Mūsų planetą sudaro trys pagrindinės dalys (geosferos). Šerdis yra centre, virš jos tęsiasi tanki ir klampi mantija, o gana plona pluta yra aukščiausias kieto Žemės kūno sluoksnis. Riba tarp plutos ir mantijos vadinama Mohorovichic paviršiumi. Jo atsiradimo gylis skirtinguose regionuose nevienodas: po žemynine pluta gali siekti 70 km, po vandenynu – tik apie 10. Kokia tai riba, ką apie ją žinome ir ko nežinome, tačiau galime manyti?
Pradėkime nuo problemos istorijos.
Atidarymas
XX amžiaus pradžia buvo pažymėta mokslinės seismologijos raida. Daugybė galingų žemės drebėjimų, turėjusių pražūtingų padarinių, prisidėjo prie sistemingo šio didžiulio gamtos reiškinio tyrimo. Pradėti kataloguoti ir kartoti instrumentiškai užfiksuotų žemės drebėjimų š altinius, aktyviai tyrinėti seisminių bangų ypatybes. Jų sklidimo greitis priklauso nuo tankio ir elastingumoaplinka, kuri leidžia gauti informacijos apie uolienų savybes planetos žarnyne.
Atidarymai netruko laukti. 1909 metais Jugoslavijos (Kroatijos) geofizikas Andrija Mohorovichic apdorojo duomenis apie žemės drebėjimą Kroatijoje. Nustatyta, kad tokių seklių žemės drebėjimų seismogramos, gautos nuo epicentro nutolusiose stotyse, neša du (ar net daugiau) vieno žemės drebėjimo signalus – tiesioginius ir lūžusius. Pastarieji liudijo apie staigų (išilginėms bangoms nuo 6,7-7,4 iki 7,9-8,2 km/s) greičio padidėjimą. Mokslininkas šį reiškinį siejo su tam tikra riba, skiriančia skirtingo tankio podirvio sluoksnius: giliau esanti mantija, kurioje yra tankių uolienų, o pluta - viršutinis sluoksnis, sudarytas iš lengvesnių uolienų.
Atradėjo garbei sąsaja tarp plutos ir mantijos buvo pavadinta jo vardu ir daugiau nei šimtą metų žinoma kaip Mohorovichic (arba tiesiog Moho) riba.
Moho atskirtų uolienų tankis taip pat staigiai keičiasi – nuo 2,8-2,9 iki 3,2-3,3 g/cm3. Nekyla abejonių, kad šie skirtumai rodo skirtingą cheminę sudėtį.
Tačiau bandymai patekti tiesiai į žemės plutos dugną iki šiol buvo nesėkmingi.
Mohole projektas – prasideda anapus vandenyno
Pirmą kartą JAV bandė pasiekti mantiją 1961–1966 m. Projektas buvo pavadintas Mohole – nuo žodžių Moho ir skylė „skylė, skylė“. Tikslą turėjo pasiekti išgręžus vandenyno dugną,pagamintas iš bandomosios plaukiojančios platformos.
Projektas susidūrė su rimtais sunkumais, buvo išleistos lėšos, o užbaigus pirmąjį darbų etapą Moholas buvo uždarytas. Eksperimento rezultatai: išgręžti penki gręžiniai, paimti uolienų mėginiai iš vandenyno plutos baz alto sluoksnio. Pavyko gręžti į dugną 183 m.
Kola Superdeep – gręžkite žemyną
Iki šios dienos jos rekordas nebuvo sumuštas. Giliausias tiriamasis ir giliausias vertikalus gręžinys buvo paklotas 1970 m., darbai jame su pertraukomis vyko iki 1991 m. Projekte buvo daug mokslinių ir techninių užduočių, kai kurios iš jų buvo sėkmingai išspręstos, buvo iškasti unikalūs žemyninės plutos uolienų pavyzdžiai (bendras branduolių ilgis viršijo 4 km). Be to, gręžimo metu buvo gauta nemažai naujų netikėtų duomenų.
Moho prigimties išaiškinimas ir viršutinių mantijos sluoksnių sudėties nustatymas buvo viena iš Kola Superdeep užduočių, tačiau šulinys mantijos nepasiekė. Gręžimas buvo sustabdytas 12 262 m gylyje ir nebuvo atnaujintas.
