Сейсмические скорости

Сейсмические скорости и строение Земли

На рис.  показан один из последних скоростных разрезов с некоторыми вариантами для ядра, поскольку здесь имеется значительная неопределенность. Важнейшей особенностью этого разреза является резкое уменьшение скорости Р-волн на глубине 2900 км, сопровождающееся исчезновением S-волн. Это тот самый раздел, который, по определению, служит границей между мантией и ядром. Отсутствие S-волн позволяет сделать вывод, что внешнее ядро жидкое: поперечные волны, не могут проходить через жидкость.

Резкое уменьшение Vpна границе ядро-мантия приводит к тому, что лучи, входящие в ядро, преломляются таким образом, что путь их распространения приближается к вертикали, в результате чего Р-волны не попадают на земную поверхность в зоне между 103 и 142° от места землетрясения, в так называемой зоне тени, показанной на рис. 2.8. Од-
нако это не полная тень, на основании чего г-жа Леманн в 1936 г. высказала предположение о существовании внутреннего ядра, в котором Vpвозрастает на значительную величину, а лучи отклоняются от нормали на больший угол  и, таким образом, попадают в зону тени (лучи Е и F на рис.).

До сих пор неизвестно, какую именно форму имеет переход от внешнего ядра к внутреннему

До сих пор неизвестно, какую именно форму имеет переход от внешнего ядра к внутреннему, хотя и ясно, что так или иначе там должно происходить возрастание Vp. На рис.  приведены некоторые предположения на этот счет. Причина такой неопределенности отчасти состоит в том, что лучи, прежде чем достичь внутреннего ядра, должны проделать долгий путь, и поэтому они ослабевают, а отчасти в том, что любые ошибки в скоростном разрезе верхних частей Земли затушевывают детали, относящиеся к границе внутреннего ядра. Существует одна особенность, общая для всех предложенных вариантов скоростного разреза: переход от внешнего ядра к внутреннему никто не изображает в виде единого раздела, и поэтому мы говорим о зоне перехода.
Длительное время считали, что возрастание Vp может быть связано с тем, что внутреннее ядро твердое, так как если модуль сдвига ц отличается там от нуля, то это объясняет увеличение Vpпо отношению к внешнему ядру, где ц равно нулю. Расчеты периодов собственных колебаний Земли  подтверждали предположение о твердом состоянии внутреннего ядра, но более непосредственным доказательством служило бы выделение S-волн, однако сделать этого не удавалось до 1972 г. [116]. Вопрос о существовании твердого внутреннего ядра важен, например, для понимания конвекции в ядре, без которой не обойтись, по всей вероятности, при объяснении природы магнитного поля Земли.

Скорость в мантии  растет с глубиной

Обратимся теперь к мантии. Скорость в ней в общем растет с глубиной, однако в верхних 1050 км мантии на этот постепенный рост накладывается серия скачков, мы отождествим их с фазовыми изменениями, обусловленными тем, что высокое давление способствует переходу минералов в более плотные фазы с большими значениями модулей упругости. Имеются также данные о существовании переходной зоны в основании мантии: сейсмические скорости растут там медленнее, чем в областях над этой зоной.
Другая важная особенность скоростного разреза мантии-понижение скорости на глубинах от 60 до 250 км, в так называемой зоне низких скоростей. В результате понижения скорости образуется зона тени (появление тени — следствие уменьшения скорости книзу) и возникают другие необычные свойства, в том числе затухание, т. е. частичное поглощение волн, проходящих через эту область. Зону низких скоростей часто отождествляют с астеносферой — полупластичным слоем, существование которого обеспечивает возможность вертикальных перемещений или изостатической компенсации приповерхностных масс. Однако сейсмические и пластические свойства горной породы не так уж тесно связаны между собой, и два указанных термина («зона низких скоростей» и «астеносфера») не следует считать синонимами.
Наконец, близ поверхности — так близко, что это трудно показать в масштабе ,-располагается раздел Мохоровичича, названный в честь югославского сейсмолога, открывшего его в 1909 г. В западной литературе этот раздел часто для краткости называют просто Мохо. Хотя обычно на разделе Мохо происходит резкое возрастание сейсмических скоростей, необходимо отметить, что значительные изменения скоростей обнаруживаются и вблизи этого раздела, как над, так и под ним. Раздел Мохоровичича существует почти везде, но его глубина меняется от места к месту. Под континентами она составляет в среднем 35 км (изменяясь от 20 до 90 км), а под океанами-5-10км.
Мы отметили только наиболее очевидные особенности скоростных разрезов. Из этих разрезов можно было бы кое-что узнать также о плотности и упругих свойствах областей, заключенных между сейсмическими разделами. Однако для этого требуются некоторые дополнительные сведения, поэтому обратим наше внимание на другие виды сейсмических данных.