7 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.

И земля из зимы безразличья Восстает обновленной змеей…

Шелли. Эллада.

Почему все-таки происходят землетрясения? Если оставить в стороне небольшие сотрясения, являющиеся результатами оползней, обрушений карстовых полостей, извержений вулканов и других источников слабых колебаний, то придем к выводу, что почти все землетрясения происходят из-за действия геологических сил, воздвигающих горы и формирующих другие важнейшие элементы земной поверхности. Наука об этих силах и результатах их действия называется тектоникой (от греческого «тектон» — строитель), мы в основном будем говорить о тех подземных толчках, которые относят к числу тектонических землетрясений. Для того чтобы понять их причины и следствия, следует изучить как источник вызывающих их сил, так и вещественные объекты, на которые эти силы действуют.

Поверхность земли состоит из горных пород. Огромные их массы вздымаются вверх, образуя горные хребты; породы залегают под илистым дном океанов; русла рек выложены галечником; пески пляжей — также измельченная порода. Изливающаяся из вулканов лава, застывая, образует породу; вещество, выбрасываемое при проходке тоннелей, шахт и колодцев,— это тоже порода.

Существует множество различных типов пород; названия некоторых из них известны всем: гранит, базальт, известняк и т. д. Геологи группируют их в три основных класса — осадочные, изверженные и метаморфические. На поверхности земли осадочные породы распространены шире всего и покрывают около 3/4 всей площади. Их средняя мощность достигает примерно 2 км. Они не принадлежат к числу первоначальных элементов земной поверхности, а являются продуктом важнейших, идущих и в наше время геологических процессов.

Было бы неверно думать о геологе как о человеке, интересующемся лишь давно отжившими ископаемыми и тем, что происходило миллионы лет назад. Он, видимо, лучше других осведомлен о постоянном изменении и обновлении окружающего мира. Породы, выходящие на поверхность земли, или обнажения, подвержены выветриванию, которое постоянно ведет к их распадению на мелкие частицы. В высокогорных районах смена промерзания и оттаивания делает этот процесс сравнительно быстрым; химическое воздействие воды на вещество пород, перевевание песка ветром, перемалывание пород ледником — все это составные части процесса разрушения пород.

Если порода распалась на достаточно малые частицы, она выносится и сортируется ветром и водой. Иногда течение может перемещать крупные массы вещества; в периоды разливов количество переносимого материала может быть очень большим. Иногда происходит медленный процесс растворения, но результат его тот же самый — породы горных хребтов постепенно перемещаются к побережью. Материал, переносимый вдоль рек и водотоков, расширяет их русло, расчищая ложе и размывая берега. Река Миссисипи ежегодно перемещает более 400 млн. т вещества. Во время транспортировки происходит дальнейшее измельчение материала, а острые обломки, слагающие горные обвалы, в ложах равнинных рек превращаются в окатанную гальку. На побережье вступают в действие волны, смешивая материал, принесенный реками, с породами, сносимыми с прибрежных скал, и откладывая разрушенный и измельченный материал на морском дне, где он может консолидироваться под давлением перекрывающих слоев и образовывать новую породу.

Характер вновь формируемой породы зависит от типа откладываемого вещества. Например, очень мелкие частицы не могут покоиться в быстротекущей воде или в воде, перемешиваемой волнами. Процессы отложения изучены очень детально, но для нас достаточно лишь указать на их важность. С течением времени накапливается все больше и больше материала, меняются распределение течений и глубина морского дна, поэтому выветрившееся вещество может начать поступать из другой части горной системы и отличаться от ранее отложенного структурой или химическим составом. В результате породы, сформировавшиеся на морском дне, образуют последовательно перекрывающие друг друга слои (рис. 45 и 46).

Песчаники, выходящие на поверхность в Рош-Персе, близ Бурайя

Песчаники, выходящие на поверхность в Рош-Персе, близ Бурайя

Скалы близ м. Киднепперс

Скалы близ м. Киднепперс

Материал, снесенный реками,— не единственный возможный источник формирования пород. Наиболее важное исключение составляет, например, известняк, хотя это тоже осадочная порода. В данном случае откладываемый материал образуется в самом море, а именно, в его теплых неглубоких частях, и состоит главным образом из раковин и скелетов умерших морских организмов, падающих на морское дно. Если к ним не примешивается другое вещество, то получается чистый мел или известняк, но при определенных условиях карбонатные осадки могут играть роль природного цемента, связывающего частицы, сносимые реками или переносимые вдоль берега океаническими течениями.

Перекрывающие друг друга в процессе осадконакопления слои называют пластами. Их поверхности приблизительно параллельны, а толщина меняется в соответствии со скоростью накопления материала и длительностью этого процесса. В ненарушенной последовательности пластов самые древние породы залегают внизу, а самые молодые — наверху. В осадочных породах часто находят раковины или скелеты животных и растений, которые были захоронены в осадках во время их накопления. Эти останки называют окаменелостями (рис. 47). При хорошей сохранности они играют важную роль в определении возраста породы. В течение геологической истории сменялись типы живших вместе организмов, так что если обнаружен сходный комплекс окаменелостей в двух различных слоях, можно быть уверенным в том, что они отложились примерно в одно и то же время. Например, южно-австралийские песчаники могут содержать те же окаменелости, что и совершенно не похожие на них породы Новой Гвинеи; это помогает скоррелировать последовательности пластов в этих двух районах. Полная последовательность пластов, начиная с древнейших и кончая самыми молодыми, называется геологическим разрезом. Задача датирования определенного геологического события сводится, таким образом, к отысканию его правильного места в этом разрезе (рис. 48).

