Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

На первый взгляд почва под ногами кажется абсолютно неподвижной, но на самом деле это не так. Земля имеет подвижную структуру, которая совершает движения различного характера. Движение земной коры, вулканизм в большинстве случаев может нести колоссальную разрушающую силу, однако есть и другие движения, слишком медленные и невидимые невооружённому человеческому глазу.

Понятие движения земной коры

Земная кора состоит из нескольких больших тектонических плит, каждая из которых совершает движения под воздействием внутренних процессов Земли. Движение земной коры - это очень медленное, можно сказать, вековое явление, которое не ощутимо органами чувств человека, и тем не менее этот процесс играет огромную роль в нашей жизни. Заметные проявления перемещения тектонических пластов - это образование горных цепей, сопровождаемое землетрясениями.

Причины возникновения тектонических движений

Твёрдая составляющая нашей планеты - литосфера - состоит из трёх слоёв: ядра (самого глубинного), мантии (промежуточный слой) и земной коры (поверхностная часть). В ядре и мантии слишком высокая температура заставляет твёрдую материю переходить в текучее состояние с образованием газов и повышения давления. Поскольку мантия ограничена земной корой, и вещество мантии не может увеличиваться в объёме, то в результате возникает эффект парового котла, когда происходящие в недрах земли процессы активируют движение земной коры. При этом перемещение тектонических плит сильнее в участках с наибольшей температурой и давлением мантии на верхние слои литосферы.

История изучения

О возможном смещении пластов догадывались ещё задолго до нашей эры. Так, истории известны первые предположения древнегреческого учёного - географа Страбона. Он выдвинул гипотезу о том, что некоторые периодически поднимаются и опускаются. Позже русский энциклопедист Ломоносов писал, что тектонические движения земной коры - это незаметные для человека землетрясения. Догадывались о перемещении земной поверхности и жители средневековой Скандинавии, которые замечали, что их селения, некогда основанные в прибрежной зоне, через столетия оказывались вдалеке от морского побережья.

Всё же движение земной коры, вулканизм начали целенаправленно и масштабно изучать во время активного развития научно-технического прогресса, который имел место в XIX веке. Исследования проводили как наши российские геологи (Белоусов, Косыгин, Тетяев и др.), так и зарубежные учёные (А.Вегенер, Дж.Уилсон, Джилберт).

Классификация видов движения земной коры

Схема движения двух видов:

• Горизонтальные.
• Вертикальные движения тектонических плит.

Оба эти вида тектоники самодостаточны, независимы друг от друга и могут происходить одновременно. И первые, и вторые играют основополагающую роль в формировании рельефа нашей планеты. Помимо этого, виды движения земной коры являются первостепенным объектом исследования геологов, поскольку они:

• Являются прямой причиной создания и преобразования современного рельефа, а также трансгрессии и регрессии некоторых участков морских территорий.
• Разрушают первичные рельефные структуры складчатого, наклонного и разрывного типа, создавая на их месте новые.
• Обеспечивают обмен веществ между мантией и земной корой, а также обеспечивают выход магматического вещества через каналы на поверхность.

Горизонтальные тектонические движения земной коры

Как было сказано выше, поверхность нашей планеты состоит из тектонических плит, на которых размещаются материки и океаны. Более того, многие геологи нашего времени считают, что формирование нынешнего образа континентов произошло благодаря горизонтальному смещению этих самых огромных пластов земной коры. Когда смещается тектоническая плита, вместе с ней смещается и материк, который на ней находится. Таким образом, горизонтальные и при этом очень медленные движения земной коры привели к тому, что географическая карта на протяжении многих миллионов лет преображалась, одни и те же материки отдалялись друг от друга.

Наиболее точно изучена тектоника последних трёх столетий. Движение земной коры на современном этапе исследуется с помощью высокоточного оборудования, благодаря которому удалось выяснить, что горизонтальные тектонические смещения земной поверхности носят исключительно однонаправленный характер и преодолевают ежегодно всего несколько см.

При смещении тектонические плиты в каких-то местах сходятся, а в каких-то расходятся. В зонах столкновения плит образуются горы, а в зонах расхождения плит - трещины (разломы). Ярким примером расхождения литосферных плит, наблюдаемым в нынешнее время, являются так называемые Великие Африканские разломы. Они отличаются не только наибольшей протяжённостью трещин в земной коре (более 6000 км), но и чрезвычайной активностью. Разлом африканского континента происходит настолько быстро, что вероятно не в таком далёком будущем восточная часть материка отделится и образуется новый океан.

Вертикальное движение земной коры

Вертикальные движения литосферы, также называемые радиальными, в отличие от горизонтальных имеют двойную направленность, то есть суша может подниматься и через некоторое время опускаться. Следствием вертикальных передвижения литосферы также являются и поднятие (трансгрессия) и опускание (регрессия) уровня моря. Вековые движения земной коры вверх и вниз, происходившие многие столетия назад можно проследить по оставленным следам, а именно: неапольский храм, построенный ещё в 4-м веке н.э., на данный момент находится на высоте более 5 м над уровнем моря, однако его колонны усыпаны ракушками моллюсков. Это является явным свидетельством того, что храм долгое время находился под водой, а значит этот участок почвы систематически двигался в вертикальном направлении то по восходящей оси, то по нисходящей. Этот цикл движений известен как колебательные виды движения земной коры.

Регрессия моря приводит к тому, что некогда морское дно становится сушей и образуются равнины, среди которых можно назвать Северо- и Западно-Сибирскую равнины, Амазонскую, Туранскую и др. В настоящее время в Европе наблюдаются поднятие суши (Скандинавский полуостров, Исландия, Украина, Швеция) и опускание (Голландия, юг Англии, север Италии).

