1. Литосферные плиты
Литосфера не является цельной оболочкой Земли. Она разбита на относительно самостоятельные фрагменты, называемые литосферными плитами, которые разделены тектонически-активными зонами – границами литосферных плит.
Литосферная плита — крупный стабильный участок земной коры, часть литосферы. Её толщина различна — от 60 до 100 км. Некоторые литосферные плиты лишены фрагментов литосферы с континентальным типом земной коры и, соответственно, сложены исключительно океанической корой (например, Тихоокеанская плита, Наска, Кокос), другие же (их большинство) включают фрагменты и океанической и континентальной коры.
Плиты, содержащие в своем составе континенты, менее подвижны по сравнению с плитами с океанической земной корой. При этом отмечается обратная корреляция между площадью континентального блока и подвижностью плиты. Т.е. континентальные блоки за счет своей большой мощности выполняют своеобразную роль «якоря» при движении литосферной плиты по астеносфере.
Более 90 % поверхности Земли покрыто 13-ю крупнейшими литосферными плитами.
Но на самом деле их гораздо больше, т.к. есть ещё и средние плиты (Амурская плита, Охотская плита), и ряд более мелких, которые ещё часто называют микроплитами (Плита Футуна, плита Гонав и пр.).
Крупнейшие литосферные плиты:
· Тихоокеанская плита — 103 300 000 км²;
· Северо-Американская плита — 75 900 000 км²;
· Евразийская плита — 67 800 000 км²;
· Африканская плита — 61 300 000 км²;
· Антарктическая плита — 60 900 000 км²;
· Австралийская плита — 47 000 000 км²;
· Южно-Американская плита — 43 600 000 км²;
· Сомалийская плита (16 700 000 км²);
· Плита Наска (15 600 000 км²);
· Индостанская плита (11 900 000 км²);
· Филиппинская плита (5 500 000 км²);
· Аравийский субконтинент (5 000 000 км²);
· Карибская плита — 3 200 000 км².
Литосферные плиты движутся относительно друг друга в различных направлениях: сходятся, расходятся или перемещаются параллельно друг другу. Средняя скорость горизонтального движения литосферных плит измеряется несколькими сантиметрами в год.
Происхождение литосферных плит:
Ученые пришли к выводу, что вулканы извергали горячие породы на поверхность планеты, где они остывали и замедляли дальнейший вывод тепла из недр. В результате литосферного охлаждения земная кора подверглась горизонтальному расширению с последующим расколом и возникновением литосферных плит. Это заняло примерно пять миллионов лет.
Границы литосферных плит— это зоны сейсмической, вулканической и тектонической активности, которыми ограничены литосферные плиты. Являются самыми подвижными, самыми активными участками земной коры
Границы литосферных плит проходят вдоль оси срединно-океанических хребтов.
Самым протяженным из хребтов является Срединно-Атлантический, он пересекает весь Атлантический океан с севера на юг. Известно, что возраст горных пород дна Атлантического и других океанов разный: чем дальше от оси хребта, тем они старше. Это происходит потому, что в осевой части хребта происходит подъём магматического вещества из недр Земли и образуется молодая земная кора. В результате срединная часть хребта медленно расширяется и увеличивается площадь океана.
На границах литосферных плит происходят различные процессы и явления, характер которых зависит от того, как именно плиты перемещаются относительно друг друга.
Литосферные плиты постоянно перемещаются относительно друг друга по своим границам. В зависимости от характера относительного движения, различают три типа таких границ: дивергентные (конструктивные), конвергентные и трансформные (деструктивные): (субдукционные, обдукционные, коллизионные)
1. Дивергентные (конструктивные) границы, по которым происходит раздвижение литосферных плит в противоположных направлениях с одновременным формированием в зоне раздвига молодой литосферы и океанской земной коры. Процесс разрастания океанского дна за счет новообразования океанской земной коры на конструктивных границах литосферных плит называется спредингом.
