Наша планета складається з трьох основних частин (геосфер). У центрі розташоване ядро, над ним тягнеться щільна і в'язка мантія, а самим верхнім шаром твердого тіла Землі є досить тонка кора. Межа між корою і мантією носить назву поверхні Мохоровичича. Глибина її залягання неоднакова в різних регіонах: під континентальною корою вона може досягати 70 км, під океанічної – всього близько 10. Що ж собою являє ця межа, що ми про неї знаємо і чого не знаємо, але можемо припускати?


Звернімося для початку до історії питання.

Відкриття

Початок XX століття було ознаменовано становленням наукової сейсмології. Низка потужних землетрусів, що мали руйнівні наслідки, сприяла систематичного вивчення цього грізного природного явища. Почалися каталогізація і картування вогнищ інструментально зафіксованих землетрусів, стали активно досліджуватися особливості сейсмічних хвиль. Швидкість їх поширення залежить від щільності і пружності середовища, що дає можливість отримати інформацію про властивості порід у надрах планети. Відкриття не змусили себе чекати. У 1909 р. югославський (хорватська) геофізик Андрія Мохоровичич обробляв дані за землетрусу в Хорватії. Виявилося: сейсмограммы таких неглибоких землетрусів, отримані на віддалених від епіцентру станціях, несуть два (або навіть більше) сигналу від одного підземного поштовху – прямий і переломлений. Останній свідчив про стрибкоподібному (з 67—74 до 79—82 км/с для поздовжніх хвиль) збільшення швидкості. Вчений пов'язав це явище з наявністю деякої межі, що розділяє шари надр з різними густинами: розташовану глибше мантію, що вміщає щільні породи, і кору – верхній шар, складений породами більш легкими.


На честь першовідкривача поверхню розділу кори і мантії отримала його ім'я і вже понад сто років відома як границя Мохоровичича (або ж просто Мохо). Щільність порід, розділених Мохо, змінюється також стрибкоподібно - з 28—29 до 32—33 г/см 3 . Практично немає сумнівів у тому, що ці відмінності свідчать про різний хімічний склад. Однак спроби дістатися безпосередньо до підошви земної кори до цих пір не увінчалися успіхом.

Проект Mohole – початок через океан

Перша спроба досягти мантії була зроблена США у 1961-1966 роках. Проект отримав назву Mohole - від слів Moho і hole «діра, отвір». Передбачалося досягти мети шляхом буріння океанічного дна, виробленого з випробувальної плавучої платформи. Проект зіткнувся з серйозними труднощами, кошти були перерасходованы, і після завершення першого етапу робіт «Мохол» був закритий. Результати експерименту: пробурено п'ять свердловин, отримані зразки породи з базальтового шару океанічної кори. Поринути в дно змогли на 183 м.

Кольська надглибока – просвердлити континент

І донині її рекорд не побитий. Найглибша науково-дослідна та найглибша вертикальна свердловина була закладена в 1970 році, роботи на ній велися з перервами по 1991 рік. Проект мав безліч наукових і технічних завдань, частина їх була успішно вирішена, здобуті унікальні зразки порід континентальної кори (сумарна довжина кернів склала понад 4 км). Крім того, в ході буріння було отримано ряд нових несподіваних даних.
Прояснення природи Мохо і встановлення складу верхніх шарів мантії значилися в числі завдань Кольської надглибокої, але свердловина до мантії не дотяглася. Буріння завмерло на глибині 12262 м і більше не поновлювалась.

Сучасні проекти – все-таки, через океан

Незважаючи на додаткові труднощі, що виникають при глибоководному бурінні, сучасні програми планують досягти межі Мохо саме через дно океану, оскільки земна кора тут суттєво тонше. В даний час жодна країна не зможе здійснити такий масштабний проект, як сверхглубокое буріння з досягненням покрівлі мантії, самостійно. З 2013 року в рамках Міжнародної програми відкриття океану IODP (International Ocean Discovery Program: Exploring the Earth Under the Sea) здійснюється проект «Mohole to Mantle». Серед його наукових цілей – отримання зразків речовини мантії шляхом буріння надглибокої свердловини у Тихому океані. Головним інструментом в цьому проекті виступає японський бурової корабель «Тікю» - «Земля», здатний забезпечити глибину буріння до 10 км. Нам залишається тільки почекати, і, якщо все піде добре, у 2020 році наука буде, нарешті, мати в своєму розпорядженні шматочок мантії, видобутий з самої мантії.

Дистанційні дослідження прояснять властивості границі Мохоровичича

Оскільки досі неможливо безпосереднє вивчення надр на глибинах, відповідних залягання коро-мантійної розділу, уявлення про них базуються на даних, отриманих геофізичними і геохімічними методами. Геофізика надає у розпорядження дослідників глибинне сейсмічне зондування, глибинне магнитотеллурическое зондування, гравіметричні дослідження. Геохімічні методи дозволяють вивчати фрагменти порід мантії – ксеноліти, винесені на поверхню, і породи, впроваджені в земну кору в ході різних процесів.
Отже, встановлено, що границя Мохоровичича розділяє два середовища з різною щільністю і електропровідністю. Вважається загальноприйнятим, що ця особливість відображає хімічний характер Мохо. Вище поверхні розділу залягають відносно легкі породи нижньої кори, мають основний склад (габроїди), – цей шар носить умовну назву «базальтового». Нижче границі розташовуються породи верхньої мантії – ультраосновних перидотіти і дуниты, і в деяких областях під континентами эклогиты – глубокометаморфизированные основні породи, можливо, релікти давнього океанського дна, занесені в мантію. Існує гіпотеза про те, що в подібних місцях є границею Мохо фазового переходу речовини одного хімічного складу. Цікавою особливістю Мохо є те, що форма кордону пов'язана з рельєфом земної поверхні, дзеркально відображаючи її: під западинами кордон піднята, а під гірськими масивами прогинається всередину. Отже, тут здійснюється изостатическое рівновагу кори, як би зануреної у верхню мантію (для наочності згадаймо айсберг, плаваючий у воді). За даний висновок «голосує» і земна гравітація: границя Мохоровичича тепер глобально картирована по глибині залягання завдяки результатам гравіметричних спостережень з європейського супутника GOCE. В даний час відомо, що кордон рухлива, вона навіть може руйнуватися при великих тектонічних процесах. На певному рівні тиску і температури вона формується знову, що говорить про стійкість цього феномену земних надр.

Навіщо це потрібно

Інтерес вчених до Мохо не випадковий. Крім великого значення для фундаментальної науки, вельми важливо прояснення цього питання і для прикладних областей знання – таких, як небезпечні природні процеси геологічного характеру. Взаємодія речовини по обидва боки коро-мантійної розділу, складне життя самої мантії справляють визначальний вплив на все, що відбувається на поверхні нашої планети – землетруси, цунамі, різні прояви вулканізму. А краще розуміти їх – значить, точніше прогнозувати.