Граница Мохоровичича

Граница Мохоровичича (сокращённо Мохо, или Moho) — это нижняя граница земной коры, отделяющая её от подстилающей мантии Земли. Представляет собой сейсмический раздел, на котором скорость распространения продольных сейсмических волн скачкообразно возрастает с 6,5–7,0 км/с (в нижней части коры) до 8,0–8,2 км/с (в верхней мантии). Названа в честь хорватского геофизика Андрия Мохоровичича, открывшего её в 1909 году. Граница Мохоровичича является одной из важнейших геофизических границ в строении Земли и фундаментальным понятием в геологии и тектонике.

История открытия

Открытие Андрия Мохоровичича

В 1909 году в окрестностях Загреба (тогда Австро-Венгрия, ныне Хорватия) произошло сильное землетрясение. Анализируя сейсмограммы, записанные на различных станциях, хорватский геофизик Андрия Мохоровичич (1857–1936) заметил, что на некотором удалении от эпицентра на записях появляются два чётких вступления продольных (P) и поперечных (S) волн. Первые волны, зарегистрированные на близких станциях, распространялись по прямому пути в верхних слоях Земли. Вторые, более поздние вступления на удалённых станциях, имели значительно большую скорость. Мохоровичич предположил, что эти волны прошли через более глубокий и плотный слой, где скорость звука выше. Он вычислил, что на глубине около 50 км под континентами существует резкий скачок скорости сейсмических волн. Эта граница и была названа его именем.

Дальнейшие исследования

В последующие десятилетия, с развитием сейсмических методов разведки и глобальной сейсмологии, граница Мохоровичича была подтверждена и изучена под океанами и континентами. В 1950–1960-х годах, в рамках программы «Мохол» (Project Mohole), предпринималась первая в истории попытка пробурить земную кору и достигнуть мантии через океаническое дно. Проект не был завершён, но стимулировал развитие глубоководного бурения. Впоследствии, в рамках Международной программы континентального бурения (ICDP) и других проектов, неоднократно предпринимались попытки достичь Мохо, однако ни одна из них не увенчалась полным успехом. Самая глубокая скважина в мире — Кольская сверхглубокая (Россия, Мурманская область) — достигла глубины 12 262 метра, что значительно меньше расчётной глубины залегания границы Мохоровичича под континентальной корой (около 35–40 км).

Физическая природа и свойства

Сейсмические характеристики

Основным признаком границы Мохоровичича является резкое увеличение скорости продольных сейсмических волн (P-волн) с 6,5–7,2 км/с до 8,0–8,2 км/с. Скорость поперечных волн (S-волн) также возрастает с 3,7–3,9 км/с до 4,4–4,6 км/с. Этот скачок объясняется изменением химического состава и плотности пород. Нижняя часть коры сложена преимущественно базальтами и габбро, а верхняя мантия — перидотитами (дунитами, гарцбургитами), которые содержат больше магния и железа и имеют более высокую плотность (3,3 г/см³ против 2,9 г/см³ в коре). Граница является не просто математической линией, а переходной зоной толщиной от нескольких сотен метров до нескольких километров, в которой происходит постепенное изменение свойств пород.

Химический состав

Считается, что граница Мохоровичича соответствует переходу от пород коры (преимущественно силикатных, богатых кремнезёмом и алюминием — сиалических) к породам мантии (ультраосновным, богатым магнием и железом — симатическим). В океанической коре этот переход более резкий, чем под континентами. В некоторых районах, например, в зонах субдукции, граница может быть размыта или иметь сложную структуру из-за тектонических процессов.

Глубина залегания

Глубина залегания границы Мохоровичича сильно варьируется и зависит от типа земной коры и тектонической обстановки.

Под континентами

Под континентальной корой граница Мохо залегает на глубине от 20–25 км (в областях растяжения, например, в рифтовых зонах) до 60–70 км (под горными системами, такими как Гималаи или Анды). Средняя глубина под континентами составляет около 35–40 км. Под древними платформами (кратонами) она может находиться на глубине 40–50 км. Под Русской равниной глубина Мохо составляет около 35–40 км.

Под океанами

Под океанической корой граница Мохоровичича залегает значительно ближе к поверхности — на глубине от 5 до 10 км от дна океана. Это связано с тем, что океаническая кора значительно тоньше (в среднем 5–7 км) и имеет более простой состав. В срединно-океанических хребтах, где происходит образование новой коры, Мохо может находиться на глубине всего 3–5 км от дна.

Под переходными зонами

Под островными дугами, окраинными морями и континентальными окраинами глубина Мохо занимает промежуточное положение, обычно от 15 до 30 км.

Методы изучения

Основным методом изучения границы Мохоровичича является сейсмическое зондирование:

• Глубинное сейсмическое зондирование (ГСЗ): Используются мощные взрывы или вибрационные источники. Сейсмоприёмники регистрируют волны, отражённые и преломлённые на границе Мохо. По времени прихода волн рассчитывается глубина.
• Сейсмическая томография: Анализ естественных землетрясений позволяет построить трёхмерные модели распределения скоростей сейсмических волн в мантии и выделить границу Мохо.
• Гравиметрия: Из-за разницы в плотности коры и мантии граница Мохо создаёт аномалии силы тяжести, которые можно использовать для её картирования.
• Магнитотеллурическое зондирование: Изучает электропроводность горных пород, что также может указывать на положение границы.

Значение в геологии и тектонике

Граница Мохоровичича является фундаментальной границей в строении Земли. Она разделяет два основных слоя литосферы: кору и мантию. Понимание её формы и глубины критически важно для:

• Тектоники плит: Мохо служит маркером для определения толщины литосферных плит. Она деформируется в зонах субдукции, где океаническая плита погружается под континентальную.
• Геодинамики: Изучение Мохо помогает понять процессы горообразования, рифтогенеза и вулканизма.
• Поиска полезных ископаемых: Строение коры и положение Мохо влияют на формирование месторождений рудных и неметаллических полезных ископаемых.
• Сейсмологии: Глубина залегания Мохо влияет на распространение сейсмических волн от землетрясений, что необходимо для оценки сейсмической опасности.

Интересные факты

• Граница Мохоровичича не является абсолютно ровной. Под некоторыми континентальными рифтами (например, под Байкальским рифтом) она поднимается, а под горными хребтами — опускается.
• В некоторых районах, например, под океаническими островами (Гавайи, Исландия), Мохо может быть размыта или иметь сложную структуру из-за мантийных плюмов.
• Проект «Мохол» (США, 1961–1966) был первым и до сих пор единственным проектом, в рамках которого была предпринята попытка пробурить скважину до мантии. Хотя проект не был завершён, он дал ценные данные о строении океанической коры.
• В 2023 году японское исследовательское судно «Тикю» (Chikyu) объявило о планах достичь границы Мохо в Тихом океане, что может стать прорывом в изучении мантии.

Источники

• Мохоровичич, А. (1910). Эпицентр землетрясения 8 октября 1909 года. Загреб.
• Короновский, Н. В. (2012). Общая геология. М.: Издательство МГУ.
• Хаин, В. Е., Ломизе, М. Г. (2005). Геотектоника с основами геодинамики. М.: КДУ.
• Project Mohole: A Scientific Adventure. National Academy of Sciences, 1964.
• International Handbook of Earthquake and Engineering Seismology. Academic Press, 2002.