2. Трансформные границы, по которым происходит относительное скольжение (сдвиг) граничащих литосферных плит. При этом скольжение может сопровождаться компонентами сжатия или растяжения.
3. Конвергентные (деструктивные) границы литосферных плит, на которых происходит схождение литосферных плит с поддвигом (субдукцией) более тяжелой плиты под более легкую. В результате этого процесса формируются желоба, хребты, островные дуги и окраинные (материковые) моря. Может происходить также и коллизионное взаимодействие сходящихся плит с деформациями краевых частей и формированием горных сооружений. Возможна также обдукция, т.е. схождение двух литосферных плит, при котором океаническая плита надвигается на континентальную.
Гипотеза дрейфа материков А. Вегенера
Гипотезу дрейфа или движения материков впервые высказал немецкий ученый Альфред Вегенер в 1912 году. Он первым обратил внимание на сходство атлантических побережий Африки и Южной Америки и предположил, что они когда-то составляли единое целое. Ещё одним доказательством справедливости своей гипотезы учёный посчитал сходство состава горных пород и палеонтологических образцов растительного и животного мира атлантического побережья Африки и Южной Америки.
Альфред Вегенер предположил, что 200 миллионов лет назад на планете существовал один суперматерик – Пангея, который вскоре раскололся на два материка: Лавразию и Гондвану. Дальнейший распад существующих материков определил современный облик Земли.
Вегенер обосновал механизм движения континентов действием центробежных сил в результате вращения Земли и взаимным притяжением Земли, Солнца и Луны. Таким образом он объяснял отдаление Северной Америки от Европы и Африки, возникновение Атлантического океана, а также интенсивное образование грандиозных складчатых горных цепей Кордильер и Анд во фронтальной части обоих американских материков, надвигающихся на тихоокеанскую платформу. Дрейфование континентов от полюсов в направлении экватора, вызванное вращательным движением Земли, привело к столкновению Европы и Африки, в результате чего в Африке образовались Атласские горы, а в Европе — Альпы, Карпаты, Динарское нагорье и другие горные цепи. Появление Гималаев в свою очередь было результатом столкновения Деканского нагорья с Азией.
К сожалению, ранняя гибель не позволила Вегенеру продолжить дальнейшую работу над подтверждением своей гипотезы.
Наше время:
Перемещение материков все еще продолжается. Сегодня ученные могут делать предположения о том, как наша планета будет выглядеть в будущем.
Учёные предполагают, что через 50 млн лет Атлантический и Индийский океаны станут существенно шире. Соответственно сократится площадь Тихого океана. Средиземное море исчезнет совсем. Северная Америка отделится от Южной и соединится с Евразией. Северная и Южная Америки сместятся к западу, Африка – к северо-востоку и сомкнётся с Евразией, Европа, Азия и Индия – к востоку, Австралия – к северу по направлению к Азии и достигнет экватора, тогда как Антарктида почти не изменит своего положения по отношению к Южному полюсу.
2. Тектонические движения литосферных плит
Тектонические движения – это любые механические перемещения внутри земной коры, которые приводят к изменению ее строения. Примеров этому достаточно много: Скандинавское побережье поднимается, а Голландия и Германия опускаются; долина реки Рейн на 500 км прослеживается в Северном море. Таким образом, земная кора постоянно находится в движении, причем в современной геологии выделяют два основных типа тектонических движений: эпейрогенические (колебательные) и орогенические (складчатые).
Сущность эпейрогенических движений сводится к тому, что огромные участки литосферы испытывают медленные поднятия или опускания, являются существенно вертикальными, глубинными, проявление их не сопровождается резким изменением первоначального залегания горных пород. Эпейрогенические движения были повсюду и во все времена геологической истории. Происхождение колебательных движений удовлетворительно объясняется гравитационной дифференциацией вещества в Земле: восходящим токам вещества отвечают поднятия земной коры, нисходящим – опускания. 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 тысяч столетий.
Для становления современных ландшафтов большое значение имели колебательные движения недавнего геологического прошлого – неогена и четвертичного периода. Они получили название новейших или неотектонических. Размах неотектонических движений очень значителен. В горах Тянь-Шаня, например, их амплитуда достигает 12-15 км и без неотектонических движений на месте этой высокой горной страны существовал бы пенеплен – почти равнина, возникшая на месте разрушенных гор. На равнинах амплитуда неотектонических движений намного меньше, но и здесь многие формы рельефа – возвышенности и низменности, положение водоразделов и речных долин – связаны с неотектоникой.
Следствиями эпейрогенических движений являются:
1. Перераспределение соотношения между площадями суши и моря (регрессия, трансгрессия). Лучше всего изучать колебательные движения, следя за поведением береговой линии, потому что при колебательных движениях граница между сушей и морем смещается вследствие расширения площади моря за счет сокращения площади суши или сокращения площади моря за счет увеличения площади суши. Если суша поднимается, а уровень моря остается неизменным, то ближайшие к береговой линии участки морского дна выступают на дневную поверхность – происходит регрессия, т.е. отступание моря. Опускание суши при неизменном уровне моря, либо повышение уровня моря при стабильном положении суши влечет трансгрессию (наступание) моря и затопление более или менее значительных участков суши. Таким образом, главной причиной трансгрессий и регрессий являются поднятия и опускания твердой земной коры.
Значительное увеличение площади суши или моря не может не сказаться на характере климата, который становится более морским или более континентальным, что с течением времени должно отразится на характере органического мира и почвенного покрова, изменится конфигурация морей и материков. В случае регрессии моря некоторые материки, острова могут соединиться, если разделяющие их проливы были неглубокими. При трансгрессии, наоборот, происходит разъединение масс суши на обособленные материки или отделение от материка новых островов. Наличием колебательных движений в значительной степени объясняется эффект разрушительной деятельности моря. Медленная трансгрессия моря на крутые побережья сопровождается выработкой абразионной (абразия – срезание морем берега) поверхности и ограничивающего ее со стороны суши абразионного уступа.
2. В связи с тем, что колебания земной коры происходят в разных точках либо с разным знаком, либо с разной интенсивностью – меняется сам вид земной поверхности. Чаще всего поднятия или опускания, охватывающие обширные районы, создают на ней крупные волны: при поднятиях – купола огромных размеров, при опусканиях – чаши и огромные депрессии
При колебательных движениях может случиться, что когда один участок поднимается, а соседний с ним опускается, то на границе между такими различно движущимися участками (а также и внутри каждого из них) происходят разрывы, в силу чего отдельные глыбы земной коры приобретают самостоятельное движение. Подобный разрыв, при котором горные породы перемещаются вверх или вниз друг относительно друга вдоль вертикальной или почти вертикальной трещины, называется сбросом. Образование сбросовых трещин есть следствие растяжения земной коры, а растяжение почти всегда связывается с областями поднятия, где литосфера вспучивается, т.е. профиль ее делается выпуклым.
Орогенические движения– движения земной коры, в результате которых образуются складки, т.е. различной сложности волнообразный изгиб пластов. Отличаются от колебательных (эпейрогенических) рядом существенных признаков: они эпизодичны во времени, в отличие от колебательных, которые никогда не прекращаются; они не повсеместны и каждый раз приурочены к относительно ограниченным участкам земной коры; охватывая очень большие промежутки времени, складкообразовательные движения тем не менее протекают быстрее, чем колебательные, и сопровождаются высокой магматической активностью. В процессах складкообразования движение вещества земной коры всегда идет по двум направлениям: по горизонтальному и по вертикальному, т.е. тангенциально и радиально. Следствием тангенциального движения и является образование складок, надвигов и т.п. Движение вертикальное приводит к поднятию сминаемого в складки участка литосферы и к его геоморфологическому оформлению в виде высокого вала – горного хребта.
Складкообразовательные движения слабо представлены или совсем отсутствуют на платформах. Наиболее характерным внешним выражением сложных процессов движения земной коры является образование гор, горных хребтов и горных стран. Сперва происходит образование складок, а затем воздымание всего сложного складчатого комплекса.
В областях, уже подвергшихся складчатости в прошлые периоды своей истории, поднятие земной коры и образование гор совершается без нового складкообразования, с господствующим развитием сбросовых дислокаций. Эти два случая наиболее характерны и отвечают двум главным типам горных стран: типу складчатых гор (Альпы, Кавказ, Кордильеры, Анды) и типу глыбовых гор (Тянь-Шань, Алтай).
Подобно тому, как горы на Земле свидетельствуют о поднятиях земной коры, равнины свидетельствуют об опусканиях. Чередование выпуклостей и впадин наблюдается и на дне океана, следовательно, и оно затронуто колебательными движениями.
Новейшая тектоника проявляется и в настоящее время. Скорость современных тектонических движений измеряется миллиметрами, реже первыми сантиметрами (в горах). На Русской равнине максимальные скорости поднятия до 10 мм в год установлены для Донбасса и северо-востока Приднепровской возвышенности, максимальные опускания, до 11,8 мм в год – в Печорской низменности.
3. Вулканы
Вулкан — эффузивное геологическое образование, имеющее выводное отверстие (жерло, кратер, кальдера) или трещины, из которых горячая лава и вулканические газы поступают на поверхность из недр планеты, или поступало ранее. Возвышенность, сложенная эффузивными горными породами.
Возникновение вулканов, их жизнь и деятельность связаны с концентрацией внутренней тепловой энергии Земли и с последующей ее потерей.
Известно, что и земная кора, и расположенная ниже верхняя мантия находятся в твердом состоянии. Если мы мысленно будем следовать в глубь Земли, то убедимся, что через каждые 33 метра температура повышается на 10С. Это так называемый геометрический градиент. На глубине нескольких десятков километров температура достигает такого уровня, при котором горные породы обычно плавятся. Однако с глубиной возрастает и давление, препятствующее плавлению. С течением времени различные подвижки в земной коре и верхней мантии (разломы, вертикальные передвижения блоков и т.д.) нарушают равновесие и тогда на больших глубинах твердое вещество переходит в сплав, создавая очаг. С помощью газа и пара расплав из этого очага устремляется к поверхности - происходит извержение вулкана.
Магма, поступающая на поверхность при извержении вулканов, далеко не однородна по составу. Главным показателем для определения состава является содержание в ней кремнезема (SiO2). Если его не более 45-55%, магма считается основной. Наиболее типичные породы основной магмы-базальты. Если кремнезема содержится 55-65%, магма относится уже к среднему составу. Из такой магмы образуются горные породы, называемые андезитами. Магма, относящаяся к кислому ряду, содержит 65-75% кремнезема [2]. Наиболее типичные породы ее - дациты и липариты. От состава магмы зависят характер вулканических продуктов, форма вулканических построек, тип извержений вулканов.
По активности, вулканы делят на три категории: действующие, спящие и потухшие. Действующим вулкан считается если он извергался в течение последних 10 000 лет. Спящим — если длительное время не проявлял какую-либо активность. «Сон» такого вулкана может составлять 700 000 лет, как это было в случае с Йеллоустоун или с вулканом Тоба, который дремал порядка 380 000 лет. Ну и наконец, потухшим считается тот вулкан, который не получает подпитку лавой.
Могучие вулканы отличаются друг от друга не только активностью, но и формой, типом извержения, расположением и множеством других параметров. Существует много неклассифицированных вулканов, но в то же время, выделяют основные распространенные типы.
Тихоокеанским огненным кольцом (оно же Тихоокеанское вулканическое огненное кольцо, Тихоокеанский огненный пояс или просто Ring of fire) называют охватывающую весь Тихий океан зону протяженностью около 40 000 км, в которой происходят многочисленные землетрясения и извержения вулканов.
Многочисленные — это, по данным Геологической службы США, около 90% всех землетрясений на планете и 81% наиболее мощных. С извержениями вулканов похожая картина, что неудивительно: к огненному кольцу относятся 452 вулкана — более трех четвертей спящих огнедышащих гор на планете. Спящих — значит, таких, которые не извергались в последнюю тысячу лет, но вполне могут проснуться. Хуже того, из 25 крупнейших извержений за последние 11 
700 лет только три произошли за пределами Тихоокеанского огненного кольца.
Потому что кольцо образовано сразу несколькими зонами тектонической активности, где один литосферные плиты погружаются под другие, по мере того как разрастается океаническая литосфера. А где тектоническая активность, там и разнообразные внешние ее проявления: извержения вулканов и землетрясения, помимо прочего.
Если точнее, подводные океанические плиты погружаются под движущиеся им навстречу континентальные — это называется субдукцией. Самая крупная такая зона субдукции — Восточно-Тихоокеанская, которая включает в себя подводные литосферные плиты Кокос и Наска, постепенно уезжающие под континентальную Южно-Американскую плиту.
В западной части Тихого океана проследить зону можно по цепочке вулканов — от Камчатки к Курильским островам, затем к Японии, Филиппинам, Новой Гвинее, Соломоновым островам и затем до Новой Зеландии и оттуда в Антарктиду. На востоке кольцо маркировано вулканами на северо-востоке Антарктиды, Огненной Земле, в Андах, Кордильерах и на Алеутских островах. Читая это описание или глядя на карту, нетрудно заметить, что, в частности, пропущена значительная часть западного побережья Северной Америки. Означает ли это, что кольцо разорвано и там не наблюдается никакой тектонической активности? Вовсе нет — она имеется по всему кольцу и проявляется в частности в форме землетрясений — от небольших, заметных лишь чутким приборам, до крупных. Так, знаменитый разлом Сан-Андреас, пролегающий под Калифорнийским побережьем, — также образован медленным погружением океанской плиты под континентальную. И это район, где регулярно происходят мелкие землетрясения и иногда крупные.
Самые сильные извержения вулканов
У всех на памяти Везувий, который похоронил Помпеи, и Эйяфьядлайёкюдль, который извергся несколько лет назад и на какое-то время парализовал авиасообщение в Европе. Кроме этих извержений, были и другие, куда более интересные и/или масштабные.
1.Извержение Везувия — 79 год
2. Извержение Лаки — 1783 год.
3. Извержение Кракатау — 1883 год
4. Извержение Новарупта — 1912 год
5. Извержение Сент-Хеленс — 1980 год
6. Извержение Пинатубо — 1991 год
4. Землетрясения
Землетрясение — подземные толчки и колебания земной поверхности. Согласно современным взглядам, землетрясения отражают процесс геологического преобразования планеты. Cчитается, что первопричиной землетрясений являются глобальные геологические и тектонические силы, однако в настоящее время их природа не совсем ясна. Появление этих сил связывают с перепадами температуры в недрах Земли. Большинство землетрясений возникает на окраинах тектонических плит. Замечено, что за последние два века сильные землетрясения возникли в результате вспарывания крупных разломов, выходящих на поверхность.
Эпицентром называют проекцию очага на поверхность земли. Гипоцентр – это центральная точка, очаг землетрясения в земной коре, из которой расходятся земные толчки.
Скольжению пород вдоль разлома в начале препятствует трение. Вследствие этого, энергия, вызывающая движение, накапливается в форме упругих напряжений пород. Когда напряжение достигает критической точки, превышающей силу трения, происходит резкий разрыв пород с их взаимным смещением; накопленная энергия, освобождаясь, вызывает волновые колебания поверхности земли — землетрясения. Землетрясения могут возникать также при смятии пород в складки, когда величина упругого напряжения превосходит предел прочности пород, и они раскалываются, образуя разлом.
