2.Жердің ішкі құрылысы, зерттеу әдістері

Жердің ішкі құрылысын зерттеу геологияның негізгі міндеттерінің бірі. Жердің жоғарғы қабаттарын тікелей бақылау 2-3 км тереңдікке дейін ғана мүмкін. Шахталардың тереңдігі 4 км-мен шектеледі, өте терең бұрғылау ұңғылары 10-12 км-ге жетеді. Одан терең Жердің ішкі құрылысын геофизикалық әдістер арқылы білеміз.

Қазіргі уақыттағы бар мәліметтер Жер бірнеше қабаттардан (геосфералардан) тұратынын дәлелдейді.

Жүз жыл бұрын 1897 ж. Геттинген универстетінің профессоры Э. Вихерт Жер қабаттасып темір ядродан, тасты мантиядан және жер қабығынан тұрады деп өз пікірін айтты.

1909 ж. югослав геофизигі А. Мохоровичич Загреб қаласы маңындағы жер сілкіну кезіндегі сейсмикалық толқындардың таралу ерекшеліктерін бақылау барысында 50 км тереңдікте жер қабығы мен мантияның айырық бетін анықтады. Кейінірік айырық беті әр түрлі тереңдікте айқындалды, оған Мохоровичич деңгейі, немесе Мохо (М) деген атау берді.

1914 ж. неміс геофизигі Б. Гутенберг 2900 км тереңдікте ядро мен мантияның айырық шегін анықтады, бұл шекара Вихерт-Гутенберг деңгейі деп аталады.

1925 ж. В. Конрад Жер қабығының әр түрлі қабаттарының аралығынан континенттерде ғана кездесетін сейсмикалық шекараны анықтады (Конрад деңгейі).

1936 ж. Дания ғалымы И.Леман радиусы 1250 км Жердің ішкі ядросы бар екенін дәлелдеді.

20 ғасырдың бірінші ширегінде Э.Вихерт (1910-1911 ж.ж) Б.Б. Голицын (1912ж.), Б. Гутенберг (1926ж.) жер қабығының астында ерекше созылмалы, тұтқырлығы төмен дәрежелі қабаттың болу мүмкіндігі туралы өз пікірлерін айтты. Бұл қабатты американ ғалымы Дж. Баррел (1914 ж.) астеносфера (осал, әлсіз) деп атауды ұсынады.

1914 ж. американ петрографы Р.Дели Жер қабығының моделін анықтады. Оның айтуы бойынша Жер қабығы шөгінді, гранит және базальт қабаттарынан тұрады және де гранит қабатының сипаты үзілмелі болып мұхиттар астында кездеспейді. Р. Дели материктердің базальт қабатының бетімен жылжу мүмкіндігін ұйғарды.

Жердің анықталған массасы 5,98.10²⁷ г және көлемі 1, 083.10²⁷ см³ оның орташа тығыздығын белгілеуге мүмкіндік берді – 5,52 г/см³. Жердің жоғарғы қабаттарының тығыздығы 2,5-2,9 г/см³ болуына қарай тереңдеген сайын заттың тығыздығы өсуі ықтимал, осыған байланысты Жер тығыздығына сәйкес қабаттарға бөлінген.

Жердің құрылысын дұрыс түсіну үшін геофизиктер арнайы моделдер құрады. Белгілі геофизик В.Н. Жарков Жер моделіне мынадай сипаттама береді: модель «біздің планетамыздың қимасы ретінде бейнеленеді, онда тереңдеген сайын негізгі параметрлердің-тығыздық, қысым, салмақ күшінің үдеуі, сейсмикалық толқындардың жылдамдығы, температура, электр өткізгіштігі өзгеру жағдайлары көрсетілген» (Жарков, 1983). Австралия ғалымы К. Буллен (1961 ж.) және Б. Гутенбергтің жобалары қазіргі күндегі ең таралған үлгі болып саналады.

