ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ДВИЖЕНИЯ
Тектонические движения – это перемещения вещества земной коры и верхней мантии Земли, вызванные процессами, происходящими в ее недрах Основными причинами считаются конвективные течения в мантии, а также космические факторы - периодические изменения скорости вращения планеты, твердые приливые, вызываемые притяжением Луны и Солнца др. Современные тектонические движения (действовавшие в историческое время) изучаются в основном геодезическими методами (повторное нивелирование, триангуляция, трилатерация, лазерные измерения, методы космической геодезии). Измерения показывают, что движения происходят непрерывно и повсеместно; их скорость от долей миллиметра, до первых десятков сантиметров в год. Новейшие движения (последние 25-30 млн.л) создавшие основные черты современного рельефа, изучают главным образом геоморфологическими методами. В областях тектонических опусканий об амплитуде и скорости движений можно судить по мощности накопившихся отложений. Их скорость – до 0,6 мм/год. Древние тектонические движения запечатлены в геологических структурах.
По проявлению в земной коре можно выделить колебательные и направленные тектонические движения, последние разделить на горизонтальные и вертикальные. Направленные вертикальные движения бывают складко- и разрывообразовательными.
Колебательные тектонические движения это медленные поднятия и опускания земной коры, сменяющие друг друга во времени и пространстве. Скорость колебательных движений земной коры от сотых долей миллиметра до нескольких сантиметров в год. Эти движения не следует путать с быстрыми (несколько километров в секунду) механическими колебаниями земной коры во время землетрясений.
Средняя скорость роста гор за новейший этап (25-30 млн. лет) - 0,6 мм/год, за последние 2 млн. лет она достигала 5 мм/год, за 0,5 млн. лет – до 9 мм/год, а за современный этап – 15 мм/год. Поднятие не было равномерным и вероятно чередовалось с относительно стабильными этапами. Территория поднятия (или опускания) может охватывать разную площадь - от 1•n до n•106 км2. Амплитуда и период (точнее полупериод) колебательных движений зависит от площади территории (от порядка движений). Центральная часть Русской равнины, испытывающая поднятие с конца мелового периода (70 млн. лет), поднялась на несколько сотен метров. [max 700м/70млн=10м/млн =0,01мм/год]. Амплитуда для небольших участков может составлять несколько метров, а период колебаний - сотни лет. Наглядным проявлением тектонического поднятия на поверхности Земли является регрессия (отступание) моря, а тектонического опускания – трансгрессия. Во время трансгрессий, вызванных нисходящими тектоническими движениями, море затапливает обширные участки материков (как, например, в каменноугольном, юрском и меловом периодах на Русской равнине или в настоящее время в Прикаспийской впадине). На поднимающихся участках господствуют деструктивные экзогенные процессы (в частности эрозия), на опускающихся – процессы аккумуляции. Колебательные движения не вызывают никаких изменений в горных породах -они испытывают лишь упругие деформации и после прекращения воздействия (или смены знака) движений они принимают первоначальное положение.
Направленные вертикальные тектонические движения в отличие от колебательных вызывают необратимые деформации (дислокации)горных пород литосферы. Изменяются условия их залегания. Различают складко- и разрывообразовательные движения. Волнообразные изгибы слоев (складки) – результат пластической деформации горных пород. При разрывных нарушениях геологическое тело (в частности, слои горных пород) реагируют на механические напряжения как хрупкое вещество. Слои «разламываются» на отдельные блоки по системе трещин и разрывов. Разрыв тектонический (разрывное нарушение, разлом) – линейное нарушение, сопровождающееся перемещением разорванных частей слоев горных пород или других геологических тел друг относительно друга. Различают разломы, образовавшиеся в условиях растяжения и сжатия. Трещины – это разломы без заметных смещений горных пород.
Быстрые (сейсмические) колебательные тектонические движения – возникают при землетрясениях. Все явления, связанные с землетрясением называют сейсмическими (по-гречески землетрясение – «сейсмос»). Землетрясение – колебания (сотрясение) поверхности и недр Земли, вызванные прохождением упругих механических (сейсмических) волн, распространяющихся от подземного источника – очага землетрясения. Колебания здесь возникают вследствие мгновенного смещения горных пород по тектоническому разлому. Пространство, в котором происходит движение горных пород по разлому и высвобождение упругой энергии, называется очагом землетрясения. Место (точка) начала деформации горных пород - гипоцентр землетрясения. Для слабых землетрясений понятия очаг и гипоцентр можно рассматривать как синонимы. Эпицентр – проекция гипоцентра на поверхность Земли. Величину землетрясения (его «мощность») и энергетические параметры очага характеризуют магнитудой.