Окаменелости

Окаменелости

Геологический разрез

Геологический разрез

Определить длительность тех или иных геологических периодов нелегко. В настоящее время хорошие оценки могут быть получены путем измерения содержания в породах радиоактивных веществ. Школьник, знающий имена королей и королев Англии в хронологическом порядке, знает, что события, относящиеся к правлению Карла II, происходили раньше, чем события, относящиеся к правлению Георга IV, даже если ему неизвестны даты этих правлений. Если он прикинет среднюю продолжительность одного правления, то сможет неплохо определить временной интервал в годах. Точно так же геолог знает, что кембрийские породы древнее юрских, т. е. может верно установить хронологический порядок явлений, даже не зная скорости процесса.

В одном месте чаще всего можно обнаружить лишь ограниченный отрезок геологического разреза, поэтому полное дешифрирование истории Земли — процесс кропотливый. Проф. Коттон сравнил его с попытками собрать целую книгу из большой кипы поврежденных экземпляров, разорванных на части по несколько страниц в каждой. Таблица геологических периодов с последними оценками их длительностей приводится в приложении.

Во многих районах земного шара вулканы давно прекратили, активную деятельность. Житель Индонезии, Японии или Гавайских островов не удивится, если узнает, что породы на окружающих склонах когда-то были расплавленной лавой, а почва на полях — горячей золой. То же в равной степени будет справедливо и для ряда районов Шотландии, Соединенных Штатов или Франции. В этих районах, а также в районах со все еще сильной вулканической деятельностью мы обнаруживаем второй важнейший тип пород. Такие породы называют изверженными, что прямо указывает на их вулканическое происхождение. В некоторых случаях они и в самом деле вышли на поверхность земли в раскаленном состоянии, излившись в виде лавы из жерла вулкана; в других случаях они внедрились в толщу слоев и затвердели, оставшись захороненными до тех пор, пока эрозия не вывела их на поверхность. В обоих случаях они когда-то были достаточно раскалены и пластичны для того, чтобы более или менее свободно растекаться, а затем охладились и раскристаллизовались, приобретя современный облик. Поскольку эти породы некогда находились в глубинах Земли, они представляют большой интерес для геофизиков, так как помогают им подтверждать гипотезы о внутреннем строении Земли.

Третий основной класс — метаморфические породы — занимает промежуточное положение между двумя рассмотренными выше. В своем первоначальном виде метаморфическая порода могла принадлежать любому из них, но затем ее характеристики настолько изменились вследствие глубокого захоронения и воздействия высоких температур и давления, процессов охлаждения и кристаллизации или же температурного воздействия внедрившейся вблизи нее магмы, что ее необходимо считать породой нового типа. Границы между указанными тремя классами пород не вполне четки, однако это деление весьма полезно.

Преобразования поверхности земли — процесс разносторонний. Из приведенного описания может показаться, что породы на суше — изверженные, метаморфические и осадочные — обречены на эрозию, транспортировку реками и отложение где-нибудь на морском дне. Но это лишь часть процесса. Так как 3/4 поверхности суши сложено осадочными породами, следовательно, на каком-то этапе часть морского дна вновь превращается в сушу. Это происходит главным образом в результате процесса орогенеза, или горообразования. Детали этого процесса до сих пор неясны, и позже мы к ним вернемся.

Представляется вероятным, что формирование горных систем начинается с заполнения мелководного бассейна большими массами осадков (рис. 49). По мере накопления осадков поддерживающее их дно бассейна все более деформируется и прогибается. Такую структуру называют геосинклиналью. Поскольку дно геосинклинали погружается на все большую глубину, оно ослабляется повышенной температурой. Под воздействием сжимающих напряжений в земной коре толща осадочных пород сминается, воздымается, и над водой возникает суша в виде нового горного хребта. К этому времени старый континент, служивший источником сноса, оказывается в значительной мере размытым, и возникновение нового хребта существенно меняет систему стока. Эрозия будет продолжаться по-прежнему и, возможно, приведет к формированию новой геосинклинали и новому периоду горообразования. Таким образом, протекает циклический процесс, который оправдывает заявление одного из известных геологов о том, что здесь «нельзя обнаружить начала и не видно конца».

Горообразование

Горообразование

Одним из следствий горообразования являются часто встречающиеся перерывы в осадконакоплении, о которых уже упоминалось. Хотя и можно найти достаточно длинные последовательности напластований, но их нужно долго искать. Часто породы изогнуты и смяты в странные формы, разбиты трещинами и раздроблены под воздействием напряжений (рис. 50). Этот процесс протекает медленно, но результаты его значительны.

На протяжении геологической истории периоды активного горообразования сменялись периодами относительного покоя, когда протекало осадконакопление. Периоды орогенеза охватывают достаточно длинные этапы геологической истории, и их можно проследить на значительных территориях земного шара. Таким образом, можно повсеместно пользоваться основной шкалой времени, вводя в нее лишь небольшие изменения для описания местных особенностей. Правда, стратиграфы могут возражать против такого поверхностного понимания их проблем.

Нарушенная геологическая толща

Нарушенная геологическая толща

Обрисованная картина горообразования неудовлетворительна во многих отношениях. Для смятия осадков в геосинклинали нужны большие сжимающие усилия, но трудно объяснить, откуда они возникают. Геолог может сказать, что произошло, но не может объяснить почему. Происходит это, видимо, потому, что причины лежат слишком глубоко в Земле и не оставляют следов в приповерхностных породах. В следующей главе мы увидим, как физики проникают несколько глубже геологов.