Brown & Mussett The Inaccessible Earth 03 Chapter (1119256), страница 5
Текст из файла (страница 5)
кирза. 4-875 % 3. ПЛОТНОСТЬ ВНУТРИ ЭЕМЛИ 14 000 11 000 10 ВВ Ь 0000 Я ВКВ В с 0000 0 1000 ЗХВ ЗВО 4000 0000 0000 Гэубина, км Рнс 3.11. Двадцать шпъ плотвоствых разрезов, вняыв„ прачем согласие с этямв рамкаын полуполучеввых с помешаю случайного процесса. чвлось случайно, Вертвбльнымп черточкамн на Эта очень небольшая Оыборка моделей, ясны- ограпвчпаающнх лнанях отмечены глубпвы, па таввых а ходе првыенышя анаерсвонаого ые- которых случайныы образом бмлн зыбрбшб така Монте Карло,довольно раапомерпо запел- зпачеввя У„У, и р. (1170Ь с разрешевня изнябт пространство между ограннчнаающвмн лв- дательстаа В1мт101,) н для калдого такого слоя по случайно выбранному разрезу были найдены значения р, У н Уг Следующим шагом было использование этой многослойной модели для вычисления оббцей массы н момента инерции Земли, большинства из надежно установленных периодов,собственных колебаний и времен пробега обьемиых волн для некоторого числа выбранных зпицентрапьных расстошшй (вычисление полного годографа потребовало бы чересчур расточительного расхода машинного времени).
Каждый из вьнвсленньп параметров сравнивался с наблюденными значениями; если расхо1кденне превышало ошибку наблюдений (обычно меньше 1%), соответствуюшве разрезы отбрасывалнсь и выбирались, опять же случанным образом, новые. Пресс испытал десятки миллионов моделей: только 27 из ннх прошли испытание. Эти модели (только для плотности) показаны на рис. 3.12. Насколько можно доверять этим моделам? Прежде всего надо отметить, что те де- 3. плотность внутри ЗЕМЛИ 51 140 13 !О 3000 3000 ЕХ10 Щфо Шсо Гвубиве, вя сятки миллионов моделей, которые были испытаны;зто все-такн липп малая доля из того множества моделей, которые можно было бы испытать. Пресс не указал, на сколько интервалов ои разделил разрешенный диапазон нв каждой глубвяе, но, очевндно, больше чем на 10 (рнс. 3.11). Дла 19 различных глубин зто дает более 10'е независимых моделей одной только плотности.
Таким образом, 27 моделей образуют всего лишь малую выборку возможных вариантов, поэтому их пенность зависит от того, в какой степени онн предстааителъны по отношению к полному набору. Об этом можно судить только по нх расхождению, и рнс. 3.12 показывает, что на большинстве глубин расхождение значительно меньше, чем позволяет взатый диапазон. Следователъно, представляется ееролшяым, что другие подходящие модели не будут сильно отличаться от полученных Рис. 3.!2. Двадцать семь удачных плотяостных разрезов, полученных с помощью метода' Моите-Карло 'Длв большинства глубин решения группируютсл довольно тесно, что позволяет предполопнть, что другие возможные, решеаив тааке не будут снпьно рвзличатьсв, Заметьте, однако, что ив яекоторых глубяавх получен- нме крявые касаютсл той илн явой ограничивающей ляния, что покюыввет, что выбранные пределы слишком узки.
Земетьте такие плохую сходимость решений, получеянмх для , плотности внутреннего ядра. (11761, с разрешения издательства Е1ютюг.) Вз 3. ПЛОТНОСТЬ ВНУТРИ ЗЕМЛИ раньше, за исвпочением зоны низких скоростей, где признанные удачнымн модели различаются значительно. Полученные Прессом результаты встречают и более серьезные возражения. На некоторых глубинах признанные удачными решения теснятся около ограничивающих линий, хотя Пресс и утверждал, что пределы были выбраны так, чтобы включить все предыдущие модели. По-видимому, па этих глубинах удовлетворительные модели могут выходить за выбранные рамки. Кроме того, если дейсвмивмльный плотносгиой разрез па некотором интервале идет, скажем, выше рамки, то, «эаставляяэ модель втискиваться в установленные пределы, мы, чтобы добиться нужного совпадения со значением общей массы Земли н с другими исследуемыми параметрами, «перемещаем» некоторую массу на другие глубины.
Таким образом, слишком узкие рамки на одной глубине приводят к ложным решениям н для других глубин. Имеются также возражения, касающиеся числа глубин, для которых выбираются значения, а также возражения против прнМенявшихся методов вычислений, видов испытаний и величин допускаемых отклонений. Критика такого рода высказана в работе Уортингто-, на и др. 12533, которые приходят тем не менее к выводу, что этот метод в пряиципе может дать объективные, непредвзятые результаты. Однако этому методу действительно присуще одно ограничение: чтобы сократить вреьоь необходимое для вычислений, до приемлемой величины, приходится пользоваться цриблюкепиями, такими, например, как определение плотности только на 19 глубинах, чего не требуется при других подходах.
3.7. Плепюсть как функция глубяцы: сеетевве проблемы. Прп попытках улучшить плотностпой разрез Земли специалисты исправляют существующие в настоящее время варианты в свете уточненных данных, т.е. ликвидируют известные расхождения. Один за другим появвпотся все более детальные разрезы, уточненные благодаря нсполъзованию более совершенной измерительной техники и улучшенных способов анализа записанных сигналов.
Постоянно совершенствуются данные о свободных колебаниах как в числе выделяемых типов колебаний„так н в точности установления вх периодов. На рис. 3.13 показана выборка из нескольких плотпостных разрезов, построенных сравнительно недавно. Главное, что надо отметить;зто то, что они мало отличаются один от другого, поэтому мы в какой-то степени можем доверять нашим представлениям о плотности на любой глубине. Это не значит, что остаицциеся неопределенности нам уже пеиатервяьь так как необходимы уточнения длв верхнвх 1000 км мантии, дла осйовапия мантии, а также для внутреннего ядра. В первом случае мы можем надеяться па то, что получим дополнительные сведения из других источннков, особенно пюхимиче ских, но наши знания о составе нниних слоев мантии и внутреннего ядра основываютса главным образом на данных об вх плотности. В последующвх главах мы опираемся на плотностной разрез Харта и др.
1991, предложенный в 1977 г.; он допускает иеупругое поведение мантии и удовлетворяет ограипченняьь положенным известными значениями общей массы Земли, момента инерции,, даннымп о свободных колебаниях и об объемных волнах. Этот разрез показан иа рис. 3,14 вместе с кривыми ускорения силы тяжести и давления, которые можно получить с помощью уракнепий (3,12) и (3.16). Кратное содержание. 1, Сейсмические скорости Ур и У„установленные с достаточной точностью для большинства глубин, зависят от плотности п двух модулей упругостя, ио найти эти три параметра нельзя без привлечения какого-то третьего соотношения между, ними.
Строгой закономерной свюи между этими параметрами не существует, поэтому х плотность внутри зимли 93 14 со ооо 0000 й С ихю о 4000 ШОО ВЮО 4000 ИЮО 0000 Гяуеене, зм Рис. 3.13. Выборка иедявнопредложеняыхплот- Харта н др. [99] учитывает неупругое новедевоствых разрезов дяя внутренних областей Зем- ние мантии Земля, (Взято вз упомянутых исЛв. ДОПУШЕНИЯ, ПРнввпяс я работах Пресса 1176] точнняов.) 1 — приблизительный диапазон удачи Вана 123б], ухэояны в тексте. Модель Бул- нь4х решений, прнвятмй Прессом (1970); 2-молена и Хэлдона (34] основапа на ураввенни лель НВ2 Буллева и Хэлдона (1970); 3-модель Адамса-йильямсовя, молвфвпаровавиом с уче- 43М2 Харта я др.
(1977); 4-модель Вава (1972). том данных о свободных юмсбвнвят.. Модель прн попытках определить плотность и другие параметры использузот различные допущения, жипнричожие соотношения нли же нх комбинации. 2. Применение модели простого сжатия под действием веса выпшлежащвх слоев показывает, что мантия не может быть однородной средой, в которой плотность возрастала бы только под давлением вышележащих слоев и существовал бы адиабатнческий температурный градиент. Вероатные областя отклонения от этой модели располагазотсв в мантии на глубинах между 100 и 1000 км, в основании мантии, вюпочая раздел мскду мантией и корой, и в переходной зоие от внешнего вдра х внутреннему (рис. 3.13). Неприменимость модели простого сжатия для большей части этих глубнн связана либо с изменениями состава вещества, либо с изменениями состояния, в том числе с фазовыми изменениями; в обоих случаях градиент плотности оказывается выше, чем в ре- $4 3.
ПЛОТНОСТЬ ВНУТРИ ЗЕМЛИ я й 12 ООО ч 1ПЮ й нн н й Осо й 1О Е Рис. 3.14. Плотность, давление и сила тяжести внутри Земли. Показаны полученные недавно оценки, принятие в этой книге. Давление я ускорение силы тяжести соответствуют модели С2 Андерсона а Харта 181, предложеняой О 1976 г., плотность соответствует моделя 14М2 Харта я лр. 1991„которая тесно аазала с моделью С2 я отличается от псе только тем, что учитывает псупругое, аяи пластичное, повеление маагян.
1 кбар ы м 1000 атм (1000кбар = 100 ГП а.— с г О 1ООО Гвзбннв, км Перев.). зультате одного только даяления яьппележашнх слоев, В лнтосфере н, Вероятно, а оснояании мантии большой сяерхаднабатический градиент может вызвать протнпоположный эффект, хотя я низах мантии малое возрастание сейсмических скоростей можно объяснить и иначе-изменением состава Вещества. 3. В более изощренных моделях используются различные подхода, признанные учесть самые надежные имеющиеся данные. Иногда эти моделя сосгаплены из допущений, различных для разных глубин. Такие модели не искшочают субъективных, пристрастных оценок; аяьтернатияный подход-применение метода Монте-Карло для решения обратных задач. Однако хотя этот метод и принципе можно считать беспристрастным, его практическая ценность ограничена необходимостью большого объема Вычислений.
4. Несмотря на Все оговорки, плотносзь известна в настоящее Время длл большинства глубин с такой точностью, которая накладывает жесткие ограничения па предполозгешш о сгютаяе вещества Глубины, где наши знания требуют наиболыпего уточнения;это верхние 1000 км мантии и зона перехода от Внутреннего ядра к внешнему. Книг14 реяомендуемьм дяя более деннмьного изучения Словарь геофазакн 1192, раза иэемля-рвспрсделснае плотаостян, «Моделя Земля, оспоаапнме яа данных сейсмологию>]. Об атклопсняих от модели простого сжатия под действием веса имшелсжашпх слоев Ь33, разя.
3.41. Журнояьные еянииьи, рекомендуемые двя более детавьного изучения Использоиапяс метода Монте-Карло 11751; дополпягельпмс подробяостя я решения 11771. Моделя распределеняя плогаоста, давления н ускорении сялм тяжести ио инутреялях областях Зсз нн Ь991. .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
