Граница мохоровичича это кратко

Обновлено: 02.07.2024

Уже к началу 1960-х годов внутреннее строение Земли было хорошо исследовано с помощью сейсморазведки. Однако теоретических знаний было недостаточно, и учёным нужны было практические экспериментальные данные, которые должны были подтвердить теоретическую модель строения земной коры. Главной целью считалось достижение переходной границы между слоем земной коры и мантией (так называемая граница Мохоровичича).

Граница Мохоровичича - это нижняя граница земной коры, отделяющая земную кору от мантии, на которой происходит скачкообразное увеличение скоростей продольных и поперечных сейсмических волн. Плотность вещества также возрастает скачкообразно.

К 1990 году бурильщики достигли глубины в 12 262 метра. Частые обрывы бура приводили к откатам в глубине бурения, приходилось начинать снова с 7000 метров. (2 из 4)

Например, в 1984 году произошёл обрыв буровой колонны. Шахту зацементировали, а бурение пришлось возобновлять с глубины 7000 м. Каждый следующий обрыв всё больше разветвлял каналы скважины. (3 из 4)

По расчётам, земная кора на Кольском полуострове имеет толщину 20 км и, теоретически, возможно было добраться до верхней границы мантии Земли.

Первых результатов, которые перестали согласовываться с теоретическими моделями, достигли уже на глубине 5000 метров. Слоистая структура породы отличалась от представления учёных: например, осадочный слой земной коры был на 2 км толще, чем предсказывали геологи. Примерно с глубины 5 км начался гранитный слой, который должен был быть тонким (2-3 км), и за ним должны были располагаться базальты. Однако даже на глубине 12 км базальтов не обнаружили… Температурные аномалии тоже не вписывались в рамки теорий. Так, на глубине в 12 км температура достигала 180-200 градусов Целься вместо ожидаемых 100 градусов.

Научные прорывы, которые сравнимы с открытиями нобелевских масштабов, тоже имели место быть. Так, на глубине 6 км были обнаружены микроскопические окаменелости планктона, которые никто там обнаружить даже в своих фантазиях не планировал, так как возраст этих пород более трёх миллиардов лет. Это перевернуло представление о времени зарождения жизни на земле. Получается, что жизнь зародилась спустя 500-800 миллионов лет после образования Земли, что совершенно не укладывалось в ранее существовавшие модели эволюции.

Образцов грунта (керна) получено достаточно много. Например, образцы керна с глубины 3-4 километров соответствовали по своему составу образцам лунного реголита, доставленного советскими автоматическими станциями. Это отразилось в научном сообществе разработкой модели ударного формирования Луны. (1 из 2)

Не каждый день обнаруживаешь доказательство зарождения жизни на 1,5 миллиарда лет раньше предполагаемого срока.

На глубине в 8 км были обнаружены скопления природного газа, свободного водорода, и даже следы нефти. Это сильно подкосило теорию об образовании нефти и газа исключительно в осадочных породах.

Никаких следов живых организмов на глубине 8 км обнаружено не было, что впервые поставило вопрос о неорганическом образовании углеводородов.

Кольская сверхглубокая скважина после развала СССР стала объектом международного исследования. Так, в 1992 году группа международных исследователей, состоявших из учёных Шотландии, Норвегии, США и России, провела геофизический эксперимент по получению отражённого сейсмического разреза земной коры через скважину.

В 1995 году проект официально был прекращён из-за недостатка финансирования.

Учитывая результаты советских учёных, немецкие специалисты разработали новый бур, способный выдерживать температуру 250-300 градусов Цельсия.

Но на глубине 9,1 км температура была более 260 градусов Цельсия, что тоже не вписывалось в современные теории. Более того, на достигнутых глубинах слои горных пород не были твёрдыми. Вместо этого в буровую скважину прорывалось большое количество жидкости и газа.

Кольская сверхглубокая скважина стала известна в народе не за свои научные открытия, а из-за различных легенд и мистики, которые ей приписывали. Что только ни придумывали про эту Кольскую сверхглубокую: начиная с того, что трос бура кто-то постоянно дергал и отрезал, и заканчивая криками грешников на рубине 12 км, которые учёные, якобы, зафиксировали с помощью микрофона. А недавно даже фантастический фильм про неё сняли (наверно хайп словить решили).

Сегодня никто уже не знает, что мы там можем обнаружить. Особенно после загадочного взрыва внутри скважины, который не нашёл научного объяснения.

Однако добраться до мантии так никто и не смог. Цель не достигнута, а жаль.

Но не стоит отчаиваться. Возможно, всё ещё впереди.

Программа нацелена на попытку пробурить в океанском дне скважину глубиной в 7 километров и достичь границы Мохоровичича.