Землетрясения и вулканизм как следствие движения литосферы

Горизонтальное передвижение земной коры ведёт к столкновению или разлому тектонических плит, что проявляется землетрясениями различной силы, которая измеряется по шкале Рихтера. Сейсмические волны до 3 баллов по этой шкале не ощутимы человеком, колебания грунта с магнитудой от 6 и до 9 уже способны привести к значительным разрушениям и гибели людей.

Вследствие горизонтального и вертикального движения литосферы на границах тектонических пластин образуются каналы, по которым вещество мантии под давлением извергается на земную поверхность. Этот процесс называется вулканизмом, его мы можем наблюдать в виде вулканов, гейзеров и тёплых источников. На Земле существует множество вулканов, часть из которых активна до сих пор. они могут быть как на суше, так и под водой. Вместе с магматическими пародами они извергают в атмосферу сотни тонн дыма, газа и пепла. Подводные вулканы являются основной по силе извержения они превосходят наземные. В настоящее время подавляющее большинство вулканических образований на морском дне неактивны.

Значение тектоники для человека

В жизни человечества движения земной коры играют огромную роль. И это касается не только формирования горных пород, постепенного влияния на климат, но и саму жизнь целых городов.

Так например, ежегодная трансгрессия Венеции грозит городу тем, что в скором будущем он окажется под водой. Подобные случаи в истории неоднократны, множество древних поселений уходили под воду, а через определённое время вновь оказывались над уровнем моря.

Существует несколько классификаций тектонических движений. Согласно одной из них эти движения можно подразделить на два типа: вертикальные и горизонтальные. В первом типе движений напряжения передаются в направлении, близком к радиусу Земли, во втором — по касательной к поверхности оболочек земной коры. Очень часто эти движения бывают взаимосвязаны или один тип движений порождает другой.

В разные периоды развития Земли направленность вертикальных движений может быть различной, но результирующая их составляющих направлена либо вниз, либо вверх. Движения, направленные вниз и ведущие к опусканию земной коры, именуются нисходящими, или отрицательными; движения, направленные вверх и ведущие к подъему, — восходящими, или положительными. Опускание земной коры влечет за собой перемещение береговой линии в сторону суши - трансгрессию, или наступление моря. При поднятии, когда море отступает, говорят о его регрессии.

Исходя из места проявления тектонические движения подразделяют на поверхностные, коровые и глубинные. Существует также деление тектонических движений на колебательные и дислокационные.

Колебательные тектонические движения

Колебательные, или эпейрогенические, тектонические движения (от греч. эпейрогенез — рождение материков) являются преимущественно вертикальными, обще коровы ми или глубинными. Их проявление не сопровождается резким изменением первоначального залегания горных пород. На поверхности Земли нет участков, которые бы не испытывали этого типа тектонических движений. Скорость и знак (поднятие-опускание) колебательных движений меняются и в пространстве, и во времени. В их последовательности наблюдается цикличность с интервалами от многих миллионов лет до нескольких столетий.

Колебательные движения неогена и четвертичного периода получили название новейших, или неотектонических. Амплитуда неотектонических движений может быть достаточно большой, например, в горах Тянь-Шаня она составила 12-15 км. На равнинах амплитуда неотектонических движений намного меньше, но и здесь многие формы рельефа — возвышенности и низменности, положение водоразделов и речных долин — связаны с неотектоникой.

Новейшая тектоника проявляется и в настоящее время. Скорость современных тектонических движений измеряется миллиметрами и, реже, первыми сантиметрами (в горах). Например, на Русской равнине максимальные скорости поднятия — до 10 мм в год — установлены для Донбасса и северо-востока Приднепровской возвышенности, а максимальные опускания — до 11,8 мм в год — для Печорской низменности.

Устойчивые опускания за историческое время свойственны территории Нидерландов, где человек уже много столетий борется с наступающими водами Северного моря путем создания дамб. Почти половину этой страны занимают польдеры — возделанные низменные равнины, лежащие ниже уровня Северного моря, остановленного дамбами.

Дислокационные тектонические движения

К дислокационным движениям (от лат. дислокатиос - смещение) относятся тектонические движения различной направленности, в основном внутрикоровые, сопровождающиеся тектоническими нарушениями (деформациями), т. е. изменениями первичного залегания горных пород.

Выделяют следующие виды тектонических деформаций (рис. 1):

• деформации крупных прогибов и поднятий (вызваны радиальными движениями и выражаются в пологих поднятиях и прогибах земной коры, чаще всего большого радиуса);
• складчатые деформации (образуются вследствие горизонтальных движений, которые не нарушают сплошности слоев, а лишь изгибают их; выражаются в виде длинных или широких, иногда коротких, быстро затухающих складок);
• разрывные деформации (характеризуются образованием разрывов в земной коре и перемещением отдельных участков вдоль трещин).

Рис. 1. Виды тектонических деформаций: а-в — горные породы

Складки образуются в породах, обладающих некоторой пластичностью.

Простейший вид складок — это антиклиналь — выпуклая складка, в ядре которой залегают наиболее древние породы — и синклиналь — вогнутая складка с молодым ядром.

В земной коре антиклинали всегда переходят в синклинали, и поэтому эти складки всегда имеют общее крыло. В этом крыле все слои примерно одинаково наклонены к горизонту. Это моноклинальное окончание складок.

