3 роки 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.

ГОРООБРАЗОВАНИЕ

Что больше всего поражает человека, попавшего в горный район? Нагромождение горных кряжей, усту­пы, обвалы, вознесенные в поднебесье скалы. Как все это получилось?

И сегодня еще геологическая наука не в силах дать исчерпывающего ответа на этот вопрос.

Горные пласты нередко настолько смяты, стис­нуты, перемешаны, что нет сомнения: все они под­верглись сильным множественным горизонтальным воздействиям. Складчатость многообразна. Здесь и ги­гантские складки, и даже микроскопические скла­дочки, не видимые невооруженным глазом.

Но самое парадоксальное свойство складчатости — она возрастает с глубиной.

Видный советский геолог М. М. Тетяев писал: «Мы видели, что процесс складкообразования охватывает всю земную кору, а не только ее поверхность. На по­верхности он выражается только в элементарных, при­митивных формах, в то время как на глубине прояв­ляется в формах гораздо более сложных. Следователь­но, формы поверхности ни в коей мере не охватывают всего многообразного содержания общего процесса складкообразования…

Таким образом, это образование гор не связано не­посредственно с процессом складкообразования, а воз­никает в результате поднятия участков земной коры с ранее созданной складчатой структурой, и создан­ной на глубине, но затем выведенной на поверхность вследствие поднятия».

Мы подчеркнули последний абзац, так как в нем для нас главное.

Вот так все и объясняется. Горы «готовятся» в глубинах, а затем всплывают на поверхность «готовы­ми».

Стоит нам обратиться к всеобщему круговороту веществ, как возникновение гор и свойства складча­тости обретают новый понятный смысл. Во всяком случае если говорить о качественной стороне дела, о его толковании в описательной форме. Возможно, расчеты и детали внесут впоследствии серьезные уточ­нения в предлагаемое описание, но мы думаем, что они вряд ли смогут изменить его логическую суть.

Имея в виду деятельность дренажной оболочки, образование гор можно объяснить так.

Смываемые с материков осадки выпадают на океа­ническое дно послойно. Равномерно и ритмично, век за веком там образуются протяженные пространства осадочных пород.

Пропитываясь горячими растворами дренажной обо­лочки, поступающими снизу, уплотняясь и тяжелея, эти породы спускаются в верхние слои мантии.

Слоистые, напоминающие торт «наполеон» осадоч­ные плоскости пока не претерпевают существенных деформаций. Но когда вещество верхней мантии сдви­гается по горизонтали, из-под океанического дна под «всплывающие» материковые основания, начинают и происходить главные события: под сильным давле­нием, при высокой температуре осадочные породы сминаются в «гармошки» разных масштабов и форм. И при этом огромные их массы перемещаются на ог­ромные расстояния — из коры океанического дна в пределы верхней мантии, далее под кору материков, а затем и в сами поднимающиеся материки.

Не все части материков и не все области океаниче­ского дна в одинаковой мере участвуют в уже изве­стном нам круговороте твердого вещества. Быстрее возносятся высокие горы, ибо они быстрее смываются, а поэтому вызванное «всплыванием» материка верти­кальное движение на этом участке наиболее интен­сивно. В океане движение вещества тоже неравно­мерно: в пределы мантии прежде всего проникают участки, наиболее нагружаемые речным сносом.

ЗАГАДКА ГЕОСИНКЛИНАЛЕЙ

В рельефе Земли есть особые участки, издавна при­влекающие внимание ученых. Названы они геосинкли­налями. О том, как возникают эти узкие и протяженные, то почти прямые, то изгибающиеся полосы, за­полненные осадочными породами, написано много ра­бот, выдвинуто много гипотез. Глубина осадочных на­полнений в геосинклиналях достигает 10—15 километ­ров и больше. Осадочные породы в них различные — морского и континентального происхождения.

В истории образования геосинклиналей пока мно­гое неясно и противоречиво. Во-первых, почему они так глубоко и весьма длительное время прогибаются? Ведь не могут же тяжелые и прочные породы нижних горизонтов коры и верхней мантии прогибаться под весом слоев легких осадочных пород. Существует мне­ние, что накопление осадков в геосинклиналях про­исходит в результате длительного, измеряемого мно­гими миллионами лет прогибания геосинклинальной области, но вот о причинах, вызвавших это прогиба­ние, нет сколько-нибудь обоснованного мнения.

Следует также принять во внимание, что прогиба­ние геосинклиналей — процесс непростой. Это хорошо видно на примере образования их младших сестер — геосинклинальных угольных месторождений. Осадоч­ные толщи последних сложены, как правило, пласта­ми углей, которые могли образоваться на суше, и мно­гими слоями известняков, возникших в морских усло­виях. В Донецком бассейне чередуются 200 пластов угля и столько же пластов известняка, в Саарском и Верхне-Силезском их соответственно 350 и 477. Оче­видно, эти районы много раз становились то морем, то сушей.

Еще менее понятна и еще больше противоречит законам механики дальнейшая судьба геосинклиналей. После накопления мощных толщ они вместо дальней­шего прогибания… выгибаются, образуя смятые в складки горные кряжи.