В 2012 году удалось пробурить скважину глубиной в 2111 метр под морским дном у японского полуострова Симокита, установив при этом ещё и рекорд морского глубинного бурения – 6960 метр.

С 2017 года ведётся проработка перспективных мест будущего бурения и их изучение. Работы по достижению верхнего слоя мантии должны начаться к 2030 году. Слишком много ранее неизвестных данных приходится учитывать, чтобы повысить вероятность успешности проекта. Стоимость научной программы уже превысила 500 миллионов долларов США.

В 2018 году прошёл слух о закрытии проекта бурения скважины по причине сложных геологических условий работы на такой глубине. Пробурено тогда было 3262,5 метра ниже морского дна (глубина океана 1939 метров). По состоянию на 2021 год известно, что ведутся исследования для дальнейшей работы.

Так что лучший способ достигнуть мантии Земли – это международная кооперация, потому, что осуществлять столь сложные и дорогостоящие проекты одному государству уже невыгодно.

Между тем, аномальные температурные градиенты, обнаруженные учёными на сверхвысоких глубинах, дали пищу для размышления о том, каким образом её можно использовать.

Так зародилось идея Петротермальной энергетики, которая использует естественное тепло земной коры и её пород.

Наша планета состоит из трех основных частей (геосфер). В центре расположено ядро, над ним простирается плотная и вязкая мантия, а самым верхним слоем твердого тела Земли является довольно тонкая кора. Граница между корой и мантией носит название поверхности Мохоровичича. Глубина ее залегания неодинакова в разных регионах: под континентальной корой она может достигать 70 км, под океанической – всего около 10. Что же собой представляет эта граница, что мы знаем о ней и чего не знаем, но можем предполагать?

Обратимся для начала к истории вопроса.

Открытие

Начало XX века было ознаменовано становлением научной сейсмологии. Череда мощных землетрясений, имевших разрушительные последствия, способствовала систематическому изучению этого грозного природного явления. Начались каталогизация и картирование очагов инструментально зафиксированных землетрясений, стали активно исследоваться особенности сейсмических волн. Скорость их распространения зависит от плотности и упругости среды, что дает возможность получить информацию о свойствах пород в недрах планеты.

Открытия не заставили себя ждать. В 1909 г. югославский (хорватский) геофизик Андрия Мохоровичич обрабатывал данные по землетрясению в Хорватии. Обнаружилось: сейсмограммы таких неглубоких землетрясений, полученные на удаленных от эпицентра станциях, несут два (или даже более) сигнала от одного подземного толчка – прямой и преломленный. Последний свидетельствовал о скачкообразном (с 6,7—7,4 до 7,9—8,2 км/с для продольных волн) увеличении скорости. Ученый связал это явление с наличием некоторой границы, разделяющей слои недр с различными плотностями: расположенную глубже мантию, вмещающую плотные породы, и кору – верхний слой, сложенный породами более легкими.

В честь первооткрывателя поверхность раздела коры и мантии получила его имя и уже более ста лет известна как граница Мохоровичича (или же просто Мохо).

Плотность пород, разделенных Мохо, меняется также скачкообразно - с 2,8—2,9 до 3,2—3,3 г/см 3 . Практически нет сомнений в том, что эти различия свидетельствуют о разном химическом составе.

Однако попытки добраться непосредственно до подошвы земной коры до сих пор не увенчались успехом.

Проект Mohole – начало через океан

Кольская сверхглубокая – просверлить континент

И поныне ее рекорд не побит. Самая глубокая научно-исследовательская и самая глубокая вертикальная скважина была заложена в 1970 году, работы на ней велись с перерывами по 1991 год. Проект имел множество научных и технических задач, часть их была успешно решена, добыты уникальные образцы пород континентальной коры (суммарная длина кернов составила свыше 4 км). Кроме того, в ходе бурения был получен ряд новых неожиданных данных.

Прояснение природы Мохо и установление состава верхних слоев мантии значились в числе задач Кольской сверхглубокой, но скважина до мантии не дотянулась. Бурение замерло на глубине 12262 м и более не возобновлялось.

Современные проекты – все-таки через океан

Несмотря на дополнительные трудности, возникающие при глубоководном бурении, современные программы планируют достичь границы Мохо именно через дно океана, поскольку земная кора здесь существенно тоньше.

Нам остается только подождать, и, если все пойдет хорошо, в 2020 году наука будет, наконец, иметь в своем распоряжении кусочек мантии, добытый из самой мантии.

Дистанционные исследования прояснят свойства границы Мохоровичича

Поскольку до сих пор невозможно непосредственное изучение недр на глубинах, соответствующих залеганию коро-мантийного раздела, представления о них базируются на данных, полученных геофизическими и геохимическими методами. Геофизика предоставляет в распоряжение исследователей глубинное сейсмическое зондирование, глубинное магнитотеллурическое зондирование, гравиметрические исследования. Геохимические методы позволяют изучать фрагменты пород мантии – ксенолиты, вынесенные на поверхность, и породы, внедренные в земную кору в ходе различных процессов.

Итак, установлено, что граница Мохоровичича разделяет две среды с разной плотностью и электропроводностью. Считается общепринятым, что эта особенность отражает химический характер Мохо.

В настоящее время известно, что граница подвижна, она даже может разрушаться при крупных тектонических процессах. На определенном уровне давления и температуры она формируется вновь, что говорит об устойчивости этого феномена земных недр.

Зачем это нужно

Интерес ученых к Мохо не случаен. Помимо большого значения для фундаментальной науки, весьма важно прояснение данного вопроса и для прикладных областей знания – таких, как опасные природные процессы геологического характера. Взаимодействие вещества по обе стороны коро-мантийного раздела, сложная жизнь самой мантии оказывают определяющее воздействие на все, что происходит на поверхности нашей планеты – землетрясения, цунами, различные проявления вулканизма. А лучше понимать их – значит, точнее прогнозировать.

Глобальная карта границы Мохо (в км от поверхности Земли)[1]

Граница (поверхность) сейсмического раздела Мохоровичича

Тонкая граница Мохоровичича (Мохо) имеет огромное функциональное значение для планеты Земля.

В настоящее время, с помощью данных, полученных с европейского спутника GOCE, итальянскими учеными с высоким разрешением создана глобальная карта границы Мохоровичича. Карта показывает, что данная граница распространяется под всей поверхностью Земли.

Граница Мохоровичича – это тонкий слой (прослойка) из пепла. Данный слой образовался и продолжает нарастать от электроразрядных процессов (молний), которые непрерывно пульсируют в верхней мантии.

Находясь под огромным давлением слой пепла, спрессовался и при пропускании сейсмических волн ведет себя как монолитное, твердое вещество. Изменение скорости волн в зоне Мохо обусловлено изменением плотности и изменением модулей упругости спрессованного пепла и пограничного вещества.

Данный слой, несмотря на малую толщину, выполняет несколько важнейших функций в недрах Земли: 1) смазка, 2) гидроизоляция, 3) изоляция – электрическая, 4) теплоизоляция. Разберем эти функции подробней.

Граница Мохо. Смазка

Здесь следует подчеркнуть одну деталь, что граница Мохо в некоторых местах выражена нечетко, ее физические параметры могут изменяться по вертикали постепенно в интервале нескольких км. В данном случае граница Мохо изменяет свое местоположение из-за температурного градиента. Там где слой магмы прирастает к коре граница Мохо уходит вглубь Земли. Там где слой коры сдирается, там граница Мохо приближается к поверхности.

Таким образом, граница Мохо постоянно прокладывается между аморфной (текучей) и затвердевшей магмой. Этот раздел может проходить между средами разного химического состава, либо являться фазовой границей между средами одного химического состава.

Граница Мохо. Изоляция электрическая

В силу того, что зола является изолятором, то в момент движения магмы, на границе Мохо и мантии возникает поляризованная зона атомов. Разделенные электрические заряды накапливаются до критического состояния, точки электрического пробоя, (молнии). Всякий пробой (движение электрических зарядов в проводнике) порождает (индуцирует) магнитное поле вокруг проводника. Сумма магнитных полей всех единичных молний индуцирует глобальное магнитное поле Земли! [3].

Граница Мохо. Гидроизоляция

А был ли вулканический пар?

Еще один неразрешенный вопрос: откуда столько водяного пара выделяется из жерлов вулканов? Кто поливает на раскаленную магму и из какого водного бассейна?

Снова перейдем к логике физических рассуждений. Предположим, что вода каким-то образом попала в мантию, тогда, в силу своей легкости, она должна в виде пара подняться под кору и ждать когда откроется кран в жерле, какого либо вулкана, чтобы выстрелить под давлением в атмосферу. Собственно так и происходит. После взрыва, огромной мощности столб пепла, вулканических газов и пара, выбрасывается на несколько километров. После пепловых выбросов в некоторых вулканах происходят выбросы миллионов тонн пара. Казалось бы, вулкан, в прямом и переносном смысле, выпустил пар, но откуда его там такое количество? Кроме того, некоторые вулканы парят и между извержениями.

Наличие огромного количества пара указывает наблюдателю, что вода попадает на раскаленную магму, после того как исчезает гидроизоляционный слой Мохо. После первых выбросов пара и пепла, земная кора начинает непосредственно контактировать с магмой. Под действием высокой температуры, несмотря на высокое давление и высокое содержание минеральных солей, вода моментально превращается в пар.

Как мы знаем, вода в силу своей текучести всегда стремится в низменные места. Реки с гор и возвышенностей стекают в океаны. Вода проникает и в глубокие слои земной коры. По объему подземные воды стоят на втором месте, вслед за водами океанов и морей [4].

По сути, подземные воды свободно циркулируют на больших глубинах и, несомненно, достигают границы Мохо. Находясь под огромным давлением, вода не превращается в пар, а находится в жидком состоянии. О чем и поведала Кольская сверхглубокая скважина, на глубине 12 км температура пород составляла 230 0 [6]. Учитывая данную информацию, полученную в ходе сверхглубокого бурения, захоронение радиоактивных отходов в глубине коры следует считать весьма рискованным.

Когда слой Мохо в виде пепловых туч выбрасывается в атмосферу, вода, попадая на поверхность высокотемпературной магмы, превращается в пар. Вот поэтому, во время извержения и после него сравнительно долго вулкан парит. Чем больше выносится пепла, тем большая поверхность коры лишается слоя Мохо, тем больше пара выносится в атмосферу. Кроме этого, растворенные в воде минеральные соли сгорают, что является еще одним источником, пополняющим пепловые выбросы.

А был ли вулканический пар? Пар был и будет! Его запасы не уменьшаются, а всякий раз пополняются за счет не подземного хранилища, а наземного, иначе – мирового океана!

P.S. Недавно по многочисленным каналам СМИ прошла информация, что в недрах Земли нашли огромные запасы воды, количество которой втрое превышает объем мирового океана. К такому выводу пришли исследователи, об итогах работы которых, сообщил журнал New Scientist. По их мнению, подземная вода скрыта в горной породе рингвудит, которая залегает на глубине 700 километров в земной мантии.

Мой короткий комментарий на сенсационное открытие.

Все исследования мантии базируются, как известно, на проникновении в нее сейсмических волн.

На глубине 700 км, при определенных условиях, высокой температуры и огромном давлении, магматическое вещество может пропускать волны с похожими отклонениями (характеристиками), как с присутствием в испытываемой породе воды.

В условиях высокой температуры и огромного давления, молекулярная вода за столь длительное время просто продиффундировала бы на поверхность мантии.

Граница Мохоровичича (Мохо) — еще одна часть покрова Земли. Она менее выраженная, знакома в основном геологам и сейсмологам, но присутствует на всем земном шаре. Поверхность не везде проходит по рубежу мантии и коры, но делит слои, отличные по составу. Верх границы Мохо соответствует рельефу местности, но выглядит как зеркальное отражение литосферы, то есть в водоемах она дальше от ядра Земли, а под холмами и горными хребтами, наоборот, залегает глубже.

Еще один слой недр Земли обнаружил хорват Андрия Мохоровичич, анализируя сейсмоданные. Он заметил, что во время землетрясений на поверхность вырывается два акустических сигнала: прямой и преломленный.

Истинное назначение Кольской сверхглубокой

Заброшенная Кольская сверхглубокая скважина

Сто лет ждали GOCE

Итальянские ученые первыми составили карту поверхности Мохо, охватывающую всю Землю. Сегодня ее можно посмотреть на сайте ЕКА. Исследователи перенесли на глобальную карту мира данные с орбитального спутника GOCE, который был оборудован сверхточными гравимерами и вышел на орбиту в 2009 году. GOCE транслировал на Землю данные о силе притяжения в разных точках своего местоположения. Так как оно зависит от толщины и плотности веществ, зная эти характеристики, специалистам удалось разграничить кору и мантию, проведя границу между ними.

Граница Мохоровичича залегает в недрах планеты на глубине 10-70 км. Земная кора толще в горах и тоньше в океанах. Другими словами, граница Мохо выглядит как перевернутая физическая карта Земли.

Земля — слоеный пирог

Мохоровичич на рубеже XIX-XX веков первым заметил различное распространение волн между глубинными средами. Ему удалось проанализировать сейсмоволны во время толчков и стать первым автором работ о слоистом строении планеты.

Слои Земли

Дальнейшее наблюдение за неуловимой границей Мохо продолжилось только в XXI веке, когда на орбиту улетел исследователь гравитационного поля и океанских течений спутник GOCE.

За 4 года существования с помощью орбитального наблюдателя получили:

места опасной вулканической активности;
объяснение поведения океанских течений;
маршруты и силу океанских течений, вызванных вращением Земли;
карту поверхности Мохоровичича.

Не всегда физические старания приносят положительный итог. Иногда нужно довериться технике, нейросетям, чтобы получить оптимальный результат.

Читайте также: