В.Н. Жарков - Внутреннее строение Земли и планет (1119250), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Общество начало геофизические дискуссии в1917 году, основало журнал «The Geophysical Supplement to the Monthly Notices»в 1922 году, журнал «The Geophysical Journal» в 1958 году. По-видимому, я считался подходящим кандидатом на место Плюмианского профессора по этойпричине, но возможно также и потому, что я пытался построить теорию происхождения Солнечной системы, и потому, что вопреки бытовавшему в то времямнению я показал, что внешние планеты должны быть очень холодные. Этобыло немедленно проверено Кобленцом и Мензелом.
. . ». Гарольд Джеффрис.История жизни (в статье «Развитие геофизики», 1973 г.).ВВЕДЕНИЕ«. . . Науки, которые не родились из эксперимента, этой основы всех познаний, бесполезны и полны заблуждений. . . ».Леонардо да ВинчиИзучение внутреннего строения Земли и планет и их эволюции является одной из центральных задач современной науки. Водная и воздушная оболочкинашей планеты, как и твердая кора, являются вторичными продуктами развитияЗемли: все они выделились из недр нашей планеты на протяжении геологической истории.
Поэтому, чтобы лучше понять, как устроены эти три наружныеоболочки Земли, ученые изучают строение земных недр. Весь вопрос, грубо говоря, разбивается на два. Первый, более простой, — это собственно вопрос, какустроены недра Земли в настоящее время; второй, более сложный, — как былаустроена Земля раньше и какие изменения она претерпела за время своего существования, продолжительность которого составляет примерно 4.6 миллиарда лет.Важнейшей чертой геофизики — науки, использующей физические методыдля изучения Земли, — является то, что по необходимости большой объем работы приходится на теоретические методы, так как непосредственное проникновение в недра Земли невозможно.Нельзя, конечно, думать, что геофизика — чисто теоретическая наука.
Нет,геофизика как отрасль естествознания основана на экспериментальных геофизических данных, но все эти данные всегда косвенные. Только теоретическийанализ геофизических данных позволяет нам судить о тех или иных свойствахземных недр.9Само геофизическое исследование намного сложнее чисто физического исследования. Дело в том, что физик в лаборатории ставит эксперимент так, чтобы ему было удобно изучать ту или иную сторону рассматриваемого явления.Геофизик лишен такой «роскоши».
В геофизике большей частью экспериментставит сама природа. Так, сейсмические волны возникают при землетрясениях,а электромагнитные зондирования связаны с электромагнитными бурями в верхней атмосфере. Таким образом, геофизик должен дождаться события (землетрясения или электромагнитной бури), изучить сигнал, который возникает при рассматриваемом явлении, и изучить результаты прохождения таких сигналов черезпланету с тем, чтобы, проанализировав их, сделать необходимые выводы.
Этимиобстоятельствами и объясняется сложность геофизического эксперимента.Возникает естественный вопрос: а почему бы в геофизике не поставить такой же планомерный эксперимент, как это принято в физике? Действительно,в качестве источника сейсмических волн используем искусственный взрыв, расположим его в районе, где мы хотим провести работу, и разместим регистрирующую аппаратуру наиболее удобным образом. Так, собственно, и поступаютв сейсмической разведке полезных ископаемых, особенно в разведке нефти.Эти же идеи лежали в основе творчества академика Григория Александровича Гамбурцева (1903–1955), который стремился перейти от природного эксперимента к искусственному опыту.
Он предложил и развил метод зондированиянаружных слоев Земли с помощью сейсмических волн, генерируемых большими зарядами химических взрывчатых веществ (ГСЗ — глубинное сейсмическоезондирование), он также решил просвечивать очаговые зоны землетрясений спомощью искусственных взрывов с тем, чтобы выявить возможное изменение свойств этих зон и на этой основе предсказывать землетрясения. Незадолго до своей кончины Г.А.
Гамбурцев предложил Ю.П. Булашевичу (нынечл.-корр. АН СССР) рассмотреть вопрос о разработке механических источниковвозбуждения сейсмических волн (вибросейс). Все эти три начинания сейчас получили широкое развитие. По мере роста энергопотенциала нашей цивилизациимы сможем постепенно перейти к глобальному искусственному экспериментув геофизике. Пока же искусственный эксперимент позволяет изучать тольконаружную кромку Земли. Энергия, выделяемая при землетрясениях, во многотысяч раз превосходит энергию искусственных взрывов (в том числе и ядерных)и позволяет прозондировать всю Землю в целом.В этой книге предпринята попытка сравнительно популярно рассказать о различных аспектах комплексного геофизического поиска.