Представление о роли вод дренажной оболочки в формировании земной коры приоткрывает завесу над загадкой геосинклиналей.

Существенными в проблеме геосинклиналей пред­ставляются два момента: причины их погружения и воздымания.

Опускание поверхностей геосинклиналей можно в определенной мере объяснить тем, что вода растворяет и уносит по дренажной оболочке часть вещества по­род, слагающих проницаемые слои земной коры.

Кстати говоря, свойствами дренажной оболочки хо­рошо объясняется и огромная протяженность геосин­клиналей. Ведь ее растворы, двигаясь миллионолетия­ми от материков к океанам, образовали пористые дре­ны огромных поперечных сечений и протяженности. Такие дренажные «реки», в которые ежегодно сквозь кору материков поступают около 150 миллиардов тонн воды, должны всю ее «разгрузить» в океан — при этом они избирают по возможности кратчайшее расстояние. Так возникает линейная направленность геосинкли­налей.

По мере разрушительной работы вод дренажной оболочки объем ее глубинных пустот, полостей и дру­гих емкостей растет и в какой-то момент происходят прогибания под давлением вышележащих пород, вес которых оказывается достаточным, чтобы вызвать их проседание.

На местах геосинклинальных прогибов откладыва­ются осадочные породы, плотность которых меньше плотности подстилающих пород. В результате по мере накопления осадков, которые замещают плотные по­роды, кора геосинклинали становится легче. Как го­ворят геофизики, в ней растет дефект массы, растут отрицательные аномалии силы тяжести. При опреде­ленной величине этих аномалий геосинклиналь на­чинает восходящее движение, всплывает подобно за­тонувшему кораблю, в трюмы которого накачали воздух.

Все это — и образование трещин, и утоньшение коры — облегчает восходящее движение всей толщи геосинклинали и превращение ее в горную область. Дальнейшая ее судьба будет определяться водой: чем больше воды пройдет в дренажную оболочку, тем лег­че станут породы и толще кора, тем выше станут горы.

Пожалуй, верно, что горы приходят готовыми из глубин, но только есть основания предполагать, что приходят они не так, как думали мы раньше. Да и горы горам рознь. Можно назвать по крайней мере четыре различных типа.

Одни горы местные: они поднялись на геосинкли­налях. В них наблюдается нормальная последователь­ность слоев сверху вниз, от более молодых к древним.

Другие, как отмечено выше, пришли в состав ма­териков издалека: они построены из морских осадков, которые сминались в складки, преобразовывались в горниле верхней мантии и, претерпев двойную обра­ботку растворами дренажной оболочки, имеют слои, расположенные в хронологической инверсии — более древние породы лежат на более молодых. Совсем же молодые отложения в составе этих гор обычно не уча­ствуют, так как долгий путь через владения верхней мантии сильно задержал их выход на поверхность и, как говорят специалисты, метаморфизовал, то есть изменил когда-то молодые морские осадки.

Происхождение третьего типа горных сооружений, которые, как Анды, воздымаются на границе мате­рик — океан, еще не совсем ясно: возможно, они свя­заны с дрейфом континентов, но возможна связь их и с движением переработанных дренажной оболочкой океанических масс под континенты.

Наконец, есть и четвертый тип горных сооружений. Они возникают не на суше, а на океаническом дне в виде системы срединных хребтов. Процессы их обра­зования, исходя из гипотезы о дренажной оболочке, были освещены в предыдущей главе.

ВОДА И ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Землетрясения слишком многообразны по своим про­явлениям и причинам, чтобы можно было их объяс­нить, лишь исходя из представлений о роли дренаж­ной оболочки. Все же во всех землетрясениях воды земной коры обязательно играют большую роль, осо­бенно в случае землетрясений, связанных с вертикаль­ными движениями отдельных блоков земной коры, облегчаемых эрозией или нагружаемых осадочными породами.

При разговоре о землетрясениях нам понадобится знать такие понятия, как гипоцентр и эпицентр.

Гипоцентр — это точка или область в недрах, где непосредственно совершаются события, вызывающие землетрясение. Если же эту точку спроецировать на поверхности, получим эпицентр. Эпицентр от гипо­центра может быть отделен многими километрами, де­сятками и даже сотнями километров. Большинство же очагов землетрясений лежит на сравнительно неболь­шой глубине: гипоцентры южноитальянских земле­трясений находятся лишь в 4—5 километрах от поверхности, в Японии — обычно не глубже 50 кило­метров. Таким образом, у большинства землятрясений очаги лежат в пределах земной коры.

Взаимодействие воды и пород земной коры посто­янно нарушает равновесное состояние ее отдельных участков.

Все дело в неравновесности. Горные области и промываются и смываются быстрее, интенсивнее, чем равнины. Следовательно, они становятся легче, а это ведет к их всплыванию. Но и всплывание отдельных участков горных областей происходит неравномерно, что и приводит к землетрясениям. Частота их во мно­гом тоже зависит от скорости эрозии. Так дело обстоит в горах.

Для объяснения землетрясений, которые возника­ют на равнинной местности, необходимо привлечение иного механизма.