Разлом земной коры происходит в том случае, если породы потеряли пластичность (приобрели жесткость) и части слоев смешаются по плоскости разлома. При смещении вниз образуется сброс, вверх - взброс , при смешении под очень малым углом наклона к горизонту - поддвиг и надвиг. В потерявших пластичность жестких породах тектонические движения создают разрывные структуры, простейшими из которых являются горсты и грабены.

Складчатые структуры после потери пластичности слагающими их горными породами могут быть разорваны сбросами (взбросами). В результате в земной коре возникают антиклинальные и синклинальные нарушенные структуры.

В отличие от колебательных движений дислокационные движения не являются повсеместными. Они характерны для геосинклинальных областей и слабо представлены или совсем отсутствуют на платформах.

Геосинклинальные области и платформы — главнейшие тектонические структуры, находящие отчетливое выражение в современном рельефе.

Тектонические структуры — закономерно повторяющиеся в земной коре формы залегания горных пород.

Геосинклинали — подвижные линейно вытянутые области земной коры, характеризующиеся разнонаправленными тектоническими движениями высокой интенсивности, энергичными явлениями магматизма, включая вулканизм, частыми и сильными землетрясениями.

На ранней стадии развития в них наблюдаются общее погружение и накопление мощных толщ горных пород. На средней стадии , когда в геосинклиналях накапливается толща осадочно-вулканических пород мощностью 8-15 км, процессы погружения сменяются постепенным поднятием, осадочные породы подвергаются складкообразованию, а на больших глубинах — метаморфизации, по трещинам и разрывам, пронизывающим их, внедряется и застывает магма. В позднюю стадию развития на месте геосинклинали под влиянием общего поднятия поверхности возникают высокие складчатые горы, увенчанные активными вулканами; впадины заполняются континентальными отложениями, мощность которых может достигать 10 км и более.

Тектонические движения, ведущие к образованию гор, называются орогеническими (горообразовательными), а процесс горообразования - орогенезом. На протяжении геологической истории Земли наблюдался ряд эпох интенсивного складчатого горообразования (табл. 9, 10). Их называют орогеническими фазами или эпохами горообразования. Наиболее древние из них относятся к докембрийскому времени, затем следуют байкальская (конец протерозоя — начало кембрия), каледонская (кембрий, ордовик, силур, начало девона), герцинская (карбон, пермь, триас), мезозойская, альпийская (конец мезозоя — кайнозой).

Самые древние горные системы, существующие сейчас на Земле, сформированы в каледонскую эпоху складчатости.

С прекращением процессов поднятия высокие горы медленно, но неуклонно разрушаются, пока на их месте не образуется холмистая равнина. Гсосинклинальный цикл достаточно длителен. Он не укладывается даже в рамки одного геологического периода.

Пройдя геосинклинальный цикл развития, земная кора утолщается, становится устойчивой и жесткой, не способной к новому складкообразованию. Геосинклиналь переходит в иной качественный блок земной коры — платформу.

Для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн используются специальные приборы сейсмографы. Одни сейсмографы чувствительны к горизонтальным движениям, другие к вертикальным. Волны регистрируются вибрирующим пером на движущейся бумажной ленте. Существуют и электронные сейсмографы (без бумажной ленты).

В эпоху поздней Хань императорский астроном Чжан Хэн (78-139) изобрел первый в мире сейсмоскоп, который отмечал слабые землетрясения на больших расстояниях. Это устройство не сохранилось до наших дней. О его конструкции можно судить по неполному описанию в Хоу Хань шу (История Второй Хань). Современная реконструкция сейсмографа, изготовленного Чжан Хэном в 132 г. н.э

Змеи, особенно ядовитые, в предчувствии приближающегося землетрясения уже за несколько дней покидают обжитые норы. То же самое делают ящерицы и муравьи. Некоторые ученые склонны объяснять этот неоспоримый факт высокой чувствительностью кожи к температурному изменению почвы.

По поведению планктона можно предсказывать землетрясения, считает группа ученых из Индии и США. Они выяснили, что перед сильными подводными толчками мельчайшие растения океана активно зеленеют. Как сообщает BBC, такой вывод подтверждают спутниковые снимки, сделанные незадолго до четырех недавних катаклизмов - в индийском штате Гуджарат, на Андаманских островах, в Алжире и в Иране.

1)§ 18, читать, пересказывать 2) с. 49 ответы на вопросы устно 3)На к/к отметить штриховкой районы, для которых характерны землетрясения. 4)Рабочая тетрадь (стр).

Для земной коры свойственны тектонические процессы, которые обусловливают ее постоянную перестройку и развитие. Движущей силой этих процессов является, в основном, внутренняя энергия Земли. Тектонические процессы вызывают движения в земной коре - тектонические движения.

Тектонические процессы в земной коре изучает геологическая наука геотектоника. Изложенное далее относится согласно современным представлениям глобальной геотектоники к внутриплитной тектонике, само же движение материков и земной коры под океанами обусловлено перемещением литосферных плит, таких, например, как

Тихоокеанская или Евразийская. Формирование геосинклинальных зон приурочено к зонам субдукции (подныривания) или обдукции (наползания) одной такой литосферной плиты на другую как в случае с Японскими островами. В связи с тем, что строительство пока сосредоточено преимущественно на суше, т. е. на континетах, расположенных на литосферных плитах, то представления внутриплитной тектоники для инженерной геологии носят весьма важный характер.

