6 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

…Над мглой и дымом суетного праха, Что звать Землей…

Джон Мильтон. Комус.

Однажды, в феврале 1750 г., землетрясение ощущалось в Лондоне. Большинство англичан, в отличие от жителей Новой Зеландии или Японии, до этого не испытывали землетрясений, поэтому волнение было велико. Тревога усилилась после второго толчка, происшедшего четырьмя неделями позже. Как заметил однажды Джон Весли, «никакая божья кара не действует на грешников так сильно, как землетрясение». Неудивительно, что в следующее воскресенье церкви были переполнены, и большинство проповедников воспользовалось недавним «божественным предостережением» для своих проповедей. В их числе был и член Королевского общества, доктор медицины, преподобный Уильям Стакли.

Стакли считал, что причиной землетрясений является электричество; позже он изложил свои идеи в Королевском обществе в трех работах, сделавших его известным в истории сейсмологии. Поиски естественных причин землетрясений, однако, не мешали Стакли быть уверенным в том, что в конечном счете это дело рук божьих. «Не на голые скалы и пустынные берега направлен карающий жезл, а на города и села со всеми их обитателями — объектами его увещания»,— заявил он прихожанам церкви св. Георга в Блумсбери. Эта небезосновательная догадка тогда не была еще подкреплена наблюдениями.

В 19 в. было предпринято много попыток составить систематический каталог землетрясений, так что к моменту изобретения сейсмографа была уже построена общая схема сейсмических поясов Земли. Очень важной была подмеченная Монтессю-де-Балором тесная связь этих поясов с расположением молодых гор.

Перечни разрушительных землетрясений до сих пор приносят большую пользу, однако они не могут служить основой для изучения сейсмичности. Там, где нет населения, нет и наблюдений, поэтому ими не охвачена значительная часть поверхности Земли. С другой стороны, причиной частых сообщений о несчастных случаях, поступающих из Южной Америки, Северной Африки и с Ближнего Востока, является не столько большое число и сила землетрясений в этих районах, сколько скопление населения, живущего в хижинах из бута и сырцового кирпича (рис. 76). Такие постройки могут быть разрушены землетрясением интенсивностью ММVIII. Для получения неискаженной картины необходимы инструментальные записи.

Разрушение строений

Разрушение строений

На рис. 77 и 78, взятых из классической работы Гутенберга и Рихтера «Сейсмичность Земли», показаны эпицентры всех сильных землетрясений примерно за полвека. Хотя эти карты составлены в 1954 г. и точность привязки некоторых старых землетрясений на них невысока, они остаются лучшими из имеющихся карт, на которых показана относительная активность основных сейсмических регионов. К сожалению, на них не показаны некоторые достаточно активные регионы, в пределах которых все толчки были не очень сильными. Но самое серьезное упущение заключается в том, что на них не показана сейсмическая активность срединно-океанических хребтов. Обычные неглубокие толчки и глубокофокусные землетрясения показаны на разных картах, чтобы их было удобней различать.

Эпицентры сильных неглубоких землетрясений за период 1904-1952 гг.

Эпицентры сильных неглубоких землетрясений за период 1904-1952 гг.

Эпицентры сильных землетрясений за период 1904-1952 гг.

Эпицентры сильных землетрясений за период 1904-1952 гг.

Срединно-океанические хребты ясно видны на рис. 79, но на этих картах не отмечена магнитуда толчков. В результате излишне активным выглядит Запад Соединенных Штатов, где имеется много сейсмических станций, но регистрируются очень слабые толчки.

Расположение эпицентров землетрясений по данным за 1962-1967 гг.

Расположение эпицентров землетрясений по данным за 1962-1967 гг.

Пояса активности, к которым приурочена большая часть землетрясений, лежат на границах устойчивых областей, внутри которых землетрясения редки и, как правило, характеризуются небольшой силой. Самый активный из этих поясов тянется вдоль большей части тихоокеанского побережья; здесь имеются области активности как на больших, так и на малых глубинах, которые не всегда точно совпадают. На юге Филиппин с ним соединяется второй, лишь немногим менее активный пояс, проходящий через Индонезию, Бирму и Гималаи к Средиземному морю. Его часто называют Альпийским поясом, потому что он проходит вблизи высоких горных хребтов.