Например, во время Ташкентского землетрясения 1966 года не наблюдалось видимых разломов и сдви­гов, которые неизбежны при горизонтальных и верти­кальных перемещениях отдельных участков земной коры. Гипоцентр его изначально лежал на глубине около 10 километров, но с каждым толчком поднимал­ся все ближе к поверхности. За год было зарегистри­ровано свыше 700 толчков, в том числе свыше де­сятка семибалльных. Как нам кажется, к причинам зем­летрясений такого типа дренажная оболочка также мо­жет оказаться причастной.

Представим себе, как глубинные «реки» год за го­дом прокладывают себе подземные «русла». Там, где порода более податлива растворению и выносу, где гидростатический напор воды особенно силен, там не­избежно возникновение пустот разных размеров, за­полненных парами, газами и водными растворами.

Для убедительности напомним некоторые цифры.

Как показывают расчеты материальных и тепло­вых балансов, в дренажную оболочку материков ежегодно приходит около 150 кубических километров воды в виде 4—5-процентного раствора. Этот водный поток уносит из коры материков в кору океана около 5—6 миллиардов тонн, или примерно 2—2,5 ку­бических километра, твердого вещества.

Именно поэтому вода способна создать в низах земной коры как мелкие поровые пространства и трещины, так и огромные полости наподобие карстовых пещер. Потолок таких выщелоченных участков может удерживать кровлю лишь до поры до времени, но да­же небольшие изменения в геологической обстановке и дальнейшее действие тех же водных растворов в конце концов приводит к ее обрушению. Чтобы вы­звать крупное семибалльное землетрясение, достаточ­но обрушить 30—50 кубических километров пород с высоты 1 километр. Если же такой обвал пласта про­изойдет на площади 300—500 километров, то достаточ­но высоты падения и 100 метров. При этом под понятием «падение» следует, разумеется, понимать быстрое проседание, а не свободный полет в пу­стоте.

Многократность ударов объясняется тем, что не вся кровля рушится сразу. Отпадает какой-то ее слой, и наступает временная передышка. Затем обваливает­ся следующий слой, происходит новый толчок — и вновь затишье. Гипоцентр в таком типе землетрясе­ний раз за разом поднимается, стремясь соединиться с эпицентром. Толчки следуют за толчками, а сила их постепенно уменьшается, так как уменьшается высота, с которой падает кровля. Это и создает пеструю кар­тину землетрясения, когда высокобалльные удары мо­гут чередоваться с мелкими толчками.

На ход таких землетрясений оказывают влияние и наиболее высокие приливные волны в литосфере, кото­рые, обегая земной шар, могут вызывать толчки, иг­рая роль спускового механизма.

Иногда последовательные нарушения сплошности пород и обрушение подземной кровли приводят к обра­зованию крупных провалов на поверхности Земли. Если огромные полости возникают где-то вблизи по­верхности Мохоровичича, то возможны извержения горячих растворов из дренажной оболочки и магм из-под нее. Более того, они могут сопровождаться подъе­мом дневной поверхности, когда вытесняемые массы флюидов — в основном воды — не могут уйти в сторо­ны. Из этих рассуждений напрашивается вывод о том, что везде, где есть дренажная оболочка, возможны зе­млетрясения. Но ведь на Земле немало мест, где земле­трясения почти не бывают.

Почему?

Попробуем объяснить это на примере Антарктиды.

Антарктида — своеобразный во многих отношениях материк. Поверхность этого материка защищена мощ­ным слоем льда и потому не смывается реками и ручь­ями в океан. От эрозии она хорошо законсервирована и защищена от воздействия воды самой водой в виде льда. В коре этого континента нет круговорота вод (или он очень слаб), а поэтому не происходит и кру­говорота твердого вещества. В Антарктиде не известно крупных землетрясений, если не иметь в виду движе­ний антарктического льда, разломов в нем, обрывов у берегов, сползаний с толчками, обвалов. Нет кругово­рота вещества — нет эрозионных полостей — отсутству­ют землетрясения. Так представляется сейчас эта при­чинно-следственная цепочка.

ВУЛКАНЫ

Ассоциации, связанные с этим словом, величественны и тревожны. Взрыв кратера. Огонь, дым, гарь, пепел, лава и множество других опасных и трагических для человека явлений.

Грандиозные и потрясающие извержения вулканов описаны во многих специальных монографиях и попу­лярных сочинениях, начиная с трудов Плиния Старше­го и кончая книгами нашего современника — бесстраш­ного вулканолога Гаруна Тазиева.

Но нас в данном случае, как и в прежних главах, интересует научная основа явления, его внутренняя сущность — не столько форма, сколько содержание, обретшее материальное воплощение в явлении при­роды.

На Земле еще недавно было зарегистрировано 616 вулканов, деятельность которых проявилась в истори­ческом прошлом. Из них 74 вулкана действовали в океане и 542 — на суше. Общее количество действовав­ших или способных действовать вулканов сегодня рав­но 817. Из них в «Огненном поясе» вокруг Тихого оке­ана насчитывается 526 вулканов (в том числе на су­ше — 360 и под водой — 44).

