Континенты, на которых мы живем и строим наши здания, плотины, дороги, представляют собой не столь твердую и надежную опору, как нам хотелось бы думать. Раскаленные недра нашей планеты порождают в земной коре деформации и сдвиги, разрывы и складки. Напряжения, которые накапливаются в земной коре, разряжаются землетрясениями.
О том, как движется земная кора, как в ней накапливаются напряжения, и как они разряжаются землетрясениями, рассказывает доцент геологического факультета Московского государственного университета Владислав Сергеевич Милеев.
Когда мы смотрим на землю, она выглядит неподвижной. Но так ли это?
Наша земля действительно очень неоднородна. Она состоит из блоков, которые, как говорят, в тектоническом отношении являются пассивными и называются платформами, где исходные горные породы, образующие слоистые толщи, залегают практически горизонтально. И других областей — складчатых поясов, где как раз сосредоточены основные деформации, и складчатые пластические деформации, и разрывные деформации, которые наблюдаются в природе.
Континенты и океаны образуют литосферные блоки, которые перемещающиеся по сравнительно пластичному, а может быть местами даже жидкому субстрату, носящему название астеносферы. Эти литосферные плиты состоят из верхней мантии и земной коры. С земной корой нам в повседневном опыте на поверхности планеты и приходится иметь дело. Но эта земная кора составляет всего лишь 1% от радиуса земли, то есть это тонкая пенка, которая покрывает землю.
Можно представить примерно такую картину: взять кастрюлю с подогревающимся молоком: в нем постоянно возникают восходящие потоки, а на поверхности образуется пенка — она плавает в бурлящем объеме, и вот на этой пенке мы все живем и строим наши дома.
В первом приближении можно сказать и так только, но надо иметь в виду, что эта кастрюля является шарообразной. И действительно в ней имеются, как в любом кипящем растворе, восходящие течения и нисходящие, которые тащат за собой эти литосферные блоки и плиты.
И самые характерные восходящие потоки выходят на поверхность в океанических хребтах. Все океаны Земного шара связаны единой системой срединно-океанических хребтов общей протяженностью около 60 тысяч километров. И эти хребты имеют в центральной части понижения, в которых происходит генерация магматических пород, базальтов. Эти базальты выплавляются в верхних частях литосферы и поступают на морское дно. А у берегов океана, в первую очередь Тихого океана, происходят напротив нисходящие струи конвективных ячей, которые ведут к погружению океанической коры под континентальную, а они существенно различаются между собой и по составу, и по мощности.
Океаническая кора достигает толщины семь-десять километров, а континентальная в среднем 30-40 километров, а местами в горных массивах имеет мощность до 80 километров.
И такая континентальная «пена» под действием восходящих и нисходящих потоков может разрываться на куски.
Именно так дело и происходит. Если процесс в срединно-океанических хребтах приводит к расширению океанического пространства, то на краях мы имеем дело с процессами субдукции, то есть погружения океанической коры под континентальную или в отдельных случаях даже с обратным процессом, когда у нас океанические кора как бы наползает на континентальную — этот процесс носит название абдукции. Вот в этих участках, где мы видим абдукцию, мы можем наблюдать верхнюю мантию океанов и океаническую кору в полной ее красоте, в полном разрезе.
Конвективные ячеи существуют не только под океаном, они существуют и под континентами, в совокупности это приводит к тому, что любой континент, равно как и океаническая кора находятся в постоянном напряженном состоянии.
Есть случаи, когда континент буквально разрывает на части?
Безусловно. И сегодня мы такой процесс наблюдаем в Красном море, где аравийская плита и африканская плита расходятся со скоростью до двух-пяти сантиметров в год. Если бы с такой скоростью расходились две стены у дома, то он бы уже через пару лет рухнул.
Но существуют и более интенсивные движения. Австралия, по данным космической геодезии, движется в северо-западном направлении со скоростью 16-18 сантиметров в год. За шесть лет она сдвигается на метр, за 60 лет — на десять метров. Как может сплошная среда выдерживать такие деформации?
Но, дело в том, что твердость земных пород нам дана на поверхности земли, а в недрах земли господствует огромнейшее давление и достаточно высокие температуры. И тогда свойства этих твердых пород существенно меняется, они становятся пластичными, похожими на пластилин или на воск. Эти породы могут легко сминаться в складки, а могут и разрываться. Собственно, с этим и связаны землетрясения.
На плитах, которые взаимно друг относительно друга двигаются, сталкиваются, деформируются сверху лежит слой осадочных пород. Что происходит с ними во время этих движений?
