Нові факти та старі уявлення про нижню мантію Землі
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
За традиційними уявленнями, нижня мантія Землі однорідна, а швидкість сейсмічних хвиль внаслідок впливу температури та великого тиску плавно змінюється із глибиною. Щоправда, в минулому Б. Гутенберг і Д. Ріхтер виявили у нижній мантії кілька особливих зон, де швидкість сейсмічних хвиль різко зростала. Однак лише нещодавно, вивчаючи сейсмічні годографи, вдалося встановити будову мантії достовірніше.
Сейсмічний годограф – це графічна залежність часу пробігу пружних хвиль від епіцентральної відстані. Годограф має цікаву властивість: нахил кривої на певній відстані від епіцентру землетрусу певним чином пов’язаний зі значенням швидкості пружних хвиль на великих глибинах. При вимірі часу пробігу сейсмічних хвиль вкрадаються помилки: ми не знаємо точного моменту початку землетрусу і координат його осередку, і навіть не вміємо враховувати неоднорідність верхніх шарів Землі між точками спостережень. В результаті побудований швидкісний розріз може виявитися ненадійним. Як же бути?
Найкраще вимірювати безпосередньо різницю часу приходу сейсмічних хвиль у деякі близько розташовані пункти спостережень. Тоді побудований швидкісний розріз забарвлюється багатьма та важливими деталями.
Професор Джонсон (США) у Сейсмологічній обсерваторії Тонто Форест виконав дослідження зі спостережень сейсмічної групи в центрі штату Арізона. Група включає 12 сейсмометрів, розташованих за двома взаємно-перпендикулярними лініями довжиною 325 і 285 км. Було вивчено записи понад 200 землетрусів (на видаленнях 30—100° від епіцентру). Усі записи виявилися близькими, крім району Серединно-Атлантичного хребта. Тут геофізики давно відзначають аномалії гравіметричного поля, теплового потоку та швидкостей під кордоном Мохоровичича. Все це, мабуть, далося взнаки і на поведінці пружних хвиль. Джонсон припускає, що під Серединним хребтом є зони знижених швидкостей сейсмічних хвиль. Швидкісний розріз, побудований ним, відрізняється від класичної схеми будови Землі, запропонованої Джефрісом. Те саме можна сказати і про швидкісні розрізи, побудовані за останні 10 років іншими авторами.
Результати систематичних спостережень свідчать про неоднорідність нижньої мантії: зони швидкого чи сповільненого зростання швидкостей сейсмічних хвиль припадають на глибини 900-1000 км, 1200-1300 км, 1900-2000 км. Цікаво, що різні автори отримують для тих самих глибин досить близькі абсолютні значення швидкостей.
Нові дослідження роблять внесок і в проблему ядра Землі. Джонсон наполягає на найбільшій з відомих оцінок радіусу ядра – 3481 ± 2 км: «У своїх дослідженнях я був наскільки можливо послідовним і кропітким, так що отриманий результат можна вважати неупередженою оцінкою істинного розрізу Землі».
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.