Литосферные плиты
Литосферная плита — крупный малоподвижный участок земной коры, часть литосферы. Узкими и активными зонами, широтными разломами, литосфера разделена на блоки. Согласно теории тектоники плит, литосферные плиты ограничены зонами сейсмической, вулканической и тектонической активности — границами плиты.
Теория дрейфа материков была предложена в 1912 немецким географом Альфредом Вегенером. В 1912 он указал на многочисленные сходства в геологическом строении континентов, а также на общность ископаемой флоры и фауны в геологическом прошлом. Веским доказательством было также совпадение климата в отдаленных эпохах.
Вегенер утверждал, что сначала на поверхности Земли возник тонкий слой гранитных пород. Со временем гранитные глыбы сконцентрировались в один большой праконтинент — Пангею, что произошло около 570—280 млн лет назад. Тогда же образовался праокеан, который окружал эту сушу. Затем Пангея раскололась и продолжала распадаться на более мелкие части.
Механизм движения континентов Вегенер обосновал 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. Эти молодые горные цепи возникли в результате медленного движения континентов почти перпендикулярно к общепризнанным по Вегенеру направлениям дрейфа. Более старые горные цепи ориентированы в иных направлениях, которые Вегенер объяснял другим в то время местоположением как полюсов, так и оси вращения Земли, от которых зависело направление дрейфа. Гипотеза Альфреда Вегенера получила название «Теории мобилизма», от mobile — «движение», «подвижный». Согласно современным представлениям, континенты не плывут по океанической коре, а перемещаются по мантии, будучи пассивно впаяны в литосферные плиты.
Скорость горизонтального движения литосферных плит в наше время варьируется от 1 до 6 см/год (скорость раздвигания плит — от 2 до 12 см/год). Скорость раздвигания плит от Срединно-Атлантического хребта в северной части его составляет 2,3 см/год, а в южной части — 4 см/год. Наиболее быстро раздвигаются плиты вблизи Восточно-Тихоокеанского хребта у острова Пасхи — их скорость 18 см/год. Наиболее медленно раздвигаются плиты в Аденском заливе и Красном море — со скоростью 1—1,5 см/год.
Тектонические движения литосферных плит
Взаимодействие земной коры с верхней мантией – причина глубинных тектонических движений, возбуждаемых вращением планеты, тепловой конвекцией или гравитационной дифференциацией вещества мантии (медленное опускание более тяжелых элементов вглубь и поднятие более легких кверху), зона их появления до глубины около 700 км получила название тектоносферы. Существует несколько классификаций тектонических движений, каждая из которых отражает одну из сторон – направленность (вертикальные, горизонтальные), место проявления (поверхностные, глубинные) и т.п.
С географической точки зрения удачным представляется деление тектонических движений на колебательные (эпейрогенические) и складкообразовательные (орогенические).
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 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.
Следствиями эпейрогенических движений являются: 1. Перераспределение соотношения между площадями суши и моря (регрессия, трансгрессия). 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. 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.
Складкообразовательные 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.
Вулканы
Вулканы это - геологические образования, возникающие в земной коре над каналами или трещинами, по которым из недр земли извергаются огненно - жидкие лавы, обломки раскаленных горных пород, пепел, горячие газы, пары. В общем виде под вулканом принято понимать конусовидную гору с несколько усеченной вершиной.
Строение вулкана. На вершине такой горы находится чашеобразное углубление (кратер). Последний соединяется с поводящим каналом (жерлом). Самое главное в вулкане не гора, которая может образоваться и не образоваться над вулканическим выходом, а самый выход, или жерло, откуда из глубины выходят вулканические продукты: пар, газы, пепел и лава. Газы, вырывающиеся из вулкана, выбрасывают рыхлый материал, который падает вокруг выхода, тут же выливается и лава; вот эти-то рыхлые материалы с лавой, нагромождаясь у выхода, и образуют постепенно гору.
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. Геометрический градиент - через каждые 33 метра температура повышается на 10С. 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. Расплав этот называется магмой. В магме много газов и паров, ее вязкость имеет необычайно широкий диапазон - иногда это жидкая масса, иногда твердо - пластичная.
Магма, поступающая на поверхность при извержении вулканов, далеко не однородна по составу. Главным показателем для определения состава является содержание в ней кремнезема (SiO2). Газы, пары воды и некоторых кислот, которыми на определенном этапе насыщена магма, являются тем подъемным рычагом, который перемещает расплав вначале ближе к поверхности, а затем и на поверхность. Когда путь к поверхности еще не проложен, расплав, пересыщенный газами и парами, силой проталкивается и преодолевает препятствие - возникает взрыв. При взрывном извержении выбрасываются твердые продукты-куски лавы или шлаки, пемза, вулканические бомбы самой разнообразной формы и размеров (от 10-15 см. до 1 м и больше в диаметре).