При внимательном изучении этих поясов в них обнаруживают разрывы. Максимальная глубина активности, взаимное расположение эпицентров глубоких и неглубоких сейсмических толчков и характер связи между землетрясениями и другими геологическими и геофизическими особенностями территории поразительным образом меняются от одного района к другому. Но на мелкомасштабной карте отдельные сегменты сливаются, создавая впечатление непрерывности, которая тем не менее четко увязывается с реальной тектонической схемой, обсуждаемой нами ниже.

По сравнению с Тихоокеанским и Альпийским поясами сейсмическая активность срединно-океанических хребтов невелика; землетрясения здесь не столь часты и не столь сильны.

Существуют два характерных типа устойчивых регионов — большие океанские бассейны и континентальные щиты; они могут пересекаться зонами активности типа Африканской рифтовой долины, в которой происходят извержения вулканов и землетрясения, или линией, пересекающей Южную Австралию от зал. Спенсер до оз. Эйр. Пожалуй, единственной частью земного шара, которую можно с уверенностью считать свободной от землетрясений, является Антарктида. Это своего рода сейсмологическая загадка, так как в Антарктиде есть и молодые горы, и действующие вулканы, которые в большинстве других районов, видимо, связаны с землетрясениями. Правильное истолкование этого явления, возможно, даст нам ценную информацию о механизме землетрясений.

Проф. Ф. Ф. Эвисон счел полезным разделить сейсмические регионы на симметричные и асимметричные в зависимости от их соответствия другим геофизическим особенностям: вулканической активности, аномалиям силы тяжести и морским впадинам. Симметричные системы, в число которых входят срединно-океанические хребты и рифты, не столь активны и характеризуются неглубокими землетрясениями. В асимметричных системах области глубоких толчков преимущественно расположены по одну сторону от области неглубокой активности.

Гипотеза дрейфа континентов и расширения океанского дна дает правдоподобное объяснение глобальной схемы и местных различий в расположении геофизических особенностей. Разработанная гипотеза получила название тектоники плит.

Согласно этой гипотезе, верхние слои Земли ведут себя как твердые, пригнанные друг к другу плиты, которые сидят на теле Земли как незакрепленные нашлепки и имеют возможность перемещаться. Их толщина является предметом дискуссий. Они должны быть гораздо толще коры, так как иначе не выдержали бы горизонтальных давлений без разрушения. С другой стороны, они не могут захватывать слабого слоя астеносферы, но которому, видимо, скользят. Таким образом, толщину около 100 км следует считать наиболее реальной. Существуют семь главных плит (рис. 80) и несколько малых плит, дополняющих схему. Границы плит идут вдоль срединно-океанических хребтов и по активным окраинам континентов, совпадая с поясами сейсмической активности.

Тектоника плит

Тектоника плит

В предположении, что плиты не спаяны в единое целое, на границах между ними могут происходить три явления: они могут раздвигаться, сдвигаться или скользить одна относительно другой.

У срединно-океанических хребтов они раздвигаются силами, возникающими за счет тепловой конвекции в мантии Земли. Восходящие потоки извергают лаву, которая постоянно накапливается на границах плит (рис. 81), образуя новые породы океанского ложа и раздвигая его; следами этого процесса является магнитная полосчатость, описанная в главе 7.

Расширяющийся хребет

Расширяющийся хребет

Конвекция существенно связана с циркуляцией вещества. Восходящие потоки горячего вещества должны уравновешиваться нисходящими потоками остывшего вещества. Эти нисходящие потоки нужно искать вблизи активных окраин континентов, а также в окрестностях глубоких оке­анских впадин. Это подтверждается измерениями тепловых потоков, полученными при зондировании морского дна и в скважинах на суше. Данные на суше и на море хорошо совпадают, но вблизи хребтов измеряемые величины возрастают в несколько раз.

На месте столкновения двух сходных плит может образоваться горная цепь. На этом основано объяснение возникновения Гималаев на контакте Индийской и Евразийской плит. Там, где контактируют несходные плиты и существует нисходящий конвекционный поток, ситуация осложняется. Океанское дно затягивается вниз, образуя подводную впадину, а континентальный материал, состоящий из более легких пород, не может погружаться и надвигается поверху. Образуется зона субдукции, или поддвига, в которой вещество океанского дна погружается до тех пор, пока не расплавится от повышения температуры и не перейдет в мантию.

Существование нисходящих потоков вещества проявляется по-разному. Раз это вещество холоднее и плотнее, чем вмещающее, оно создает аномалию силы тяжести и меняет вид сейсмограмм землетрясений, волны от которых проходят через него (рис. 82); оно также поглощает энергию происходящих в нем глубокофокусных землетрясений, придавая изосейсмам весьма характерный рисунок.

