Что такое геофизические аномалии и как они помогают заглянуть в глубь Земли
Как понять, что находится внутри закрытой коробки, не вскрывая её? Можно, например, потрясти её, взвесить, поднести магнит. Уже эти три действия позволят получить большое количество информации об объекте внутри. Примерно так же учёные изучают недра нашей планеты. А помогают им в этом геофизические аномалии. Расскажем, что это такое, чем они объясняются и как помогают исследователям.
Гравитационные аномалии
Может показаться, что сила тяжести везде одинакова, но это не так. Она немного меняется в зависимости от широты, высоты над уровнем моря и, что самое важное для геофизиков, от плотности пород под землёй. Гравитационная аномалия — это как раз разница между ожидаемой и реальной силой тяжести в конкретной точке.
Как это работает
Учёные используют сверхчувствительные приборы — гравиметры, — которые измеряют крошечные колебания гравитационного поля. Чтобы найти именно ту аномалию, которая вызвана геологическими особенностями, из измерений сначала убирают все предсказуемые эффекты, например влияние широты и высоты. То, что осталось, и есть ценный сигнал из недр.
Что показывают гравитационные аномалии
Положительная аномалия — гравитация сильнее. Такой сигнал указывает на то, что под землёй находятся породы с плотностью выше средней. Это может быть, например, месторождение плотных металлических руд, таких как железная или хромитовая.
Отрицательная аномалия — гравитация слабее. Она, наоборот, говорит о присутствии менее плотных масс. Часто это осадочные бассейны — структуры, перспективные для поиска нефти и газа, или огромные соляные купола, которые также могут формировать ловушки для углеводородов.
Гравитационные аномалии Земли, по данным NASA GRACE
Магнитные аномалии
Магнитное поле Земли тоже не везде одинаково. Локальные изменения в нём, вызванные свойствами горных пород, называют магнитными аномалиями. Основная причина их возникновения — разное содержание железосодержащих минералов в породах под поверхностью.
Как это работает
Для измерения аномалий используют магнитометры. Чтобы выделить именно локальную аномалию, из полученных данных вычитают значение глобального магнитного поля Земли. В результате остаётся сигнал, указывающий на геологические особенности конкретного места.
Что они показывают
Поиск полезных ископаемых. Магнитные съёмки — один из главных методов при поиске железной руды, ведь она обладает сильными магнитными свойствами. Также метод помогает находить другие минералы, например связанные с гидротермальными процессами, на которые указывает присутствие магнетита.
Карта Земли, на которой красным цветом отмечены две большие аномалии — Курская и аномалия Банги в ЦАР
Доказательство тектоники плит. Именно магнитные аномалии стали одним из ключевых доказательств теории движения литосферных плит. На дне океанов, вдоль срединно-океанических хребтов, были обнаружены симметричные полосы с разной намагниченностью. Они возникли потому, что застывающая на хребте магма «запоминает» направление магнитного поля Земли в данный момент. А поскольку поле периодически меняет полярность, а плиты постоянно движутся, образуется уникальный полосатый узор — неопровержимое свидетельство расползания морского дна.
Сейсмические аномалии
Сейсмические методы можно сравнить с УЗИ-диагностикой. Учёные создают упругие волны с помощью специальных источников, например вибрационных машин, и следят за тем, как эти волны распространяются в толще Земли.
Как это работает
Скорость сейсмических волн напрямую зависит от плотности и упругости пород, через которые они проходят. Когда волна встречает границу двух разных слоёв, часть её энергии отражается, а часть — преломляется. Специальные датчики (геофоны) на поверхности регистрируют время прихода этих отражённых и преломлённых волн.
Что они показывают
Анализируя полученные данные, геофизики строят детальные двух- и трёхмерные карты недр. Этот метод настолько точен, что стал основным инструментом в поиске месторождений нефти и газа. Он позволяет не просто найти перспективную структуру, но и подробно изучить её строение, оценить свойства пород-коллекторов и даже отслеживать изменения в месторождении во время добычи.
Мужчина, использующий геофон. Фото сделано в период с 1860 по 1920 год
Электрические аномалии
Эти методы основаны на измерении того, насколько хорошо или плохо подземные породы проводят электрический ток. Это свойство называется электрическим сопротивлением. Оно зависит от типа породы, её пористости и влажности.
Как это работает
При съёмке в землю подаётся электрический ток, после чего измеряется отклик от подземных слоёв. Разные материалы реагируют по-разному, что и позволяет «увидеть» неоднородности.
Что они показывают
Например, влажные глины отлично проводят ток — у них низкое сопротивление. У сухих песков или твёрдых скальных пород сопротивление высокое, поэтому они проводят ток очень плохо. Эта разница помогает решать множество практических задач:
- Искать подземные воды.
- Определять глубину залегания вечной мерзлоты.
- Находить скрытые археологические объекты, такие как остатки каменных фундаментов или древние рвы.
В итоге
Геофизические аномалии — это мощный инструмент для изучения планеты. Каждый метод даёт свою часть картины: гравиметрия рассказывает о плотности, магнитометрия — о магнитных свойствах, сейсмология — о структуре слоёв, а электрические методы — о проводимости.
Чтобы получить наиболее полную и достоверную картину, учёные почти всегда используют несколько методов одновременно. Объединяя данные гравитационной, магнитной и сейсмической съёмок, можно значительно уменьшить неопределённость и построить точную модель недр. Эти знания критически важны для поиска ресурсов, оценки природных опасностей, строительства и понимания фундаментальных процессов, происходящих внутри Земли.