При взрывных извержениях более глубинные части расплава обедняются газами и парами. Теперь он уже менее насыщен ими и поэтому относительно спокойно изливается на поверхность в виде лавовых потоков, которые на поверхности передвигаются с большой скоростью - иногда до 30 км/ч.
Таким образом, из одного и того же расплава образуются и твердые, и жидкие продукты. Роль газов и паров при этом очень большая: если расплав пересыщен ими, он поступает на поверхность в дробленом виде, если их сравнительно немного - расплав изливается спокойно.
Газы и пары - наиболее долгоживущие вулканические явления. Когда активная деятельность вулкана миновала, они еще долго парят из трещин на склонах вулканов, потоков лав либо кратера. Это так называемая фумарольная стадия вулканической деятельности (fumare - по-итальянски «дымить»).
В зависимости от формы вулканов различают:
Помимо наземных лавовых вулканов существуют подводные и грязевые (извергают жидкую грязь, а не магму) вулканы. Подводные вулканы более активны, нежели наземные, через них происходит выброс 75% извергаемой из недр Земли лавы.
Тихоокеанское вулканическое огненное кольцо (Тихоокеанское огненное кольцо, Тихоокеанское кольцо, Тихоокеанский огненный пояс) — область по периметру Тихого океана, в которой находится большинство действующих вулканов и происходит множество землетрясений. Всего в этой зоне насчитывается 328 действующих наземных вулканов из 540 известных на Земле.
Примеры самых крупных извержений вулканов: 24‑25 августа 79 н.э. произошло извержение считавшегося потухшим вулкана Везувия, находящегося на берегу Неаполитанского залива, в 16 километрах к востоку от Неаполя (Италия); 1 марта 1669 года произошло извержение вулкана Этна на Сицилии, которое продолжалось до июля того же года (по другим источникам, до ноября 1669 года), извержение сопровождалось многочисленными землетрясениями; 23 октября 1766 года на острове Лусон (Филиппины) начал извергаться вулкан Майон, десятки деревень были сметены, испепелены громадным лавовым потоком (шириной 30 метров), который в течение двух дней спускался по восточным склонам; 5‑7 апреля 1815 года произошло извержение вулкана Тамбора на индонезийском острове Сумбава; 26‑27 августа 1883 года произошло извержение вулкана Кракатау, находящегося в Зондском проливе между Явой и Суматрой; 8 мая 1902 года вулкан Мон‑Пеле, находящийся на Мартинике, одном из островов Карибского моря, буквально разорвался на части – прозвучали четыре сильных взрыва, похожих на пушечные выстрелы; 1 июня 1912 года началось извержение вулкана Катмай на Аляске, долгое время находившегося в состоянии покоя. 4 июня был выброшен пепловый материал, который, смешавшись с водой, образовал грязевые потоки, 6 июня произошел взрыв колоссальной силы; 13‑28 декабря 1931 года произошло извержение вулкана Мерапи на острове Ява в Индонезии; 12 ноября 1985 года началось извержение вулкана Руис в Колумбии, считавшегося потухшим; 10–15 июня 1991 года произошло извержение вулкана Пинатубо на острове Лусон на Филиппинах, извержение началось достаточно стремительно и было неожиданным, так как вулкан пришел в состояние активности после более чем шестивековой спячки.
Землетрясения
Землетрясения – это подземные толчки, удары и колебания поверхности земли, вызванные естественными процессами, происходящими в земной коре.
Районы, расположенные вблизи границ тектонических плит, в наибольшей степени подвержены землетрясениям. Это прежде всего Калифорния, Япония, Греция, Турция. К счастью для человечества, основная часть линий раскола земной коры проходит по морям и океанам. Гигантские плиты, можно сказать, трутся друг о. друга на дне океана, и потому львиная доля землетрясений на Земле (90%), даже сильных, проходит незамеченной для человека.
Характеристика землетрясений
Очагом поражения при землетрясении называется территория, в пределах которой произошли массовые разрушения и повреждения зданий, сопровождающиеся поражениями и гибелью людей, животных, растений.
Все землетрясения принято характеризовать тремя параметрами: глубиной очага; магнитудой (характеризует общую энергию землетрясения ); интенсивностью энергии на поверхности земли. Рассмотрим более подробно параметры землетрясения.
