Николай Грушинский - Антарктида

Наблюдения за скоростями прохождения сейсмических волн далеких землетрясений и их отражениями от различных плотностных горизонтов позволяют вычислить мощность земной коры.

Под континентами на глубине 30–40 км скорость распространения продольных упругих волн, возникающих от землетрясений или искусственных взрывов, изменяется скачком от 7–7,5 до 8–8,5 км/с. Под океанами это явление наблюдается на глубинах от 3 до 15 км. Соответственно здесь изменяется и плотность горных пород от 2,7–2,9 до 3–3,3 г/см3. Эта область названа границей Мохоровичича – по имени югославского геофизика, впервые обнаружившего и истолковавшего данное явление. Границу Мохоровичича, или, как часто говорят, границу Мохо, считают границей земной коры. Глубже начинается верхняя мантия. На основании многочисленных наблюдений за далекими землетрясениями на антарктических сейсмостанциях определена средняя мощность коры. Для Восточной Антарктиды она оказалась около 30–40 км, для Западной получен большой разброс значений – от 8 до 20 км. Далее мы особо остановимся на строении земной коры Антарктиды, полученном методами комплексирования глубинного сейсмического зондирования и гравиметрии.

Подчеркнем большую роль стационарных сейсмостанций в изучении микросейсм, т. е. малых колебаний почвы, связанных с целым рядом причин.

В период весеннего таяния льда при сильных ветрах возникают короткопериодные микросейсмы – сезонные явления. В то же время длиннопериодные микросейсмы наблюдаются круглогодично – они связаны с атмосферными возмущениями, происходящими за внешней кромкой льдов. В основном микросейсмы сопутствуют штормовой погоде с ветрами, дующими в сторону берега. Таким образом, микросейсмы связаны с погодными условиями и указывают на циркуляцию атмосферы в различных областях над океаном. Короткопериодные микросейсмы появляются также при подвижках льда, отколах айсбергов, разрывах ледников. Эти микросейсмы дают ценную информацию для изучения динамики ледового покрова.

В Антарктиде широко применяется метод сейсморазведки, основанный на изучении распространения упругих волн при искусственных взрывах. По отраженным от подледного каменного ложа волнам он позволяет определить толщину льда, а также глубины залегания других горизонтов. Для небольших глубин при определении толщин льда применяется метод отраженных волн (MOB) или корреляционный метод преломленных волн (КМПВ). Для изменения глубины залегания переходного слоя от коры к мантии – поверхности Мохо – используется так называемый метод глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ). Все эти методы связаны с мощными взрывами, когда происходит сильное сотрясение почвы. Взрывная волна распространяется в земле со скоростью, зависящей от плотности пород. Чем плотнее породы, тем больше скорость. При переходе через границы плотностей происходят частичное отражение и частичное преломление волн. Приемник на поверхности земли может зарегистрировать момент прихода волны и ее скорость. Тогда можно рассчитать длину пройденного волной пути и глубину до поверхности, от которой произошло отражение. Волна, возбужденная на поверхности льда, распространяясь через него со скоростью v , отразится от поверхности коренных пород, на которых залегает лед. Так мы узнаем толщину льда. Далее, распространяясь в глубь коры, волна отразится от границы перехода гранитного слоя к базальтовому и, наконец, от поверхности Мохо. Однако этот метод в условиях Антарктиды встречает много трудностей, и его применение весьма ограниченно. Сейчас широко используются радиолокационные методы измерения толщин льда, а применение для этой цели сейсмического метода отраженных волн теряет свою значимость, так же как потерял ее и гравиметрический метод.

С первых дней планомерного исследования Антарктики в период МГГ начались гравиметрические работы. Изучение гравитационного поля представляет большой интерес, поскольку оно может рассказать об особенностях строения коренных пород, скрытых под толстым слоем льда, и крупных тектонических нарушениях в них типа разломов и сбросов, о мощности ледового покрова и рельефе коренных пород, на которых залегает лед, толщине земной коры под Антарктидой, рельефе так называемой границы Мохоровичича, особенностях строения земной коры в областях перехода от континента к океану, влиянии ледовой нагрузки на положение поверхности Мохоровичича и уравновешенности этой нагрузки, т. е. об изостатическом состоянии Антарктиды.

Как известно, аномалии гравитационного поля, т. е. отклонения его от некоторого правильного закономерного изменения, зависят от распределения плотностей в Земле. Поэтому по аномалиям можно судить об этом распределении. Там, где резко изменяется плотность, где плотные породы подходят ближе к поверхности или, наоборот, удаляются от нее, возникают соответственно положительные или отрицательные аномалии силы тяжести. Быстро изменяющиеся по поверхности аномалии говорят о неглубоко расположенных изменениях плотностей, а протяженные, даже небольшие по величине аномалии свидетельствуют о наличии протяженных, глубоко залегающих масс.

Поскольку плотность льда (0,9 г/см3) сильно отличается от плотности коренных пород (2,6–2,8 г/см3), на которых он залегает, в местах, где эти коренные породы подходят близко к поверхности, а слой льда тонкий, возникают положительные аномалии силы тяжести и, наоборот, где коренные породы лежат глубоко и слой льда толстый, аномалии будут отрицательные. Такая же закономерность характерна и для границы Мохо, где плотность изменяется от 2,7–2,9 до 3,2–3,3 г/см3. Но эти изменения происходят на больших глубинах, массы, вызывающие аномалии, имеют большое протяжение, и аномалии тоже протяженные, региональные. Метод гравиметрического определения глубин залегания является относительным, и с его помощью мы можем определить, например, толщину льда в каком-то месте относительно другого, где она известна. Геофизическим методом, дающим абсолютные глубины залегания, является метод сейсмической разведки. Получив такие данные в нескольких местах сейсмическим методом и зная для этих мест величину аномалий силы тяжести, выводят формулы, по которым можно рассчитать толщину льда и земной коры только по гравиметрическим данным. Поэтому гравиметрическая съемка в Антарктиде играет очень важную роль. Она помогает изучать общее строение материка, крупные геологические структуры и искать полезные ископаемые.

Рис. 7. Усредненная гравиметрическая карта Антарктики