5. Внутреннее строение Земли

Непосредственному наблюдению доступны только самые верхние (до глубин 15—20 км) горизонты земной коры, выходящие на поверхность или вскрытые рудниками, шахтами и буровыми скважинами. Суждения о составе и физическом состоянии более глубоких оболочек основываются на данных геофизических методов, т.е. имеют предположительный характер. Из этих методов особое значение имеют сейсмический метод, основанный на регистрации скорости распространения в теле Земли волн, вызываемых землетрясениями или искусственными взрывами. В очагах землетрясений возникают так называемые продольные сейсмические волны, которые рассматриваются как реакция среды на изменение объема, и поперечные волны реакция среды на изменение формы, - распространяющиеся только в твердых телах. На основе геофизических наблюдений установлено, что Земля неоднородна и дифференцирована вдоль радиуса.  выделяются три главные оболочки Земли, разделенные четко выраженными поверхностями сейсмического раздела, где скорости сейсмических волн резко изменяются.

1. земная кора - твердая верхняя оболочка Земли. Ее мощность изменяется от 5-10 км под океанами до 30-40 км в равнинных областях и достигает 50-75 км в горных районах (максимальные значения встречаются под Андами и Гималаями);

2. мантия Земли распространяется ниже земной коры до глубины 2900 км от поверхности и подразделяется на две части: верхнюю мантию - до глубины 900-1000 км и нижнюю мантию - от 900-1000 до 2900 км;

3)    ядро Земли, где выделяют внешнее ядро, - до глубины около 5120 км и внутреннее ядро — ниже 5120 км. 

Земная кора отделяется от мантии в большинстве случаев достаточно резкой сейсмической границей - поверхностью Mохоровичича. Сейсмическим методом в верхней мантии выявлен слой относительно менее плотных, как бы «размягченных» горных пород - астеносфера.В этом слое наблюдаются понижение скорости сейсмических волн, особенно поперечных, и повышение электрической проводимости, что свидетельствует о менее вязком, более пластичном состоянии вещества - на 2-3 порядка ниже, чем в покрывающих и подстилающих слоях мантии.. Она наиболее четко выражена и приподнята, местами до глубин 20-25 км и менее, под наиболее подвижными зонами земной коры и, напротив, слабо выражена и опущена под наиболее спокойными участками континентов. Астеносфере принадлежит большая роль в глубинных геологических процессах. Твердый надастеносферный слой мантии вместе с земной корой называется литосферой.

6. В отличие от коры и мантии, выделяемым по вещественному составу и скачку скоростей сейсмических волн на границе Мохоровича, литосфера и астеносфера — понятия реологические. Литосфера – это хрупкий, ломкий слой коры и верхней мантии, астеносфера – пластичный, податливый слой. Исходным основанием для выделения астеносферы — ослабленной ,пластичной оболочки, подстилающей более жесткую и хрупкую литосферу, была необходимость объяснения явления изостазии.  ледники показывают, что под дополнительной нагрузкой происходит проседание коры, а при снятии нагрузки - ее подъем, это возможно только при наличии пластичного слоя, способного к перетеканию из областей повышенного геостатического давления в области пониженного. Астеносфера была установлена методом магнитотеллурического зондирования, при котором она проявляет себя как зона понижения электрического сопротивления и здесь же отмечается повышенное затухание сейсмических волн.  Все эти особенности астеносферы вызваны снижением вязкости из-за подплавления слагающего ее вещества. Содержание расплава должно быть невелико, несколько процентов; пленка расплава вокруг твердых зерен снижает вязкость и увеличивает пластичность. Этому способствует повышение температуры, его эффект более весом, чем действие давления, препятствующего плавлению.  Дальнейшее повышение температуры или понижение давления приводит к увеличению содержания расплава в астеносфере и к образованию магматических камер, питающих эффузивный или интрузивный магматизм. Образующаяся в астеносфере магма имеет базальтовый состав, т.е. содержит больше кремнезема, чем исходное ультраосновное вещество. И только при еще более высокой температуре происходит переход в расплав большего процента мантийного вещества и образование магмы ультраосновного состава. Но такие условия были широко распространены лишь на ранних стадиях развития Земли, до 2,5 млрд. лет, — в архее, когда тепловой поток был значительно более высоким, чем современный.  Таким образом, астеносфера является главным источником магматической деятельности на Земле. Но магматические очаги возникают и в коре, и в литосферной мантии, они часто являются вторичными по отношению к астеносферным и играют подчиненную роль. Мантийные магмы имеют базальтовый состав; если они возникают за счет истощенной, деплетированной мантии. В случае, если магматические очаги образуются в недеплетированной мантии, они дают щелочные базальты, обогащенные некогерентными элементами. Коревые магмы имеют более разнообразный и более кислый состав. Широко распространены породы, образовавшиеся благодаря взаимодействию мантийных магм с коревым веществом; к ним относятся диориты, монцониты и др.  Астеносфере принадлежит ведущая роль и в горизонтальных движениях плит и пластин. Подъем поверхности астеносферы приводит к подъему литосферы, а в предельном случае — к разрыву ее сплочённости, образованию раздвига и опусканию. К последнему ведет отток астеносферы. Из двух оболочек, астеносфера является активным, а литосфера — относительно пассивным элементом. Их взаимодействием определяется тектоническая и магматическая «жизнь» земной коры.  Данные глубинного сейсмического зондирования показали, что в осевых зонах срединно-океанских хребтов, особенно на Восточно-Тихоокеанском поднятии, кровля астеносферы находится на глубине всего 3—4 км, т.е. литосфера ограничивается лишь верхней частью коры. По мере движения к периферии океанов толщина литосферы увеличивается за счет низов коры и верхов мантии и может достигать 80 — 100 км. В центральных частях континентов, особенно под щитами древних платформ, мощность литосферы измеряется уже 150-200 км, а в Южной Африке - 350 км. существуют трудность обнаружения астеносферы на глубинах более 150—200 км, хотя ее присутствие на лицо из-за изостатического равновесия. Причина того, что астеносферу не везде легко обнаружить, состоит в уменьшении контраста между литосферой и астеносферой как в отношении скорости распространения сейсмических волн, так и в отношении электропроводности. Зависит это от уменьшения содержания в астеносфере расплава; в пределе отличие астеносферы от литосферы может состоять лишь в аморфизации вещества. И все это определяется величиной идущего из недр теплового потока: чем выше этот поток и соответственно геотермический градиент, тем на меньшей глубине происходит переход от литосферы к астеносфере и тем мощнее оказывается последняя.