Жер қойнауының құрылысын сипаттайтын ең басты үш параметрі (тығыздық, қума және көлденең толқындардың жылдамдығы) тереңдеген сайын өзгерістерге ұшырайды, кейде олар кенет өзгереді. Осы күрт өзгерестердің тереңдігі Жер затын қабаттарға немесе геосфераларға бөлетін айырық шектерді айқындайды. Қазіргі уақытта оншақты айырық беттері белгілі, олардың ішінде негізгісі екеу: Мохо деңгейі континенттерде 35-70 км, мұхиттарда 5-12 км тереңдіктерде және Вихерт-Гутенберг деңгейі 2900 км тереңдікте орналасқан. Бұл шектер Жерді үш басты геосфераларға бөледі – жер қабығы, мантия және ядро.

Жер қабығы (А қабаты) – ең жоғарғы қатты қабат, төменгі геосферадан Мохоровичич деңгейімен шектелген. Бұл шекте заттың химиялық құрамы және тығыздығы өзгереді, сейсмикалық толқындардың жылдамдығы кенет өзгереді (қума толқындар 6,8-7,8-тен 7,9-8,2 км/с-ке дейін).

Мантия Мохо және Вихерт-Гутенберг деңгейлерінің аралығын қамтиды. Сейсмологиялық мәліметтер бойынша жоғарғы (В қабаты), ортаңғы (С қабаты) және төменгі (Д қабаты) мантия белгіленеді.

Жоғарғы мантия Жер қабығы астында орналасқан бөлікті және астеносфера (Гутенберг қабаты) қамтиды. 400 км тереңдікте ортаңғы мантиядан айырық бетпен шектеледі, бұл деңгейде сейсмикалық толқындардың жылдамдығы 7,9-дан 9,0 км/с-ке дейін кенет өседі, заттың тығыздығы 3,5-тен 3,8 г/см³-ге дейін өседі.

Ортаңғы мантия (Голыцин қабаты) төменгі мантиямен 700-км тереңдікте шектеледі (кейбір деректер бойынша 950-1000 км), заттың тығыздығы 4 г/см³-ден асады. Бұл айырық беттен төмен қарай сейсмикалық толқындардың жылдамдығы бір қалыпты өседі, қума толқындар 9-11,4-тен 11,4-13,6 км/с-ке дейін, көлденең толқындар 5-6,4 тен 6,4-7,3 км/с-ке дейін жетеді.

Төменгі мантия (Д қабаты) 2900 км-ге дейінгі аралықты қамтиды. Айырық беті айқын, бұл деңгейде қума толқындардың жылдамдығы кенет 8,1 км/с-ке дейін кемиді, ал көлденең толқындар ядродан өтпейді.

Ядро Жердің орталық бөлігін қамтып оның көлемінің 17 %-ін, массасының 33 %-ін құрастырады. Жер ядросы сыртқы (Е қабаты) аралық аймақ (F қабаты, 5000-5200 км) және ішкі ядроға (G қабаты) жіктеледі. Сыртқы ядро мен аралық аймақ бойымен көлденең толқындардың өтпеуіне байланысты олардың заты балқыған сұйық деген пікір бар. Ішкі ядро Жердің өзегін қамтиды, оның радиусы 1250 км. Ішкі ядрода қума толқындардың жылдамдығы 11,4 км/с көлденең - 3,4-3,6 км/с. Осыған байланысты ішкі ядро заты қатты күйде деуге болады, тығыздығы 13 г/см ³ –ге жетеді.

Жердің ішкі құрылысы туралы қазіргі мәліметтер оның қалың қабатты айналмалы шар (жер қабығы және мантия) ретінде қарастыруға мүмкіндік береді. Оның сұйық затпен толтырылған ішкі қуысында (сыртқы ядро) кішігірім шар тәрізді субъядро орналасқан (Монин, 1977). Жүйенің орталығынды ішкі ядро тарту күштерінің әсерімен ұсталып тұр, оның мантиямен салыстырғанда басқаша айналуға мүмкіншілігі бар. Қазіргі ұғымдар бойынша осы құбылысқа байланысты (динамо-механизм) Жердің геомагниттік өрісі пайда болады.