Глубина очага. В зависимости от глубины очага землетрясения делятся на нормальные (глубина очаг 0-70 км), промежуточные (70-300 км) и глубокофокусные (300-700 км). Опасными считаются землетрясения глубиной 5-300 км, а наиболее опасными – с глубиной 1—100 км.
Магнитуда. Одной из главных характеристик землетрясения является его энергия. Энергия сейсмических волн (или магнитуда) может составлять от нескольких мегаватт в час до сотен тысяч миллионов киловатт в час (или 1020 кВт/ч). Для удобства обозначения энергии землетрясений пользуются логарифмом.
Американский ученый Ч. Рихтер в 1935 г. предложил для характеристики энергии землетрясения в качестве эталона принять такую энергию, при которой на расстоянии 100 км от эпицентра стрелка сейсмографа отклоняется на 1 мкм. Таким образом, энергия землетрясения определяется как десятичный логарифм отношения амплитуды сейсмических воли, измеренных на каком-либо расстоянии от эпицентра, к эталону.
Интенсивность энергии на поверхности. В ряде европейских государств наряду со шкалой Рихтера используется двенадцатибалльная шкала МСК (названная так по первым буквам фамилий ее авторов: Медведев, Спонхевер, Карник), которая характеризует силу землетрясений в соответствии с его последствиями. Двенадцатибалльная шкала имеет ряд преимуществ перед шкалой Рихтера.
Плиты литосферы перемещаются относительно друг друга с разной скоростью. В местах тектонических разломов накапливается тектоническое напряжение, которое будет расти до тех пор, пока не превысит предела прочности горных пород. Как только это произойдет, пласты разрушаются и смещаются, излучая сейсмические волны. Специалисты называют такое резкое смещение подвижкой.
Не только движение литосферных плит может вызвать землетрясение, сильные и слабые землетрясения вызывает и вулканическая деятельность. В этом случае подземные толчки вызывает давление раскаленных газов на верхние слои планеты. Движение раскалено вещества обычно приводит к серии мелких землетрясений – вулканическому дрожанию. Это говорит о том, что вулкан готовится к своему извержению.
Помимо природных, бывают землетрясения техногенного характера, которые вызваны деятельностью человека. Подземные удары могут быть вызваны в результате подземных взрывов, при закачивании в недра Земли или, наоборот, извлекая оттуда большие объемы воды, нефти, газа. Землетрясения могут быть вызваны при создании крупных водохранилищ, создающих большое давление на недра и способные вызвать подземные удары. Огромная водная масса, сосредоточенная в водохранилище, приводит и изменению гидростатического давления в породах, силы трения на контактах земных блоков снижаются. Высота плотины увеличивает вероятность сейсмичности.
Сейсмологи (ученые, изучающие землетрясения) регистрируют землетрясения во всем мире. Они фиксируют колебания при помощи специальных приборов — сейсмографов. Показания сейсмографов, установленных в отдаленных местах, передаются на центральную сейсмостанцию. Современные сейсмографы — обычно электронные приборы. Они записывают колебания в цифровой форме. Затем эти данные преобразуются в графическую запись сейсмической волны, называемую сейсмограммой. Простые, не электронные сейсмографы имеют перо или другое пишущее устройство, присоединенное к тяжелому грузу. Груз с пером висит на опорной раме. На этой же раме, закрепленной в грунте, смонтирован вращающийся цилиндр. При колебании почвы рама с цилиндром тоже колеблются, а груз и перо остаются неподвижными.
Афтершок, или повторный толчок, — толчок, происходящий после основного и меньший по сравнению с ним. Сильные землетрясения всегда сопровождаются многочисленными повторными толчками. Их количество и интенсивность со временем уменьшаются, а продолжительность проявления может длиться месяцами. Особенно велика вероятность сильных афтершоков в первые часы после главного толчка. Известно много случаев, когда повреждённые главным ударом здания рушились именно при повторных, менее сильных толчках.
Примеры самых сильных землетрясений в истории: Чили, 1960 – магнитуда 9.5, Аляска, США, 1964 – магнитуда 9.2, Северная Суматра, Индонезия, 2004 – магнитуда 9.1, Хонсю, Япония, 2011 – магнитуда 9.0, Камчатка, Россия, 1952 – магнитуда 9.0, Чили, 2010 – магнитуда 8.8, Эквадор, 1906 – магнитуда 8.8, Аляска, США, 1965 – магнитуда 8.7, Северная Суматра, Индонезия, 2005 – магнитуда 8.6