На Камчатке и Курильских островах имеется 68 вулканов (в том числе 2 подводных и 56 действовав­ших в историческом прошлом).

Такой представлялась статистика о вулканах до по­следнего времени. Но новые исследования дна океанов показали следы совершенно неожиданной активности подводного вулканизма. Только в центральной части Тихого океана насчитывается до 200 000 вулканиче­ских конусов и 2—10 тысяч крупных плосковерхих вулканов — гайотов. Их в Тихом океане, говорят, столь­ко, сколько может поместиться на карте. И что инте­ресно, особенно много их сосредоточено на срединных океанических хребтах. Общее количество сопок, или, как говорят исследователи океана, мелких вулканов, достигает четверти миллиона. Вулканическая деятель­ность многообразна, и разные вулканы работают по-разному. Одни отличаются особенно продолжительной активностью, например Стромболи в Италии, который действует почти без перерывов на протяжении несколь­ких тысячелетий. Другие поражают производительно­стью: например, Ближний Плоский и Дальний Плоский на Камчатке уже извергли 2830 кубических километ­ров магматического материала. А самый крупный вул­кан на Гавайских островах — Мауна-Лоа выбросил за время своей деятельности 42 000 кубических километ­ров. Но есть такие вулканы, которые в одно мгновение выполняют такую же работу, какую другие произво­дят за века. 12 ноября 1964 года камчатский вулкан Шивелуч во время извержения, которое длилось не­многим более часа, выбросил 1,5 кубических километра пепла, пемзы и других твердых продуктов извержения.

При извержении вулкана Кракатау в 1883 году га­зы, пары, обломки, песок и пыль поднялись на высоту 70—80 километров. Взрывы, происходящие при извер­жении Кракатау, как и других вулканов, бывают слы­шны на расстоянии тысячи километров.

При извержении в апреле 1815 года вулкана Тамбора на о. Сумбава струей водяного пара было выбро­шено в атмосферу более 100 кубических километров песка, пепла и вулканической пыли, что вызвало за­тмение Солнца на территории, равной Франции.

Самое поразительное в вулканах для исследовате­ля — их фантастическая энергия. При среднем по мощ­ности извержении выделяется количество энергии, рав­нозначное энергии 400 тысяч тонн условного топли­ва. Примерно полмиллиона, а при крупных извержени­ях энергию 5 миллионов тонн угля выбрасывает, как говорится, на ветер вулкан за один прием. Но особен­ное удивление вызывают эти цифры, когда начинается подсчет энергетических запасов земной коры и тех мест, откуда вулкан может черпать свою энергию.

Допустим, вулканы приводятся в действие теплом, выделяемым радиоактивными веществами. Расчет пока­зывает, что для однократного извержения потребова­лась бы энергия, образующаяся в нескольких миллио­нах кубических километров мантии на протяжении го­да. Совсем непонятно, как собрать и сконцентрировать это радиогенное тепло в очаге вулкана. Пытаются ис­кать причины вулканизма в газовом давлении. На про­тяжении веков и тысячелетий, говорят сторонники этой гипотезы, из магмы выделяются пузырьки раство­ренных в ней газов. Чем выше они поднимаются, тем ниже давление окружающей их среды, наконец, пу­зырьки якобы взрываются, вырывают клочья магмы и выбрасывают ее на поверхность. Периодичность извер­жений они объясняют задержкой газов поверхностной корочкой магмы. Чтобы прорвать ее, откупорить проб­ку, газы должны скопиться, так сказать, набраться силы.

Недостаток этой гипотезы в том, что, однажды про­рвав магматическую корку, газы полностью уйдут, а процессов, которые могут генерировать новые порции газа, не предложено. Многократное выбрасывание шампанского из уже открытой бутылки невозможно.

Поиски источников энергии вулканической актив­ности заставляли ученых обращаться к недрам Земли. Там, предполагают некоторые вулканологи, на глуби­нах скрыта отгадка. Но в глубинах мантии нет посто­янно действующих источников ни энергии, ни газов, которые могли бы взрываться. Радиоактивные вещест­ва, как мы уже говорили, распределены неравномерно в недрах Земли и сконцентрированы главным образом в гранитах коры, то есть в коре суши. Но никаких следов повышенной радиоактивности в продуктах вулка­нических выбросов не обнаружено. Вода и газы по своему изотопному составу не отличаются от воды и га­зов, находящихся на земной поверхности. Конечно, существуют и глубинные подкоровые выделения высо­котемпературных флюидов, как уже указывалось. Все же они не столь велики, да и рассеяны в недрах земного шара, так что не могут обеспечивать хотя бы гидро­термальную часть столь длительной вулканической активности на планете. Как и прежде, остаются неясными многие стороны вулканической деятельности. Совершенно непонятно, почему же вулканы сосредото­чились в основном на молодом дне океана и почему наблюдается многократность вулканических изверже­ний, их чрезвычайная длительность и активность, откуда берется столько энергии пара и магмы?

Вулканизм, выходит, явление, присущее главным образом океану, а не суше.

