Біздің планетамыз негізгі үш бөліктен (геосфера) тұрады. Орталықта ядро орналасқан, оның үстінде тығыз және тұтқыр мантия жатыр, ал өте жұқа жер қыртысы Жердің қатты денесінің ең жоғарғы қабаты болып табылады. Жер қыртысы мен мантия арасындағы шекара Мохорович беті деп аталады. Оның пайда болу тереңдігі әртүрлі аймақтарда бірдей емес: континенттік жер қыртысының астында ол 70 км-ге жетеді, мұхит астында - бар болғаны 10-ға жуық. Бұл шекара дегеніміз не, ол туралы не білеміз және нені білмейміз, бірақ біз болжауға болады ма?
Мәселенің тарихынан бастайық.
Ашу
20 ғасырдың басы ғылыми сейсмологияның дамуымен ерекшеленді. Бұл қорқынышты табиғат құбылысын жүйелі түрде зерттеуге жойқын зардаптары болған күшті жер сілкіністерінің сериясы ықпал етті. Құралмен тіркелген жер сілкіністерінің көздерін каталогтау және картаға түсіру басталды, сейсмикалық толқындардың ерекшеліктері белсенді түрде зерттеле бастады. Олардың таралу жылдамдығы тығыздығы мен серпімділігіне байланыстықоршаған орта, бұл планетаның қойнауындағы тау жыныстарының қасиеттері туралы ақпарат алуға мүмкіндік береді.
Ашылулар көп күттірмеді. 1909 жылы югославиялық (хорват) геофизик Андрия Мохорович Хорватиядағы жер сілкінісі туралы мәліметтерді өңдеді. Эпицентрден шалғай орналасқан станцияларда алынған мұндай терең емес жер сілкінісінің сейсмограммалары бір жер сілкінісінің екі (тіпті одан да көп) сигналдарын – тура және сынған сигналдарды тасымалдайтыны анықталды. Соңғысы жылдамдықтың күрт өсуін (бойлық толқындар үшін 6,7-7,4-тен 7,9-8,2 км/с-қа дейін) көрсетті. Ғалым бұл құбылысты әр түрлі тығыздықтағы жер қойнауының қабаттарын бөлетін белгілі бір шекараның болуымен байланыстырды: тереңірек орналасқан мантия, құрамында тығыз жыныстар бар, ал жер қыртысы – жеңілірек жыныстардан құралған жоғарғы қабат.
Ашушының құрметіне жер қыртысы мен мантия арасындағы шекара оның атымен аталған және жүз жылдан астам уақыт бойы Мохорович (немесе жай ғана Мохо) шекарасы ретінде белгілі.
Мохомен бөлінген тау жыныстарының тығыздығы да күрт өзгереді - 2,8-2,9-дан 3,2-3,3 г/см3. Бұл айырмашылықтар әртүрлі химиялық құрамдарды көрсететініне күмән жоқ.
Алайда жер қыртысының түбіне тікелей жету әрекеттері әлі сәтсіз аяқталды.
Мохоле жобасы - мұхит арқылы басталады
Мантияға жетудің алғашқы әрекетін АҚШ 1961-1966 жылдары жасады. Жоба Mohole деп аталды - Мохо және тесік «тесік, тесік» сөздерінен. Ол мұхит түбін бұрғылау арқылы мақсатқа жету керек еді,сынақ қалқымалы платформасынан жасалған.
Жоба күрделі қиындықтарға тап болды, қаражат шамадан тыс игерілді және жұмыстың бірінші кезеңі аяқталғаннан кейін Мохол жабылды. Тәжірибе нәтижесі: бес ұңғыма бұрғыланды, мұхит қыртысының базальт қабатынан тау жыныстарының үлгілері алынды. Біз 183 м түбін бұрғылай алдық.
Кола супердеп – континент бойынша бұрғылау
Оның рекорды күні бүгінге дейін жаңарған жоқ. Ең терең зерттеу және ең терең тік ұңғыма 1970 жылы қаланды, ондағы жұмыстар 1991 жылға дейін үзіліспен жүргізілді. Жобада көптеген ғылыми-техникалық міндеттер тұрды, олардың кейбіреулері сәтті шешілді, континенттік жер қыртысының тау жыныстарының бірегей үлгілері өндірілді (ядролардың жалпы ұзындығы 4 км-ден астам). Сонымен қатар, бұрғылау кезінде бірқатар жаңа күтпеген деректер алынды.
Мохо табиғатын нақтылау және мантияның жоғарғы қабаттарының құрамын анықтау Кола супертереңінің міндеттерінің бірі болды, бірақ құдық мантияға жете алмады. Бұрғылау 12 262 м тереңдікте тоқтап, қайта жалғасқан жоқ.
