Brown & Mussett The Inaccessible Earth 02 Chapter (1119255), страница 2
Текст из файла (страница 2)
приложение 1) математические выражешпь позволяющие получцть график зависвмости скорости от глубины путем обращения годоя)лцба (рнс. 2.4,е)-кривой, хара«теризующей время пробега сейсмических волн. Однао прежде всего рассмотрим, как в течение многих лет кропотливого анализа многш записей землетрясений были построены точные и детальные графики зависимости времени пробега сейсмических волн от расстоянии Процесс начинается с того, что где-то происходит сильное землетрясение и волны от него приходят на сейсмические станции, разбросанные по всему миру.
Следующий шаг-выделить приход одних и тех же волн в запнсвх различных станций, поскольку кроме упомвиавшихся уже Рч Я- и поверхностных волц существует множество других лучей, отраженных и (или) преломленных внутри Земли; некоторые из вих показаны на рис. 2. ВклАД сейсмОлОгии 25 40 и и 'и о и 10 60 120 100 Эпннпнтрппьння угеп Ь, град (01 1е) 2.5,а. 13аметим, однако, что зги «мешающие» отраженные и преломленные волны имеют важное значение для совершенствования наших знаний об изменении скорости волн во внутренних областях Земли.) И все-таки нам неизвестно ни место, ни время землетрясения. Их можно оценить, только сравнивая записи разных станций: ближайшая к очагу землетрясения станция запишет его волнъг раньше всех и с наибольшей амплитудой.
Тщгим образом можно построить грубые, приближенные годографы для Р- и Б-волн. Когда это будет сделано, мы сможем использовать уже более точный метод оценки времени землетрясения и расстояния от его очага по разности времен прихода Р- и 5-волн. На рис. 2.5,б видно, как зта разность связана с расстоянием между сейсмической станцией и местом землетрясения (расстояние выралгено через зпицентральный угол Ь). Таким обраюм, время и расстояние Рнс. 2.5.
Выбранные сейсмвческне лучи н соответствующие нм годографы. а-в мантии, где скорость в общем случае с глубиной возрастает, лучи нзгнбвются н отходят от вертнквлн. Те луча. которые достигают ядра, либо отражаются обратно в мантию, либо преломляется н входят в ялро, где скорость ннже. Заглавными буквами обозначается н тнп волны, н та часть Земли, через которую зтп волна проходит. Обознвченне К относится к продольной волне, проходящей через ядро, буквой с обозначается отражение от ядра. Лучи могут испытать гораздо больше отрвженнй н преломлений, чем показано на рисунке; б-соответствующие голографы. Ня практике, конечно, схема а выволнтся нз графиков б, а не наоборот 1182, 1!01. 26 Х ВКЛАД СЕЙСМОЛОГИИ Рнс.
2.б. Определенне места землетрясения. По промежутку времени от прихода Р-волны к сейсмической станции до прнхода 5-волны (см. рнс. 2,2) мовшо установвть, всходя из годографов этих воли (рнп 2.5,6). расстояние до очага землетрясения. Еслы подобные наблюдения проведены на нескользжх станцнях (б~ -Бч1 то место землетрження определяется по пересечению дуг, проведенных вокруг этих станцнй, как показано нв рисунке. Расхождение засечек указывает на ошибку в годографах н может быть использовано дла нх поправления счыпнваются с топографа Одной сташвв недостаточно, чтобы указать место землетрясения; мозно определить только расстояние до него.
Но по ыесколним станцвям место землетрясения засечь уже можно, как это показано ыа рве. 2.6. Если годограф (рыс. 2.5) построеы неточно, то вместо одного пересечения поянытся весколько задачек, в фвгуру годографа можно будет уточнить, так чтобы расхождение было сведено к мыпвмуму. Одно землетрясепые дает только отдельные значения ыа годографе, соответствуюшые расстояниям до записавших его станций.
Чтобы постровть почтв непрерывные кривые, такие, как ыа рыс. 2.5, необходимо в течение многих лет записывать землетрясения, провсходяпше ао всем мире. Подобный синтез непрерывного топографа по мыогым землетряспшипн возможен только потоыу, что Земля обладает сфервческой сныыетрвей высокой степени (с поправкой ыа экваториальное вздутые, обусловленное вращеывем) (см. равд.
3.3.1). Н» сегодняшний день время пробега сейсмических волн прв полной его продолжытельвостн около 20 мнв определяется с точностью до нескольких секунд. Большая часть остающнхся невязок обусловлеыа неоднородностями в недрах Землы (равд. 8.9). Правыла, по которым годографм обращаютса в скоростные разрезы-графики заавсимосты скоросты Р- в Ю-волн от глубины, изложены в првложеныв 1 в конце книгы. В ыастолщее время к этим правылам добавшпотся в другие„представляюпшн собой более сложный в совершенный метод проб ы ошибок.
По ыайдеввому скоростному разрезу рассчитываются для разлвчыых эпыцеытральыых углов времена пробега, которые сраввываются с наблюденными временамы, Затем для лучшего согласия вычисленных н наблюденных звачеывй скоростной разрез уточыяетса в ходе вепрерывыого итерационного пропоешь Дти дополыытельпой проверкв выбранных зависимостей скорости от глубины исвользуются годографы более сложных трасс волн, такых, как Рср в РКРРКР (рыс. 2;э).