Обычно объяснение вулканизма ищут в недрах верхней мантии, где на глубинах 200—400 километров имеется слой размягченного вещества, называемый астеносферой. Еще господствуют гипотезы, будто отту­да поступают энергия и вещество, уходящее в атмосфе­ру и образующее вулканические сопки. Для каждой такой, даже небольшой, вулканической сопки нужен вертикальный канал высотой 200—400 километров.

Моделирование процесса выхода пара через слой песка показывает, что расстояние между точками, в которых прорывается пар, зависит от толщины слоя песка и в среднем в 3—5 раз превышает толщину слоя. А между тем сопки на океаническом дне расположены на расстоянии всего 25—30 километров.

Обычно для объяснения тесного соседства вулканов допускают существование на небольшой глубине про­межуточных очагов расплавленной магмы.

Чтобы объяснить появление многочисленных вулка­нических сопок, следует предположить, что под корой океана имеются огромные очаги, а учитывая количество вулканов, исчисляющихся сотнями тысяч, надо предви­деть единый сплошной очаг, расположенный на весьма небольшой глубине, измеряемой несколькими километ­рами.

Попробуем объяснить возможные причины вулка­низма в океане с помощью гипотезы о дренажной обо­лочке.

ГДЕ ТОНКО, ТАМ И РВЕТСЯ

Как уже было сказано, дренажная оболочка находится в коре океанов именно на такой глубине, на какой дол­жен быть повсеместный очаг магмы, необходимой для вулканических извержений. Дренажная оболочка за­полнена высокотемпературными пароводяными раство­рами под избыточным давлением. Создаваемое слоем морской воды и растворов гидростатическое давление дренажной оболочки океана приближается к 1 тысяче атмосфер. В то же время в дренажной оболочке коры суши оно возрастает (при мощности коры 30—60 кило­метров) до 3—6 тысяч атмосфер. Более высокое гидро­статическое давление в оболочке под материками созда­ется не только потому, что материки возвышаются над уровнем воды в океане в среднем на 875 метров, но и еще потому, что трещины и разломы в коре суши за­полнены более тяжелыми растворами, чем паровые растворы, поднимающиеся из глубин дренажной обо­лочки материковых побережий в дренажную оболочку океана. Разновидности коры суши и океана выступают как бы в роли соединенных сосудов, причем в одном колене — в коре материков — гидростатическое давле­ние выше, чем в коре океана. Океаническая дренажная оболочка оказывается областью разгрузки тех высоко­температурных водных и паровых растворов, которые заполняют дренажную оболочку материков. Постоян­ное поступление растворов создает избыточное давле­ние в дренажной оболочке океана, что и вызывает дея­тельность многочисленных вулканчиков на океанском дне.

Эти извержения работают наподобие «предохрани­тельных клапанов». Прорвавшись сквозь кору, такой «клапан» действует, пока давление может преодолевать противодавление столба воды в океане при глубине его до 4—5 километров. Но давление в конце концов пада­ет, и вулканчик затихает.

Однако покой недолог: он продлится до того мо­мента, когда давление вновь восстановится до такого, какое сможет в этом месте или где-то рядом преодолеть сопротивление, ведь дренажная оболочка облекает весь земной шар, и везде и всюду есть пар высокого давле­ния. При каждом очередном извержении происходит выброс больших количеств высокотемпературного пара, из которого при охлаждении выпадают массы вещества, образующие в атмосфере большие количества пеплов. Резкое снижение давления в вулканическом канале и в данном месте дренажной оболочки отражается на ра­створимости силикатов, алюмосиликатов и других ве­ществ. Они выпадают в осадок, образуя вязкие желеоб­разные массы. Эта минеральная «жижа» скопляется в канале вулкана и откладывается на дне в виде лавы, туфа и пемзы.

Извержения, происходящие на глубинах 3—4 кило­метра, в большинстве случаев не выдают в атмосферу даже пара, ибо он конденсируется там при вышекрити­ческом давлении и быстром охлаждении в воде, и на волнах появляются лишь массы пемзы, погибшей рыбы и т. п. На дне же образуется новая вулканическая сопка.

Избыточное давление в дренажной оболочке дна океана «вечно» поддерживается высоким давлением в дренажной оболочке материков. Таким образом, удиви­тельная активность океанического дна является естест­венным следствием наличия дренажной оболочки Зем­ли, где постоянно возобновляется давление и накапли­ваются горячие жидкие и даровые растворы различно­го состава и концентрации.

Океанические извержения заканчиваются не толь­ко образованием мелких сопочек. Большое количество различных по размерам островов возникло в результа­те вулканизма. К ним относится и величайший вулкан Мауна-Лоа на Гавайских островах.

Вулканические извержения вызывают также хорошо известные страшные волны цунами. Эти волны концен­трически распространяются от очага подводного извер­жения или землетрясения. Страшные последствия от цунами намного превосходят действие породивших их вулканов. Например, извержение вулкана Кракатау создало волну высотой около 35 метров. Это цунами унесло почти 37 тысяч человеческих жизней. Сильнее всего от моретрясений и цунами страдает Япония, на­ходящаяся как раз в районе тихоокеанского «Огненно­го пояса». Только в открытом море цунами не опасны, хотя и оставляют сильные и малоприятные ощущения.