Магнитуда (М) численно равна логарифму отношения амплитуды сейсмических колебаний конкретного землетрясения (А) к амплитуде сейсмических колебаний эталонного землетрясения (A*), М = lgA/A*. Связь между энергией землетрясения (Е) и магнитудой устанавливает эмпирическая формула lgЕ = 4+1,6М.
Магнитуда крупнейших из известных землетрясений приближается к 9.0 (иногда эту характеристику неправильно называют «интенсивностью землетрясения» по шкале Рихтера). На самом деле и нтенсивность землетрясения оценивают в баллах по эффектам (результатам) землетрясения на поверхности Земли. Например, землетрясение, интенсивностью 3 балла (по 12-и бальной сейсмической шкале) отмечается лишь немногими людьми, а при 10 баллах происходит обрушение многих зданий, в грунте появляются трещины шириной до 1м. При 12 баллах результаты оцениваются как сильная катастрофа. Разрушаются все здания и сооружения. На поверхности образуются многочисленные трещины, с вертикальными и горизонтальными, перемещениями рельефа по ним. Изменяются русла рек, образуются водопады и озера, огромные обвалы и оползни. Существуют 8-, 9-, 10- и 12-бальные шкалы интенсивности землетрясений. Для обычных (часто встречающихся) землетрясений магнитуда 6 соответствует 8-9 баллам двенадцатибальной шкалы, М 7-8 — 10 баллам, 8-9 — 12 баллам.
Увеличение магнитуды на одну единицу соответствует возрастанию энергии землетрясения в 32 раза, а амплитуда колебаний на поверхности увеличивается в 10 раз. Интенсивность землетрясения в эпицентре тем выше, чем ближе к поверхности находится очаг. Однако с расстоянием от эпицентра в этом случае колебания быстро затухают. Площадь, охваченная разрушением, растет в зависимости от магнитуды. Так при глубине очага 40 км и М=5 и площадь разрушений составит 100 км2, а при М=8 - 20000 км2.
Общее количество землетрясений на планете огромно. В среднем каждые пять минут происходит землетрясение интенсивностью 4 и более баллов, а менее интенсивные еще чаще. Через землетрясения ежегодно освобождается в среднем около 1019Дж потенциальной тектонической энергии (примерно 0,01% тепловой энергии, излучаемой Землёй в космическое пространство), которая идёт на разрушение горных пород и их нагрев.
По глубине очага землетрясения подразделяются на мелкофокусные (нормальные) – менее 70 км, среднефокусные (промежуточные) - 70-300 км и глубокофокусные - 300-700 км. Более глубоких очагов не зафиксировано. Большинство гипоцентров землетрясений, в то числе сильных, расположены на глубинах 10-30 км с жесткой и хрупкой земной корой. В обстановке сжатия происходит 85% землетрясений, в условиях растяжения - 15%.
От гипоцентра с разной скоростью распространяется несколько типов сейсмических волн – более скоростные продольные (VP = 5,8-7,6 км/сек), поперечные (VS = 3,2-4,3 км/сек)
[через жидкость не проходят], и несколько разновидностей поверхностных волн, распространяющихся с меньшей скоростью. Продольные, достигая поверхности Земли, могут передаваться в атмосферу в виде звуковых волн на частотах более 15 Гц. Этим объясняется «гул», предшествующий основным разрушениям, собственно землетрясению, вызываемому более медленными поперечными волнами.
На поверхности Земли эпицентры распределены крайне неравномерно, концентрируясь в виде узких протяженных полос. Главный пояс сейсмичности, на который приходится около 80% мировой сейсмической энергии (свыше 95% энергии промежуточных и глубокофокусных землетрясений), узкой полосой обрамляет Тихий океан. Предельно высокая сейсмичность здесь вызвана опусканием (поддвиганием) тонкой тяжелой океанической литосферы под толстую, но более легкую континентальную. Места перегиба океанических плит маркируются глубоководными желобами, за которыми располагаются островные дуги (Алеутская, Курильская и др.) с активным вулканизмом или только вулканические пояса как в Южной и Центральной Америке.