Заманауи жобалар әлі де мұхиттың ар жағында
Терең теңізді бұрғылаудың қосымша қиындықтарына қарамастан, қазіргі бағдарламалар мұхит түбі арқылы Мохо шекарасына жетуді жоспарлап отыр, өйткені мұнда жер қыртысы әлдеқайда жұқа.
Қазір ешбір ел мантия төбесіне жету үшін ультра терең бұрғылау сияқты ауқымды жобаны өз бетімен жүзеге асыра алмайды. 2013 жылдан бастап Халықаралық бағдарлама аясындаIODP (International Ocean Discovery Program: Exploring the Earth Under the Sea) «Mohole to Mantle» жобасын жүзеге асыруда. Оның ғылыми мақсаттарының бірі - Тынық мұхитында өте терең ұңғыма бұрғылау арқылы мантия материясының үлгілерін алу. Бұл жобадағы негізгі құрал - 10 км-ге дейінгі бұрғылау тереңдігін қамтамасыз ете алатын жапондық "Тикю" - "Жер" бұрғылау кемесі.
Біз тек күте аламыз, егер бәрі ойдағыдай болса, 2020 жылы ғылым мантияның өзінен өндірілген мантияның бір бөлігін алады.
Қашықтан зондтау Мохорович шекарасының қасиеттерін анықтайды
Қыртыс-мантия бөлімінің пайда болуына сәйкес тереңдікте жер қойнауын тікелей зерттеу әлі де мүмкін болмағандықтан, олар туралы ойлар геофизикалық және геохимиялық әдістермен алынған мәліметтерге негізделген. Геофизика зерттеушілерге терең сейсмикалық зондтау, терең магнитотеллурлық зондтау, гравиметриялық зерттеулерді қамтамасыз етеді. Геохимиялық әдістер мантия тау жыныстарының фрагменттерін - жер бетіне шығарылған ксенолиттерді және әртүрлі процестер кезінде жер қыртысына енген тау жыныстарын зерттеуге мүмкіндік береді.
Сонымен, Мохорович шекарасы тығыздығы мен электр өткізгіштігі әртүрлі екі ортаны бөлетіні анықталды. Бұл мүмкіндік Мохоның химиялық табиғатын көрсетеді деп жалпы қабылданған.
Интерфейс үстінде төменгі қыртыстың салыстырмалы түрде жеңіл жыныстары бар, оларда негізгіқұрамы (габброидтар), - бұл қабат шартты түрде «базальт» деп аталады. Шекарадан төмен жоғарғы мантияның тау жыныстары – ультрамафтық перидотиттер мен дуниттер, ал континенттер астындағы кейбір аудандарда – эклогиттер – терең метаморфизмге ұшыраған мафикалық жыныстар, мантияға әкелінген ежелгі мұхит түбінің реликтері болуы мүмкін. Мұндай жерлерде Мохо химиялық құрамы бірдей заттың фазалық ауысу шекарасы деген гипотеза бар.
Мохоның қызық ерекшелігі - шекараның пішіні жер бетінің рельефімен байланысты, оны шағылыстырып тұрады: ойпаттардың астында шекара көтеріледі, ал тау жоталарының астында тереңірек иіледі. Демек, мұнда жер қыртысының изостатикалық тепе-теңдігі жоғарғы мантияға батырылғандай жүзеге асады (анық болу үшін суда қалқып жүрген айсбергті еске түсірейік). Жердің тартылыс күші де осы тұжырымға "дауыс береді": Мохорович шекарасы енді еуропалық GOCE спутнигінен тартылыс күшін бақылау нәтижелерінің арқасында жаһандық картаға тереңірек түсірілді.
Енді шекара жылжымалы екені белгілі, ол тіпті ірі тектоникалық процестер кезінде құлап кетуі мүмкін. Қысым мен температураның белгілі бір деңгейінде ол қайтадан пайда болады, бұл жердің ішкі бөлігінің осы құбылысының тұрақтылығын көрсетеді.
Бұл не үшін қажет
Ғалымдардың Мохоға деген қызығушылығы кездейсоқ емес. Іргелі ғылым үшін үлкен маңыздылықтан басқа, бұл мәселені геологиялық сипаттағы қауіпті табиғи процестер сияқты қолданбалы білім салаларына нақтылау өте маңызды. Жер қыртысы-мантия бөлімінің екі жағындағы материяның өзара әрекеттесуі, мантияның күрделі тіршілігі біздің планетамыздың бетінде болып жатқан барлық нәрселерге - жер сілкіністеріне, цунамилерге, вулканизмнің әртүрлі көріністеріне шешуші әсер етеді. Ал оларды жақсырақ түсіну дәлірек болжау дегенді білдіреді.