Большие цунами случаются, к счастью, не так уж часто. В Японии в среднем один раз за 15 лет наблю­дается волна высотой более 7,5 метра. Начиная с 684 года до наших дней были зафиксированы 4 цунами вы­сотой более 30 метров. Но небольших цунами множест­во, и связаны они скорее всего с многочисленными ма­лыми подводными извержениями. Связь вулканизма с деятельностью дренажной оболочки делает понятными и другие его особенности. Например, многократность извержений объясняется тем, что снижение давления, которое происходит при выбросе, восстанавливается до­вольно быстро. Длительность работы вулканов объясня­ется этой же неисчерпаемостью оболочки.

ПОЧЕМУ ЛАВА ГОРЯЧАЯ!

Очень важным представляется вопрос об энергетиче­ских источниках, вызывающих высокий нагрев лав — до 500—600 и даже 1000 и более градусов. Растворы дренажной оболочки такой температуры не имеют. Од­нако вместе с ними в канале вулкана находится множе­ство газов — сероводород, сернистый газ, метан, водо­род, хлор, кислород и др. Там идут интенсивные реак­ции, при которых выделяется тепло. Например, окислы металлов легко реагируют с метаном и водородом:

Fe2O3 + H2 = Н2О + 2FeO;

3Fe2O3 + CH4 = 2Н2О + СО + 6FeO.

Эти реакции приводят к восстановлению железа, свежевыпавшие пеплы обычно быстро темнеют и стано­вятся коричневыми вследствие окисления двухвалент­ного железа кислородом воздуха в трехвалентное.

И еще один источник тепла. Рассеянное органиче­ское вещество непрерывно сосредоточивается в осадоч­ных породах и, участвуя в круговороте твердого веще­ства, уходит в недра мантии. При высоких температу­рах и давлениях из рассеянной органики образуются различные виды горючих ископаемых. Такие подвиж­ные горючие, как нефть и газ, могут накапливаться в коллекторах дренажной оболочки. Каждый кубический километр осадочных пород содержит примерно до 20 миллионов тонн органического вещества, которое по своей теплотворной способности в 10—100 раз больше энергии обычного вулканического извержения. Рассеян­ная в породах, органика может играть роль энергети­ческого потенциала вулканизма, и этот источник энер­гии пригоден для объяснения явлений, которые про­исходят в виде взрывов, когда за считанные минуты выбрасывается масса пород 3—5 и более миллиардов тонн. Нередко обнаруживают примеси горючих газов в вулканических выбросах. Из них такие, как метан и водород, могут, сгорая, при выходе лавы на поверх­ность сильно нагревать ее.

Заслуживает внимания вопрос о происхождении и других газов вулканического извержения. В их числе обнаружены производные хлора, брома, фтора, другие газообразные соединения. Выделения этих веществ при обычном плавлении горных пород не происходит. Если же принять во внимание, что в дренажной оболочке происходит взаимодействие кремнезема с другими со­единениями, становится понятным и образование силь­ных кислот:

СаС12 + SiO2 + Н2О —> CaSiO3 + 2HCl;

СаВr2 + SiO2 + Н2О —> CaSiO3 + 2НВr;

CaF2 + SiO2 + H2O —> CaSiO3 + 2HF.

По той же схеме кремнезем взаимодействует с дру­гими солями, образуя силикаты и вытесняя кислоты, которые извергаются вместе с паром на поверхность Земли.

Вулкан на поверку оказывается химическим реак­тором, где свойства дренажной оболочки проявляются особенно ярко и в котором летучий кремнезем выступа­ет одним из главных химических агентов.

ХИМИЧЕСКИЕ КОМБИНАТЫ ЗЕМЛИ

Отвлечемся на время от описательного рассмотрения вулканизма. Не столько грандиозность, сколько его ме­ханизм и технологичность в широком смысле слова бу­дут объектами нашего внимания.

То, почему мы называем их комбинатами, вытекает из существа определения. Продукция вулканов комп­лексная. Широкий набор химических соединений, га­зов, веществ, элементов. Технологичность тоже понят­на. Существует некоторый природный агрегат, этакая довольно сложная система малоизученных аппаратов, где происходят разнообразные превращения: нагрев, сжатие под давлением, процесс реагирования, переме­шивание и т. д. Все известные да еще неизвестные нам химические операции, которыми сопровождается вулка­ническое извержение.

В работе любого химического предприятия есть три по крайней мере существенных фактора: сырье, усло­вия технологического процесса и конечная продукция. В работе вулканов для нас доступней всего их, так сказать, конечная продукция: потоки лавы, выбросы га­за и пепла, пара, камней. О том, как протекают глубин­ные процессы подготовки извержения, по какой технологической схеме они идут, мы можем лишь до­гадываться, так же как и о сырье, служащем при вул­канизме исходным материалом.

Например, вода. Мы уже говорили, что в составе вулканических выбросов, особенно на первых стадиях, преобладают водяные пары. Воды этой получается слишком много. Во время извержения уже упоминав­шегося вулкана Тамбора на о. Сумбава выделилось около 1000 кубических километров воды. За 1700 лет своего существования вулкан Шивелуч на Камчатке, крупнейшие извержения которого происходят в сред­нем через полтора столетия, выбросил несколько тысяч кубических километров воды в виде пара.

Вряд ли такие количества воды могли так быстро прийти к вулканам из глубин мантии и земного ядра. Вернее предположить, что в основном эта вода — уча­стница великого круговорота вещества. Это отмечал и В. И. Вернадский:

«Среди эмпирических обобщений и отдельных фак­тов, с этой проблемой связанных, обращает на себя внимание, отмеченное уже в начале XIX столетия, сходство между солевым составом воды Океана и соста­вом летучих возгонов вулканических извержений».

Подтверждение этого сходства мы находим и в со­вершенно новой области исследований. Ориентировочно расчеты показывают, что концентрация растворенных минеральных веществ в надкритических растворах дре­нажной оболочки составляет 4—5 процентов. Примерно такая же концентрация обнаруживается в водяных па­рах вулканических выбросов. Связь дренажной оболоч­ки и вулканизма особенно прослеживается через воду. И здесь вновь уместно напомнить провидческие рас­суждения В. И. Вернадского:

«Изучение вулканов ясно указало, что их изверже­ние есть результат газового процесса, т. е. прежде всего является проявлением горячих водяных паров биосфе­ры. Неизбежно ставился вопрос, откуда берутся огром­ные количества воды, выходящие в виде паров во вре­мя извержений…»; «Поверхностная и волосная вода играют огромную роль в вулканических извержениях, может быть, более активную, чем это думают».

Итак, химкомбинаты вулканизма прежде всего пе­рерабатывают воду. Они обращают ее.в пар, который обладает могучей динамической силой: он рвется на свободное пространство, преодолевая сопротивление окружающих пород. Водяной пар, собственно, и есть главный транспорт для всех веществ, которые подни­маются из земных недр. Особенно для пеплов. Напом­ним, что за период с 1500 по 1941 год вулканами на сушу выброшено 392 тысячи кубических километров лавы и рыхлых масс, главным образом пеплов. Доля последних в вулканических выбросах достигала 84 про­центов. Тонкие пеплы долго носятся в воздухе. При из­вержении Кракатау в 1883 году они много раз обошли вокруг Земли, прежде чем полностью осели. Подняв­шись в верхние слои атмосферы, они вызвали красные зори в Европе, а пепел из вулкана Безымянного на Камчатке за два дня одолел расстояние 10 тысяч кило­метров и выпал в Лондоне.

Технологическая схема производства пеплов с уча­стием вод дренажной оболочки выглядит более понят­ной. Давление в канале вулкана достигает 2—4 тысяч атмосфер. Поднимаясь вверх по каналу, пары расширя­ются и охлаждаются, давление падает, резко снижается растворимость различных химических соединений и минералов, содержащиеся в растворах вещества выпа­дают, образуя жидкие и густеющие массы. Они, веро­ятно, скапливаются в устье канала, по которому подни­маются растворы, и вокруг него. Парогазовый поток подхватывает, выталкивает и несет их под сильным на­пором вверх. По пути они дробятся, измельчаются, пре­вращаются в пепельные облака и скопления мельчай­ших частиц лавы.

Если вулканический пепел рассеять, то обнаружат­ся частицы разных размеров — от 3—5 миллиметров в диаметре до мельчайшей пыли, повисающей в воздухе туманным облаком. Особо тонкий пепел выпадает не­посредственно из парового облака, имеющего темпера­туру 400—500° С и выбрасываемого из жерла на боль­шую высоту. При охлаждении из такого облака выпа­дают частицы, соизмеримые с молекулами, способные удерживаться в атмосфере неограниченное время.

Вот еще что интересно: подмечено, что по мере уда­ления облака от вулкана из него выпадают на земную поверхность пеплы все более изменяющегося состава.

Чем дольше продолжалось пребывание частиц пепла в облаке, тем заметнее перемены в химическом составе пеплового материала. Например, содержание магния в пеплах вулкана Безымянного увеличилось раз в три­дцать, когда облако удалилось от вулкана на 90 кило­метров, хотя для анализа отсеивались частицы пепла одинакового размера.

В марте 1947 года вулкан Гекла выбросил облако, которое было отнесено на 3800 километров, и в выпав­шем там пепле содержание окислов магния и калия в 4 раза превышало содержание этих соединений в пеп­лах, выпавших неподалеку от кратера. Интересно, что накопление этих соединений происходит в тончайшей поверхностной пленке частиц пепла. Выходит, она об­ладает высокой избирательной сорбиционной способно­стью, она настоящий магнит для содержащихся в обла­ке молекул. Ассортимент химических соединений в облаке оказывается неожиданно разнообразным. Это удивительная машина из атомов, анионов, катионов, молекул самых различных химических соединений, и разные частицы пепла извлекают те, которые им по душе. Мелкий пепел хорошо сорбирует анионы серной и угольной кислот. Пепел покрупнее предпочитает ионы хлора. Есть пеплы, которые извлекают ионы калия, натрия, магния. Особые стекловидные пеплы склонны принимать в свой состав ионы железа, марганца, фос­фора. В тонюсеньких пепловых пленочках накаплива­ется 35—75 процентов общего содержания таких эле­ментов, как титан, магний, марганец, никель, ванадий, талий, медь, хром, стронций, цирконий и уран.

Сходство химических составов вулканических вы­бросов с широчайшим набором элементов в водах океа­нов свидетельствует о роли дренажной оболочки в вул­канизме и в образовании солевого состава океанов. Ведь химический состав солей океана, его фосфорных и же­лезомарганцевых залежей должен во многом опреде­ляться деятельностью дренажной оболочки. Правда, пепловое облако материкового вулкана беспрепятствен­но поднимается в атмосферу и вершит свою химико-планетарную деятельность в условиях низких давлений и низких температур.

Иное дело — «химический комбинат» на дне океана. Там извержения происходят «спокойно», без выбросов паров и пепла. Да и как им выброситься, если сверху лежит слой воды толщиной 4—5 километров и создает давление на уровне 400—500 атмосфер? Даже если надкритические пары и растворы прорвутся в водную толщу, они очень быстро в ней превратятся в жидкость, теряя объем.

Однако подводные вулканы могут быть очень боль­шими. Вулкан Мауна-Лоа в районе Гавайского архипе­лага по объему в 500 раз больше Этны и в 25 раз боль­ше Везувия.

ПОГРУЖЕНИЕ ПЛУТОНА

Подсчитано, что ежегодно на Земле происходит 20 ка­тастрофических, 150 разрушительных, 800 сильных, 6200 довольно сильных и свыше 100 000 слабых земле­трясений, а также 4—5 крупных вулканических извер­жений.

Ученые установили много случаев совершенно оче­видной связи между землетрясениями и вулканической деятельностью. Например, во время сильного землетря­сения в Перу и Чили 10 апреля 1952 года пришли в действие 25 вулканов. Если передача давлений осуще­ствляется по воде, заполняющей дренажную оболочку, то возможность «разбудить уснувшие» вулканы не представляется странной.

Именно через дренажную оболочку передается вол­на гидростатических колебаний. Землетрясения нару­шают водную систему разломов, трещин и других пу­стот, по которым движутся глубинные воды. Эти нару­шения, естественно, отзываются на подвижном слое пароводяных смесей дренажной оболочки.

Пробуждение и прекращение жизни вулканов тесно связаны с водами дренажной оболочки.

Проявления стихии разнообразны. В 1957 году к де­вяти Азорским островам, растянувшимся на 650 кило­метров, неожиданно прибавился десятый. Произошло это так. Жители острова Фаял в ночь на 28 сентября были подняты с постелей сильными толчками. Земле­трясение уничтожило небольшую деревушку. Людям, в панике покидавшим рушившиеся дома, представи­лось фантастическое зрелище.

Море кипело. На бурлящую поверхность выскаки­вали гигантские мутные пузыри, которые с шумом лопа­лись, образуя облака пара. В небо рванулся исполинский столб дыма, пепла… Через три недели после своего возникновения поднялся из воды на 200 метров под­ковообразный вулканический кратер. Ветер развеял дым, унес пепел, морские волны смыли шлак, посреди океана возвышалась лишь голая скала. Родился новый остров.

Такие вулканические острова не редкость. Они то исчезают, то появляются вновь.

У тех же Азорских островов из-под воды поднялись вулканические конусы в 1867 и в 1911 годах. Просуще­ствовав несколько месяцев, они вновь скрылись в вод­ной пучине, чтобы, может быть, опять возродиться че­рез неведомое число лет.

Почти все острова в Атлантическом океане обязаны своим возникновением вулканам. Вулканические кра­теры, порой угасшие, а кое-где и дымящиеся, видят мо­ряки, подплывающие к Исландии, Канарским или Ан­тильским островам, к островам Зеленого Мыса, Трини­дад, Вознесения, Фернандо-По и Тристан-да-Кунья.

Но никто не видит превращений, которые происхо­дят с подобными вулканами при их погружении. Про­цесс погружения таких гор своеобразен: вулкан опу­скается вместе с небольшим участком океанического дна. При этом вокруг вулканической сопки возникают кольцевые ров и вал. Причины их появления в общем понятны. Вулканы нагружают земную кору, она проги­бается, образуя кольцевые впадины и рвы, а вытесняе­мые из-под прогиба массы вещества выходят к перифе­рии и, приподнимая кору океана, порождают кольце­вой вал.

Остается в этой схеме одна неясность. Почему вул­канические горы стали тяжелы для земной коры и на­чали опускаться? Значит, было привнесено дополни­тельное вещество? Откуда оно взялось?

Читатель уже сам может подсказать ответ — из той уже известной, но еще неведомой дренажной оболочки. Вещества, образовавшие вулканические сопки, принесе­ны растворами издалека. Растворы формировались еще в коре материков, где они, охлаждая восходящие из мантии породы, извлекали вещества, растворимые при высоких давлениях и температурах. Этот привнос и соз­дал избыточный вес, вызвавший погружение сопки.