Bторой сейсмоактивный пояс - Eвроазиатский - протягивается c северо-запада на юго-восток от Гибралтара, через Альпы, Динариды, Кавказ, Иранское нагорье и Гималаи и сливается с первым в виде гигантского веера на огромном пространстве от Дальнего Востока до Индонезии. Он совпадает c молодыми складчатыми горными сооружениями на границе сближающихся литосферных плит (северной - Евроазиатской и южных - Индийской, Аравийской и Африканской).
Третий разветвлённый и протяжённый узкий сейсмоактивный пояс приурочен к рифтовым зонам срединно-океанических хребтов. Частые, но слабые землетрясения происходят здесь в обстановке раздвигания литосферных плит. Такие же, но локальные сейсмоактивные области совпадают и с континентальными рифтами Вост. Африки, Зап. Европы, Азии. Землетрясения, обычно небольшой энергии, возникают в земной коре и вне перечисленных поясов (например, на Кольском полуострове и Урале). Однако в такой «неподходящей» обстановке могут происходить и катастрофические землетрясения (например, в Португалии в 1755г, М=8,7). Эти землетрясения обусловлены современной активизацией древних тектонических разломов.
Землетрясения в настоящее время способна вызывать деятельность человека. Такое явление получило название наведённой сейсмичности. Чаще всего это результат заполнения крупных водохранилищ, например в США (1936 г), в Греции (1965-66гг), Индии (1962-67гг), Калифорнии (1975г) - землетрясения магнитудой 6,0-6,3 и максимальной интенсивностью 8 баллов. Подземные ядерные взрывы, проводимые в сейсмоактивных зонах, также способны вызывать тектонические землетрясения в радиусе нескольких десятков и сотен километров. Магнитуда меньше магнитуды самого взрыва на 0,6 -2 единицы He отмечено случаев наведенных землетрясений с магнитудой больше магнитуды взрыва.
Техногенная сейсмичность может быть связана c закачкой воды в скважины при добыче нефти и газа, захоронении отходов, выщелачивании соли. Например, в 1962 в США (штат Kолорадо) наблюдались землетрясения, вызванные закачкой отработанных радиоактивных вод в скважину, пробуренную до глубины 3671 м в трещиноватых гнейсах.
К группе наведенных землетрясений относятся и сейсмические явления, связанные с добычей нефти и газа, откачкой воды. Как правило, они невелики, но известны и сильные землетрясения, в том числе и в нетипичных районах. Например, землетрясение в районе газового месторождения Газли (Узбекистан) с М=7,0 (1976г) произошли в районе, считавшимся до этого слабосейсмичным. Здесь с начала эксплуатации (с 1962 по 1976) было извлечено 300 млрд. м3 газа. Кроме того, катастрофическое (М=7,3) повторное землетрясение, всего через 8 лет (1984г) также противоречит обычным природным закономерностям.
Наблюдения над наведённой сейсмичностью привели к созданию проектов управления землетрясениями путём закачки воды через скважины в его очаговую область или прострелки этой области ядерными взрывами. Предполагается, что произойдет разрядка напряжений через серию мелких землетрясений или досрочное (в заданное время) возбуждения землетрясения.
Проблема прогноза землетрясений в связи с их катастрофическим характером, остается актуальной. Предсказание места и возможной интенсивности в настоящее время трудностей не вызывает. Давно составлены карты сейсмического районирования. В частности известно, что 20% территории России подвержено землетрясениям силой до 7 баллов, а 15% находится в зоне разрушительных землетрясений, силой 8-10 баллов (Камчатка, Курильские острова, Байкальский регион и др.). Но указать конкретное время, магнитуду и точное положение гипоцентра (или эпицентра) очередного события в настоящее время не представляется возможным. Известно много предвестников землетрясений – геофизических (наклонов земной поверхности, изменения градиентов магнитных, электромагнитных и других полей), гидродинамических (колебаний уровня подземных вод), гидрохимических и других, в том числе биологических (наблюдения за поведение животных, рыб и других организмов). Есть несколько удачных научных прогнозов и лишь один случай, когда были приняты административные меры. За несколько часов до землетрясение 1975 г. в Китае население города было эвакуировано и никто не пострадал (прогноз - на основании анализа биопредвестников). Но в том же Китае в следующем году не было предсказано землетрясение, при котором погибло более 300 тыс. человек.
