Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




18.10.2017





Яндекс.Метрика
         » » Общие данные геофизики и формирующиеся из них геологические выводы о строении земной коры

Общие данные геофизики и формирующиеся из них геологические выводы о строении земной коры

16.11.2017

Обобщение новейших геофизических и других данных о строении земной коры и вытекающие из них геологические представления нашли освещение в опубликованном в 1955 г. Геологическим обществом США специальном сборнике под названием «Земная кора» («Crust of the Earth»).

За последние годы в ряде других изданий опубликованы итоги геофизических исследований многих участков земной коры. На океанографическом конгрессе 1959 г. в США были доложены новейшие данные Райтта, Юинга, Пресса.

В результате больших усилий и материальных затрат в настоящее время в итоге геофизических исследований, основанных на изучении прохождения упругих волн, вызванных специальными взрывами, или на изучении сейсмических волн, вызванных землетрясениями, а также в результате изучения аномалий силы тяжести не остается сомнений в том, что скорости распространения упругих волн в земной коре различны; на этой основе выделены два типа коры — континентальный и океанический.

В земной коре повсеместно наблюдается поверхность раздела Moxoровичича, характеризующаяся некоторым скачком в увеличении скоростей упругих волн от 7 до 8 км/сек. Выявлено, что под современными континентами эта поверхность раздела проходит на глубине в среднем 30—40 км, а под глубоководной частью океанов — в среднем около 10 км, включая мощность столба океанической воды около 5 км.

Гутенберг в статье о скоростях распространения сейсмических волн в земной коре прежде всего отмечает, что под «корой» в отличие от многих геофизиков он понимает в сущности литосферу, включая в кору поверхность раздела Мохоровичича. Обобщая все еще недостаточный, по его мнению, материал по коре континентов, Гутенберг делает следующие выводы.

Под осадочными породами расположен слой, в котором скорость распространения продольных волн около 6 км/сек, а поперечных — около 3,6 км/сек. На этом слое скорость увеличивается по крайней мере до глубины 10 км. На глубинах между 10 и 20 км ни по отраженным, ни по преломленным волнам не виявлено границ разделов.

Вместе с тем Гутенберг отмечает, что при регистрации больших взрывов в Вайоминге (США), Южной Калифорнии и на юге ФРГ были обнаружены отражения от глубины между 20 и 25 км. Он считает, что эта глубина отвечает границе Конрада и что скорость продольных волн ниже границы Конрада 6,5—7 км/сек, а поперечных волн — 3,6 км/сек. Считается, что слой залегающий ниже границы Конрада, состоит из базальта; нижней его границей является поверхность раздела Мохоровичича.

Гутенберг отмечает, что о составе пород ниже поверхности раздела Мохоровичича нет единого мнения. Предполагается присутствие таких пород, как дунит пли перидотит, а Лис (Leis), в частности, предполагает возможность фазового перехода у поверхности раздела Мохоровичича. Ho при этом, по Гутенбергу, все равно следует объяснить, почему под океаном такой фазовый переход происходит па глубине около 10 км, а на континентах (под некоторыми высокогорными районами) — на глубине примерно 50 км. Гутенберг допускает возможность комбинированных эффектов для скорости прохождения упругих волн в связи с тем, что скорости, как это известно из, правда, недостаточных экспериментальных данных, с увеличением давления увеличиваются, а с увеличением температуры уменьшаются. На последнее могут накладываться другие уменьшения, связанные с приближением к тем глубинам, на которых может происходить фазовый переход вещества. Отсюда вытекает возможность сложной зависимости между скоростями упругих волн и глубиной, что особенно существенно для глубины от ±10 до 100 км и больше. На глубине 60—70 км в коре континентов скорость упругих волн снижается.

М. Юинг и Пресс на основе строго отобранных геофизических данных приходят к следующим выводам. Континентальная кора и подстилающая ее мантия одинаковы всюду, где бы они ни изучались. Столь же единообразна океаническая кора с подстилающей ее оболочкой. Вместе с тем авторы выделяют три типа аномальной коры, развитые в виде узких полос: а) горные цепи, как континентальные, так и подводные; б) островные дуги и глубоководные впадины; в) окраины континентов, не попадающие ни в океаническую, ни в континентальную часть земной коры. В частности, авторы пишут: «Во всех без исключения случаях установлено, что на больших площадях, занятых водным слоем мощностью меньше 1000 фатомов (1820 м), кора обладает типично континентальным характером, а при мощности водного слоя свыше 2000 фатомов (3640) она имеет типично океанический характер».

В области континентов кора имеет мощность 30—40 км, скорость упругих волн в ней: близ поверхности Vр=6,2 и Vs=3,6 км/сек; с глубиной скорость увеличивается: Vp до 7,05 и Vs до 3,8 км/сек. В породах подстилающей оболочки Vp=8,15 и Vs=4,7 км/сек.

Океаническая кора характеризуется тем, что поверхность раздела Мохоровичича проходит на глубине 10—11 км ниже уровня моря и «подстилается ультраосновным и породами (разрядка моя. — Г.А.) со скоростью продольных волн около 8,1 км/сек в пределах от 7,9 до 8,2 км/сек». Океаническая кора представляет слой основных (разрядка моя. — Г.А.) пород со скоростью в пределах 6,4-6,9 км/сек. Выше коры в океанах лежит неуплотненный или полууплотненный слой осадков мощностью меньше 1 км. Кора под Мексиканским заливом, Карибским и Средиземным морями, по цитированным авторам, относится скорее к океаническому, чем к континентальному, типу.

Из этих обобщений вытекает, что, несмотря на колоссальные напряжения в каждом отдельном участке коры, все возрастающие с глубиной, скорость продольных волн в континентальной коре мощностью до 40 км увеличивается всего от 6,2 до 7,05 км/сек.

Тейтл и Тьюв в статье «Сейсмические исследования континентальной коры» пишут: «В коре типичной структуры средняя скорость лишь слегка возрастает с глубиной на протяжении ее первых двух третей. В пределах третьей, нижней части коры скорость увеличивается быстрее, а может быть, и резче до тех пор, пока она не достигает 8 км/сек — характерной для верхней части оболочки. Увеличение скорости либо концентрируется в особой преломляюще-фокусирующей зоне в нижней части коры, простирающейся на глубину нескольких километров, либо происходит скачком, в пределах малой доли последнего километра глубины коры от значения 7 до 8 км/сек» (с. 64). Иначе говоря, скорости для гранитного слоя (6,2-6,4 км/сек) весьма мало отличаются от скорости в «базальтовом» слое океанической коры (6,4-6,9 км/сек по М. Юингу).

В кратких тезисах докладов, подготовленных к Международному океанографическому конгрессу 1959 г. в США, опубликованы основные выводы о состоянии наших знаний о строении земной коры по геофизическим данным.

Кардер в резюме к докладу о структуре коры под западной частью Тихого океана на основе изучения сейсмических волн от ядерных взрывов в районе атоллов Бикини, Эниветок указывает, что глубина залегания поверхности Мохоровичича здесь около 18 км и что под островами строение коры близко к континентальному.

Райтт и Шор в докладе «Тихоокеанская кора» указывают, что изучение сейсмических волн дает возможность создания четырехслойной модели коры со скоростями для отдельных слоев 2-5-6,8-8,2 км/сек. При анализе сейсмических волн наблюдаются колебания мощностей слоев, но исключительные случаи ассоциируются с такими топографическими особенностями дна, как подводные хребты и глубоководные впадины (желоба). Исследования таких аномалий приводят к удивительно сходным результатам. Средняя мощность океанической коры около 6 км, что благоприятствует установлению изостатического равновесия континентов и океанической коры. В этом, по авторам, причина наблюдаемой корреляции между глубиной дна и мощностью коры. В докладе «Тихоокеанские хребты и возвышенности» те же авторы отмечают, что сейсмические профили показывают структуру хребтов и возвышенностей, в общем не сходную ни с континентальной, ни с океанической корой. Восточно-Тихоокеанская возвышенность во многих местах имеет океаническую кору нормальной или меньшей мощности. Ho скорости в подстилающем материале ненормально низки для мантии. Хребет Тонга состоит из мощных осадочного и вулканического слоев, которые перекрывают океаническую кору нормальной мощности, но в подстилающем океаническую кору материале скорость продольных волн 7—7,8 км/сек. Гавайский хребет имеет ядро из материала со скоростью проходящих волн 6,75 км/сек. Ядро протягивается почти до уровня окружающего морского дна, и ниже дна моря кора с V=6,75 км/сек утолщается, раздел Moxo погружается (на какой он здесь глубине, не указывается. — Г. А.). Ta же картина, по авторам, наблюдается в Алеутском хребте.

Причины различия океанической и континентальной коры являются предметом научных дебатов. В США для решения этой проблемы разработан проект «бурения сквозь земную кору» в океане. В записке, обосновывающей проект, указывается, что никакими другими путями нельзя получить точные научные данные о составе, возрасте и физических свойствах мантии и глубинных породах коры. Там же говорится, что, «как полагают, Земля состоит из двух главных зон: ядра Ni+Fe и мантии из материала, подобного перидотиту. Пo полной уверенности в этом ни у кого нет. Выше мантии лежит шлакоподобное покрытие, сложенное более легкими породами (кора), и только эта последняя часть доступна непосредственному наблюдению».

В докладе дальше указывается, что сама природа границы Moxo — объект научных дебатов. Она может быть выражена или очень резким, или, наоборот, постепенным переходом. Существующие сейсмические методы не способны проникнуть в ее глубину больше чем на полкилометра приблизительно. Состав подстилающей мантии неизвестен.

С точки зрения выработки правильного подхода к интерпретации геофизических данных важны факты, касающиеся истории океанов.

В статье Полдерваарта, также считающего, что поверхность раздела Мохоровичича является границей между земной корой и ультраосновной подкоровой оболочкой, приводятся данные, относящиеся к океану. Он делает вывод, что гидросфера начала образовываться в начале геологической истории Земли. Ее образование связано с конденсацией водяного пара из древней атмосферы, с дегазацией глубин Земли, а также с растворяющей деятельностью воды при процессах выветривания и гидротермального изменения пород. Ему представляется, что факт роста гидросферы с течением геологического времени твердо установлен.
Полдерваарт приводит данные о балансе воды и минеральных веществ в океане: общий объем вод океана 1370*10в6 км3; общая масса веществ, растворенных в океане, 56-256*10в12 т. По Муррею, как пишет Полдерваарт, в год в океан вносится 4877*10в6 т новых растворенных веществ. Отсюда, если принять, что соленость океана с течением геологического времени повышалась от почти пресных вод до современной, то при имеющемся объеме вод и приведенном выше количестве ежегодно вносимых растворенных веществ современная концентрация растворенных веществ в Мировом океане могла образоваться за 12 млн. лет.

Следует отметить приводимые в этой же статье данные о современном равновесии водных масс. Общее количество осадков над океаном 297*10в3 км3, а общее испарение над океаном 384*10в3 км3. Ho над сушей, наоборот, осадки превышают испарение. Избыток осадков над испарением в области суши (37*10в3 км3) стекает обратно в океан, пополняя дефицит океанской воды, вызванный испарением.

В статье Полдерваарта приводятся данные Кюнена о том, что ежегодно в океан выносится в виде суспензии 12 км3 нерастворимых минеральных осадков. Распределение морских осадков в океане (по Кюнепу) выглядит так:

Полдерваарт, принимая среднюю мощность гемипелагических и шельфовых осадков равной 4 км, а пелагических осадков — 600 м (или 300 м твердого вещества), считает, что эти толщи накопились за время порядка 200 млн. лет.

Как показывают наши приводимые ниже расчеты, или оценка времени непрерывного отложения океанических осадков значительно завышена Полдерваартом, или все делаемые расчеты о переносе в океан осадков действительны только для современного периода, а в геологическом прошлом эти процессы протекали во много раз медленнее.

Действительно, общий объем шельфовых и гемипелагических (в терригенной их части) осадков равен 300*10в6 км3. По подсчетам Полдерваарта, на площади пелагических осадков в год отлагается около 0,8 км3 осадков. Следовательно, из привносимых, по Кюнену, ежегодно в океан 12 км3 суспензии 11,20 км3 осадков приходятся на долю гемипелагической и шельфовой областей. Уменьшив для простоты эту величину до 10 км3, получим, что общий объем осадков гемипелагической и шельфовой областей океана, равный 300*10в5 км3, мог отложиться за 30 млн. лет при средней скорости отложения 0,13 мм в год. Отложение же в шельфовой и гемипелагической областях океана ежегодно 10 км3 в течение 200 млн. лет привело бы к накоплению в этих областях толщи осадков мощностью свыше 20 км, что противоречит и геологическим и геофизическим данным. Приняв, исходя из сказанного, время накопления океанических осадков современного океана равным около 30*10в6 лет, получим, что 300 м (твердого вещества) в пелагической области могло за это время накопиться при средней скорости отложения 0,01 мм в год.

Принимая во внимание, что в приведенных расчетах учитывался лишь терригенный материал, приносимый реками, хотя доля участия вулканического материала, аутигенных минералов и остатков организмов в накоплении океанических осадков, несомненно, значительна, думаю, что скорость осадконакопления 0,01 мм в год ближе к истине, чем принимаемая Полдерваартом величина 0,0015 мм.

Следует также сказать, что большая часть современных геофизических данных в среднем показывает 900—1000 м мощности неуплотненных осадков в глубоководных частях океана. Можно принять, что эти величины отвечают 500 м твердого вещества. Исходя из предполагаемой выше скорости осаждения, равной 0,01 мм в год, возраст океана в современных его границах не может превышать 50 млн. лет; это, как увидим дальше, согласуется и с некоторыми другими данными.