Признаками землетрясения могут быть не только показания сейсмических приборов, но и специфические изменения в окружающей обстановке. Основными предвестниками землетрясений являются:
· беспокойное поведение домашних и диких животных (многие животные способны чувствовать приближение катастрофы, они стараются покинуть эпицентр и прилегающую к нему территорию, направляются в безопасное место);
· возникновение в небе особых облаков, похожих на длинные полосы;
· изменение уровня воды в водных источниках;
· проблемы в работе мобильных и электротехнических приборов.
Шкала магнитуд различает землетрясения по величине магнитуды, которая является относительной энергетической характеристикой землетрясения. Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных шкал:
· локальная магнитуда (Ml);
· магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms);
· магнитуда, определяемая по объемным волнам (Mb);
· моментная магнитуда (Mw)
Наиболее популярной шкалой для оценки энергии землетрясений долгое время была локальная шкала магнитуд Рихтера. По этой шкале возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождённой сейсмической энергии. Землетрясение с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как магнитуда 7 отвечает нижней границе разрушительных землетрясений, охватывающих большие территории.
Интенсивность землетрясений (не может быть оценена магнитудой) оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах.
Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64)
12-балльная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была разработана в 1964 году и получила широкое распространение в Европе и СССР. С 1996 года в странах Европейского союза применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS). MSK-64 лежит в основе СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ. В Казахстане в настоящее время используется СНиП РК 2.03-30-2006 «Строительство в сейсмических районах».
Список по баллам:
1 балл – люди практически не замечают;
2 балла – могут чувствоваться слабые колебания;
3 балла – раскачиваются подвешенные предметы, покачиваются круглые вещи. Считается слабым;
4 балла – умеренное. Хлопают двери, падают незакрепленные вещи, но на открытом пространстве в поле человек может его не заметить;
5 баллов – такое землетрясение чувствуют все: бьется посуда, падают шкафы, трескается штукатурка, на улице наклоняются столбы, деревья;
6 баллов – сильное, трескаются кирпичные дома, волнение почвы мешает ходьбе, трясутся деревья;
7 баллов – появляются трещины в земле, рушатся печные трубы, появляются оползни на склонах;
8 баллов – разрушается часть типовых строений, падают заводские трубы, меняется уровень воды в водоемах;
9 баллов – рвутся подземные коммуникации, многие дома полностью разрушаются;
10-12 баллов - здания разрушаются, меняется рельеф местности.
Самые сильные землетрясения происходят гораздо реже, но часто оказываются катастрофическими. С большим количеством жертв и разрушений. Однако в истории Земли были и такие землетрясения, которые вошли в учебники, как самые смертоносные. Количество жертв в них насчитывалось сотнями тысяч.
1 сентября 1923 года в японском регионе Канто произошло одно из самых смертоносных землетрясений в истории человечества. Его магнитуда составила 8,3 балла. Оно практически полностью разрушило Токио и Йокогаму. По официальным данным число погибших составило 174 тысячи человек. 542 000 человек пропали без вести. Общее число пострадавших – около 4 миллионов человек.
Сила удара землетрясения, произошедшего в Дамгане 22 декабря 856 года, составила 7,9 баллов. Как было установлено позже, эпицентр находился недалеко от самого города. Разрушения произошли в городах Ахевану, Астан, Таш, Бастам и Шахруд. Все находящиеся рядом с ними деревни очень пострадали или были полностью уничтожены. Катастрофа унесла жизнь около 200 000 человек.
Произошедшее 12 января 2010 года в Республике Гаити землетрясение забрало жизнь 222 570 человек. Согласно официальным данным, различные ранения получили 311 000 человек. Без вести пропали 869 человек. Сумма материального ущерба от случившейся катастрофы составила 5,6 миллиардов евро.
30 сентября 1139 года близ города Гянджа произошло землетрясение, унесшее жизнь около 230 000 человек. Согласно данным историков, удар стихии оказался настолько мощным, что из-за него обрушилась гора Кяпаз, преградив пролегавшее через нее русло реки Ахсу.
11 октября 1138 года стихия магнитудой 8,5 балла погубила свыше 230 000 человек. Численность населения Алеппо восстановилась лишь спустя несколько веков.