Направленные горизонтальные тектонические движения вызывают перемещение по поверхности Землилитосферных плит. Литосферная плита – относительно устойчивый и внутренне монолитный участок литосферы (включающий земную кору океанического и материкового типов). Плиты разделены зонами повышенной сейсмической активности. Они перемещаются со скоростью 1-12 см/год по слою астеносферы от зон растяжения (рифтовых долин срединно-океанических хребтов) к зонам сжатия, где они сталкиваются между собой и их вещество частично погружается вглубь мантии или участвует в формировании орогенных (горных) поясов. Поскольку литосферные плиты движутся по сферической поверхности Земли, они совершают и вращательные движения вокруг определенных полюсов вращения. Помимо 7 наиболее крупных плит, впервые выделенных в 1968 г (Евразийской, Африканской, Индийской, Северо- и Южно-Американской, Тихоокеанской, Антарктической) существует значительное количество более мелких литосферных блоков, имеющих самостоятельное движение.
Тектонические структуры
Тектонические структуры (=геологические структуры, =структуры земной коры) – участки земной коры с разным строением. Они созданы направленными тектоническими движениями в разные этапы геологической истории планеты. Могут быть выражены в рельефе, но часто зафиксированы только в условиях залегания или других особенностях горных пород.
Самые крупные тектонические структуры Земли (участки с разным строением) – «континенты» и «океаны» (точнее участки земной коры континентального и океанического типа).
Участки с континентальной корой имеют толщину 30 - 40 км на равнинах и 80 км в горах и состоят из трех слое («осадочного», «гранитного» и «базальтового»). Океаническая земная кора мощностью 5-12 км (в среднем 6-7км)состоит из двух «слоев» - «гранитный» отсутствует (он «исчезает» в основании континентального склона на дне океана).
Рис. 3. Схема строения земной коры на континентах и в океане.
1 - осадочный слой;
2 – «гранитный» слой континентов;
3 – «базальтовый» слой континентов и океанов;
4 – мантийная часть литосферы
(надастеносферная часть мантии);
5 – астеносфера.
Структуры земной коры континентального типа.
Земная кора континентального типа состоит из платформ и подвижных поясов – орогенных (горных) поясов и рифтовых зон. На платформах различают щиты и плиты ( более мелкие структуры - синеклизы и антеклизы. Орогенные (горные) складчатые пояса состоят из синклинориев и антиклинориев, а орогенные эпиплатформенные пояса пояса - из грабенов и горстов. Самые мелкие структуры земной корыконтинентального типа – складки и разрывы. Континентальные рифтовые зоны – сложные многоступенчаты грабены.
Складки – волнообразные изгибы слоев. Д ва основных типа складок – антиклинальные и синклинальные. Обычно они легко различимы в вертикальном разрезе по форме. Синклиналь – это вогнутая складка, а антиклиналь – выпуклая.
Рис. Синклинальная (вогнутая) и антиклинальная (выпуклая) складка
Разломы (= разрывы, = разрывные нарушения = дизъюнктивные дислокации) - линейное тектоническое нарушение, сопровождающееся перемещением разорванных частей слоев горных пород или других геологических тел друг относительно друга. Тектонические трещины – линейные нарушения, не сопровождающиеся заметным смещением, параллельным данному нарушению.
У каждого разлома есть относительно поднятый блок (или крыло) (1 на рис.) и относительно опущенный блок (2 на рис.). Поверхность, по которой происходит смещение, называется плоскостью разрыва (сместителем)
Рис. Элементы разлома. 1 – поднятый блок (крыло); 2- опущенный блок (крыло) 3 – сместитель.
Различают разломы (Рис.), образовавшиеся в условиях растяжения (сбросы и раздвиги) и сжатия (взбросы и надвиги, поддвиги, сдвиги).
Рис. 4 Типы разрывных нарушения со смещением: