Нашата планета се състои от три основни части (геосфери). Ядрото е разположено в центъра, над него се простира плътна и вискозна мантия, а доста тънката кора е най-горният слой на твърдото тяло на Земята. Границата между кората и мантията се нарича повърхност на Мохорович. Дълбочината на неговото възникване не е еднаква в различните региони: под континенталната кора може да достигне 70 км, под океанската - само около 10. Каква е тази граница, какво знаем за нея и какво не знаем, но можем да предположим?
Нека започнем с историята на проблема.
Отваряне
Началото на 20-ти век е белязано от развитието на научната сеизмология. Поредица от мощни земетресения, които имаха опустошителни последици, допринесоха за системното изследване на този страхотен природен феномен. Започва каталогизирането и картографирането на източниците на инструментално регистрирани земетресения и особеностите на сеизмичните вълни започват активно да се изучават. Скоростта на тяхното разпространение зависи от плътността и еластичносттасреда, което дава възможност да се получи информация за свойствата на скалите в недрата на планетата.
Откриванията не закъсняха. През 1909 г. югославският (хърватският) геофизик Андрия Мохорович обработва данни за земетресение в Хърватия. Установено е, че сеизмограмите на подобни плитки земетресения, получени на станции, отдалечени от епицентъра, носят два (или дори повече) сигнала от едно земетресение – директен и пречупен. Последното свидетелства за рязко (от 6,7-7,4 до 7,9-8,2 km/s за надлъжни вълни) увеличение на скоростта. Ученият свързва това явление с наличието на определена граница, разделяща слоевете на подпочвата с различна плътност: мантията, разположена по-дълбоко, съдържаща плътни скали, и кората - горния слой, съставен от по-леки скали.
В чест на откривателя, интерфейсът между кората и мантията е кръстен на него и е известен като границата на Мохорович (или просто на Мохо) повече от сто години.
Плътността на скалите, разделени от Moho, също се променя рязко - от 2,8-2,9 до 3,2-3,3 g/cm3. Няма съмнение, че тези разлики са показателни за различни химични състави.
Опитите да се стигне директно до дъното на земната кора обаче досега са се провалили.
Проект Mohole - Започвайки отвъд океана
Първият опит за достигане до мантията е направен от САЩ през 1961-1966 г. Проектът получи името Mohole – от думите Moho и hole „дупка, дупка“. Трябваше да постигне целта чрез пробиване на океанското дъно,произведен от тестова плаваща платформа.
Проектът срещна сериозни затруднения, средствата бяха преразходвани и след приключване на първата фаза на работа, Mohol беше затворен. Резултати от експеримента: пробити са пет кладенеца, получени скални проби от базалтовия слой на океанската кора. Успяхме да пробием в дъното на 183 m.
Kola Superdeep – пробийте през континента
До ден днешен нейният рекорд не е счупен. Най-дълбокият изследователски и най-дълбокият вертикален кладенец е положен през 1970 г., работата по него се извършва с прекъсвания до 1991 г. Проектът имаше много научни и технически задачи, някои от тях бяха успешно решени, бяха добивани уникални проби от скали от континенталната кора (общата дължина на ядрата беше над 4 км). Освен това по време на сондажа бяха получени редица нови неочаквани данни.
Изясняването на природата на Мохо и установяване на състава на горните слоеве на мантията бяха сред задачите на Кола Superdeep, но кладенецът не достигна до мантията. Пробиването спря на дълбочина 12 262 m и не е възобновено.
Модерните проекти все още са отвъд океана
Въпреки допълнителните предизвикателства на дълбоководните сондажи, настоящите програми планират да достигнат границата на Мохо през океанското дъно, тъй като земната кора тук е много по-тънка.
В момента никоя страна не може да осъществи такъв мащабен проект като свръхдълбоко сондиране, за да достигне сама до покрива на мантията. От 2013 г. в рамките на Международната програмаIODP (International Ocean Discovery Program: Exploring the Earth Under the Sea) изпълнява проекта Mohole to Mantle. Сред научните му цели е получаването на проби от материя на мантия чрез пробиване на свръхдълбок кладенец в Тихия океан. Основният инструмент в този проект е японският сондажен кораб "Тикю" - "Земя", способен да осигури дълбочина на пробиване до 10 км.
Можем само да чакаме и ако всичко върви добре, през 2020 г. науката най-накрая ще има парче от мантията, изкопана от самата мантия.
Дистанционното наблюдение ще изясни свойствата на границата на Мохоровичич
Тъй като все още е невъзможно директно да се изследват подпочвените слоеве на дълбочини, съответстващи на появата на участъка кора-мантия, представите за тях се основават на данни, получени чрез геофизични и геохимични методи. Геофизика предоставя на изследователите дълбоко сеизмично сондиране, дълбоко магнитотелурично сондиране, гравиметрични изследвания. Геохимичните методи дават възможност да се изследват фрагменти от скали на мантия - ксенолити, изведени на повърхността, и скали, проникнали в земната кора по време на различни процеси.
И така, е установено, че границата на Мохорович разделя две среди с различна плътност и електрическа проводимост. Общоприето е, че тази характеристика отразява химическата природа на Moho.
Над интерфейса има относително леки скали от долната кора, които имат основнатасъстав (габроиди), - този слой условно се нарича "базалт". Под границата се намират скали от горната мантия - ултраосновни перидотити и дунити, а в някои области под континентите - еклогити - дълбоко метаморфизирани основни скали, вероятно останки от древното океанско дъно, внесени в мантията. Има хипотеза, че на такива места Moho е границата на фазовия преход на вещество със същия химичен състав.
Интересна особеност на Мохо е, че формата на границата е свързана с релефа на земната повърхност, отразявайки я: под вдлъбнатините границата е издигната, а под планинските вериги се огъва по-дълбоко. Следователно тук се реализира изостатичното равновесие на кората, сякаш е потопена в горната мантия (за по-голяма яснота, нека си припомним айсберг, плаващ във вода). Гравитацията на Земята също „гласува“за това заключение: границата на Мохорович вече е глобално картирана в дълбочина благодарение на резултатите от гравитационни наблюдения от европейския спътник GOCE.
Сега е известно, че границата е подвижна, дори може да се срути по време на големи тектонски процеси. При определено ниво на налягане и температура тя се образува отново, което показва стабилността на това явление от земните недра.
Защо е необходимо
Интересът на учените към Мохо не е случаен. В допълнение към голямото значение за фундаменталната наука, е много важно този въпрос да се изясни за приложните области на знанието, като опасни природни процеси от геоложки характер. Взаимодействието на материята от двете страни на участъка кора-мантия, сложният живот на самата мантия оказват решаващо влияние върху всичко, което се случва на повърхността на нашата планета – земетресения, цунамита, различни прояви на вулканизъм. И да ги разбереш по-добре, означава да предвидиш по-точно.