2.3. Сейсывчесвве еверосгв в стрпевве Земле. На рис. 2.7 показав одвв ыз последыых скоростных разрезов с ыекоторымв варваытаыы длк адра, поскольку здесь имеется значительная неопределенность. Важнейшей особенностью этого разреза является резкое умеыыпеыые скорости Р-волн ыа глубвые 2900 км, сопровождающееся всчезвомнием Я-волн.
Это тот самый раздел, который, по определению, служыг гранвцей между мантией в ядром. Отсугсгвые $-волы позволяет сделать вывод, что внешнее ядро жидкое: поперечные волынь как мы выделы н равд. 2.1, ые могут проходвть через жидкосп Резкое уменьшевые (ге ыа гравыце ядро-мантия приводит к тому, что лучи, вюдящве в ядро, преломляются тазам образом, что путь ых распространения приближается к еергннкалц в результате чего Р-неллы не попадают ыа земную поверхность н зоне между 103 в 142' от места землетрясенвш, в так называемой зоне шенн, показанной ыа рве. 2.8.
Од- 2 вклад снйсмологии 27 14 Д1 ° 12 $10 ю „е й 9 О 3, Рнс. 2.7. Завяснмость сейсмической скорости от глубвны. а- один нз последних вариантов скоростного разреза для всей Земли 1991. Будущие уточнения окюкутся, вероятно, небольшнмн, за исключением, возмовво, учасука перехода внутреннее ядро - внешнее ядро; 6-некоторые варианты скоростного разреза земного ядра, показывающие степень неопределенностн на участке перехода внутреннее ядро-внешнее .
ядро. (Крнвая 4(иеффрнса взята нз 4-го издавна его кннгя 1! 101; крввая Болта перечерчена нз'журнала Хашге 1192 с разрешения компания Масщуйап Уопгпа(а Ыд,; кривая Адамса н Рэущалла 12) приводятся с разрешения Сейсмологнческого общества Америки.) 1000 2000 2000 4000 Геубене, ем $10 4000 ОООО Геубене, ем ' Из-эа свльвмх предомляющах свойств внутреннего ядра.— Прим. ред.
нано это не полная тенуч на основании чего г-жа Леманн в 1936 г. высказала првдположенне о существовании внутреннего ядра, в котором гр возрастает на значнтельную величину, а лучи отклонщотсл от нормали на больший угол' и, таким образом, попадают в зову тени (лучи Е и Р на рпс.
2.8.). До сих пор неизвестно, какую именно форму имеет переход от внешнего ядра к внутреннему, хотя и ясно, что так или нначе там должно происходить возрастание 1;. На рис. 2.7,б приведены некоторые предполсженнв на этот счет. Причина такой неопределюности отчасти состоит в том, что лучи, прежде чем досупчь внутреннего ядра, должны проделать долгий путь, и поэтому они ослабевают, а отчасти в том, что любые ошибки в скоростном разрезе верхних частей Земли затушевывают детали, относщциеся к границе внутреннего ядра. Существует одна особенность, обпгад для всех предложенных вариантов скоростного разреза: переход от внешнего ядра 28 2 вклад сийсмологии нет Рис. 2.8. Выбранные лучи Р-волн и зона тени от ядра.
Показаны лучи (А — Н), исходящие из источника под различными углами, постепенно становящимися круче. Луч С касается ядра, а луч, немного более крутой, преломляется в вдро и выходит в точке С'. На участок С(У не попадали бы никакие лучи, если бы внутреннее ядро не отклоняло некоторые лучи в зту зону тени (небольшал долл сейсмической энергии все-таки достигает поверхности и пельше точки С вследствие дифракпии; см.
рис, 8.20 (182)). к внутреннему никто не изображает в виде единого раздела, и поэтому мы говорим о зоне перехода (Дальнейшее обсуждение этого вопроса читатель найдет в гл. 1 книги Джейкобса (1083.) Длительное время считали, что возрастание Гр может быть связано с тем, что внутреннее ядро твердое, так как если модуль сдвига р отличается там от нуля, то это объясняет увеличение )в по отношению к внешнему ядру, где р равно нулю (уравнения (2.2)). Расчеты периодов собственных колебаний Земли (равд. 2.5) подтверждали предположение о твердом состоянии внутреннего ядра, но более непосредственным доказательством служило бы выделение Я-волн, однако сделать этого не удавалось до 1972 г.
(1163. Вопрос о существовании твердого внутреннего ядра важен, например, для понимания конвекции в ядре, без которой не обойтись, по всей вероятности, при объяснении природы магнитного поля Земли (гл. 6). Обратимся теперь к мантии. Скорость в ней в общем растет с глубиной, однако в верхних 1050 км мантии на этот постепенный рост накладывается сериа скачков.
В гл, 3 и 7 мы отождествим их с фазовыми изменениями, обусловленными тем, что высокое давление способствует переходу минералов в более плотные фазы с ббльшими значениями модулей упругости. Имеются также данные о существовании переходной зоны в основании мантии: сейсмические скорости растут там медленнее, чем в областях над этой зоной. Другая важная особенность скоростного разреза мантии-понижение скорости на глубинах от 60 до 250 км, в так называемой зоне низких скоростей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