Тектонические движения. В земной коре они проявляются по-разному, как во времени, так и в пространстве. Во времени движения проявляются в виде медленных (эпейрогенических) и быстрых (оро-генических - горообразовательных) движений. По положению в пространстве (по преобладающему направлению) тектонические движения бывают радиальные (по радиусам Земли), действующие вертикально вверх и вниз, и тангенциальные, направленные горизонтально. Различный характер движений связан со строением земной коры по горизонтали, т. е. с ее основными структурами.

Основные структуры земной коры. Строение земной коры по горизонтали очень сложное, но для понимания тектонических движений его можно упростить, если принять за основу положение, что земная кора состоит из двух основных структур - платформ и геосинклиналей.

Платформы являются наиболее крупными структурами земной коры. Это континенты и впадины океанов. Это устойчивые, жесткие, малоподвижные структуры. Им свойственны выровненные формы рельефа земной поверхности (типа равнины). Для платформ типичны спокойные, медленные движения вертикального характера (эпей-рогенические).

Геосинклинали - это участки земной коры, являющиеся подвижными сочленениями платформ. Для них характерны разнообразные тектонические движения, среди которых преобладают сильные, резкие, непредсказуемые по времени и в пространстве, с ними связаны вулканизм и сейсмические явления. В геосинклиналях возникают разломы земной коры, происходит интенсивное накопление мощных толщ осадочных пород. Тектонические силы выводят слои осадочных пород из горизонтального положения и придают им форму складок. К геосинклиналям относятся: 1) широтный пояс, который охватывает Средиземноморье, Кавказ, Переднюю Азию и до Индонезии; в состав пояса входят Алтай, Саяны, Прибайкалье, 2) кольцевой Тихоокеанский пояс - Северная и Южная Америки, Япония, Сахалин, Курильские острова, Камчатка, юг Приморья.

Движения платформ. Этим территориям свойственны медленные вертикальные колебательные движения (эпейрогенические). Они выражаются в том, что отдельные участки земной коры на протяжении многих столетий испытывают поднятие, в то время как другие территории опускаются. Движения медленные, длительные по времени, но от них многое зависит: положение границ между сушей и морями, обмеление или усиление размывающей деятельности рек, формирование рельефа Земли, повышение уровней водохранилищ, движение воды в самотечных каналах, положение прибрежных территорий по отношению к уровню моря и многое другое.

Интересно отметить, что платформы (материки) имеют тенденцию к горизонтальным подвижкам. Так, на основе данных, полученных с искусственных спутников Земли, установлено, что только за пять лет Австралия «подплыла» к Японским островам на 38 см (76 мм в год), Европа - на 19 см, Северная Америка - на 11, Гавайские острова - на 39 см (78 мм в год). Ученые подсчитали, что если такой темп движения сохранится, то ближайший к Японии сосед - Гавайские острова сольются с Японскими островами через 100 млн лет.

Для инженерной геологии особый интерес представляют современные вертикальные колебательные движения платформ, вызывающие изменения высот поверхности земли в том или ином районе. Оценку скорости их проявления осуществляют высокоточными геодезическими работами. Годичная скорость современных колебательных движений платформ чаще всего равна нескольким миллиметрам, но имеются участки, где скорость равна 1-2 см/год и даже больше. Цифры небольшие, но за длительное время они вырастают в значительные величины. Так, например, Скандинавия только за последние 50 лет поднялась на 19 см. Много веков интенсивно опускаются районы Нидерландов (40-60 мм/год).

Колебательные движения прослеживаются также в России. Среднерусская возвышенность поднимается на 1,5-2 см/год, район Курска - до 3,6 мм/год. Ряд территорий испытывает опускание поверхности Земли: Москва (3,7 мм/год), Санкт-Петербург (3,6 мм/год), Восточное Предкавказье (5-7 мм/год). Имеются территории, где подъем поверхности Земли происходит более интенсивно. Так, во второй половине XX в. на 14-15 см/год стал подниматься уровень Каспийского моря, что привело к затоплению многих прибрежных участков Астраханской области. К 2000 г. общий подъем уровня моря превысил 2 м. По всей видимости, это связано с тектоническими движениями земной коры в районе Каспийского моря.

Современные колебания поверхности Земли учитывают при строительстве различных объектов: крупных водохранилищ, высоких плотин, мелиоративных систем, но особенно при сооружении аэродромов и космодромов.

Рис. 4.

Вулканизм. Вулканы - это горы или возвышения конусовидной формы, которые созданы выходящей на поверхность Земли магмой (рис. 4). Магма выходит из вулкана, растекается по его склонам и по окружающей местности. В этих случаях магму называют лавой.

Вулканы разделяют на действующие, периодически извергающие магму, и потухшие, которые в настоящее время не действуют. Но история знает случаи, когда потухшие вулканы возобновляли свое действие, так было с вулканом Везувием (Италия), неожиданное извержение которого произошло в 79 г. н. э., что привело к гибели трех городов. Потухший ныне вулкан Казбек (Кавказ) еще действовал в начале четвертичного периода, и его лавы во многих местах залегают на Военно-Грузинской автодороге.

Вулканы приурочены к подвижным участкам земной коры, т. е. к геосинклиналям. На сегодня известно более 850 действующих вулканов, из них 76 располагаются на дне океанов. На территории России вулканы находятся на Камчатке (28 действующих) и на Курильских островах (10 действующих). Наиболее крупными являются вулканы Ключевская Сопка (высота конуса горы 4850 м), Авачинский, Ка-рымский, Безымянный.

Извержения вулканов происходят по-разному - в виде взрывов и бурного излияния лавы или спокойно, без взрывов, когда лава медленно растекается по округе вулканического конуса. Вулканы Камчатки и Курильских островов относятся к наиболее опасным, т. е. взрывным. Извержение таких вулканов начинается с подземных толчков (землетрясений, иногда силой до 5 баллов), далее следуют взрывы с выбросом лавы, газов и водяных паров.

