Плотностная и скоростная модели коры и мантии Земли

Плотностная и скоростная структура коры и мантии Земли определяется составом горных пород, температурой и давлением. В структуре литосферы выделяют слои: К — осадочный (или осадочно-вулканогенный); К2 — гранитно-метаморфический; К3 — базальтовый; М — подкоровый (литосферная мантия).

Верхняя часть земной коры сложена осадочными породами, а также кислыми и средними магматическими и близкими им по состав метаморфическими породами. Она состоит из осадочного и гранитного (гранитно-метаморфического) слоев.

Осадочный слой изменяется по толщине от 0 на щитах платформ и в складчатых областях до 20 км в прогибах. Его плотность в среднем 12—15 г/см3, а скорость продольных волн изменяется от 15—1.5 км с в рыхлых породах верхней части разреза до 3—4,5 км/с на глубинах порядка 2 км. Скорость довольно сильно варьирует в зависимости от относительного содержания в разрезе карбонатных, терригенных и эффузивных пород.
Вземной коре континентов плотность и скорости сейсмических волн возрастают с глубиной в основном из-за изменений минералогического состава пород, а также из-за повышения давления. Влияние температуры, как правило, невелико. Лишь в отдельных активных тектонических областях оно оказывается достаточным для возникновения волноводов — внутрикоровых зон пониженных скоростей и упругих волн, обычно на глубинах порядка 15—20 км — в нижней части гранитного слоя.

Гранитно-метаморфический слой варьирует по толщине от 0 до 25 км. Он отсутствует в океанах и в отдельных частях горных областей (например, Урала), а также под некоторыми платформенными и межгорными прогибами. Его средняя плотность равна 2,6—2,7 г/см3, а скорости продольных волн 5,5—6 км/с.

Нижний слой континентальной коры и почти вся океаническая гора сложены породами основного состава. Этот (базальтовый) слой имеет толщину от 5 до 20 км, плотность 2,9—3,0 г/см3 и скорость продольных волн 6,5—7,2 км/с. Его нет только на небольших зонах :горных областей, где велика мощность гранитного слоя.

Нижняя граница земной коры — раздел Мохо почти повсеместно выражается скачками скоростей: продольных волн с 6,7—7,2 до 78—8,5 км/с, поперечных волн — с 3,7—4,2 до 4,4—5 км/с и скачком плотности на 0,3—0,4 г/см3. В отдельных районах обнаружена переходная зона от коры к мантии толщиной порядка 5 км.

В верхней мантии на разных глубинах (в зависимости от теплового состояния) выделяется зона пониженных скоростей сейсмических волн (волновод, астеносфера). Под континентами она имеет большую глубину залегания верхней границы и меньшую толщину, чем под океанами, а под холодными пассивными платформенными областями практически не выделяется. Эта зона имеет тепловую природу и нерезкие границы. Она обусловлена частичным плавлением мантийного вещества на глубинах 100—200 км в связи с приближением реальной геотермы к кривой плавления. В областях надежно установленной астеносферы (под океанами и рифтовыми зонами континентов) в ней, кроме понижения скорости продольных волн на 0,2—0,3 км/с, возможно тепловое разуплотнение верхней мантии на величину - 0,05 г/см3. Астеносфера выделяется, кроме того, уменьшением удельного электрического сопротивления, что связанно с повышением температуры и частичным плавлением вещества.