Геологи не имеют возможности определять строение Земли прямыми методами. К настоящему времени самая глубокая скважина проникла вглубь всего на 12,2 км. А науке нужны методы непрямого исследования недр.
В конце 19 века итальянец Джузеппе Меркалли (Giuseppe Mercalli) предложил идею измерения строения Земли через регистрацию изменения скорости прохождения сейсмических волн при землетрясениях. На тот момент уже существовали сейсмографы, способные регистрировать распространение колебаний в земной коре.
Такие сейсмоволны бывают продольными (Р- волны) и поперечными (S - волны). Особенность поперечных волн в том, что они не распространяются в жидких средах. Кроме того, важными оказались и волны отражения.
В итоге разными исследователями были зафиксированы границы, в которых происходил резкий скачок скорости прохождения сейсмоволн. Стало понятно, что Земля - неоднородная структура, состоит из некоторых надёжно фиксируемых слоёв.
В 1909 году хорватский геофизик Андрий Мохорович установил наличие границы, где скорость продольных и поперечных сейсмоволн возрастает скачкообразно на 10-15 %. Такая граница располагается на разных глубинах: 5-10 км под океанами и 20-90 км под континентальной корой и зеркально повторяет рельеф на поверхности. Принято считать, что этот раздел является условной границей между литосферой и мантией. Понятно, что на такие глубины никто не копал и проверить чем обусловлен такой скачок, невозможно.
В 1925 году австрийский геофизик Виктор Конрад установил наличие некой границы в континентальной земной коре, где скорость сейсмоволн резко возрастает с 6 до 6,5 км/с. Стали считать, что эта граница между нижней и верхней корой, там, где граниты переходят в базальты. В теории континентального дрейфа и литосферных плит считалось, что это главное отличие континентов - гранитная кора "плавает" на базальтовой (только в конце 20 века выяснилось, что теоретики от геологии крупно ошиблись и слоя базальтов под гранитами нет).
Также на глубинах 10-20 км (океаническая кора) и 100 - 400 км (континентальная кора) был замечен слой несколько пониженных скоростей S - волн (на 4-5%). Это дало основание предположить, что этот слой несколько расплавлен. Это упомянутая в предыдущей статье астеносфера. Считалось, что слой является источником мантийной конвекции, которая приводит в движение континентальные плиты. Сейчас основным источником конвекции считается наружное ядро и нижний слой мантии, где рождаются мантийные плюмы и куда опускаются континентальные плиты. А в теории Ларина "расплавление" астеносферы происходит за счёт скопления водорода.
Мантия Земли по традиционным представлениям - всплывшие лёгкие силикаты при дифференциации вещества планеты. По гидридной теории мантия состоит из металлов - в основном кремния и железа. Они образуют металлосферу.
Что интересно, в нижней мантии происходит аномально низкий рост скорости сейсмоволн. Это аномально для силикатов, но характерно для металлов при давлениях выше 400 кбар. По теории Ларина именно металлы составляют большую часть мантии. Силикаты это лишь верхняя её часть.
Кремний при высоком давлении и температуре приобретает металлические свойства. При давлении 0,5 ГПа он уплотняется в 2 раза и его плотность на глубинах 1200 км достигает 4,66 г/ см³. Это полностью соответствует плотности мантии по современным моделям.
Ниже мантии, на глубине 2900 км была определена ещё одна граница. Принято считать, что это граница ядра Земли. Долго считали, что всё ядро Земли жидкое - в нём не проходят S -волны. Только в начале 1930-х годов Инге Леманн, датский сейсмолог-новатор, нашла особую породу Р-волн, которые показали, что ядро не было полностью жидким. Эти волны прибывали под углами, которые были бы возможны только в том случае, если бы они отскакивали от чего-то плотного. К 1936 году она пришла к выводу о существовании твёрдого внутреннего ядра, диаметром 2400 км.
В настоящее время сейсмические исследования помогают находить в недрах Земли все "доказательства" теории литосферных плит.
Но это всё теории. Первый звоночек о том, что фантазии геологов не следует выдавать за чистую монету прозвенел ещё на Кольской сверхглубокой скважине.
Достигнув 7000м глубины, геологи добурились до той самой границы Конрада, где происходил скачёк скоростей сейсмоволн между гранитами и базальтами и..... базальтов там никаких не было. Те же самые гранитоиды прослеживались по всей глубине шахты до 12 тыс. км.
"Геологический прогноз разреза скважины не оправдался. Картина, которая ожидалась на протяжении первых 5 км, в скважине растянулась на 7 км, а дальше появились совсем неожиданные породы. Прогнозируемых на глубине 7 км базальтов не нашли, даже когда опустились до 12 км.
Ожидали, что граница, дающая наибольшее отражение при сейсмическом зондировании, - это тот уровень, где граниты переходят в более прочный базальтовый слой. В действительности же оказалось, что там расположены менее прочные и менее плотные трещиноватые породы - архейские гнейсы. Такого никак не предполагали. И это принципиально новая геолого-геофизическая информация, которая позволяет по-другому интерпретировать данные глубинных геофизических исследований" (Осадчий А., «Кольская сверхглубокая»).
Причина изменения скорости сейсмоволн оказалась в увеличении порового и ультрапорового пространства. Породы вглубь Земли не всегда уплотняются! Геологам пришлось срочно переделывать модель строения планеты. Вот так, при первом же прямом наблюдении оказалось, что геологи крупно ошиблись. Так может быть и остальные трактовки данных тоже неверны? А на них основываются современные доказательства плитотектоники. Находя отдельные зоны с изменёнными скоростями волн, геологи тычут в них пальцем - вот погружающиеся плиты, вот слэбы, вот плюмы, вот утопленные континенты.
Я же считаю, что все аномальные сейсмические зоны - следствие неравномерного распределения компонентов мантии и зоны скопления водорода. Как показано в предыдущей статье, скорость распространения сейсмоволн в разных оксидах, силикатах и металлах очень разная и достаточно немного добавить другого компонента, как получим те самые 1-2% изменения скорости сейсмоволн.
Есть исследования, в которых измеряется скорость прохождения сейсмических волн в главных породах коры и мантии - гранитах, пироксенитах, габбро и др.
В работе "Velocities of southern Basin and Range xenoliths: Insights on the nature of lower crustal reflectivity and composition" ( Tom Parsons , 1995) оказалось, что скорость сейсмоволн в габбро слишком мала, а в пироксените слишком велика, потому геологами был сделан вывод о некой смеси этих субстанций в нижней коре. Но для нас интересен сам факт того, что скорости разных компонентов различаются, причём очень даже значительно. Пусть в работе представлены значения до глубин в 35 км , но видно, что при увеличении давления показатели хоть и выходят на ровные линии, но скорости РАЗНЫЕ.
У габбро скорость прохождения сейсмоволн колеблется от 6,1 до 6,7 км/сек, у перитотитов от 6,9 до 7,3 км/сек. Получаем возможные отклонения в скорости прохождения сейсмических волн +/- 10...15 % просто из-за разных соотношений компонентов, а при небольших давлениях эта разница становиться просто огромной и даже небольшие примеси могут сильно изменить скорость. Напомню, что все свои геотектонические модели недр геологи строят по отклонениям скоростей сейсмоволн на пару процентов.
Мы не можем "пощупать" породы на глубинах в десятки и сотни км и сказать точно от чего зависит именно такая скорость прохождения волн - от температуры, пористого состояния, давления, наличия примесей или от самого химического состава.
продолжение следует...
