В.А. Магницкий - Общая геофизика (скан) (1119281), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Получается так, что масса вещества на единицу площади, измеренная вплоть до некоторой глубины, приблизительно одинакова для всей поверхности Земли. Менее плотные, чем нижележащий субстрат, горы имеют в субстрате менее плотные корни. Наличие изостазии приводит к существенным особенностям строения наружных слоев Земли (рис. 1,3): земная кора как бы плавает в подстилающих мантийных породах. При реакции на короткопериодические колебания (секунды, часы, дни) мантия ведет себя, как твердое упругое тело, для медленных движений (>104 лет) вещество мантии течет, как жидкость. Средняя вязкость мантии — 10~З П.
ЗЕМНБ1Е НРИЛИВЪ| Приливы наблюдаются в океанах, атмосфере и в теле Земли. Именно приливы твердой Земли называются земными приливамн. Из-за приливообразующей силы, которая действует со стороны Луны (и в меньшей мере Солнца), происходят периодические колебания гравитационного поля Земли и уровня земной поверхности. Амплитуда приливов зависит от распределения упругих свойств в недрах планеты. Сравнивая наблюдаемые амплитуды с теоретически рассчитанными, мы контролируем данные об упругих свойствах Земли, полученные другими методами.
Недра Земли не являются идеально упругими, поэтому изучение приливов дает возможность изучать неупругость земных недр. Приливное трение тормозит вращение Земли и систематически увеличивает продолжительность суток. В системе Земля-Луна замедление вращения Луны ведет к увеличению орбитального момента количества движения Луны, в результате чего ее орбита расширяется и она удаляется от Земли.
Реальный масштаб изменений экваториального радиуса Земли составляет несколько десятков сантиметров. Приливообразующий потенциал И1 в произвольной точке А на поверхности Земли имеет вид и' = — ~' — ) Р„(сов г), п=2 (1.20) где г — угол, лучи которого из центра Земли направлены на точку А и на Луну, Я вЂ” радиус физической Земли, г — расстояние между центрами Земли и Луны. ГЛАВА 2 ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ТВЕРДОЙ ЗЕМЛИ ПО СЕЙСМИЧЕСКИМ ДАННЫМ СЕЙСМОЛОГИЯ И КЛАССИЧЕСКАЯ сейсмическАя мОдель земли При землетрясениях возникают и распространяются по всему объему твердой Земли низкочастотные упругие волны, называемые сейсмическими волнами.
Геофизическая наука, изучающая сейсмические волны, их источники — очаги землетрясений — и строение твердой Земли или ее отдельных оболочек, называется сейсмологией. Она возникла в начале ХХ столетия. Одним из основателей сейсмологии был русский физик и геофизик, академик Императорской Санкт-Петербургской Академии наук князь Борис Борисович Голицын (1862-1916). Поскольку вещество с различными плотностью и другими механическими характеристиками распределяется в Земле неравномерно, твердая Земля имеет слоистое строение.
Сейсмические методы дают наиболее точную и достоверную информацию о внутреннем строении Земли. Вскоре после начала инструментальных наблюдений были обнаружены три основных сгруктурных элемента внутри Земли: ядро, мантия (оболочка) и кора. Скорости распространения сейсмических волн зависят от плотности и модулей упругости горных пород. Упругие (или сейсмические) волны, возникая в толще Земли как 24 ~/ ~Х+И3й ~ю < где р, и ю — скорости продольных и поперечных волн, Х вЂ” модуль всестороннего сжатия„и — модуль сдвига, р — плотность.
Из этих формул видно, что скорость продольных волн выш- скорости поперечных волн (в среднем в 1,7 раза). Соответственно продольные волны регистрируются на сейсмограммах раньше поперечных. Поэтому продольные волны получили название первичных (рп'- шагу, Р), а поперечные — вторичных (зесопдагу, 5). Объемные сейсмические волны в буквальном смысле слова просвечивают нашу планету и, подобно рентгену, позволяют выявить внутреннее строение Земли без непосредственного проникновения в ее недра. Упругие сейсмические волны регистрируются сейсмографа ми, в зависимости от конструкции которых записывается либо смещение почвы, либо скорость смещения. Короткопериодные приборы (Т --1 с) используются для обнаружения объемных волн, а длиннопериодные (Т > 15 с) — для обнаружения поверхностных волн. .Источник сейсмических волн имеет обычно протяженность 10-100 км.
У микроземлетрясений он уменьшается до 1 км, а у катастрофических достигает 1000 км. При теоретическом рассмотрении он представляется "точкой*', которая называется фокусом или гипоцентром. 'Гочка на поверхности Земли — проекция фокуса по вертикали вверх— называется эпицентром. Большинство очагов землетрясений расположено иа глубинах менее 100 км, но известны землетрясения, происходящие на глубинах до 700 км.