В отдельных случаях осадочные породы буквально срываются со своего фундамента, и во всех случаях они деформируются, сминаются в складки. В первом приближении эти складки можно представить в виде синусоиды.
Если нам вернутся к этой модели каменной пены на поверхности. Когда блоки сходятся, расходятся, сталкиваются неоднократно, на границах должен наступать хаос?
Это зоны концентраций тектонических напряжений, которые приводят к наиболее интенсивным деформациям горных пород, часто превращая их в каменное крошево, которое носит название меланжи. Именно к периферическим областям, к складчатым поясам приурочены главным образом металлические полезные ископаемые, которые интересуют человечество.
Это — в первую очередь горные районы. Складчатые области существуют на месте некогда существовавших океанических или субокеанических пространств. Пространства при сдвижении двух континентальных блоков раздавливаются, и содержимое некогда океанического бассейна выплескивается в виде так называемых шарьяжей на континентальные борта этих смыкающихся континентов. Этот процесс носит название коллизии.
То есть горы образовались на тех местах, где раньше были океаны. А как раз равнины всегда были равнинами.
Равнины, как правило, это — области шельфовых морей, которые возникают при затоплении краев континентальных блоков и глубины которых в среднем составляют двести метров.
Для нас в повседневном общении континент – это то, что над водой, а океан – это то, что под водой. А на самом деле это не так.
На самом деле это действительно не так. Потому что примерно площади с континентальной корой и площади с океанической корой, они приблизительно имеют одинаковую величину. В то же самое время над уровнем моря поднимается лишь 30% континентальных блоков.
Можно привести примеры таких океанов, которые существовали и исчезли?
Пожалуй, самый яркий пример, знакомый нам – это Урал, это такая область как Карпаты, Кавказ, Копетдаг, Памир. Вот это те зоны, где в разные периоды геологического прошлого и не раз существовали океанические пространства. Потом эти океаны закрывались в результате коллизии бортов этих океанов. На Урале дважды возникали океаны, один из них существовал порядка шестисот миллионов лет назад, а второй океан закрылся 275 миллионов лет назад. Что касается Кавказа, то здесь, начиная с Альп через Кавказ к Гималаям, этот океан закрылся последний раз сравнительно недавно, где-то порядка 7-10 миллионов лет назад. Но на этом месте существовали такой же океан палеозойский, то есть с возрастом порядка 270 миллионов лет назад и 700 миллионов лет назад.
То есть океаны — это особая геологическая структура.
Совершенно верно, они отличаются своей корой, составом коры, мощностью коры.
Если в сейсмически опасных зонах, долго не происходит землетрясение, то еще непонятно, к добру это или к худу.
Потому что там могут накапливаться тектонические напряжения, которые приведут в конечном счете к землетрясению.
Насколько велики эти напряжения, которые сбрасываются в этих землетрясениях?
Энергетика землетрясения колоссальна. Но напряжения, которое вызывают эти землетрясения, в действительности не очень велики. Потому что при гигантских величинах веса вышележащих пород достаточно всего десять-сто бар дополнительной нагрузки, чтобы произошел разрыв, то есть был преодолен предел прочности материала. Это малая доля процента от давления вышележащих пород.
10-100 атмосфер – это давление столба воды несколько сотен метров. Если мы заполняем большое водохранилище, то это может быть спусковым крючком к землетрясению.
Где-то в середине 50 годов землетрясение на Деканском полуострове связывали с тем, что оно было вызвано нагрузкой водохранилища. Ташкентское землетрясение некоторые исследователи связывают с нагрузкой непосредственно города.
Небоскребы высотой по триста метров и более, не вызывают сейсмических процессов, скажем, то, что сейчас строится в Москве?
Что касается Москва-Сити, вопрос, на мой взгляд, непростой. Я не сомневаюсь, что вопросы сейсмической опасности рассматривались, но к этому помимо сейсмики надо добавить то, что в известняковых породах, на которых стоит Москва, широко развит карст. Вода вымывает пещеры, происходит растворение горных пород и образуются карстовые полости. Я знаю, что под Москву-Сити эти пустоты заливались цементом в больших количествах для того, чтобы обеспечить большую монолитность основания будущего сооружения.
Движение материков и напряжение в земной коре – это явление интересное не только в геологических масштабах времени, но оно наблюдается в повседневном рабочем масштабе.
Безусловно, но только надо иметь в виду, что система Земля представляет собой очень сложный калейдоскоп блоков разного размера и разных по своей интенсивности, по своим размерам полей напряжения, участков. Она чрезвычайно неоднородна в этом отношении. И в одних случаях мы будем иметь дело с концентрацией напряжения, а в других это спокойная фоновая обстановка.