Лавы образуют потоки, ширина и длина которых зависит от уклонов конусов горы и окружающего рельефа местности. Известен случай (Исландия), когда длина лавового потока достигла 80 км при его мощности 10-50 м. Скорость потоков различная, зависит от типа магмы и колеблется от 5-7 до 30 км/ч. При взрыве вулканов из их жерла одновременно с лавой вылетает твердый материал в виде обломков разных размеров: 1) глыбы (бомбы) весом несколько тонн; 2) куски, которые называют лапилли (1-3 см в диаметре) и 3) частицы в виде песка и пыли. Пылеватые частицы называют вулканическим пеплом. Все эти обломки разлетаются на различные расстояния и создают многометровые наносы. Наиболее далеко уносится вулканический пепел (сотни и даже тысячи километров).

Одновременно с лавой и камнями вулканы выбрасывают газы. В большинстве случаев газы ядовиты. Не менее опасны водяные пары, которые быстро конденсируются, что приводит к образованию на склонах и у подножий конусов грандиозных грязевых потоков (селей). Они обладают большой разрушительной силой и создают многометровые наносы.

Вышесказанное подтверждает, что автодороги и, особенно, аэродромы следует строить на определенном отдалении от действующих вулканов.

Расстояние обычно определяют исходя из многолетнего опыта строительства в каждом конкретном районе и с учетом особенностей извержений того или иного вулкана.

Интересен один из случаев, когда люди пытались бороться со стихией. Извержение вулкана Этна (Сицилия) продолжалось 130 дней. В потоки лавы было заброшено 300 т цементных блоков, связанных тяжелыми стальными цепями. Это изменило направление главного потока.

Сейсмические явления

Сейсмические (от греч. Бе^тоз - сотрясение) явления - упругие колебания земной коры, происходящие вследствие того, что в ее недрах (или в верхней мантии) возникают напряжения, которые в конечном итоге под действием тектонических сил находят выход в деформации сжатых пород, в образовании разрывов, что проявляется в виде толчков. Таким образом, сейсмические толчки - явление чисто механическое. При толчках возникают упругие волны, которые распространяются во все стороны от мест разрывов. Эти волны называются сейсмическими.

Если большинство пород, слагающих земную кору, рассматривать как упругую среду, то сейсмические волны передают деформации, возникающие в горных породах, на значительные расстояния и с большой скоростью. Эти волны по виду деформаций делятся на продольные и поперечные.

Продольные волны (или волны сжатия - растяжения) заставляют колебаться частицы пород в направлении, совпадающем с движением волны. Поперечные волны (или «волны сдвига») распространяются в направлении, перпендикулярном направлению движения продольных волн. Скорость и энергия этих волн в 1,7 раза меньше, чем у продольных.

При встрече подземных упругих волн с поверхностью земли возникает новый вид колебательного движения - так называемые поверхностные волны. Это обычные волны тяжести, которые приводят к деформациям поверхности земли (рис. 5).

Место, где возникает сейсмический толчок, лежащее в глубине земной коры, носит название гипоцентра. Глубина залегания гипоцентра бывает 1 - 10 км - поверхностные сейсмические явления;

Рис. 5. Схема распространения сейсмических волн на поверхности земли (Г) и

в земной коре (2):

Г - гипоцентр; Э - эпицентр. Сейсмические волны: / - продольные; 2- поперечные; 3- поверхностные

Рис. 6. Последствия землетрясений: а - в городском квартале; б - на горном плато в Иране

30-50 км - коровые и 100-700 км - глубокие. Наиболее разрушительными являются поверхностные сейсмические явления.

Проекция гипоцентра на дневную поверхность называется эпицентром. Сила удара продольной волны в эпицентре максимальна.

Анализ случаев сейсмических явлений показал, что в сейсмически активных районах Земли до 70 % гипоцентров располагается до глубины 60 км.

Продолжительность действия сейсмических волн обычно ограничивается несколькими секундами, иногда минутами, но бывают случаи и более длительного воздействия. Так, например, в 1923 г. на Камчатке сейсмическое явление продолжалось с февраля по апрель (195 толчков).

Сотрясения земной коры сейсмического происхождения происходят очень часто и как стихийное бедствие после ураганов и тайфунов занимают второе место по величине материального ущерба, наносимого человечеству (рис. 6). Ежегодно на земном шаре регистрируется около 100 тыс. сейсмических явлений, из которых около 100

Р и с 6. Продолжение

приводят к разрушениям, а в ряде случаев к катастрофам, как, например, в Токио (1923 г.), Сан-Франциско (1906 г.), в Чили и на острове Сицилия (1968 г.). Исключительное по силе сейсмическое явление произошло в Монголии (1956 г.) Один из горных пиков раскололся пополам, часть горы высотой 400 м обрушилась в ущелье, образовалась сбросовая впадина длиной до 18 км и шириной около 800 м, на

• 5 м и более
• 0,5...1,0 м

Рис. 7.

поверхности земли появились трещины шириной до 20 м, главная из которых протянулась на 250 км.

Сейсмические явления возникают как на суше, так и на дне океанов. В связи с этим среди них различают моретрясения и землетрясения.