Местоположение гипоцентра и эпи- иичеслая лчаяция Поеедхяоа» очаг 'рас 2 1. Схема гоаографа Т(о) (а) и схема распространения сейс ~ичвского лъ на (Р— радиус Земли, А — эпицентральное рассгонние) (61 обя,емные, порождают поверхностные волны, выходя на поверхность ;."-р.»вши или пересекая границы раздела. 'Объемные волны бывают двух типов: продольные и поперечные, Продольные являются упругими волнами сжатия, а поперечные— упругими волнами сдвига. Обьемные волны подчиняются законам еометрической оптики, отражаясь и преломляясь у поверхностей чездела, где их скорость изменяется. Скорости этих волн определякукся формулами центра землетрясений определяется по времени прихода сейсмических волн, Зависимость времени пробега Т от эпицентрального расстояния Л называется годографом (рис. 2.1, а). Для случая однородной Земли на рис.
2.1, б приведена схема хода сейсмического луча к сейсмической станции. Точка А на рис. 2.1, а определяет сейсмический луч, проходящий расстояние Л за время Т1. Пусть в точке А производная дТ/сИ равна Р . Задача сейсмологии состоит в том, чтобы перейти от графической зависимости Т(Л) к зависимости сейсмической скорости от радиуса и (г), так как информацию о внутреннем строении Земли дает распределение скоростей сейсмических волн по глубине. Ниже будет рассмотрен один из способов этого перехода.
Для определения координат очага необходима регистрация прихода волн на нескольких сейсмостанциях (не менее 4). Последние усовершенствования мировой сети сейсмостанций и применение ЭВМ значительно повысили точность определения очагов землетрясений. До 50-х гг. наибольшее число открытий в сейсмологии было сделано в результате измерений времени пробега объемных волн землетрясений. Предполагалось, что Земля обладает радиальной симметрией и поэтому можно использовать множество различных землетрясений, чтобы построить годограф волн Р и 5 для последовательного ряда возможных эпицентральных расстояний Л от 0 до 180 . Как уже упоминалось, Земля имеет ядро, мантию и кору.
Исторически первым было открыто центральное ядро Земли; в 1906 г, Олдгем обнаружил, что волны Р вблизи эпицентрального расстояния 180' приходят значительно позже, чем этого можно было ожидать (рис. 2.2), ж Ъ М ! сэ ! Рис. 2.2. Некоторые пути Р-волн, проходящих сквозь землю. Штриховые линии изображают слабые Р-волны, выходящие в зоне тени (по Гутенбергу, 1963) Рис. 2.3. Распределение скоростей волн Р и о внутри Земли по модели Джеф- фриса-Гутенберга иаа Оаа 1 Центр Земли 'Гакая задержка волн вызвана их прохождением через ядро с пониженной скоростью. Это открытие было затем подтверждено более детальными исследованиями.
Волны Р и Б наблюдаются до Л = 103 ., причем их скорость возрастает с глубиной по мере прохождения волны через оболочку (мантию) Земли. Между 103 и 142 волны обычно исчезают; создается "зона тени", От 142 до 180' появляется более поздняя волна Р, а волна 5 отсутствует. Из этого следует, что приблизительно на половине пути до центра Земли существует резкая граница раздела, ниже которой скорость волны Р внезапно уменьшается, а волна О исчезает. Известно, что поперечные волны не распространяются в жидкости, так как там модуль сдвига р = О, Следовательно, полученные результаты указывают на существование жидкого ядра, выше которого лежит оболочка, или мантия, Земли, вещество которой находится в твердом состоянии.
Глубину границы раздела чдро — мантия впервые определил немецкий сейсмолог Гутенберг в 1914 г. (2900 км), в связи с чем эта граница названа его именем. На границе Гутенберга ту скачком уменьшается от 13,6 до 8,1 км/с. Скорости попереч- Ф ных Волн 5 З соот- е ~~ ветственно уменьшаются от 7,3 км/с 1 1 до О (рис. 2.3). Плот- Ф Б-ео"-- ность в ядре возрас- ! ~3 тает от 5,5 (в оболочке) до 10 г/смЗ. и и т- Кора ,Инеи~нее 4~ о еннее и с~ Р хааа Вторая отчетливая поверхность раздела, на малой глубине, была Открыта югославским сейсмологом Мохоровичичем при изучении сейсмограмм землетрясений в Югославии 8 октября 1909 г., записанных на расстоянии нескольких сотен километров от эпицентра. На этой границе, получившей название Мохо, скачкообразно возрастают скоРости юр и и и плотность Р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
