Геофізичні методи вивчення внутрішньої будови Землі

Геофізичний напрямок поєднує так звані непрямі методи, які базуються на вивченні фізичних параметрів Землі – електропровідності, розподілу сили, ваги та ін. Ці методи дозволяють говорити про стан неоднорідностей усередині Землі практично без обмежень глибини досліджень. Однак, дані геофізичних методів припускають різні тлумачення і з глибиною їх надійність зменшується. Проте геофізичні методи – це поки єдина можливість одержувати відомості про те, що відбувається усередині Землі. Багато цікавих даних геофізики одержують шляхом вивчення швидкостей поширення пружних коливань – сейсмічних хвиль.

Одним з найважливіших методів є сейсмічний (грец. «Сейсмос» - коливання) метод, заснований на вивченні природничих землетрусів і штучних землетрусів, що викликаються вибухами або ударними вібраційними впливами на земну кору. Цей розділ геофізики називається сейсмологією. За допомогою сейсмічних методів відбувається пошук газонафтових структур і інших родовищ, виявляється багато деталей геологічної будови окремих ділянок земної кори. Принципи сейсмічних досліджень покладені в основу глибинного сейсмічного зондування (ГСЗ), яке застосовується для вивчення внутрішньої будови Землі.[17]

Сейсмічні хвилі проходять крізь Землю при землетрусах, падінні метеоритів, ядерних і звичайних вибухах. Час приходу сейсмічних хвиль до спостерігача та їх інтенсивність фіксуються приладами – сейсмографами, головною деталлю яких є спеціальний маятник. Сейсмічні коливання в земній корі збуджують три види сейсмічних хвиль – поздовжні, поперечні і поверхневі.

Поздовжні поширюються у всіх середовищах - твердих, рідких і газоподібних, а поперечні - тільки в твердому середовищі.

Знаючи, з якою швидкістю поширюються хвилі в пісках, глинах, гранітах, базальтах і інших породах, по часу їх проходження «туди і назад» можна визначити глибину залягання порід, що розрізняються по щільності.

Вогнища землетрусів розташовуються на різних глибинах від приповерхневих (близько 10 км) до найглибших (до 700 км), простежених в розломних зонах по окраїнах Тихого океану. Виникаючі у вогнищі сейсмічні хвилі як би просвічують Землю і дають уявлення про те середовище, через яку вони проходять. В осередку (або фокусі) виникають два головних типи хвиль:

1) найшвидші поздовжні Р-хвилі (тобто первинні-primary);

2) більш повільні поперечні S-хвилі (тобто вторинні - secondary).

При поширенні Р-хвиль гірські породи відчувають стиснення і розтягнення (зміщення частинок середовища вздовж напрямку хвилі). Р-хвилі проходять в твердих і рідких тілах земних надр. Поперечні S-хвилі поширюються тільки в твердих тілах, і з їх розповсюдженням пов'язані коливання гірських порід під прямим кутом до напрямку поширення хвилі. При проходженні поперечних хвиль пружні породи підлягають деформації зсуву і кручення. Крім того, виділяються поверхневі L-хвилі (тобто довгі - long), які відрізняються складними синусоїдальними коливаннями уздовж або близько земної поверхні. Реєстрація приходу сейсмічних хвиль проводиться на спеціальних сейсмічних станціях, обладнаних записуючими приладами - сейсмографами, розташованими на різних відстанях від вогнища. Таке розташування сейсмостанцій дозволяє судити про швидкість поширення коливань на різних глибинах, оскільки до більш віддалених станціям приходять хвилі, що пройшли через більш глибокі шари Землі. Запис сейсмографом приходу хвиль називається сейсмограмою. [18]

Реальні швидкості сейсмічних хвиль залежать від пружних властивостей і щільності гірських порід, через які вони проходять. Зміни швидкості сейсмічних хвиль чітко показують на неоднорідність і розшарування Землі. Про різних верствах і стані речовин, їх складають, вказують заломлені і відбиті хвилі від їхніх граничних поверхонь.

