Геологи изучают планеты - [8]

Таким образом, сейчас получен уникальный материал, позволяющий изучать строение поверхности твердых планет и спутников теми же методами, которые применяются геологами в земных условиях. Истина познается в сравнении: сравнивая фотопортреты далеких планетных тел, ученые отмечают черты сходства и различия, находят объяснение многим загадочным феноменам.

Что в глубинах планет?

Изучение глубинного строения Земли и планет земной группы — проблема сложная. Какими же путями она решается? Один из путей состоит в изучении скорости распространения сейсмических волн в глубоких недрах. Известно, что скорость продольных сейсмических волн возрастает в более плотных средах. Сейсмические колебания могут быть вызваны источниками двух видов: естественными и искусственными. Естественными источниками колебаний являются землетрясения, волны которых несут необходимую информацию о плотности пород, сквозь которые они проникают. Арсенал искусственных источников колебаний более обширен. В первую очередь искусственные колебания вызываются взрывом. Проведением взрывных работ и изучением скоростей сейсмических волн занимается сейсморазведка — одна из важнейших отраслей современной геофизики. В последнее время геофизики все чаще стараются обходиться без взрывов, вызывая колебания с помощью специальных вибраторов.

Итак, мы видим, что на Земле проблема возбудителей сейсмических колебаний решается достаточно просто. Как эта же проблема разрешается на Луне и других небесных телах? При изучении глубинного строения планет на первое место выдвигается вопрос о возбудителях колебаний. Естественные сейсмические колебания зарегистрированы в настоящее время сейсмографами, установленными на Луне. Однако проблема глубинного изучения решается более определенно с помощью искусственных источников колебаний. На Луне, например, в качестве возбудителей сейсмических волн были использованы отработанные системы космических носителей. Американские исследователи для этой цели применяли лунный модуль или третью ступень ракеты носителя "Сатурн-5", падение которых строго регулировалось. Лунный модуль сбрасывался обычно на поверхность Луны с высоты около 100 км в определенном пункте с учетом положения заранее установленного сейсмографа. Изучение лунных сейсмограмм показало, что это небесное тело так же, как и Земля, состоит из нескольких оболочек.

Что же дало изучение сейсмических волн Земли? Анализ их распространения выявил несколько скачков изменения скорости при прохождении через недра планеты. Один скачок, при котором скорости возрастают с 6,7 до 8,1 км/с, как считают геологи, регистрирует подошву земной коры. Эта поверхность располагается на различных уровнях, от 5 до 75 км. Граница земной коры и нижележащей оболочки — мантии, получила название "поверхности Мохоровичича", по имени впервые установившего ее югославского ученого А. Мохоровичича.

Мантия залегает на глубинах до 2900 км и делится на две части: верхнюю и нижнюю. Граница между верхней и нижней мантией также фиксируется по скачку скорости распространения продольных сейсмических волн (11,5 км/с) и располагается на глубинах от 400 до 900 км. Верхняя мантия имеет сложное строение. В ее верхней части имеется слой, расположенный на глубинах 100-200 км, где происходит затухание поперечных сейсмических волн на 0,2-0,3 км/с, а скорости продольных волн, по существу, не меняются. Этот слой назван волноводом. Его толщина обычно равняется 200-300 км. Часть верхней мантии и кора, залегающие над волноводом, называются литосферой, а сам слой пониженных скоростей — астеносферой.

Таким образом, литосфера представляет собой жесткую твердую оболочку, подстилаемую пластичной астеносферой. Предполагается, что в астеносфере возникают процессы, вызывающие движение литосферы.

Здесь уместно остановиться на интереснейшем опыте, поставленном под руководством академика А. П. Виноградова. Смесь из образцов различных горных пород и каменных метеоритов медленно пропускалась через раскаленное металлическое кольцо. Во время опыта вещество разделилось по плотности: легкие и подвижные компоненты поднялись кверху, тяжелые и тугоплавкие — опустились вниз. Процесс этот получил название зонной плавки. В строении верхних оболочек Земли установлена та же зависимость, обусловленная тем же процессом зонной плавки. Зонная плавка в земных условиях проистекает в астеносфере.

В подошве мантии происходит резкое уменьшение скорости распространения продольных волн с 13,9 до 7,6 км/с. На этом уровне лежит граница между мантией и ядром Земли, глубже которой поперечные сейсмические волны уже не распространяются. Радиус ядра достигает 3500 км; объем 16% объема планеты, а масса 31% массы Земли. Многие ученые считают, что ядро находится в расплавленном состоянии. Его внешняя часть характеризуется резко пониженными значениями скоростей продольных волн, во внутренней части (радиусом в 1200 км) скорости сейсмических волн вновь возрастают до 11 км/с. Плотность пород ядра равна 11 г/см³, и она обуславливается наличием тяжелых элементов. Таким тяжелым элементом может быть железо. Вероятнее всего, железо является составной частью ядра, так как ядро чисто железного или железоникелевого состава должно иметь плотность, на 8-15% превышающую существующую плотность ядра. Поэтому к железу в ядре, по-видимому, присоединены кислород, сера, углерод и водород.