Моретрясения возникают в океанических впадинах Тихого, реже Индийского и Атлантического океанов. Быстрое поднятие и опускание дна порождает на его поверхности пологие волны (цунами) с расстоянием между гребнями в несколько километров и высотой в многие метры (рис. 7). При подходе к берегам вместе с подъемом дна высота волны увеличивается до 15-20 м и более. Уникальный случай произошел в 1964 г. на Аляске, где высота волны достигла 66 м при скорости движения 585 км/ч.

Цунами передвигаются на расстояния в сотни и даже тысячи километров со скоростью 500-800 км/ч и более.

В России цунами бывают в Тихом океане у берегов Камчатки и Курильских островов. Одно из таких цунами было в 1952 г. Перед приходом волны море отступило на 500 м, а через 40 мин волна со страшной силой ударила в берег, разрушила все постройки и дороги, покрыла прибрежную территорию песком, илом и обломками пород. Через некоторое время, вслед за первой, пришла вторая волна высотой в 10-15 м, которая довершила разгром берега ниже десятиметровой отметки.

Цунами возникают реже землетрясений. Так, за 200 последних лет на Камчатке и Курилах их было всего 14, из которых четыре были катастрофическими. Последнее глобальное катастрофическое цунами произошло в Индийском океане в конце декабря 2004 г., когда по общим оценкам погибло более 200 тыс. человек в Индонезии и странах Индокитая.

Строительство автодорог и аэродромов на берегах, куда может подойти цунами, требует выполнения защитных мероприятий. В России, как и в сопредельных странах Тихоокеанского региона, действует служба наблюдений, которая своевременно оповещает о приближении цунами. Это позволяет укрыть людей от опасности. Автомобильные дороги размещают на высокой части рельефа, при необходимости прикрывают берега железобетонными молами, ставят волноотбойные стены, создают защитные земляные насыпи.

Землетрясения - это сейсмические явления на суше. В России землетрясения бывают на Кавказе, Алтае, Саянах, Прибайкалье, Сахалине, Курильских островах и Камчатке. Все эти территории находятся в геосинклинальном поясе. До настоящего времени только эти районы считались сейсмическими, но уже во второй половине XX в. стало очевидным, что землетрясения при определенных условиях могут возникать и на платформах, хотя они в отличие от тектонических землетрясений имеют другое происхождение.

По происхождению для суши предлагается различать четыре типа землетрясений:

• 1. Тектонические, вызванные тектоническими силами земной коры и составляющие подавляющее большинство землетрясений. Они характеризуются широкими площадями и большой силой или, иначе говоря, высокой балльностью.
• 2. Вулканические, связанные с извержением вулканов и имеющие локальное распространение, но иногда большой силы.
• 3. Денудационные (обвальные и провальные), порождаемые падением больших массивов горных пород со склонов или падением в провалы в результате карстообразования. Такие землетрясения имеют также локальный характер и сравнительно небольшую силу.
• 4. Техногенные, связанные с производственной деятельностью человека.

На сегодня вполне очевидно, что производственная деятельность человека может влиять на сейсмическую обстановку даже на глобальном уровне. Это так называемые наведенные землетрясения. Они могут быть вызваны заполнением обширных водохранилищ, откачкой нефти, газа, межпластовых подземных вод, ядерными взрывами, массированными военными бомбардировками и т. д. Вышеприведенный перечень показывает, что человек может оказывать определенное воздействие на геологическое пространство и своей деятельностью

Рис. 8.

способен создавать побудительные причины негативных тектонических событий, известных как природно-техногенные катастрофы.

Оценка силы землетрясений. Человечество уже многие столетия ведет наблюдение и регистрацию землетрясений на земном шаре. Теперь широко используется специальная аппаратура, в частности, сейсмографы, которые позволяют качественно определять, где произошло землетрясение, и оценивать его силу. Приборы автоматически регистрируют колебания Земли и вычерчивают сейсмограмму (рис. 8).

В настоящее время выявлена зависимость землетрясений от строения, состава и состояния земной коры. Это выглядит следующим образом.

• 1. В плотных породах скорость распространения сейсмического толчка больше, нежели в рыхлых связных и несвязных осадочных породах, однако сила землетрясения (его балльность), наоборот, возрастает в последних.
• 2. Обводненность, водонасыщение, высокое положение уровня грунтовых вод увеличивают интенсивность землетрясений. Территории, сложенные плывунами, илами, заболоченными и обводненными осадочными породами, являются районами повышенной интенсивности землетрясений.
• 3. Геологические структуры и тектонические нарушения, расположенные поперек движения сейсмических волн, могут уменьшать интенсивность землетрясений.
• 4. Отдельно стоящие и резко очерченные формы рельефа поверхности земли (холмы, крутые склоны гор и оврагов) могут повышать сейсмичность территории.

Каждое землетрясение обязательно сопровождается рядом физических явлений. Это звуки, световые эффекты, волны на твердых средах, обвалы, оползни и оплывы, трещины и провалы в земле, разрушения домов, дорог и мостов. Очень характерны звуки в виде «подземного гула».

Интенсивность проявления землетрясений на поверхности земли (сотрясаемость поверхности) оценивается по сейсмическим шкалам. В России для оценки силы землетрясений используется шкала, состоящая из 12 баллов (табл. 1). Каждому баллу отвечает определенная величина сейсмического ускорения - а, мм/с 2 , вычисляемая по формуле

а = 4п 2 А/Т 2 ,

где Л - амплитуда колебаний, мм; Т - период колебаний сейсмической волны, с. По величине а определяют коэффициент сейсмичности, который необходим для оценки прочности и устойчивости сооружений:

Кс = а/&

где # - ускорение силы тяжести, мм/с 2 .