На підставі швидкості поширення сейсмічних хвиль австралійський сейсмолог К. Буллен розділив Землю на ряд зон, дав їм буквенні позначення в певних усереднених інтервалах глибин, які використовуються з деякими уточненнями до теперішнього часу. При дослідженні внутрішньої побудови нашої планети частіше всього проводять візуальний нагляд природніх і штучних оголень гірських порід, буріння скважин і сейсмічну розвідку.

Сейсмічний метод дає можливість проникнути на більшу глибину. Штучно збуджуючи хвилі на поверхні Землі шляхом вибухів, сейсмологи фіксують час, за який відбиті хвилі повернулися назад. Для цих цілей застосовується прилад-самописець - сейсмограф.

Створюючи вибухом хвилю штучного землетрусу, люди стежать за швидкістю її проходження через різні верстви. Знаючи ці швидкості і простежуючи їх зміни, вчені можуть визначити щільність залягання породи. Цей метод отримав назву сейсмозондування і допоміг заглянути всередину Землі.[19]

У свою чергу магнітометричний метод здійснює дослідження геологічної будови земної кори, що базуються на вивченні магнітного поля Землі, полягає у виявленні й вивченні магнітних аномалій, які виникають внаслідок неоднакового намагнічення гірських порід.

Гравіметричний метод базується безпосередньо на дослідженні щільності земної кори, що створюють аномалії в гравітаційному полі Землі. Даний метод використовується для вивчення будови земної кори, пошуку і розвідки родовищ.

В цілому ж дослідження глибини внутрішньої будови Землі вивчається головним чином геофізичними методами: сейсмічним, гравіметричним, магнітометричним, що дає можливість одержувати відомості про те, що відбувається усередині Землі.

 

ВИСНОВКИ

Земля має в першому грубому наближенні форму сплюснутої кулі (екваторіальний радіус дорівнює 6377 км, полярний — близько 6355,5 км, середній — 6371 км) і складається з декількох оболонок. Ці шари можуть бути визначені або їх хімічними або їх реологічними властивостями. Наукове розуміння внутрішньої будови Землі базується на спостереженнях топографії і батиметрії, спостережень гірських порід у відслоненнях, зразках піднятих на поверхню з великих глибин в результаті вулканічної активності, аналізі сейсмічних хвиль, які проходять крізь Землю, вимірюванні гравітації областей Землі та експериментах з кристалічними твердими тілами при тисках і температурах, характерних для глибоких надр Землі.

Будову Землі можна класифікувати за двома принципами: за механічними властивостями, такими як реологія, або за хімічними властивостями. Механічно вона може бути розділена на літосферу, астеносферу, мезосферу, зовнішнє ядро та внутрішнє ядро. Хімічно Землю можна розділити на земну кору, мантію та ядро.

Земна кора - верхня оболонка Землі, потужність якої змінюється від 6-7 км під глибокими частинами океанів до 35-40 км під рівнинними платформними територіями континентів, до 50-70(75) км під гірськими спорудженнями (найбільші під Гімалаями й Андами).

Мантія Землі, що поширюється до глибин 2900 км. У її межах по сейсмічним даним виділяються: верхня мантія - глибиною до 400 км і - до 800-1000 км; нижня мантія - до глибини 2700 з перехідним шаром - від 2700 до 2900 км.

Ядро Землі, що підрозділяється: на зовнішнє ядро - в межах глибин 2900-4980 км, перехідну оболонку - від 4980 до 5120 км і внутрішнє ядро - до 6971 км.

Вивчення внутрішньої будови нашої планети проводиться геологічними та геофізичними методами. Геологічні методи засновані на вивченні природних оголень гірських порід, буріння свердловин. Вивчення будови Землі вивчається головним чином геофізичними методами: сейсмічним, гравіметричним, магнітометричним. Важливим є сейсмічним метод, який базується на реєстрації швидкостей поширення в тілі Землі поздовжніх і поперечних хвиль, спричинених землетрусами або штучними вибухами. За сейсмологічними даними Земля побудована з декількох сфер, які відрізняються не тільки швидкостями проходження сейсмічних хвиль, але й складом та фізичними властивостями.

Такими є основні уявлення про будову Землі, що склалися до дійсного часу.