит земной коры, которые движут гигантские потоки пластичного вещества мантии, своеобразные каменные вихри. Мантийные круговороты рождают нагрев ее вещества тепловыми потоками, идущими от ядра планеты: более горячие легкие массы всплывают, а более тяжелые холодные погружаются. В прямой зависимости от направления соседних вихрей происходит либо сближение плит земной коры, столкновение их, затягивание одной под другую, вспучивание, либо плиты расходятся, образуя в земной коре глубокие провалы, впадины. Словом, кора нашей планеты плавает по бурным волнам верхней мантии Земли. И этот глобальный дрейф сопряжен с грандиозными геологическими процессами: землетрясениями, рождением вулканов и образованием гор. Очаги большинства из них расположены именно в верхней мантии Земли.

Но тут обнаружилось странное обстоятельство. Одни ученые утверждали, что верхняя мантия Земли имеет слои пониженной плотности, другие вовсе отвергали существование в верхней мантии разуплотненных зон. Наконец, были и такие специалисты, которые утверждали, будто верхняя мантия Земли имеет области не пониженной, а повышенной плотности!

Оказалось, верхняя мантия Земли устроена сложнее, чем предполагали даже самые смелые исследователи

Оказалось, верхняя мантия Земли устроена сложнее, чем предполагали даже самые смелые исследователи. Она неоднородна, по плотности, а возможно, и по составу. Она, в полную противоположность земной коре, под океанами обычно значительно мощнее, чем под материками, и в зонах перехода от материка к океану верхняя мантия Земли устроена наиболее сложно. Но что в ней происходит и по каким законам движется ее вещество? Не имея пространственной картины, понять поведение верхней мантии Земли невозможно.

Поэтому, встала проблема создания объемной модели верхней мантии. Для этого начали строить горизонтальные профили земли. Квадрат земной поверхности площадью в несколько километров перекрывали густой сетью сейсмографов. Недра просвечивали сериями синхронизованных взрывов. Сейсмографы записывали отраженные от различных глубинных слоев сигналы. Запись каждого прибора проходила через фильтр помех, который пропускал лишь данные отражения от плоскости на заданной глубине. Эти отфильтрованные данные сейсмографов фактически давали информацию о распределении неоднородности в плоскости на нужной глубине. Обработав данные отдельных сейсмографов, ЭВМ синтезировала полную картину распределения неоднородностей в заданной плоскости – ее фотографию. Но до самой мантии добраться пока еще не удалось. При взрыве лишь малая часть энергии вспышки излучается в недра, а большая попросту уходит на бесполезное сотрясение воздуха.

Сейчас ученые ведут интенсивные работы по численному моделированию и применению принципов оптической голографии. В отличие от оптики, использующей два пучка когерентного света – предметный и опорный, сейсмоголография может использовать только предметный пучок, а опорный воспроизводить искусственно в ходе обработки данных на ЭВМ. И тогда перед глазами ученых, высвеченная лучом лазера, запрограммированного компьютером, предстанет сразу объемная картина соляного купола, залежи нефти, руды, неведомая пока верхняя мантия Земли!

Инструменты