Внутреннее строение Земли

Узнать, что находится в самых недрах нашей планеты, кажется, - задача, если не невозможная, то очень трудная. Тем не менее, современные геологи (а именно геология, не география, изучает внутреннее строение Земли) утверждают, что внутри планеты находятся ядро и мантия, а на поверхности планеты - земная кора. Более того, они с уверенностью описывают свойства и характеризуют глубину этих составных частей нашей планеты. А свойства их примерно следующие:

Земная кора: единственная из этих трёх частей, сомневаться в существовании которой нам не приходится. Она расположена на самой поверхности Земли и покрывает её целиком. 3/4 коры затоплены морями и океанами, тем не менее, там на дне - тоже земная кора. Под океанами кора тоньше и местами может доходить всего до полукилометра. На континентах она значительно толще и может достигать 70 километров. Более подробно о ней говорится в теме "Земная кора и её виды".

Мантия: расположена под земной корой. Её глубина порядка 2900 км, а температура около 2000°С. Мантия делится на две части: верхнюю и нижнюю. Это принципиально, так как верхняя - твёрдая, а нижняя - расплавленная, жидкая. Поэтому верхняя мантия вместе с земной корой образуют литосферу, то есть твёрдую оболочку Земли.

Ядро: его температура доходит до температуры поверхности Солнца и составляет до 5000°С. Оно также делится на две части и представлено внешним - жидким ядром, толщиной около 2200 км и внутренним - твёрдым, имеющим радиус 1250 км. Ядро состоит из тяжёлых химических элементов, таких как железо. Железное ядро создаёт магнитное поле вокруг Земли. Благодаря ему, поверхность и ближайшее пространство вокруг планеты защищено от большей части солнечной радиации.

Откуда же мы знаем обо всём этом? Ведь никто никогда не видел ни мантию Земли, ни её ядро!
О существовании плотного ядра догадался ещё Исаак Ньютон. Дело в том, что средняя плотность Земли - 5,51 г/см3. У горных пород, залегающих на поверхности, она меньше. Следовательно, внутри наша планета плотнее, чем снаружи.
Свидетельством того, что в недрах находится горячее, расплавленное вещество, конечно же, являются вулканы. Они же помогают узнать о составе горных пород из глубин планеты. Замечательным является и тот факт, что от поверхности Земли повсеместно на каждые 100 метров с глубиной температура повышается примерно на 3°С.
Казалось бы, самый простой способ изучения земных недр - это начать копать и бурить планету. Действительно, людям удалось соорудить шахты и скважины глубиной до нескольких километров. Самая глубокая из них была сооружена в Советском Союзе на Кольском полуострове, от чего получила название Кольская сверхглубокая скважина. Её глубина составляет 12 262 метра. В наши дни скважина заброшена, так как бурение на таких глубинах требует огромных денежных затрат. Аналогичный проект по бурению дна Мирового океана создавался в Соединённых Штатах, однако, также был остановлен из-за нехватки финансирования.

Так как бурение Земли в наши дни сопоставимо с затратами на покорение космоса, этот способ придётся оставить. Тем не менее, разве не может быть метода взглянуть внутрь планеты, ничего не разрушая и не копая? Заглянуть внутрь так, как это делается с помощью рентгена или магнитно-резонансного томографа? И такой способ есть. Землю даже не нужно облучать рентгеновскими лучами, всё значительно проще, потому что геологам помогает, по большому счёту, обычный звук. Известно, что в разных средах (газ, жидкость, твёрдое тело) звук распространяется с разной скоростью. Остаётся только изучить скорость распространения звуковых волн от достаточно сильного их источника. Конечно, таким источником может послужить любой сильный взрыв. Но геологам обычно не нужно ничего взрывать, потому что на Земле происходит достаточное количество извержений вулканов и землетрясений, гул от которых распространяется по всей земной коре.
Оказывается также, что, вообще говоря, эти волны от природных катаклизмов в литосфере, которые называются сейсмическими, бывают разных видов.
Во-первых, это самая быстрая волна, которая и связана со звуком от взрыва. Такие волны называются p-волны. P-волны распространяются, как и обычный звук, во всех средах. Они не деформируют вещество планеты.
Во-вторых, это волны деформации вещества, по этой причине, это более медленные волны. Они запаздывают после p-волн и называются s-волны (shear waves - сдвиговые волны). Деформируется только твёрдое вещество, поэтому главная полезная нам для изучения недр Земли их особенность - неспособность s-волн двигаться в жидкости.

Датчики, которые фиксируют сейсмические волны называются сейсмографы. Для изучения внутреннего строения Земли остаётся только собрать с них данные и изучить, с какой скоростью волны от взрыва приходили в разные точки планеты и приходили ли вообще. Поэтому с изобретением сейсмографа в середине 19 века и начинается эпоха открытий в области внутреннего строения планеты. Бено Гутенберг (немецкий, а позже американский сейсмолог - не путайте с первым книгопечатником) в конце того же столетия обращает внимание на тот факт, что s-волны от взрыва или извержения вулкана никогда не фиксируются на большой площади в противоположной части планеты, формируя s-волновую тень. Вывод: внутри планеты находится жидкое ядро, которое и не пропускает s-волны. Учёный рассчитал и глубину ядра, составившую 2900 км. Граница между ядром и мантией носит название раздел Гутенберга.

P-волны также преломляются ядром Земли, ведь в веществах разной плотности у них разная скорость и угол отклонения. Поэтому ядро отклоняет и их, а на поверхности Земли формируется также p-волновая тень. Она имеет форму бублика или буквы О. Поскольку p-волны проходят сквозь жидкость и газ, то они проникают сквозь ядро на другую сторону планеты, а p-волновая тень - лишь результат их своеобразного преломления расплавленным ядром. И вот в первой половине 20 века датский сейсмолог и геофизик Инге Леманн обнаружила, что в p-волновой тени есть небольшой участок, куда всё-таки проникают p-волны. А это означало, что в самом центре планеты находится твёрдое ядро, преломляющее волны таким образом. Глубина твёрдого ядра была определена и составила 5200 км, а граница между жидким и твёрдым ядром получила название раздел Леманн.