Из рис. 82 видно, что траектории волн, регистрируемые в Туаи, лежат в пределах литосферы, поэтому регистрируются высокочастотные колебания; траектории же волн, регистрируемые в Карапиро, лежат в основном в астеносфере, поэтому быстрые колебания исчезают.

Затухание в зоне субдукции

Затухание в зоне субдукции

Глубокофокусные землетрясения происходят только в районах нисходящих потоков вещества. Некоторые авторы называют объем, содержащий очаги глубоких сейсмических толчков, «опускающимся блоком литосферы»; другие называют его зоной Беньоффа, хотя д-р Гуго Беньофф имел несколько иную точку зрения на это явление, нежели принятая в настоящее время.

Симметричные и асимметричные регионы характеризуются определенными взаимоотношениями различных геофизических явлений: землетрясений, вулканов, аномалий силы тяжести и др.

Наиболее простая картина наблюдается в срединно-океаииче-ских хребтах. Вблизи оси хребта происходят неглубокие землетрясения, вдоль нее же обычно проходит центральный рифт или впадина. Здесь действуют вулканы, извергающие жидкую базальтовую лаву, которая остывает, образуя магнитные полосы на океанском дне. Возраст вулканов увеличивается по мере их удаления от оси хребта.

Существенные черты асимметричности зоны поддвига наиболее отчетливо видны на активных окраинах материков, а также в образованиях, известных под названием островных дуг (рис. 83). Неглубокие землетрясения происходят по всей ширине дуги, а глубокие толчки сосредоточены в опускающемся блоке литосферы. Крупные дугообразные системы встречаются на многих окраинах Тихого океана; самой замечательной из них являются Алеутские острова. С внешней, выпуклой стороны этой дуги проходит глубокая океанская впадина, которая ограничивает узкую, но активную зону неглубоких землетрясений. Сила тяжести здесь меньше нормальной. Существуют также небольшие группы островов типа островов Ментавай вблизи южного берега Суматры, являющиеся выходами океанского дна на поверхность в виде хребтов. Здесь сила тяжести вновь становится нормальной и даже продолжает возрастать. Глубина очагов землетрясений здесь больше — порядка 50— 100 км. Главные острова дуг образовались, как правило, в меловое или третичное время. На них часто встречаются действующие вулканы, время от времени выбрасывающие при сильных извержениях густую андезитовую лаву. Дальше в сторону материка проходит более древняя, вторичная дуга, в которой имеются потухшие или почти потухшие вулканы и происходят землетрясения на глубине около 200 км. Еще дальше может быть мелководное море, после чего начинается сам материк. Сейсмичность может дальше не прослеживаться, если же она прослеживается, то глубины очагов постепенно возрастают до максимальной величины около 700 км.

Субдукция под островную дугу

Субдукция под островную дугу

Не все из перечисленных выше особенностей можно встретить во всех асимметричных системах. В действительности трудно найти систему, в которой все они явно выражены; но если они встречаются, то именно в указанном порядке. Незначительные различия между островными дугами и активными окраинами континентов являются, очевидно, следствием различий в строении приповерхностных слоев.

Если проанализируем число землетрясений, происшедших на разных глубинах, то обнаружим, что примерно 2/3 из них неглубокие и лишь менее 5 % произошли на глубинах более 450 км. На этой глубине устанавливается минимум частоты, однако средние ее данные вряд ли имеют большое значение: при переходе из одного района в другой картина сильно меняется, и часто на этих глубинах землетрясений вообще не происходит. Так, в Новой Зеландии сейсмические толчки на глубинах от 380 до 550 км не зарегистрированы; то же самое можно сказать о Камчатке и Южной Америке.

Большая часть по-настоящему глубоких толчков происходит вокруг Тихого океана или вблизи его берегов. Самый глубокий из известных толчков произошел на глубине около 720 км под морем Флорес. Исключением из этого правила является толчок вблизи Гибралтарского пролива в 1954 г., имевший глубину 640 км. В остальном вне Тихого океана глубины более 100 км почти не отмечались. Исключениями являются восточная часть Средиземноморья, в частности, район гор Вранча в Румынии, а также Гиндукуш, где зафиксирована большая группа толчков на глубине около 220 км у южной оконечности Гималаев.