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.

Банко. То — пузыри, которые рождает Земля, как и вода.

У. Шекспир. Макбет.

В сознании многих людей землетрясения ассоциируются с вулканами. В Новой Зеландии наблюдаются обе группы явлений; однако землетрясения происходят вовсе не потому, что в национальном парке Тонгариро имеются вулканы, а в Уакареварева — горячие источники. Вулканы и землетрясения — это разные проявления одних и тех же геологических процессов, и несомненно существует определенная связь между распределением сейсмических поясов на земном шаре и расположением вулканов.

При описании строения Земли было отмечено, что внутренняя ее часть разогрета, но из этого не следует, что под поверхностью залегает сплошной слой расплавленной магмы, готовый излиться в любое подходящее отверстие. Огромное давление вышележащих толщ препятствует плавлению пород. Тем не менее имеются локальные участки, где это может произойти. Циркулирующие в мантии конвекционные токи создают «горячие точки» под океаническими хребтами, а поверхностный материал, увлекаемый в глубины Земли в океанических впадинах или у края континентов, плавится в процессе реабсорбции. Образующийся расплав, называемый магмой, продвигается по трещинам вдоль ослабленных зон в твердой земной коре. Обычно это происходит в результате лишенного особых внешних эффектов процесса, известного под названием интрузии. Магма, внедрившаяся на некоторое расстояние по трещине или вдоль поверхности раздела между слоями, затвердевает, образуя дайки и силлы изверженных пород. При благоприятных условиях, когда перемещение магмы не встречает значительного сопротивления, может образоваться вулкан.

Из существующих на земном шаре вулканов 800 или 900 считаются активными, но поскольку их деятельность часто сменяется длительными периодами покоя, трудно установить различие между действующими, дремлющими и потухшими вулканами, как это принято в школьных учебниках географии. Извержения происходят лишь в немногих из них, обычно не более 20 или 30 в год.

Вулканы начинают свою деятельность как клапаны, через которые вулканические газы вырываются на дневную поверхность. Вулканические шлаки, пемза, пепел нагромождаются вокруг жерла, образуя горы типичной конусообразной формы. Скорость роста конуса часто бывает очень велика. Так, в местечке Парикутин в Мексике местные фермеры знали о существовании небольшой ямы на выгоне, которая неоднократно появлялась вновь, несмотря на то, что ее периодически засыпали. Они бросили эту затею, а в один прекрасный день в 1943 г. яма была разорвана трещиной и из нее поднялся столб сероватого пепла. Спустя 24 ч показались лава и шлаки, образовавшие конус, высотой 50 м. К июню конус достиг деревни, расположенной в 3 км от вулкана, к сентябрю деревня была уничтожена, и лава покрыла площадь примерно в 25 км2. Через 2 года высота конуса достигла 500 м, но здесь извержение стало постепенно затухать и спустя 9 лет после первого выброса полностью прекратилось. Это один из немногих случаев, когда вулкан был изучен, что называется, со дня своего рождения.

Обычно различают расплавленную магму, находящуюся в недрах Земли, и лаву, которая изливается на поверхность и, теряя растворенные в ней газы и пар, постепенно затвердевает. Потоки жидкой лавы и горящего газа представляют собой эффектное зрелище, особенно ночью, но температура лавы редко превышает 1200 °С. Это позволяет ей сохранять расплавленное состояние и одновременно указывает на небольшую глубину лавообразующих процессов.

Лавы заметно различаются по химическому составу; две крайних разности представлены очень жидкими базальтовыми лавами, изливающимися вдоль срединно-океанических хребтов и формирующими морское дно, и кислыми андезитовыми лавами, извергающимися из вулканов островных дуг и краевых частей континентов (рис. 90). Многие считают изящные конусы Фудзиямы, Эгмонта, Мейона типичной формой вулканов, но это справедливо лишь для тех из них, которые сложены относительно вязкими андезитовыми лавами. Базальтовые вулканы, такие, как Мауна Лоа на Гавайях или Килиманджаро в Северной Танзании, имеют сглаженную куполовидную форму, напоминающую перевернутое блюдце. В некоторых случаях базальтовые лавы могут быть настолько жидкими, что заполняют лишь углубления в земной поверхности. Однако повторные излияния лавы из множества трещин могут в конце концов привести к формированию обширных плато, подобных Деканскому плато в Индии, в строении которого принимает участие примерно 700 тыс. км3 излившегося материала.

Вулкан Мерапи

Вулкан Мерапи

Разрушительная сила вулканов зависит в большой степени от вида лавы, которую он извергает, поэтому вулканы можно классифицировать по этому признаку, но нужно иметь ввиду, что с течением времени большинство из них меняет свой характер.

Наиболее спокойный тип извержения — гавайский. Вулканы этого типа обычно изливают очень жидкую базальтовую лаву, образующую невысокие шлаковые купола вокруг вулканического жерла. В вулканах типа Стромболи лава также имеет базальтовый состав, но обладает большей вязкостью и часто выбрасывается на поверхность в виде фонтанов, сопровождающихся небольшими взрывами. Вулканический тип извержений, обязанный своим названием горе Вулкан, расположенный на Липарийских островах вблизи побережья Италии, характеризуется еще более вязкой лавой, состоящей из кислых пород и имеющей тенденцию затвердевать внутри жерла вулкана. Вулканы этого типа часто выбрасывают облака тонкого пепла в форме кочана цветной капусты, которые разносятся ветром на большие расстояния (рис. 91). В Новой Зеландии имеются мощные отложения пепла, сохранившиеся от древних извержений подобного типа. Они распространены по всему району Тонгариро-Таупо в центре о-ва Северного. Последний тип вулканов — пелейский, получил свое название от вулкана Мон-Пеле на о-ве Мартиника, где произошло катастрофическое извержение, уничтожившее город Сен-Пьер в 1902 г. Эти вулканы выбрасывают так называемые палящие тучи — плотные облака газов и раскаленного твердого материала, которые, перевалившись через край кратера, быстро устремляются вниз по склону (рис. 92, 93). Лава в этих вулканах обладает столь высокой вязкостью, что может образовать в жерле вулкана твердую пробку. Иногда она выдавливается на поверхность, образуя «столб» из относительно мягкого материала, легко разрушающегося под воздействием агентов выветривания. Столб вулкана Мон-Пеле высотой в несколько сотен метров представлял собой первоначально весьма впечатляющее зрелище.

Вулкан Нгаурухоэ

Вулкан Нгаурухоэ

Во время извержения Мерапи

Во время извержения Мерапи

Уничтоженная деревня

Уничтоженная деревня

В промежутках между извержениями многие кратеры заполняются водой, стекающей с окружающих склонов, образуя кратерные озера. Стенки кратера часто сложены пеплом, в котором легко образуются бреши как при дальнейшей вулканической деятельности, так и под давлением заполняющей кратер воды. При этом бурные потоки воды с пеплом, камнями, грязью и снегом устремляются вниз по склону горы с большой скоростью. Их называют лахарами, или вулканическими грязевыми потоками (рис. 94). Самая страшная железнодорожная катастрофа в Новой Зеландии была вызвана лахаром из озера в кратере Руапеху, разрушившим мост через р. Уонгаэху в национальном парке Тонгариро. Вся территория парка покрыта каменными нагромождениями, оставленными древними лахарами. Однако прорывы кратерных озер — не единственная причина образования лахаров. В Индонезии имели место случаи, когда интенсивного выпадения осадков оказывалось достаточно для образования мощных грязевых потоков.

Лахар

Лахар

Взрывы, сопровождающие сильные извержения вулканов, вызывают образование упругих волн, которые могут регистрироваться сейсмографами и даже восприниматься как землетрясения. Большинство взрывов происходит внутри кратеров или в жерлах вулканов, но иногда имеют место и подземные взрывы или толчки, связанные с перемещением магмы, которые можно уже с известным основанием рассматривать как «вулканические» землетрясения. По сравнению с тектоническими землетрясениями, которым посвящена большая часть этой книги, сейсмические толчки, вызванные вулканической деятельностью, представляют собой гораздо более скромное природное явление, так как большая часть энергии взрыва направлена в атмосферу и расходуется на образование звуковой волны. Кроме того, сравнительно слабые вулканические породы разрушаются раньше, чем в них успевают накопиться значительные запасы энергии.

Когда воздушная волна от сильного взрыва повреждает здание, это явление может быть по ошибке принято за землетрясение. Звуковые волны могут распространяться на очень большие расстояния. Так, взрыв вулкана Кракатау в 1883 г. был слышен от Шри-Ланка и Северного Таиланда до Алис-Спрингс в центральной части Австралии. Сильные звуковые импульсы не всегда воспринимаются вблизи вулкана, так как звук более интенсивно распространяется в верхних слоях атмосферы, а вокруг вулкана образуется теневая зона) Сообщалось, например, что взрывы вулканов Нгаурухоэ и Руапеху не были слышны на территории Национального парка, но были зафиксированы в Таранаки и пригородах Веллингтона, расположенных более чем в 200 км от вулканов.

В большинстве стран, где действующие вулканы расположены вблизи населенных пунктов, властями организованы в той или иной форме наблюдения за приближающимися извержениями. К сожалению, вулканы настолько индивидуальны по своему характеру, что часто трудно бывает решить, за чем собственно следует наблюдать. Обычно вблизи вулканов устанавливаются сейсмографы, но многие извержения начинаются раньше, чем фиксируются первые толчки. Некоторые другие признаки, такие, например, как увеличение уклонов земной поверхности вблизи вулкана или изменение температуры воды горячих источников и кратерных озер, нередко могут служить более надежными предвестниками приближающегося извержения.

Землетрясения, связанные с вулканами, и взрывы в кратерах обычно наблюдаются в период, когда вулканы проявляют видимую активность. Когда активность нарастает, близрасположенные сейсмографы начинают фиксировать особый тип колебаний, известный под названием “вулканического дрожания”. Оно представляет собой высокочастотную вибрацию с периодом колебаний в основном менее 0,5 с. Когда “дрожание” появляется впервые, оно выражено слабо и продолжается не более 2 ч, но по мере роста активности вулкана усиливается, и амплитуда колебаний значительно увеличивается. Когда извержение достигает максимума, колебания становятся менее регулярными не столько в связи с изменением их периода, сколько в результате перемены фазы. Колебание как бы прерывается в середине, а затем начинается вновь. Гавайские вулканологи высказали предположение, что “дрожание”, вероятно, связано со стремительным движением расплавленной лавы по подводящему каналу, что заставляет вибрировать головы пластов, выступающих в его стенках, как губную гармошку. Симозура установил, что “дрожание” состоит из объемных и поверхностных волн и чем глубже расположен их источник, тем длиннее период колебаний. Он предполагает, что при потери магмой газов и превращении ее в лаву в подземных подводящих каналах и жерле вулкана устанавливаются ритмические колебания, вызывающие “дрожание”.

Сейсмограмма, приведенная на рис. 95, получена в Новой Зеландии экспедицией, работавшей на о-ве Рауль в группе Кермадекских островов, при извержении вулкана в конце 1964 г. Взрывы в кратере и мелкофокусные землетрясения с эпицентром под зал. Денхам происходили на фоне вулканического “дрожания”, во много раз превышающего по амплитуде нормальные микросейсмы, но отличающегося от них значительно более коротким периодом колебаний.

Вулканическое "дрожание"

Вулканическое “дрожание”

В районах, где имеются действующие или потухшие вулканы, таких, как отдельные районы Японии или Северный остров в Новой Зеландии, часто наблюдаются рои землетрясений. Они представляют собой последовательности слабых или умеренных сейсмических толчков, ни один из которых нельзя четко идентифицировать как главный. С мая по декабрь 1922 г. небольшой населенный пункт Таупо испытал сотрясения, которые во всех руководствах рассматриваются как типичный пример такого роя. При этом самый сильный из многих сотен зафиксированных толчков вызвал лишь незначительные разрушения. К западу от эпицентра образовалась зона поверхностных разрывов протяженностью в несколько километров, а береговая линия озера опустилась примерно на 2 м.

В 1922 г. этот район был слабо заселен, и сейсмографы, которые могли бы зафиксировать эти толчки, не были установлены. Теперь представляется более вероятным, что разрывы образовались при землетрясении средней силы, а толчки, наблюдавшиеся позднее, представляли собой нормальную последовательность афтершоков, хотя, может быть, и необычайно сильных. Однако в конце 1964 г. в этом же районе наблюдался еще более типичный рой землетрясений. В настоящее время в нескольких километрах к северу от этого района на геотермической станции Уаираки оборудована постоянная сейсмостанция, с которой портативные сейсмографы могут быть доставлены в любой район наблюдений. В обычное время сейсмографы в Уаираки фиксируют примерно 5 толчков в месяц, но в пиковый период роя землетрясений их число увеличивается до 900 в день. Оказалось, что их эпицентр расположен под западной частью озера, соседствующего с заливом, под которым проходит разрыв 1922 г., однако каких-либо признаков оживления этого разрыва отмечено не было.

Местные жители склонны винить в возникновении землетрясений эксплуатацию подземного горячего пара, однако работники электростанции не отметили существенных изменений в качественных или количественных характеристиках пара. Не заметили каких-либо аномалий и геологи, замеряющие температуру воды в источниках и скважинах. В районах, где нет вулканов, истинные рои землетрясений очень редки, однако с вулканической активностью они имеют лишь косвенную связь, и нельзя считать, что механизм их возникновения в настоящее время расшифрован.

Рассматривая островные дуги, автор отметил, что гипоцентры землетрясений, связанных с действующими вулканами, часто располагаются на глубинах порядка 150 км. Французский вулканолог Клод Бло высказал предположение, что к процессам извержения могут быть причастны глубокофокусные землетрясения, охватывающие большие площади; при этом он обратил внимание на характерную последовательность землетрясений, которые обычно начинаются как глубокофокусные, а затем их гипоцентры перемещаются все ближе к поверхности и местоположению вулкана, и нередко завершаются вулканическим извержением. Хотя приводимая им статистика более убедительна, чем аргументация, обычно применяемая в политических спорах, но ее все же недостаточно для того, чтобы убедить большинство геофизиков в правильности высказанных предположений. Поэтому рассмотренные взгляды остаются пока лишь интересной гипотезой.

Д-р Тревор Хатертон из Новозеландского геофизического института и его калифорнийский коллега д-р В. Р. Дикинсон установили интересную связь между положением очагов землетрясений под вулканами с андезитовой лавой и содержанием в ней поташа, которое растет по мере увеличения глубины. Эти данные могут дать дополнительную информацию о физических и химических свойствах пород на глубинах, где происходит плавление.

Тема вулканизма достаточно широка, чтобы стать предметом отдельной книги, поэтому в работе о землетрясениях мы коснулись ее в общих чертах, не затрагивая таких явлений, как горячие источники, грязевые котлы или гейзеры.