Таблица 1

Сейсмическая 12-балльная шкала

Кроме 12-балльной шкалы, которая используется во многих странах мира, очень известной является шкала Рихтера (шкала магнитуд - М). Магнитуды - это расчетные величины. Максимальные значения магнитуд М- 8,5-9.

Строительство автодорог и аэродромов. Важное место занимает сейсмическое районирование территорий и прогноз проявления возможных землетрясений. Сейсмическое районирование выражается в составлении сейсмических карт, по которым можно определять значение максимального балла для данной территории (рис. 9). Эго трудная задача. В последние годы карты периодически обновляют, так как сейсмичность земной коры в ряде районов возрастает. В большинстве случаев на новых картах значения баллов повышают. Стихия коварна. Это можно видеть на следующем примере. В 1976 г. землетрясение

Р и с. 9. Карта сейсмического районирования. Линии сейсмических баллов:

I - от 1 до 5; II - от 5 до 7; III - до 8

в Узбекистане (8 баллов) разрушило поселок Газли. Поселок отстроили, но в 1984 г. землетрясение повторилось, но уже силой 9 баллов и он был снова разрушен.

В последние годы в России создана Карта общего сейсмического районирования территории страны (имеется в виду Карта тектонических землетрясений). Из этой карты видно, что если раньше особо опасными по сейсмике считались Сахалин, Камчатка, Курилы, то теперь к этим территориям относят Восточную Сибирь и примыкающие к ней Прибайкалье и Забайкалье, включая горный Алтай. Для этих территорий возможны землетрясения в 9 баллов (по шкале Рихтера - Л/до8,5). Впервые на Карте появились зоны 10-балльных землетрясений (Сахалин, Камчатка, Курилы). Раньше таких районов в России не было. Территория Северного Кавказа с 6-7-балльной оценки переведена на 9-балльную.

Прогноз землетрясений. Предотвратить землетрясения нельзя. Прогноз требует ответа на три вопроса - где, какой силы и когда произойдет землетрясение. Наука работает в этом направлении, но точные достоверные ответы пока отсутствуют.

Строительство при прогнозе землетрясений в 6 баллов и больше осуществляется согласно Строительным нормам и правилам (СНиП). Величину балла определяют по Карте и корректируют в зависимости от рельефа, геологии и гидрогеологии данной местности. Корректировку баллов осуществляют только в ббльшую сторону.

В сейсмических районах автодороги и аэродромы рекомендуется строить вдали от крутых склонов гор и обрывов, откосы выемок и земляного полотна свыше 4 м делают более пологими, при 6 баллах и более высота насыпей и глубина выемок не должны превышать 15-20 м, водонасыщенные грунты под насыпями следует осушать дренажами, особое внимание уделяется повышению устойчивости мостов, которые опасно строить на тектонических разломах.

Поверхность Земли постоянно изменяется. В течение своей жизни мы замечаем, как движется земная кора, изменяя природу: осыпаются берега рек, образуются новые рельефы. Все эти изменения мы видим, но есть и такие, которые нами не ощущаются. И это к лучшему, ведь сильные движения земной коры способны вызывать сильнейшие разрушения: примером таких сдвигов являются землетрясения. Скрытые в недрах Земли силы способны перемещать континенты, пробуждать спящие вулканы, полностью изменять привычный рельеф, создавать горы.

Активность земной коры

Основная причина активности земной коры - это процессы, происходящие внутри планеты. Многочисленные исследования показали, что в некоторых участках земная кора более устойчива, а в других - подвижна. На основании этого была разработана целая схема возможных движений земной коры.

Типы движения коры

Движения коры могут быть нескольких типов: ученые их разделили на горизонтальные и вертикальные. В отдельную категорию внесли вулканизм и землетрясения. К каждому виду движения земной коры относят определенные типы смещения. Горизонтальные включают разломы, прогибы и складки. Движения происходят очень медленно.

К вертикальным типам относят поднятие и опускание грунта, увеличение высоты гор. Эти смещения происходят медленно.

Землетрясения

В отдельных уголках планеты происходят сильные движения земной коры, которые мы называем землетрясениями. Они возникают в результате толчков в глубинах Земли: за доли секунд или секунды земля опускается или поднимается на сантиметры или даже метры. В результате колебаний происходит изменение расположения одних участков коры относительно других в горизонтальных направлениях. Причиной движения является разрыв или смещение земли, происходящий на большой глубине. Это место в недрах планеты называют очагом землетрясения, а эпицентр находится на поверхности, где люди ощущают тектоническое движения земной коры. Именно в эпицентрах происходят самые сильные толчки, идущие снизу вверх, а затем расходящиеся в стороны. Сила землетрясений измеряется в баллах - от одного до двенадцати.

Наука, изучающая движение земной коры, а именно землетрясения - это сейсмология. Для измерения силы толчков применяют специальное устройство - сейсмограф. Он в автоматическом режиме измеряет и записывает любые, даже самые маленькие колебания земли.

Шкала землетрясений

При сообщениях о землетрясениях, мы слышим упоминание о баллах по шкале Рихтера. Единица ее измерения - это магнитуда: физическая величина, обозначающая энергию землетрясения. С каждым баллом сила энергии возрастает почти в тридцать раз.

Но чаще всего применяется шкала относительного типа. Оба варианта оценивают разрушающее действие толчков на постройки и людей. По этим критериям колебания земной коры от одного до четырех баллов практически не замечаются людьми, правда, могут раскачиваться люстры на верхних этажах здания. При показателях от пяти до шести баллов на стенах зданий возникают трещины, лопаются стекла. При девяти баллах рушится фундамент, падают линии электропередач, а землетрясение в двенадцать баллов способно стереть целые города с лица Земли.

Медленные колебания

Во время ледникового периода окутанная льдами земная кора сильно прогнулась. По мере таяния ледников поверхность стала подниматься. Увидеть происходящие в древние времена события можно по береговой линии суши. Из-за движения земной коры география морей изменялась, формировались новые берега. Особенно четко видны изменения на берегу Балтийского моря - и на суше, и на высоте до двухсот метров.

Сейчас под большими массами льда находятся Гренландия и Антарктида. По данным ученых, поверхность в этих местах прогнута почти на треть толщины ледников. Если предположить, что когда-нибудь придет время и льды растают, то перед нами появятся горы, равнины, озера и реки. Постепенно грунт будет подниматься.

Тектонические движения

Причинами движения земной коры является результат перемещения мантии. В пограничном слое между земной плитой и мантией температура очень высокая - порядка +1500 о С. Сильно нагретые слои находятся под давлением земных пластов, что вызывает эффект парового котла и провоцирует смещение коры. Эти перемещения могут быть колебательными, складкообразовательными или разрывными.

Колебательные движения

Под колебательными смещениями принято понимать медленное движение земной коры, которое не ощутимо для людей. В результате таких движений происходит смещение в вертикальной плоскости: одни участки поднимаются, а другие - опускаются. Эти процессы можно выявить, используя особые устройства. Так было выявлено, что Приднепровская возвышенность каждый год поднимается и опускается на 9 мм, а северо-восточная часть Восточноевропейской равнины опускается на 12 мм.

Вертикальные движения земной коры провоцируют сильные приливы. Если же уровень земли опускается ниже уровня моря, то вода наступает на сушу, а если поднимается выше - вода отступает. В наше время процесс отступления воды наблюдается на Скандинавском полуострове, а наступление воды - в Голландии, в северной части Италии, на Причерноморской низменности, а также в южных районах Великобритании. Характерными чертами опускания суши - образование морских заливов. Во время поднятия коры морское дно превращается в сушу. Таким образом сформировались известные равнины: Амазонская, Западно-Сибирская и некоторые другие.

Движения разрывного типа

Если горные породы не обладают достаточной прочностью, чтобы выдержать воздействие внутренних сил, начинается их движение. В таких случаях образуются трещины, разломы с вертикальным типом смещения грунта. Опущенные участки (грабены) чередуются с горстами - поднявшимися горными образованиями. Примером таких разрывных движений являются Алтайские горы, Аппалачи и т.д.

Глыбовые и складчатые горы имеют различия во внутреннем строении. Для них характерны широкие отвесные склоны, долины. В некоторых случаях опущенные места заполняются водой, образуя озера. Одним из самых знаменитых озер России является Байкал. Оно образовалось в результате разрывного движения земли.

Складкообразовательные движения

Если уровни горных пород пластичны, то во время горизонтального движения начинается смятие и сбор горных пород в складки. Если направление силы вертикальное, то породы смещаются вверх и вниз, и только при горизонтальном движении наблюдается складкообразование. Размеры и внешний вид складок может быть любым.

Складки в земной коре образуются на достаточно больших глубинах. Под воздействием внутренних сил они поднимаются наверх. Подобным образом возникли Альпы, Кавказские горы, Анды. В этих горных системах складки отчетливо видны на тех участках, где они выходят на поверхность.

Сейсмические пояса

Как известно, земная кора образована литосферными плитами. На пограничных участках этих образований наблюдается высокая подвижность, возникают частые землетрясения, образуются вулканы. Эти участки называются сейсмологическими поясами. Их протяженность составляет тысячи километров.

Ученые выделили два пояса-гиганта: меридиональный Тихоокеанский и широтный Средиземноморско-Трансазиатский. Пояса сейсмологической активности полностью соответствует активному горообразованию и вулканизму.

В отдельную категорию ученые выделяют первостепенные и второстепенные зоны сейсмичности. Ко вторым относятся Атлантический океан, Арктика, район Индийского океана. Примерно 10 % движений земной коры происходит в этих районах.

Первичные зоны представлены районами с очень высокой сейсмической активностью, сильными землетрясениями: Гавайские острова, Америка, Япония и т. д.

Вулканизм

Вулканизм - это процессы, во время которых происходит движение магмы в верхних слоях мантии и ее приближение к земной поверхности. Типичным проявлением вулканизма является образование геологических тел в осадочных породах, а также выход лавы на поверхность с формированием специфического рельефа.

Вулканизм и движение земной коры - это два взаимосвязанных явления. В результате движения земной коры образуются геологические возвышенности или вулканы, под которыми проходят трещины. Они настолько глубокие, что по ним поднимается лава, горячие газы, пары воды, а также обломки горных пород. Колебания земной коры провоцируют извержения лавы с выбросом огромного количества пепла в атмосферу. Эти явления оказывают сильное влияние на погоду, изменяют рельеф вулканов.

Тектонические движения земной коры происходят под воздействием радиоактивной, химической и тепловой энергий. Эти движения приводят к различным деформациям земной поверхности, а также вызывают землетрясения и извержения вулканов. Все это приводит к изменению рельефа в горизонтальном или вертикальном направлении.

На протяжении долгих лет ученые изучают эти явления, разрабатывают аппараты, позволяющие регистрировать любые сейсмологические явления, даже самые незначительные колебания земли. Полученные данные помогают разгадать тайны Земли, а также предупредить людей о предстоящих извержениях вулканов. Правда, предугадать предстоящее сильное землетрясение пока не удается.