Šiuolaikiniai projektai vis dar yra už vandenyno
Nr.
Šiuo metu jokia šalis negali įgyvendinti tokio didelio masto projekto kaip itin gilus gręžimas, kad pati pasiektų mantijos stogą. Nuo 2013 m. Tarptautinės programos rėmuoseIODP (International Ocean Discovery Program: Exploring the Earth Under the Sea) įgyvendina projektą „Mohole to Mantle“. Tarp jo mokslinių tikslų yra gauti mantijos medžiagos mėginius išgręžiant itin gilų gręžinį Ramiajame vandenyne. Pagrindinis šio projekto įrankis yra japonų gręžimo laivas „Tikyu“– „Žemė“, galintis gręžti iki 10 km.
Belieka tik palaukti, ir jei viskas klostysis gerai, 2020 m. mokslas pagaliau turės mantijos gabalėlį, išgautą iš pačios mantijos.
Nuotolinis aptikimas paaiškins Mohorovičico ribos savybes
Kadangi vis dar neįmanoma tiesiogiai ištirti podirvio gylyje, atitinkančiame plutos-mantijos atkarpos atsiradimą, idėjos apie juos grindžiamos duomenimis, gautais geofiziniais ir geocheminiais metodais. Geofizika suteikia tyrėjams gilaus seisminio zondavimo, gilaus magnetotelūrinio zondavimo, gravimetrinius tyrimus. Geocheminiai metodai leidžia tirti mantijos uolienų fragmentus – į paviršių iškeltus ksenolitus, įvairių procesų metu į žemės plutą įsiskverbusias uolienas.
Taigi, buvo nustatyta, kad Mohorovičiaus riba skiria dvi skirtingo tankio ir elektrinio laidumo terpes. Visuotinai pripažįstama, kad ši savybė atspindi cheminę Moho prigimtį.
Virš sąsajos yra palyginti lengvos apatinės plutos uolienos, kurios turi pagrindinękompozicija (gabroidai), - šis sluoksnis sutartinai vadinamas "baz altu". Žemiau ribos yra viršutinės mantijos uolienos - ultramafiniai peridotitai ir dunitai, o kai kuriose srityse po žemynais - eklogitai - giliai metamorfuotos mafinės uolienos, galbūt senovės vandenyno dugno reliktai, įnešti į mantiją. Yra hipotezė, kad tokiose vietose Moho yra tos pačios cheminės sudėties medžiagos fazinio virsmo riba.
Įdomi Moho ypatybė yra ta, kad ribos forma susieta su žemės paviršiaus reljefu, ją atspindinčia: po įdubomis riba pakyla, o po kalnų grandinėmis įlinksta giliau. Vadinasi, čia realizuojama izostatinė plutos pusiausvyra, tarsi panardinta į viršutinę mantiją (aiškumo dėlei prisiminkime vandenyje plūduriuojantį ledkalnį). Žemės gravitacija taip pat „balsuoja“už šią išvadą: Mohorovičiaus riba dabar pasauliniu mastu pažymėta dėl Europos GOCE palydovo gravitacijos stebėjimų rezultatų.
Dabar žinoma, kad riba yra mobili, ji gali net griūti vykstant dideliems tektoniniams procesams. Esant tam tikram slėgio ir temperatūros lygiui, jis vėl susidaro, o tai rodo šio žemės vidaus reiškinio stabilumą.
Kodėl to reikia
Mokslininkų susidomėjimas Moho nėra atsitiktinis. Be didelės svarbos fundamentiniam mokslui, labai svarbu šį klausimą išaiškinti taikomųjų žinių srityse, pavyzdžiui, pavojingiems geologinio pobūdžio gamtiniams procesams. Materijos sąveika abiejose plutos-mantijos atkarpos pusėse, sudėtingas pačios mantijos gyvenimas turi lemiamos įtakos viskam, kas vyksta mūsų planetos paviršiuje – žemės drebėjimams, cunamiams, įvairioms vulkanizmo apraiškoms. O geriau juos suprasti reiškia tiksliau numatyti.