В связи со сложностьюгеофизического поиска ученые стремятся использовать все возможности, чтобыполучить информацию о земных недрах. Геофизическое исследование всегдакомплексное, т.е. ведется одновременно различными методами.10В наше время полное представление о геофизике невозможно составить,если рассматривать исследования Земли изолированно от исследования планет. По существу, сейчас становится все более очевидным, что ни один понастоящему глубокий и принципиальный вопрос, касающийся строения и развития Земли, не может быть решен без привлечения данных о Луне и планетах,метеоритах и астероидах, полученных в последнее время.
Поэтому вторая частькниги посвящена строению планет и Луны.ЧАСТЬ IСТРОЕНИЕ ТВЕРДОЙ ЗЕМЛИГлава 1СЕЙСМОЛОГИЯ«Сейсмология сложилась позднее большинства физических наук. Сейчас так же трудно представить сейсмолога без его основногоприбора — сейсмографа, как и астронома безтелескопа. Между тем телескоп был построеноколо 1600 г., а первые эффективные сейсмографы — между 1879 и 1890 гг.».Чарльз Ф. Рихтер,«Элементарная сейсмология».1.1.Классическая сейсмическая модель ЗемлиДжеффриса – ГутенбергаДолгое время сейсмология, одним из основателей которой является русскийфизик и геофизик академик Борис Борисович Голицын (1862–1916), была наукой о землетрясениях и сейсмических волнах.
В настоящее время сейсмологиязанимается измерением и анализом всех движений, которые регистрируютсясейсмографами на поверхности твердой Земли. День и ночь около тысячи сейсмических станций, расположенных в различных пунктах земного шара, регистрируют дрожание земной поверхности, обусловленное различными причинами. На Земле имеется заметный сейсмический фон, или шумы, а волны отземлетрясений и больших взрывов, которые могут быть использованы в научных целях для исследования строения Земли, записываются на фоне этих шумов.
Сейсмический шум связан, с одной стороны, с работой промышленностии транспорта, а с другой стороны, с микросейсмами — сейсмическими волнами,которые генерируются штормами и беспрерывным волнением в океанах.12По сравнению с Землей Луна — идеальный объект для сейсмических исследований. Это обусловлено тем, что на Луне нет атмосферы, океанов и промышленности, а соответственно и сейсмических помех. В связи с этим чувствительностьсейсмометров, установленных на Луне, исключительно высока и приближаетсяк своему теоретическому пределу, составляющему несколько десятков ангстремсмещения почвы.При землетрясении из ограниченной области под поверхностью Земли излучаются упругие колебания — сейсмические волны. Область, из которой излучаются сейсмические волны, называется очагом землетрясения.
Очаг расположенпод поверхностью Земли, и его размеры равны нескольким километрам. Сейсмические волны — это, по существу, низкочастотные звуковые волны в твердойупругой Земле. Они делятся на объемные и поверхностные. Объемные волны бывают двух типов — продольные и поперечные. Продольные волны — этоупругие волны сжатия, а поперечные волны — упругие волны сдвига. Распространение объемных волн в упругой Земле подобно распространению световыхлучей в оптических средах.Продольные и поперечные сейсмические волны, в отличие от поверхностных волн, распространяющихся вдоль земной поверхности, пронизывают весьобъем (все тело) нашей планеты.
Поэтому.они названы объемными волнами.Они в буквальном смысле слова просвечивают нашу планету и, подобно рентгеновскому анализу, позволяют выявить внутреннее строение Земли без непосредственного проникновения в ее недра. Скорость продольных волн в 1.7 разабольше, чем скорость поперечных волн. Соответственно они регистрируются насейсмограммах раньше и называются первичными, или волнами P, поперечныеволны именуются вторичными (волны S).1 Скорости объемных волн выражаются через модули упругости (K — модуль сжатия, μ — модуль сдвига) и плотностьρ среды в данной точке простыми формулами, известными из элементарногокурса физики:K + 4μ⎷3 — продольные волны,(1)vP =ρ√μ— поперечные волны.(2)vS =ρЕсли бы скорости сейсмических волн P и S в Земле были постоянными и независели от глубины, то сейсмические лучи представляли бы собой прямоли1 Обозначениясейсмических волн P и S берут свое начало от английских слов primary —первичные и secondary — вторичные.131210Зона тени81820166421E46Время в минутах228101214161820Рис.
1. Пути P-волн, их время распространения в недрах Земли. Сечение Земли показывает пути сейсмических P-волн, излучаемых из очага землетрясения, расположенногонепосредственно под эпицентром (точка E). Прерывистые линии (изохроны) указываютвремя прихода P-волн в различные точки земной поверхности в минутах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
