Источники сведений о составе и строении тектоносферы

Существуют две главные группы методов изучения состава и строения земной коры и верхней мантии — геологические и геофизические. К геологическим относятся прежде всего полевые наблюдения. Они дают возможность непосредственно познакомиться на суше с породами верхней мантии и в немногих районах (Канадский и Западно-Австралийский щиты, Итальянские Альпы — зона Ивреа и некоторые другие) и нижней континентальной коры. В океанах, где земная кора много тоньше, чем на континентах, вдоль разломов она нередко обнажается полностью и из-под нее выступают породы верхней мантии. Они здесь доступны для драгирования (взятия образцов драгами), а также для прямых наблюдений с подводных обитаемых аппаратов. На суше известны древние аналоги океанской коры и верхов мантии — это так называемые офиолиты, выступающие на поверхность во внутренних зонах большинства складчатых систем. По ним мы можем судить об океанской коре геологического прошлого и частично о верхней мантии.

Ценные данные о составе нижних горизонтов коры и особенно верхней мантии дает изучение ксенолитов в базальтах континентов и океанских островов, а также включений в алмазоносных кимберлитах, поступающих с глубин до 150 км. Именно в последних были обнаружены такие минералы сверхвысоких давлений, как сам алмаз, а также коэсит и ступоверит. Научные сведения о составе и особенно физическом состоянии континентальной коры на больших глубинах дало бурение Кольской сверхглубокой скважины, достигшей глубины 12 261 м. В настоящее время по примеру начатого в нашей стране сверхглубинного континентального бурения аналогичная скважина бурится в Германии и проектируется бурение в США, Японии и Франции.

Строение и состав океанской коры были освещены бурением более 800 скважин в Мировом океане с американских судов «Гломар Челленджер» и «Джойдес Резолюшн». В этих исследованиях принимали и принимают участие и ученые нашей страны. Кроме того, буровое судно подобного типа строится в Николаеве, его пробное плавание было намечено на 1994 г. Глубоководным бурением особенно подробно изучен осадочный чехол океанов; консолидированная часть коры вскрыта на ощутимую глубину лишь единичными скважинами и пока нигде не пройдена полностью; этo составляет задачу дальнейших исследований по проекту глубоководного бурения.

Рис. 2.1. Разрез мантии Земли вдоль линии экватора, по данным сейсмической томографии (Дж. Вудхауз, Л. Дзевонский, 1984). Аномалии скоростей сейсмических волн — в процентах от «нормальных» значении, нарастающих с глубиной. На шкале верхние цифры для поперечных волн, нижние — для продольных

Рис. 2.2. Рельеф поверхности ядра Земли по данным сейсмической томографии (А. Морелли, А. Дзевонский, 1987). Изолинии проведены через 2 км

Как уже отмечалось, очень большая роль в изучении тектоносферы принадлежит геофизическим и прежде всего сейсмическим методам. Строение осадочного чехла крупных впадин на континентах и во внутренних и окраинных морях чрезвычайно успешно освещается сейсмостратиграфией, причем для привязки отдельных горизонтов к стратиграфической шкале достаточно редкой сети опорных, параметрических скважин. Для расшифровки строения коры в целом широкое применение нашло глубинное сейсмическое зондирование (ГСЗ), разработанное в СССР Г.Л. Гамбурцевым и его сотрудниками и основанное на использовании корреляционного метода преломленных волн. В дальнейшем в США был разработан и там же и в Западной Европе успешно применен для изучения тонкой структуры коры складчатых сооружений и фундамента платформ метод отраженных волн. В установлении положения кровли астеносферы с сейсмикой конкурирует метод магнитотеллурических зондирований, предложенный в СССР А. Н.Тихоновым.

Настоящим прорывом в мантийные глубины можно считать новое направление — сейсмотомографию, — заключающееся в компьютерном анализе прохождения сквозь всю толщу мантии, вплоть до границы ядра, сейсмических волн от многих тысяч землетрясений. Это позволило выявить в мантии, на разных ее глубинах, области повышенных и пониженных скоростей распространения сейсмических волн, которым, очевидно, соответствуют области уплотнения и разуплотнения мантии, ее охлаждения и разогрева (рис. 2.1). Тем самым было получено первое объективное подтверждение проявления конвекции в мантии (см. гл. 18), были обнаружены также неровности поверхности ядра (рис. 2.2).

Таким образом, к настоящему времени в распоряжении исследователей имеется уже целый арсенал геологических и геофизических методов, позволяющих раскрыть строение и состав тектоносферы. Тем не менее следует признать, что наши знания о составе нижней части континентальной коры и верхней мантии континентов и океанов все еще недостаточны.