Фізичні неоднорідності земних надр
Фізичні неоднорідності земних надр
Зауважимо, що в основі побудови класичних фізичних моделей Землі РЕМ (parametricearthmodels) Лежать сейсмічні дані, що характеризують поширення сейсмічних хвиль, збуджених як землетрусами, так і від штучних вибухів (глибинні сейсмічні зондування).
Як зазначено раніше, Земля по сейсмологічних матеріалами підрозділяється на три основні зони - кору, мантію ядра і ядро, кожна з яких складається з більш тонких оболонок. При інтерпретації сейсмограмм основні шари розглядаються як ідеально пружні ізотропні тіла з пружними параметрами: модель стиснення KS, модуль зсуву m, коефіцієнт Пуассона s.
Неважко бачити, що оцінка характеру розподілу щільності усередині Землі визначається знанням картини швидкісної характеристики сейсмічних хвиль VP(r) і VS(r). У свою чергу визначення законів зміни сили тяжіння і тиску в земних надрах пов`язано зі знанням закону розподілу щільності з глибиною r (r).
На узагальненої моделі Землі (див. Рис.9) бачимо, що крива щільності має тенденцію збільшення значень щільності з глибиною, з розривом на кордоні «мантія-зовнішнє ядро» і на кордоні «зовнішнє ядро - внутрішнє ядро».
Прискорення сили тяжіння до кордону «мантія - зовнішнє ядро» має коливальний характер, а потім різко майже лінійно зменшується, і в центрі Землі дорівнює нулю.
Тиск монотонно збільшується з глибиною, досягаючи максимуму в центрі Землі.
Поширення температури в земних надрах оцінюється з таких міркувань.Тепловий потік на докембрійських щитах 35-40 мВт / м2- в областях Байкальської-складчастості Каледонії - 50 для герцинид - 60-70, а в альпійських складчастих областях в середньому 75-80 і більше до 120 мВт / м2. Геотермічний градієнт для самої верхньої частини земної кори за даними буріння свердловин дорівнює 30З на 100 м.
В цілому у верхній мантії температури оцінюються в 1700-20000С, на глибинах 900-2700 км - 25000С, в ядрі - 50000С. На рис.10 наведені розрахунки можливих температур всередині Землі.
Особливістю теплового режиму Землі є спостережуване приблизна рівність середніх значень теплового потоку над океанами і континентами, глибинна структура для яких істотно різна. У зв`язку з цим фактом висловлюються дві точки зору. Одна пов`язує рівність теплових потоків над океанами і континентами з однаковою кількістю радіонуклідів для цих областей, причому під океанами основна маса радіонуклідів сконцентрована у верхній мантії, а на континентах - в земній корі. Друга точка зору передбачає, що тепловий потік над океанами обумовлений конвекцією глибинного речовини, а в континентах він обумовлений радіоактивними елементами в земній корі і верхній мантії.
Однією з найважливіших характеристик речовини в надрах Землі є в`язкість. На основі післяльодовикового підняття Фенноскандии середня в`язкість верхньої мантії оцінюється величиною 1019-1020Па с. В`язкість нижньої мантії визначена за віковим уповільнення швидкості обертання Землі і дорівнює приблизно 1025Па с. В`язкість зовнішнього ядра знайдена по поглинанню в ньому поздовжніх сейсмічних хвиль - близько 108Па с. Беручи природу в`язкості мантії дифузійної, встановлено, що шар знижених швидкостей у верхній мантії (шар Гутенберга) володіє зниженою в`язкістю (і, можливо, мінімальної).
Електропровідністю речовини земних надр визначається на основі геомагнітних варіацій, порушуваних сонячною активністю в атмосфері. Для цього спостерігаються на магнітних обсерваторіях варіації магнітного поля в часі розкладаються в ряд Фур`є і по сферичним функціям. Результати аналізу таких розкладів показують, що спостережений вектор варіацій розділяється на дві складові: варіації від внутрішніх джерел і варіації, обумовлені зовнішніми факторами. Варіації від внутрішніх джерел становлять третину загальних варіацій і пояснюються наслідком індукційних струмів, що виникають під впливом зовнішніх вихрових струмів. У мантії електропровідність змінюється з глибиною в такий спосіб: в верхах мантії до глибин 500 км вона дорівнює приблизно 5 10-4 Ом-1 см-1, потім на глибині близько 500 км вона починає різко зростати до 10-1Ом-1 см-1 на глибині 1000 км, і далі повільно збільшується до підошви мантії до величин порядку 1 Ом-1 см-1.Експериментально показано, що при температурах, менше 12000З, електропровідність обумовлена електроструму і домішковими іонами (земна кора і верхня мантія). Зі збільшенням температури і відповідно глибини електропровідність зростає і основну роль при цьому відіграє власна іонна провідність дорівнює d = 2 10-4 10-3Ом-1 см-1. Земне ядро характеризується металевою проводімостью- для нього dgt; 3 103Ом-1 см-1.
